lect01-07 (Лекции по квантовой механике), страница 7

PDF-файл lect01-07 (Лекции по квантовой механике), страница 7 Физика (38175): Лекции - 4 семестрlect01-07 (Лекции по квантовой механике) - PDF, страница 7 (38175) - СтудИзба2019-05-09СтудИзба

Описание файла

Файл "lect01-07" внутри архива находится в папке "Лекции по квантовой механике". PDF-файл из архива "Лекции по квантовой механике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст 7 страницы из PDF

k> 0,C1=0.Çàìåòèì, ÷òî â êëàññè÷åñêèõ òåðìèíàõ óñëîâèå îòðèöàòåëüíîñòè ýíåðãèè âûäåëÿåò ôèíèòíûåäâèæåíèÿ. Ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî38âîçìîæíûå äèñêðåòíûå óðîâíè ýíåðãèè ñîîòâåòñòâóþò êëàññè÷åñêèì ôèíèòíûìäâèæåíèÿì.Åñëè ïðè íåîãðàíè÷åííîì âîçðàñòàíèè ðàäèóñà ïîòåíöèàë ñòðåìèòñÿ ê íåêîòîðîìóïîëîæèòåëüíîìó ïðåäåëó,lim V (r) = V∞ > 0,r→∞òî ðåøåíèå óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ ïîõîäèò íà ðåøåíèå óðàâíåíèÿ−h̄2 d2u(r)2m dr2+V∞ u(r)=Eu(r).Åñëè ýíåðãèÿ ìåíüøå ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëà, òîu(r)C1 ekr=C2 e−kr ,+k1p2m(V∞ − E).h̄=Êâàäðàòè÷íî èíòåãðèðóåìîå ðåøåíèå âûäåëÿåòñÿ óñëîâèåì C1 = 0. Åñëèlim r2 V (r)=r→00,òî ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà âåäóò ñåáÿ íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ êàê ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ−d2u(r)dr21l(l + 1)u(r)r2+ò.å.

êàê ôóíêöèèu(r)C1 r−l==0,C2 rl+1 .+Ôóíêöèÿ u(r) ðåãóëÿðíà â íà÷àëå êîîðäèíàò ïðè óñëîâèè C1 = 0. Òàêèì îáðàçîì, ðåãóëÿðíîåðåøåíèå óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà âåäåò ñåáÿ íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ êàêΨ(r)rl u(r),∼u(0)6= 0.Åñëè ïîòåíöèàë ñòðåìèòñÿ ê íóëþ ïðè âîçðàñòàíèè ðàäèóñà, òî ðåøåíèå óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðàåñòåñòâåííî èñêàòü â ôîðìåu(r)rl eαr w(r),=α=1√−2mE,h̄E0.Ôóíêöèÿ w(r) äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü óðàâíåíèþrd2 wdr2+(2(l + 1) − 2αr)dwdr−(2α(l + 1) −2mrV (r))w(r)h̄2=0. ñëó÷àå äîñòàòî÷íî ïðîñòûõ ïîòåíöèàëîâ ðåøåíèå óðàâíåíèå óäîáíî ïðåäñòàâèòü â ôîðìåñòåïåííîãî ðÿäà.Ðàññìîòðèì, íàïðèìåð, ñëó÷àé êóëîíîâà ïîòåíöèàëà ïðèòÿæåíèÿ, êîãäà−r=1x2α(c − x)dwdx−Ïîñëå çàìåíû ïåðåìåííîéóðàâíåíèå ïðèíèìàåò âèäxd2 wdx2a=+Ze2.r=V (r)ãäål+1−mZe2,αh̄239aw(x)c==0,2(2l + 1).Ýòî õîðîøî èçâåñòíîå âûðîæäåííîå ãèïåðãåîìåòðè÷åñêîå óðàâíåíèå, êîòîðîå äîïóñêàåòðåøåíèå â ôîðìå ðÿäà∞Xw(x) =bs xs .s=0Ïîäñòàíîâêà ðÿäà â óðàâíåíèå ïðèâîäèò ê ðåêóððåíòíûì ñîîòíîøåíèÿìbs+1s+abs .(s + 1)(s + c)= îáùåì ñëó÷àå ïðè áîëüøèõ s ñïðàâåäëèâû ñîîòíîøåíèÿ1bs ,s∼bs+1..

