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周态迭加原理与几率流密度要点
态叠加原理 (State Superposition Principle) 一、态的概念及态的描述 微观粒子具有波动性,会产生衍射图样。而干涉和衍 射的本质在于波的叠加性,量子力学中也存在波叠加原理 量子力学中的波,即波函数决定体系的状态,称波函数为状态波函数,所以量子力学的波叠加原理称为 态叠加原理 量子力学中也存在波叠加原理 经典波的 干涉作用:机械波(振动位移) 电磁波(电磁场量) 某物理量的叠加 叠加性是一切类型的波动的共有特征 二、态叠加原理 ,则其在空 若空间存在概率波 和 间相遇时产生叠加,叠加态为 c1、c2可为复常数或包含时间的变量 也是空间可能存在的概率波 描述微观粒子运动状态的概率波也具有叠加性。 如有两相干波y1和y2,当其发生干涉时,干涉态(叠加态)可表示为y1和y2的线性叠加:y=y1+y2 数学表示: 粒子双缝衍射实验 当双缝同时打开时,粒子处于?1和?2的叠加态 ?= c1?1+ c2?2 通过单缝1的粒子处于?1态 通过单缝2的粒子处于?2态 ? 1 2 双缝同时打开时,电子出现在P点的几率密度为: 电子通过单缝1出现在P点的几率密度为: 说明出现干涉现象 相干项 电子通过单缝2出现在P点的几率密度为: 含义:当粒子处于态?1和态?2的线性叠加态?时, 粒子既处在态 ?1,又处在态?2 一般情况下,当 和 是微观体系可能 存在的两个状态时,则它们的线性叠加 也 概率波的叠加原理(态叠加原理) 也是体系可能存在的状态 态叠加原理的更一般表述: 当ψ1,ψ2, ψ3,……ψn是体系的可能态时,它们的线性叠加ψ也是体系的一个可能状态。 或者 当体系处于ψ1,ψ2, ψ3,……ψn的叠加态ψ时,体系既可能处于ψ1态,又可能处于ψ2, ψ3……ψn态中,且处于各状态的概率是确定的。 数学形式为: 量子力学的重要原理之一 是“波的叠加性”与“波函数完全描述微观体系的统计状态”两者的高度概括与综合。 举例:电子衍射实验 G Ni晶体 电子枪 * ? d 电子从晶体表面出射后,既可能处在 态,也可能处在 、 等状态,按态迭加原理,在晶体表面反射后,电子的状态 可表示成 取各种可能值的平面波的线性叠加,即 电子沿垂直方向射到单晶表面,出射后将以各种不同的动量运动,出射后的电子为自由电子,其状态波函数为平面波。 * 考虑到电子的动量可以连续变化 而 (2) (1) 即 衍射图样正是这些平面波叠加干涉的结果 显然,二式互为Fourer变换式,所以 与 一一对应,是同一量子态的两种不同描述方式。 若 归一化,则 也是归一化的 Prove: 以坐标 为自变量的波函数,坐标空间(坐标表象)波函数 以动量 为自变量的波函数, 动量空间(动量表象)波函数 二者描写同一量子状态 给出t 时刻粒子动量 为 的几率 给出t 时刻粒子处在 位置 处的几率 * 此显示出把平面波归一化为 函数的目的 一维情况下, 与 的Fourer变换关系: 如果仅考虑某一给定时刻粒子的两表象波函数的关系,可取t =0 薛定谔方程(Schrodinger Equation) 经典力学中,已知力 F 及 x0、 υ 0,可由牛顿方程求质点任意时刻状态。 第三节 薛定谔方程(Schrodinger Equation) 微观粒子在时刻t的状态由 波函数ψ(r,t)来描述。 问题? 当t变化时,粒子运动状态将怎样随之 变化,并随时间变化其遵从怎样的规律? 薛定谔方程 Erwin Schr?dinger 该方程必须是波函数应满足的含有对时间微商的微分方程。 满足一些物理条件: 1)方程应是一个线性方程:在方程中只能包含 等项,而不能包含 等项。当ψ1和ψ2为 方程的解时,ψ=C1 ψ1+C2 ψ2也为方程的解; 一、薛定谔方程的物理条件: ? 2)方程应该具有粒子各种状态都能得到满足的普遍性质,方 程中各系数只能为普适恒量(如h等)和表示粒子一般属性 的量(如质量等),不能包含只表征某特殊状态的量(如 能量、动量等); 3)波函数ψ的变量为r和t,方程是关于r 和t的偏微分方程,
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