薛定谔方程iΨt=H^Ψ,其中 H^=22m2x2+V。分离变量 Ψ(x,t)=ψ(x)ϕ(t),有定态薛定谔方程 H^ψ=Eψ,对应的 ϕ(t)=exp(iEt/)

一维的薛定谔方程的性质:①ψ1,ψ2 有相同的本征值,则 dψ1dxψ2dψ2dxψ1=Const。②最大简并度为2。③束缚态不兼简并。④束缚态可用实函数表示。⑤当 V(x)=V(x),束缚态有固定的宇称。

波函数总是连续,波函数的导数在势能有限处连续:ψx|xx+=2m2xx+V(x)ψ(x)dx。概率流密度 J(x,t)=i2m(ΨΨxΨΨx)

几种势的解

无限深方势阱V(x)=If(0xa,0,)。本征函数 ψn(x)=2asin(nπax),本征能量 En=n2π222ma2

谐振子势V(x)=mω2x2/2。本征能量 En=(n+12)ω,n=0,1,...,对应的本征态为 E=(mωπ)1/412nn!Hn(ξ)eξ2/2,其中 ξ=mωx。升降算符 a^±=12mω(ip^+mωx)H^=ω(a^a^+12)=ω(a^+a^+12)a^+|n=n+1|n+1,a^|n=n|n1

自由粒子:动量本征矢 ψp=x|p=12πeipx/,归一化 p|p=δ(pp)。对应的 ψ(x)=12πc(p)eipx/dp。反傅里叶变换 c(p)=12πψ(x)eipx/dx

δ势阱V(x)=αδ(x)。束缚态:ψ(x)=mαexp(mα|x|/2),对应本征能量为 E=mα222。散射态:ψ(x)=If(x<0,Aeikx+Beikx,Feikx),其中 B=iβ1iβA,F=11iβ,其中 β=mα2kR=|B|2/|A|2,T=|F|2/|A|2。(对于两边的势能不同的,利用 J|A|2k|A|2EV 可求得 RT

形式理论:在基矢 |i,i=1,2,... 下,单位算符写作 |ii|。态矢 |ψ 在其中的分解为 |ii|ψ=ψi|i。算符 A^ 在其中的分解为 A^=|ii|A^|jj|=|iAijj|。算符的期望值 A^=ψ|A^|ψ

从基矢 |i 变换到 |j,有 |j=|ii|j=Sji|i,其中 Sji=j|i。则有算符 A^|j 下的分量 Aij=i|A^|j=i|kk|A^|ll|j=SikAklSlj。在位置基下,x^=x,p^=ix;在动量基下,x^=ip,p^=p

海森堡运动方程ddtF^=F^t+1i[F^,H^]

不确定性原理σA2σB2(12i[A^,B^])2。其中 σA2=A^2A^2。证明:σA2=ψ|(A^A^)2|ψ,令 σA2=f|f,σB2=g|g,则 ∼≥f|g2=(f|g)2+(f|g)2(f|g)2=(12i(f|gg|f))2=(12i[A^,B^])2。其中等式满足的条件为 |g=ia|f,aR。能量时间的不确定关系为 σHΔt2,其中 Δt=σQ/|dQdt|Q 为任意不含时算符。

三维薛定谔方程:球坐标中:22m[1r2rr2r+1r2sinθθsinθθ+1r2sin2θ2ϕ2]ψ+Vψ=Eψ。对应:L^z=iϕ,L^x=i(sinϕθ+cotθcosϕϕ),L^y=i(cosϕθ+cotθsinϕϕ)L^2=2[1sinθθ(sinθθ)+1sin2θ2ϕ2]

分离变量 ψ(r,θ,ϕ)=R(r)Y(θ,ϕ)=R(r)Θ(θ)Φ(ϕ)角向Φ(ϕ)=eimϕ,L^zΦ(ϕ)=mYlm(θ,ϕ)=APlm(cosθ)eimϕ, L^2Ylm=2l(l+1)。其中 m=l,l+1,...,l1,lPlm 为连带勒让德多项式(Plm=(1)m(1x2)m/2(ddx)mPl,Pl=12ll!(ddx)l(x21)l)。l 决定宇称。归一化常数 A=2l+14π(lm)!(l+m)!,满足 |Ylm|dΩ=1

径向:取 u=rR(r),有 22md2udr2+[V+22ml(l+1)r2]u=Eu。满足 |u|2dr=1

氢原子:取 V(r)=e24πϵ0r,则有 Rnl=1rρl+1eρv(ρ),其中 ρ=2mEr/v(ρ) 是多项式。En=m22(e24πϵ0)21n2n>l

角动量[L^x,L^y]=iL^zL^+=L^x+iL^y,L^=L^xiL^y[L^z,L^±]=±L^±。归一化:L^+|l,m=2[l(l+1)m(m+1)]|l,m+1, L^|l,m=2[l(l+1)m(m1)]|l,m1

参考式

exp(Ax2)dx=πA

勒让德多项式P0=1,  P1=x,  P2=12(3x21),  P3=12(5x33x),  P4=18(35x430x2+3),  P5=18(63x570x3+15x)

连带勒让德P00=1,  P11=sinθ,  P10=cosθ,  P22=3sin2θ,  P21=3sinθcosθ,  P20=12(3cos2θ1),  P33=15sinθ(1cos2θ),  P32=15sin2θcosθ,  P31=32sinθ(5cos2θ1),  P30=12(5cos3θ3cosθ)

厄密多项式H0=1,  H1=2ξ,  H2=4ξ22,  H3=8ξ312ξ,  H4=16ξ448ξ2+12,  H5=32ξ5160ξ3+120ξ