bs∼1,s!ïîýòîìó îïðåäåëÿþùèé ôóíêöèþ w(x) ðÿä ñõîäèòñÿ ïðè âñåõ çíà÷åíèÿõ x. Îäíàêî, ýòîòðÿä îïðåäåëÿåò ýêñïîíåíöèàëüíî ðàñòóùóþ ïðè áîëüøèõ x ôóíêöèþ:eBx ,∼w(x)B> 0.Ôóíêöèÿ w(x) ìîæåò îêàçàòüñÿ êâàäðàòè÷íî èíòåãðèðóåìîé òîëüêî â îäíîì ñëó÷àå: îïðåäåëÿþùèéåå áåñêîíå÷íûé ðÿä ïðåâðàùàåòñÿ â êîíå÷íóþ ñóììó. Ýòî âîçìîæíî ëèøü â òåõ ñëó÷àÿõ,êîãäà ïàðàìåòð a ïðèíèìàåò öåëûå îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ:a−nr ,=nr=0, 1, 2, ...ãäå nr ðàäèàëüíîå êâàíòîâîå ÷èñëî. Ïîäñòàâëÿÿ â ýòî ðàâåíñòâî ÿâíîå çíà÷åíèå a,ïîëó÷èìmZe2 1α =,n = nr + l + 1,h̄2 nn ãëàâíîå êâàíòîâîå ÷èñëî. Âñïîìèíàÿ, ÷òî α ðàâíîýíåðãèè ìîæíî ïåðå÷èñëèòü ôîðìóëîéEn−=Ýíåðãèÿ E0 ðàâíàE0=ãäå ïîñòîÿííàÿ ðàçìåðíîñòè äëèíû ra ðàâíàra√−2mE,h̄íàéäåì ÷òî óðîâíè1E0 .2n2Ze2,rah̄2.mZe2= ñëó÷àå Z = 1 âåëè÷èíà ra ïðåâðàùàåòñÿ â áîðîâñêèé ðàäèóñrB=h̄2me2=0.529117249 × 10−10 m,à ýíåðãèÿ E0 ïðèíèìàåò çíà÷åíèåE0=me4h̄2=27.21eV=4.36 × 10−11=2Ry.Çàìåòèì, ÷òî ïðèñòóïàÿ ê ïðîöåäóðå êâàíòîâàíèÿ ýíåðãèè ìû îæèäàëè, ÷òî óðîâíè ýíåðãèèìîæíî áóäåò ïåðå÷èñëèòü ïàðîé èíäåêñîâ nr , l, ïîýòîìó êàæäûé óðîâåíü â ñôåðè÷åñêèñèììåòðè÷íîì ïîëå áóäåò 2l + 1-êðàòíî âûðîæäåí.

 ñëó÷àå ïðîèçâîëüíîãî ñôåðè÷åñêîãîïîëÿ ýòî ïðàâèëüíî Îäíàêî, ïðèìåð êóëîíîâà ïîëÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî äåëî äåëî îáñòîèò íåòàê ïðîñòî. Óðîâíè ýíåðãèè íóìåðóþòñÿ ÷èñëàìèn=nr + l + 1,40ïîýòîìó ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè n ÷èñëà l ïðèíèìàþò n çíà÷åíèél0, 1, ...n − 1,=Êðàòíîñòü âûðîæäåíèÿ óðîâíÿ En ðàâíàd(n)n−1X=(2l + 1)=n2 .l=0Ïðè âûïîëíåíèè êîíêðåòíûõ ðàñ÷åòîâ ïðè÷èíó óâåëè÷åíèÿ êðàòíîñòè âûðîæäåíèÿ ïîíÿòüäîâîëüíî òðóäíî. Ïîýòîìó ñîîòâåòñâóþùåå âûðîæäåíèå èíîãäà íàçûâàþò ñëó÷àéíûì.Îäíàêî, ìû óæå çíàåì, ÷òî âñÿêîå âûðîæäåíèå ñâÿçàíî ñ íåêîòîðîé íåòðèâèàëüíîé ñèììåòðèåé.Êàæóùàÿñÿ ñëó÷àéíîñòü ñâÿçàíà âñåãî ëèøü ñ òåì, ÷òî äîïîëíèòåëüíàÿ ñèììåòðèÿ ãàìèëüòîíèàíàíå ñðàçó áðîñàåòñÿ â ãëàçà. Ìåæäó òåì, ïðè÷èíà è ñìûñë ýòîé ñèììåòðèè áûëè îòêðûòûåùå â XXVIII âåêå Ëàïëàñîì.Ñôåðè÷åñêèå ãàðìîíèêè×èñëà l â ýòîì ðàçäåëå ïðèíèìàþò çíà÷åíèÿ l = 0, 1, ...

