当前课程知识点:量子力学(上) > 第五章 量子力学中的对称性与守恒量 > *5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画 > *5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解
现在我们来讲新的一节
这是一个选学章节
介绍薛定谔图画和
海森堡图画
首先
我们来研究一下
薛定谔方程的初值问题的解
薛定谔方程
是大家都很了解的
那就是ihbarψ对t的偏导数
等于H哈密顿量算符
作用于ψ
当然为了得到方程的解
我们还必须加上初始条件
对于时间变量而言
这里只是一阶导数
所以方程的初始条件
只有ψ
在t等于零的时候的值
注意实际上这里的ψ_0
不是一个数
而是一个函数
也就是说
我们在这些表达式当中
把时间变量以外的
其它的变量
比如说
坐标都略去没有写
假设H是和时间无关的
那么这个问题也就是方程
加上初始条件的解
可以形式的写成为
下面这个样子
就是ψ在t这个时刻的值
等于
这样的一个算符
是e指数上-iHt除以hbar
作用于ψ_0
实际上呢这些算符的作用
是对其它的变量进行的
只不过我们这里
没有把其它的变量
明确的写出来而已
现在我们就来证明这个式子
是对的
那就是
把这个表达式对t做微分
前面乘上一个ihbar
那么很容易发觉
在这个表达式里边
t这个变量
是出现在这个地方
所以说
也就是对这样一个算符
里边的t做偏微分
这是一个指数算符
偏微分的规则和指数函数
是类似的
先把这个指数算符重写一遍
然后
再对它的指数上的这个函数
对t做偏微分
那么再一乘上那个ibar
它正好和-i除以har消掉
这个t再消掉
于是我们就发觉
它正好就是出来一个H
这个指数算符没有动
仍然它作用于ψ_0
而后面的这个部分
恰好就是ψ(t)自己
于是它的结果就是
H作用于ψ(t)
这就是薛定谔方程
通常我们把刚才的那个
指数算符引入一个记号
记作U
很显然它和时间变量t
是有关的
这里之所以加上一个零
因为我们是把
t等于零的时候
作为初始的时刻
这个就是
我们刚才看到的那个
对ψ_0作用的算符
所以我们把它叫做
时间演化算符
不难证明
这样的一个算符或者说
是从ψ_0到ψ_t的那个变换
实际上是一个幺正算符
也就是说这样的一个等式
是成立的
U的厄密共轭乘以U
等于单位算符
而U乘以U的厄密共轭
也等于单位算符
这样的一个幺正变换的性质
保证了几率守恒是成立的
再更一般的情况下
我们可以考虑
一个不等于零的时间
作为起始时刻
于是我们可以考虑一个
时间间隔
从t_0到t_1
类似的我们把
这种时间演化过程的
算符变换
写成为U里面包含了
t_0和t_1两个时刻
很显然
只不过在这里
把t换成t_1- t_0
就构成了这个时间演化算符
利用这个算符
我们可以写下一个任意的
选定的时刻t_0
到另外一个选定时刻t_1的
波函数的演化
那就是用这个时间演化算符
作用于t_0时刻的波函数
就给出了t_1时刻的波函数
由于我们总可以把一个
任意的时间演化过程
进行分段
比如说
我们先观察
系统从时刻t_0到t_1的演化
再观察它从t_1到t_2的演化
最后当然构成了
从t_0到t_2的演化
所以这种时间演化算符
满足这样的乘法规则
这就引导出了一个
很重要的的概念
那就是
系统的状态的演化
实际上是一系列的
幺正变换的接续的进行
实际上这是量子力学
对于系统随时间的
演化的一个根本性的判断
类似的这样的一个结论
可以在经典力学里
有一个类比
因为大家知道
在经典力学里
系统的状态随时间的演化
是一系列的正则变换的叠合
-引言
--引言
-1.1 普朗克的光量子假说
-1.2 玻尔的原子结构模型
-1.3 德布罗意的物质波假说
-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业
-2.1波函数
-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业
-2.2 薛定谔方程
-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业
-3.1一维运动问题的一般分析
-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业
-3.2 方势阱
-3.3 δ函数势阱
-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业
-3.4 线性谐振子
-3.5 一维散射问题
-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业
-*3.6 δ势的穿透
-*3.7 周期性势场中的能带结构
--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业
-4.1 算符及其运算
-第四章 力学量用算符表示--第8周作业
-4.2 厄密算符的主要性质
-第四章 力学量用算符表示--第9周作业
-4.3 动量本征函数的归一化
-4.4 角动量算符的本征值和本征态
-第四章 力学量用算符表示--第10周作业
-5.1 量子力学中的守恒量
-5.2 对称性与守恒量
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第11周作业
-5.3 全同粒子系统波函数的交换对称性
-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业
-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质
-*6.2 球无限深势阱
-第六章 中心力场--第13周作业
-6.3 三维各向同性谐振子
-6.4 氢原子和类氢离子
-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程
-*7.2 朗道能级
-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应