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一維諧振子:導(dǎo)出厄米方程

 cosmos2062 2022-07-14 發(fā)布于廣東

簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種很有代表性的振動(dòng)方式。振動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種常見的形式,所有的振動(dòng)都可以被分解成若干不同頻率和不同振幅的相互獨(dú)立的一維簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加。在微觀世界,許多運(yùn)動(dòng)都具有振動(dòng)的形式,從而都可以被分解成若干相互獨(dú)立的一維簡(jiǎn)諧振動(dòng)。因此,在量子力學(xué)中研究一維簡(jiǎn)諧振動(dòng)的性質(zhì)就顯得非常重要。

取振動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閤軸,振動(dòng)的平衡位置為坐標(biāo)的原點(diǎn)和勢(shì)能的零點(diǎn),一維諧振子的勢(shì)能就可以寫成

做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的粒子的薛定諤方程為:
對(duì)空間坐標(biāo)做如下變量替換:
引入一個(gè)代表粒子能量的常數(shù)
薛定諤方程就可以寫成如下簡(jiǎn)單的形式:

顯然,無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)是上述微分方程的奇點(diǎn),所以,先研究方程的解在無(wú)窮遠(yuǎn)處的性質(zhì)是有好處的。在無(wú)窮遠(yuǎn)處,上述形式的薛定諤方程可以近似地表示成

由于諧振子的勢(shì)能是屬于無(wú)限深勢(shì)阱一類的勢(shì)能,因此,只存在束縛態(tài)。由此得到波函數(shù)在無(wú)窮遠(yuǎn)處的漸近行為是:

知道了微分方程的解在無(wú)窮遠(yuǎn)處的行為之后,就可以設(shè)方程具有如下形式的解:

其中的函數(shù)u是一個(gè)具有這樣的性質(zhì)的函數(shù):在無(wú)窮遠(yuǎn)處,它的發(fā)散程度比它前面那個(gè)指數(shù)函數(shù)的收斂程度低,這樣才能夠保證波函數(shù)最終在無(wú)窮遠(yuǎn)處趨于零。把這樣形式的波函數(shù)代入前面的薛定諤方程中,經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理就得到函數(shù)u滿足的微分方方程:
這個(gè)方程被稱為厄米方程。
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