Âåêòîðû Φ(j, m) â êîîðäèíàòíîìïðîñòðàíñòâå áóäóò îáîçíà÷àòüñÿ Ylm (θ, φ). Èíòåãðàë ïî ñôåðå åäèíè÷íîãî ðàäèóñàZ2πZπdφsinθdθF (θ, φ)00áóäåò îáîçíà÷àòüñÿ ñèìâîëîìZdr̂F (r̂).4. Óðàâíåíèåˆl3 F (θ, φ)=lF (θ, φ)èìååò ðåøåíèåF (θ, φ) = Cexp(ilφ)g(θ).5. Ôóíêöèÿ F èç ïðåäûäóùåãî ðàçäåëà áóäåò ðåøåíèåì óðàâíåíèÿˆl+ F (θ, φ)=g(θ)sinl θ.åñëè=6. Âåêòîð Yll , íîðìèðîâàííûé óñëîâèåìZdr̂|Yll (r̂)|2ðàâåí=0,1,r(2l + 1)! 1exp(ilφ)sinl θ, |C| = 1.4π2l l!Âû÷èñëÿÿ íîðìèðîâî÷íûé èíòåãðàë, âîñïîëüçóéòåñü ôîðìóëîéYll = CπZ2dxsinµ−1 x=µ µ2µ−2 B( , ).2 207. Ïîêàæèòå ÷òîˆl− (eimφ f (θ))=ei(m−1)φ sin1−m θ41dsinm θf.dcosθ8.

Ïîñëåäîâàòåëüíî äåéñòâóÿ íà âåêòîð Yll îïåðàòîðîì ˆl− ïîêàæèòå ÷òîYlml−m ilφB ˆl−(e sinl θ)=Beimφ sin−m θ=dl−msin2l θ.dcosθl−m9. Èñïîëüçóÿ ñîîòíîøåíèå1Yl,m−1 = ˆl− Ylm p(l + m)(l − m + 1)ïîêàæèòå, ÷òîsYlm=ˆll−m (Yll )−(l + m)!.(2l)!(l − m)!10. Âåêòîð Ylm ðàâåí (|C| = 1):sdl−m2l + 1 (l + m)!1eimφYlm (θ, φ) = Csin2l θ.lm4π (l − m)! 2 l!sin θdcosθl−m11. Âåêòîð Yl,−l ïðîïîðöèîíàëåí e−ilφ sinl θ.12.

Ñïðàâåäëèâî ðàâåíñòâîˆlm (e−ilφ sinl θ)+=(−1)m ei(m−l)φ sinm−l θdmsin2l θ.dcosθm13. Íà÷àâ ïîñòðîåíèå ñôåðè÷åñêèõ ãàðìîíèê ñ âåêòîðà Yl,−l , ïîëó÷èòå ýêâèâàëåíòíîå(10) âûðàæåíèå Ylm :s2l + 1 (l − m)! 1 imφ mdl+mesinθYlm (θ, φ) = (−1)m Csin2l θ.4π (l + m)! 2l l!dcosθl+mÏîëèíîìû Ëåæàíäðà îïðåäåëÿþòñÿ ôîðìóëîéPl (cosθ)=1dl(cosθ2 − 1)l .2l l! dcosθlÑïðàâåäëèâî ñîîòíîøåíèåZ1Pl0 (x)Pl (x)dx=δl 0 l2.2l + 1−1ßâíûé âèä ïåðâûõ ïÿòè ïîëèíîìîâ Ëåæàíäðà:P0 (x) = 1,P3 =P1 (x) = x,1(5x2 − 3x),2P2 (x) =P4 =1(3x2 − 1),21(35x4 − 30x2 + 3).8Ñïðàâåäëèâà ôîðìóëà1|~r − ~r0 |=∞01 X r< l( ) Pl (r̂r̂ ),r> 0 r>420r< = min(r, r ), r> = max(r, r0 ).Ïðèñåäèíåííûå ïîëèíîìû Ëåæàíäðà ðàâíûPl msinm θ=Pl −m (cosθ)Z1dmPl (cosθ), m ≥ 0,dcosθm(−1)m=mPlm0 (x)Pl (x)dx=(l − m)! mPl (cosθ).(l + m)!δl 0 l2 (l + m)!.2l + 1 (l − m)!−114.

