Назад
Содержание
Вперед
9.4.Уравнение Шредингера для стационарных состояний
В развитие идеи де Бройля о волновых свойствах частиц Шредингер в 1926 г. получил уравнение
(20)
где m - масса частицы, - мнимая единица, U - потенциальная энергия частицы, D - оператор Лапласа [ см. (1.10)].
Решение уравнения Шредингера позволяет найти волновую функцию Y(x, y, z, t) частицы, которая описывает микросостояние частицы и ее волновые свойства.
Если поле внешних сил постоянно во времени (т.е. стационарно), то U не зависит явно от t. В этом случае решение уравнения (20) распадается на два множителя
Y(x, y, z, t) =y(x, y, z) exp[-i(E/)t] (21)
где E/=w.
В стационарном случае уравнение Шредингера имеет вид
(22)
где Е, U - полная и потенциальная энергия, m - масса частицы.
Следует заметить, что исторически название "волновой функции" возникло в связи с тем, что уравнение (20) или (22), определяющее эту функцию, относится к виду волновых уравнений.
9.5. Собственные функции и собственные значения. Свободная частица
Функции Y, удовлетворяющие уравнению Шредингера при данных U, называются собственными функциями.
Значения Е, при которых существуют решения уравнения (22), называются собственными значениями.
В качестве примера определимy и Е для свободной частицы.
Свободной называют частицу, на которую не действуют силы, т.е. . Cледовательно, U(x)=const и ее можно принять равной нулю. Таким образом, в случае свободного движения частицы, ее полная энергия совпадает с кинетической, а скорость . Направим ось Х вдоль вектора . Тогда (22) можно записать в виде
. (23)
Прямой подстановкой можно убедится, что частным решением этого уравнения является функция y(х)=Аexp(ikx), где А=сonst, k=const c собственным значением энергии
Е= .(24)
C учетом (21) волновая функция
Y(х)=Аexp(-iwt+ ikx)= Аexp[-(i/)(Еt- рxх)]. (25)
здесь w=Е/, k=рx/
Функция (25) представляет собой плоскую монохроматическую волну де Бройля [cм. (16)].
Из (24) следует, что зависимость энергии от импульса
Е=2k2/(2m)=Рх2/(2m)=mv2/2 (26)
оказывается обычной для нерелятивиских частиц. Следовательно, энергия свободной частицы может принимать любые значения, т.е. ее энергетический спектр является непрерывным.
Плотность вероятности обнаружить частицу в данной точке пространства
|y| 2=yy*=A2,
т.е. все положения свободной частицы в пространстве являются равновероятными.
Назад
Содержание
Вперед
|