56 Równanie Schródingera i jego zastosowanie dla częstki swobodnej


Erwin Schrödinger
(12.08.1887 - 4.01.1961)

Narodowość: Austriak
Nagroda Nobla: 1933 r.

Wyniki uzyskane przez de Broglie'a zainspirowały Schrödingera do poszukiwania równania, którego rozwiązaniem jest funkcja reprezentująca falę. Udało mu się to. W 1926 r. formułuje on słynne równanie Schrödingera. W jednym wymiarze ma ono postać:

Ĥ ψ(x,t) = 0x01 graphic

Gdzie ψ to funkcja falowa cząstki, w tym wypadku zależna od współrzędnych przestrzennych i czasu, i - jednostka urojona równa pierwiastkowi z (-1), ħ - stała Plancka podzielona przez 2π, a Ĥ operator Hamiltona - operator energii. Wzór na ten operator:

0x01 graphic

gdzie m - masa cząstki, a V(x) to potencjał w jakim się znajduje oznaczający, że działają na nią siły.

Równanie Schrödingera gra w mechanice kwantowej tak fundamentalną rolę, jak prawa dynamiki Newtona w mechanice klasycznej. Równanie to jest nierelatywistyczne, czyli obowiązuje tylko dla prędkości małych w porównaniu z c.

Gdy cząstka poruszająca się ma stałą energię można (z przyczyn, w które nie będziemy się tu wgłębiać) jej funkcję falową przedstawić w postaci:

ψ(x,t) = ψ(x) exp (- iEt/ħ)

Równanie Schrödingera przyjmuje wtedy postać:

Ĥ ψ(x) = E ψ(x)

Jest to równanie Schrödingera niezależne od czasu. Jest równaniem na wartości własne E operatora hamiltonowskiego Ĥ. Rozwiązaniem tego równania dla cząstki swobodnej, czyli mającej tylko stałą energię kinetyczną (nie działają na nia żadne siły) i nieograniczonej do jakiegoś skończonego obszaru jest funkcja falowa:

ψ(x) = Ae
ipx/h

Ma ona jeden pęd p i jest określona na całej osi X (od -∞ do +∞).

Bardzo istotną rzeczą stało się zinterpretowanie funkcji falowej, czyli odpowiedź na pytanie: czym jest funkcja falowa ? Sam Schrödinger uważał, że funkcja falowa przedstawia rozmytą cząstkę. Kwadrat amplitudy tej funkcji w punkcie x jest gęstością cząstki. Znaczyło to mniej więcej tyle, że cząstka jest wszędzie, jest rozmyta na cały obszar, ale w rejonach większej amplitudy cząstka jest bardziej zagęszczona.
Interpretacja całkowitego rozmycia pojedynczej cząstki była trudna do zaakceptowania. Dopiero Max Born - niemiecki fizyk podał, je
szcze w tym samym 1926 roku, statystyczną interpretację funkcji falowej. Jego zdaniem kwadrat amplitudy funkcji falowej reprezentuje gęstość prawdopodobieństwa znalezienia całej cząstki w danym miejscu. Detektor zawsze zareaguje na obecność całej cząstki tylko w jednym miejscu. Teoretycznie nie jesteśmy w stanie przewidzieć w którym, bo dzięki teorii dysponujemy tylko gęstościami prawdopodobieństw, z których wynika gdzie prawdopodobieństwo to będzie większe, a gdzie mniejsze. Dodatkowo funkcja falowa musi spełniać warunek:

0x01 graphic

co oznacza, że prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w całym możliwym obszarze (tu na całej osi X) musi wynosić 1 (gdzieś na pewno jest). Mówi się, że funkcja falowa musi być ona unormowana.

Całkowita pewność odnośnie tego, gdzie jest cząstka, możliwa jest więc tylko przez pomiar i, co ciekawe, pomiary na tych samych układach (opisanych przez tę samą wspomnianą wyżej funkcję falową), prowadzą do różnych wyników - różnych, ale dozwolonych prawdopodobieństwami położeń cząstki. Ale ogólnie, nie każda seria pomiarów prowadzona na tym samym stanie musi prowadzić do różnych wyników. Jeśli układ jest w tzw. stanie własnym operatora mierzonej wielkości, to seria pomiarów na nim da zawsze taki sam wynik. Będzie on zresztą tzw. wartością własną tego operatora. Na przykład, pomiar pędu przeprowadzony na układzie opisanym powyższą funkcją ψ(x) = Ae
ipx/h da zawsze jedną wartość pędu: p.

Aby rozjaśnić omawiane powyżej zagadnienia pomiaru położenia, zobrazujmy je za pomocą losowania 1 kulki ze skrzynki, która zawiera 100 kulek (70 niebieskich i 30 żółtych).
Oto wnioski z naszego doświadczenia:

Statystyczna interpretacja Borna obowiązuje do dziś i jest w miarę powszechnie akceptowana.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
56 Równanie Schrodingera i jego rozwiązanie dla cząstki swobodnej
Prawo rynku wewnętrznego i jego zastosowanie dla przedsiębiorstw
Simulink i jego zastosowanie do rozwiązywania równań nieliniowych
I Przybyłowska Wywiad swobodny ze standaryzowaną listą poszukiwanych informacji i możliwości jego z
Laser i jego zastosowanie
Olejek z wiesiołka i jego zastosowanie w kosmetyce
Równanie Schrodingera
20 Rownanie Schrodingeraid 2144 Nieznany
rachunek koszt˘w zmiennych i jego zastosowanie 2YMSPE2ULJZ2Z5EO4MPBPQMGAGUNCPKRNAFYWTA
KOLAGEN I JEGO ZASTOSOWANIE W KOSMETYCE
azbest i jego zastosowanie id 7 Nieznany
Kwas ortokrzemowy i jego zastosowanie w kosmetyce
Równanie płaszczyzny w przestrzeni, Matematyka dla Szkoły Podstawowej
Co Polacy wiedzą o oleju i jego zastosowanie, Gastronomia
Olejek?drowy i jego zastosowanie w kosmetyce
POWSTANIE LISTOPAD UPADEK, Przyczyny kl?ski powstania listopadowego i jego konsekwencje dla trzech z

więcej podobnych podstron