Åñëè êîýôôèöèåíò Ñ âûáðàòü ðàâíûì il , òî ñôåðì÷åñêèå ãàðìîíèêè îïðåäåëÿòñÿôîðìóëîésm+|m|2l + 1 (l − |m|)! imφ |m|Ylm (θ, φ) = (−1) 2 ilePl (cosθ)4π (l + |m|)!15. Ñïðàâåäëèâû ñîîòíîøåíèÿrYl0 (θ, φ)l=Yl,−mi2l + 1Pl (cosθ).4π(−1)l−m Ylm + .=16. Ôîðìóëó ñëîæåíèÿ äëÿ ïîëèíîìîâ Ëåæàíäðà:Pl (cosγ)=0Pl (cosθ)Pl (cosθ )+2ãäåcosγ=cosθcosθlX00(l − m)! mPl (cosθ)Plm (cosθ )cos(m(φ − φ ),(l+m)!m=1000sinθsinθ cos(φ − φ ),+ìîæíî çàïèñàòü â ôîðìå0Pl (r̂r̂ )=lX4π0+Ylm (r̂)Ylm (r̂ ) .m=−l17. Ïðèìåíÿÿ ôîðìóëó ñëîæåíèÿ äëÿ ïîëèíîìîâ Ëåæàíäðà ïîêàæèòå, ÷òî ôîðìóëåeixcosφ∞X=(2l + 1)il jl (x)Pl (cosφ),l=0rjl (x)=πJ 1 (x).2x l+ 2ìîæíî ïðèäàòü âèä ðàçëîæåíèÿ ïëîñêîé âîëíû ïî ñôåðè÷åñêèì ãàðìîíèêàìrp~i~h̄e=4π∞Xl=0lpr X+i jl ( )Ylm (r̂)Ylm (p̂) .h̄lm=−l18. Ôóíêöèè Ylm (θ, φ) = Ylm (r̂) îáðàçóþò îðòîíîðìèðîâàííûé áàçèñ â ïðîñòðàíñòâåêâàäðàòè÷íî èíòåãðèðóåìûõ ôóíêöèé, çàäàííûõ íà åäèíè÷íîé ñôåðå:Z+Ylm (r̂) Yl0 m0 (r̂)dr̂ = δll0 δmm0 ,X0+Ylm (r̂)Ylm (r̂ )lm43=0δ(r̂ − r̂ ),ZF (r̂)000δ(r̂ − r̂ )F (r̂ )dr̂ .=Cèììåòðèÿ êóëîíîâà ïîòåíöèàëàÍà ïðîøëîé ëåêöèè ìû ïîëó÷èëè ôîðìóëó äëÿ óðîâíåé ýíåðãèè â êóëîíîâîì ïîëåEn=−1 Ze2,2n2 r0r0=h̄2.mZe2Ìû íàøëè êðàòíîñòü âûðîæäåíèÿ óðîâíåé ýíåðãèè.

Ñòàöèîíàðíûå ñîñòîÿíèÿ â öåíòðàëüíî-ñèììåòðè÷íîì ïîëå íóìåðóþòñÿ ÷èñëàìè nr , l, m, à óðîâíè ýíåðãèè - ÷èñëàìè nr , l:HΨ(nr , l, m)=Ψ(nr , l, m)E(nr , l).Ïîñêîëüêó ïðè çàäàííîì l ÷èñëî m ïðèíèìàåò 2l + 1 çíà÷åíèé, òî óðîâíè ýíåðãèè âñôåðè÷åñêè ñèììåòðè÷íîì ïîëå, âîîáùå ãîâîðÿ, âûðîæäåíû (2l+1)-êðàòíî. Îäíàêî, êóëîíîâîïîëå äàåò íàì ïðèìåð èñêëþ÷åíèÿ èç ïðàâèë.

Ïîñêîëüêó ÷èñëî n ðàâíîn=nr + l + 1,òî ïðè çàäàííîé ýíåðãèè, ò.å. ïðè çàäàííîì ÷èñëå n, ÷èñëî l ìîæåò ïðèíèìàòü n çíà÷åíèé:l = 0, 1, ..., n − 1. Ïîýòîìó ýíåðãèåé En îáëàäàþòn−1X(2l + 1)=n2l=0ñîñòîÿíèé. Ïî õîäó ðåøåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ, ïðèâîäÿùåãî ê çíà÷åíèÿìóðîâíåé ýíåðãèè, òðóäíî îáúÿñíèòü ôèçè÷åñêóþ ïðè÷èíó ñòîëü âûñîêîé êðàòíîñòè óðîâíåé.Ïîýòîìó â íåêîòîðûõ ó÷åáíèêàõ ýòî âûðîæäåíèå íàçûâàþò "ñëó÷àéíûì", ñâÿçàííûì ñîñîáåííîñòÿìè êóëîíîâà ïîòåíöèàëà. Ìåæäó òåì ìû óæå çíàåì, ÷òî âûðîæäåíèå óðîâíåéýíåðãèè ñâÿçàíî ñ íàëè÷èåì íåêîììóòèðóþùèõ èíòåãðàëîâ äâèæåíèÿ.

×åì áîëüøå òàêèõèíòåãðàëîâ, òåì âûøå êðàòíîñòü âûðîæäåíèÿ.Ñ äðóãîé ñòîðîíû, íåêîììóòèðóþùèå èíòåãðàëû äâèæåíèÿ îïðåäåëÿþò íåòðèâèàëüíóþñèììåòðèþ ãàìèëüòîíèàíà.Òàêèì îáðàçîì, âûðîæäåíèå óðîâíåé ýíåðãèè ñâÿçàíî ñî ñâîéñòâàìè ñèììåòðèè ãàìèëüòîíèàíà. êëàññè÷åñêîé ôèçèêå òðàåêòîðèÿ òî÷å÷íîé ÷àñòèöû, äâèæóùåéñÿ â öåíòðàëüíî ñèììåòðè÷íîìïîëå, öåëèêîì ëåæèò â ïëîñêîñòè, îðòîãîíàëüíîé ê ïîñòîÿííîìó âî âðåìåíè ìîìåíòóèìïóëüñà. Îäíàêî, â îáùåì ñëó÷àå îíà íå îáÿçàíà áûòü çàìêíóòîé. Ìåæäó òåì îðáèòûâðàùàþùèõñÿ âîêðóã Ñîëíöà ïëàíåò çàìêíóòû, ÷òî ñòèìóëèðóåò ïîèñê ôèçè÷åñêîé ïðè÷èíûáîëåå âûñîêîé ñèììåòðèè òðàåêòîðèè ÷àñòèöû, äâèæóùåéñÿ â ïîëåV (r)=−G.rÝòà çàäà÷à áûëà ðåøåíà Ëàïëàñîì åùå â XV III âåêå. Ëàïëàñ âûÿñíèë, ÷òî â òàêîì ïîëå~ , íî è åùå îäèí âåêòîð:ñîõðàíÿåòñÿ íå òîëüêî ìîìåíò èìïóëüñà L~A=1 ~~r(L × p~) + .p0r íà÷àëå XX âåêà îí ïîëó÷èë íàçâàíèÿ âåêòîðà Ëàïëàñà-Ðóíãå-Ëåíöà.

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5258
Авторов
на СтудИзбе
421
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее