Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wykład 6

Podobne dokumenty
POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ cd i formalizm matematyczny

Wstęp do Modelu Standardowego

II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU. Janusz Adamowski

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Mechanika kwantowa Schrödingera

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

Wstęp do Modelu Standardowego

Równanie Schrödingera

po lożenie cz astki i od czasu (t). Dla cz astki, która może poruszać siȩ tylko w jednym wymiarze (tu x)

Mechanika Kwantowa. Maciej J. Mrowiński. 24 grudnia Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: 2 x 2 )

po lożenie cz astki i od czasu (t). Dla cz astki, która może poruszać siȩ tylko w jednym wymiarze (tu x)

FALE MATERII. De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 1924 wysunął hipotezę, że

Postulaty mechaniki kwantowej

Normalizacja funkcji falowej

Wykłady z Mechaniki Kwantowej

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Teorie wiązania chemicznego i podstawowe zasady mechaniki kwantowej Zjawiska, które zapowiadały nadejście nowej ery w fizyce i przybliżały

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

5 Reprezentacje połozeniowa i pedowa

RÓWNANIE SCHRÖDINGERA NIEZALEŻNE OD CZASU

Michał Praszałowicz, pok strona www: th- wykład 3 godz. za wyjątkiem listopada Egzamin: esej max.

V. RÓWNANIA MECHANIKI KWANTOWEJ

Faculty of Applied Physics and Mathematics -> Department of Solid State Physics. dydaktycznych, objętych planem studiów

Wykład 13 Mechanika Kwantowa

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

MONIKA MUSIAŁ POSTULATY

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

MiBM sem. III Zakres materiału wykładu z fizyki

Równanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.

(U.14) Oddziaływanie z polem elektromagnetycznym

Reprezentacje położeniowa i pędowa

Równanie Schrödingera

gęstością prawdopodobieństwa

Jednowymiarowa mechanika kwantowa Rozpraszanie na potencjale Na początek rozważmy najprostszy przypadek: próg potencjału

Wykład I.2 1 Kłopoty z mechaniką klasyczną. 2 Postulaty mechaniki kwantowej 1. Stan układu funkcja falowa ψ(x), ψ(x) 2 interpretacja

Stara i nowa teoria kwantowa

1. Matematyka Fizyki Kwantowej: Cześć Trzecia

Analiza wektorowa. Teoria pola.

Jak matematycznie opisać własności falowe materii? Czym są fale materii?

Jak matematycznie opisać własności falowe materii? Czym są fale materii?

Wykład Budowa atomu 3

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Kwantowa wariacyjna metoda Monte Carlo. Problem własny dla stanu podstawowego układu N cząstek

Chemia kwantowa. Pytania egzaminacyjne. 2010/2011: 1. Przesłanki doświadczalne mechaniki kwantowej.

Rozwiązania zadań z podstaw fizyki kwantowej

Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium 30 30

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Fale materii hipoteza de Broglie'a Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Zasada nieoznaczoności

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

3 Ewolucja układu w czasie, trajektorie kwantowe

Więzy i ich klasyfikacja Wykład 2

Podstawy fizyki wykład 2

Metody rozwiązania równania Schrödingera

(U.6) Oscylator harmoniczny

Postulaty mechaniki kwantowej

Mechanika Analityczna

Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Wykłady z Mechaniki Kwantowej

Dystrybucje. Marcin Orchel. 1 Wstęp Dystrybucje Pochodna dystrybucyjna Przestrzenie... 5

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

1. Przesłanki doświadczalne mechaniki kwantowej.

1. Matematyka Fizyki Kwantowej: Cześć Druga

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

5. Ruch harmoniczny i równanie falowe

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

1. BILANSOWANIE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH

Co ma piekarz do matematyki?

17.1 Podstawy metod symulacji komputerowych dla klasycznych układów wielu cząstek

Rozdział 23 KWANTOWA DYNAMIKA MOLEKULARNA Wstęp. Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1

Wykład 2. Przykład zastosowania teorii prawdopodobieństwa: procesy stochastyczne (Markova)

Zadania kwalifikacyjne na warsztaty "Zjawiska krytyczne"

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii

(U.11) Obroty i moment pędu

Kinematyka: opis ruchu

Numeryczne rozwiązanie równania Schrodingera

Rozdział 8. Analiza fourierowska. 8.1 Rozwinięcie w szereg Fouriera

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Tydzień nr 9-10 (16 maja - 29 maja), Równania różniczkowe, wartości własne, funkcja wykładnicza od operatora - Matematyka II 2010/2011L

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Statystyki kwantowe. P. F. Góra

1. Matematyka Fizyki Kwantowej: Część Pierwsza

falowa natura materii

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 4

Notacja Diraca. Rozdział Abstrakcyjna przestrzeń wektorów stanu

Atom wodoru. Model klasyczny: nieruchome jądro +p i poruszający się wokół niego elektron e w odległości r; energia potencjalna elektronu:

Wykład 5 - całki ruchu zagadnienia n ciał i perturbacje ruchu keplerowskiego

Informacja o przestrzeniach Sobolewa

Równanie przewodnictwa cieplnego (I)

MECHANIKA STOSOWANA Cele kursu

Komputerowa Analiza Danych Doświadczalnych

Paradoksy mechaniki kwantowej

Prawa ruchu: dynamika

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Transkrypt:

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wykład 6 Karol Kołodziej Instytut Fizyki Uniwersytet Śląski, Katowice http://kk.us.edu.pl 19 września 2014 Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 1/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Znajomość funkcji falowej cząstki o masie m znajdującej się w polu siły F( r,t) = V( r,t)powinnanamdaćmożliwiedokładny,na tyle na ile pozwalają na to relacje nieoznaczoności, Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 2/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Znajomość funkcji falowej cząstki o masie m znajdującej się w polu siły F( r,t) = V( r,t)powinnanamdaćmożliwiedokładny,na tyle na ile pozwalają na to relacje nieoznaczoności, opis jej ruchu. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 2/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Znajomość funkcji falowej cząstki o masie m znajdującej się w polu siły F( r,t) = V( r,t)powinnanamdaćmożliwiedokładny,na tyle na ile pozwalają na to relacje nieoznaczoności, opis jej ruchu. Funkcja falowa ψ( r, t) jest rozwiązaniem równania falowego Schrödingera i ψ( r,t) t = 2 2m 2 ψ( r,t)+v( r,t)ψ( r,t). Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 2/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Znajomość funkcji falowej cząstki o masie m znajdującej się w polu siły F( r,t) = V( r,t)powinnanamdaćmożliwiedokładny,na tyle na ile pozwalają na to relacje nieoznaczoności, opis jej ruchu. Funkcja falowa ψ( r, t) jest rozwiązaniem równania falowego Schrödingera i ψ( r,t) t = 2 2m 2 ψ( r,t)+v( r,t)ψ( r,t). Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 2/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat I. Zmienne dynamiczne opisujące ruch cząstki reprezentujemy przez operatory liniowe działające w przestrzeni Hilberta H wszystkich możliwych stanów kwantowych cząstki. Np.operatorpędu i,albooperatorpołożenia r. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 3/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat I. Zmienne dynamiczne opisujące ruch cząstki reprezentujemy przez operatory liniowe działające w przestrzeni Hilberta H wszystkich możliwych stanów kwantowych cząstki. Np.operatorpędu i,albooperatorpołożenia r. Rozważmy równanie własne operatora liniowego Ω reprezentującego pewną zmienną dynamiczną Ω µ =ω µ µ, gdzie µ jest pewną(jedną lub więcej) liczbą kwantową, od której zależywartośćwłasnaω µ. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 3/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat I. Zmienne dynamiczne opisujące ruch cząstki reprezentujemy przez operatory liniowe działające w przestrzeni Hilberta H wszystkich możliwych stanów kwantowych cząstki. Np.operatorpędu i,albooperatorpołożenia r. Rozważmy równanie własne operatora liniowego Ω reprezentującego pewną zmienną dynamiczną Ω µ =ω µ µ, gdzie µ jest pewną(jedną lub więcej) liczbą kwantową, od której zależywartośćwłasnaω µ. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 3/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat II. W wyniku dokładnego pomiaru zmiennej dynamicznej reprezentowanej przez operator Ω możemy otrzymać tylko jedną z jegowartościwłasnychω µ. Jeżeliwartośćwłasnaω µ podlegapomiarowi,tomusibyćona liczbą rzeczywistą, co implikuje, że operator Ω reprezentujący zmienną dynamiczną musi być hermitowski. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 4/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat II. W wyniku dokładnego pomiaru zmiennej dynamicznej reprezentowanej przez operator Ω możemy otrzymać tylko jedną z jegowartościwłasnychω µ. Jeżeliwartośćwłasnaω µ podlegapomiarowi,tomusibyćona liczbą rzeczywistą, co implikuje, że operator Ω reprezentujący zmienną dynamiczną musi być hermitowski. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 4/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wyobraźmy sobie dużą liczbę kopii identycznych, niezależnych, nie nakładających się obszarów przestrzeni. Każdy obszar jest dostatecznie duży, aby były w nim widoczne wszystkie fizycznie interesujące własności ruchu cząstki. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 5/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wyobraźmy sobie dużą liczbę kopii identycznych, niezależnych, nie nakładających się obszarów przestrzeni. Każdy obszar jest dostatecznie duży, aby były w nim widoczne wszystkie fizycznie interesujące własności ruchu cząstki. W każdym obszarze rozpatrywanego układu funkcja falowa ψ( r, t) bedąca rozwiązaniem równania Schrödingera daje pełny kwantowomechaniczny opis cząstki o masie m i energii potencjalnej V( r,t). Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 5/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wyobraźmy sobie dużą liczbę kopii identycznych, niezależnych, nie nakładających się obszarów przestrzeni. Każdy obszar jest dostatecznie duży, aby były w nim widoczne wszystkie fizycznie interesujące własności ruchu cząstki. W każdym obszarze rozpatrywanego układu funkcja falowa ψ( r, t) bedąca rozwiązaniem równania Schrödingera daje pełny kwantowomechaniczny opis cząstki o masie m i energii potencjalnej V( r, t). Położenie cząstki mierzymy względem umownego środka danego obszaru. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 5/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wyobraźmy sobie dużą liczbę kopii identycznych, niezależnych, nie nakładających się obszarów przestrzeni. Każdy obszar jest dostatecznie duży, aby były w nim widoczne wszystkie fizycznie interesujące własności ruchu cząstki. W każdym obszarze rozpatrywanego układu funkcja falowa ψ( r, t) bedąca rozwiązaniem równania Schrödingera daje pełny kwantowomechaniczny opis cząstki o masie m i energii potencjalnej V( r, t). Położenie cząstki mierzymy względem umownego środka danego obszaru. Alternatywnie możemy rozpatrywać wiele niezależnych powtórzeń tego samego ruchu w jednym obszarze przestrzeni, mierząc czas zawsze od pewnej konkretnej chwili początkowej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 5/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wyobraźmy sobie dużą liczbę kopii identycznych, niezależnych, nie nakładających się obszarów przestrzeni. Każdy obszar jest dostatecznie duży, aby były w nim widoczne wszystkie fizycznie interesujące własności ruchu cząstki. W każdym obszarze rozpatrywanego układu funkcja falowa ψ( r, t) bedąca rozwiązaniem równania Schrödingera daje pełny kwantowomechaniczny opis cząstki o masie m i energii potencjalnej V( r, t). Położenie cząstki mierzymy względem umownego środka danego obszaru. Alternatywnie możemy rozpatrywać wiele niezależnych powtórzeń tego samego ruchu w jednym obszarze przestrzeni, mierząc czas zawsze od pewnej konkretnej chwili początkowej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 5/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Taki ruch będzie opisywany przez funkcję falową ψ( r, t). Zakładamy, że zbiór wszystkich wektorów własnych{ µ } operatora liniowego Ω tworzy układ ortogonalny zupełny w przestrzeni Hilberta H. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 6/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Taki ruch będzie opisywany przez funkcję falową ψ( r, t). Zakładamy, że zbiór wszystkich wektorów własnych{ µ } operatora liniowego Ω tworzy układ ortogonalny zupełny w przestrzeni Hilberta H. Każdystan ψ HmożnarozwinąćwszeregFouriera względem{ µ }. ψ = µ c µ µ, Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 6/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Taki ruch będzie opisywany przez funkcję falową ψ( r, t). Zakładamy, że zbiór wszystkich wektorów własnych{ µ } operatora liniowego Ω tworzy układ ortogonalny zupełny w przestrzeni Hilberta H. Każdystan ψ HmożnarozwinąćwszeregFouriera względem{ µ }. ψ = µ c µ µ, gdzie oznacza sumowanie po dyskretnym i całkowanie po µ ciągłym zakresie widma operatora Ω. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 6/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Taki ruch będzie opisywany przez funkcję falową ψ( r, t). Zakładamy, że zbiór wszystkich wektorów własnych{ µ } operatora liniowego Ω tworzy układ ortogonalny zupełny w przestrzeni Hilberta H. Każdystan ψ HmożnarozwinąćwszeregFouriera względem{ µ }. ψ = µ c µ µ, gdzie oznacza sumowanie po dyskretnym i całkowanie po µ ciągłym zakresie widma operatora Ω. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 6/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat III. Liczba pomiarów zmiennej dynamicznej reprezentowanejprzezoperatorliniowy Ω,któredadząwynikω µ jestproporcjonalnado c µ 2. Postulat ten został zaproponowany przez Maxa Borna (1882-1970). Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 7/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat III. Liczba pomiarów zmiennej dynamicznej reprezentowanejprzezoperatorliniowy Ω,któredadząwynikω µ jestproporcjonalnado c µ 2. Postulat ten został zaproponowany przez Maxa Borna (1882-1970). Pozwala on powiązać każdą zmienną dynamiczną z pewnym rozkładem prawdopodobieństwa. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 7/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat III. Liczba pomiarów zmiennej dynamicznej reprezentowanejprzezoperatorliniowy Ω,któredadząwynikω µ jestproporcjonalnado c µ 2. Postulat ten został zaproponowany przez Maxa Borna (1882-1970). Pozwala on powiązać każdą zmienną dynamiczną z pewnym rozkładem prawdopodobieństwa. Wynik pomiaru zmiennej dynamicznej reprezentowanej przez Ω jest pewny tylko wtedy, gdy stan kwantowy cząstki jest stanem własnym. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 7/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat III. Liczba pomiarów zmiennej dynamicznej reprezentowanejprzezoperatorliniowy Ω,któredadząwynikω µ jestproporcjonalnado c µ 2. Postulat ten został zaproponowany przez Maxa Borna (1882-1970). Pozwala on powiązać każdą zmienną dynamiczną z pewnym rozkładem prawdopodobieństwa. Wynik pomiaru zmiennej dynamicznej reprezentowanej przez Ω jest pewny tylko wtedy, gdy stan kwantowy cząstki jest stanem własnym. W pozostałych sytuacjach możemy mówić tylko o prawdopodobieństwie, z którym możemy uzyskać jakąś określoną wartość zmiennej dynamicznej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 7/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Postulat III. Liczba pomiarów zmiennej dynamicznej reprezentowanejprzezoperatorliniowy Ω,któredadząwynikω µ jestproporcjonalnado c µ 2. Postulat ten został zaproponowany przez Maxa Borna (1882-1970). Pozwala on powiązać każdą zmienną dynamiczną z pewnym rozkładem prawdopodobieństwa. Wynik pomiaru zmiennej dynamicznej reprezentowanej przez Ω jest pewny tylko wtedy, gdy stan kwantowy cząstki jest stanem własnym. W pozostałych sytuacjach możemy mówić tylko o prawdopodobieństwie, z którym możemy uzyskać jakąś określoną wartość zmiennej dynamicznej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 7/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Jeśli operatory Ω i Γ reprezentujące zmienne dynamiczne komutują, to jak pokazaliśmy wcześniej, mają wspólne wektory własne, a więc reprezentowane przez nie zmienne są jednocześnie mierzalne. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 8/15

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Jeśli operatory Ω i Γ reprezentujące zmienne dynamiczne komutują, to jak pokazaliśmy wcześniej, mają wspólne wektory własne, a więc reprezentowane przez nie zmienne są jednocześnie mierzalne. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 8/15

Operator całkowitej energii Przeanalizujmy znaczenie postulatów interpretacyjnych mechaniki kwantowej na przykładzie operatora całkowitej energii cząstki. Załóżmy że energia potencjalna nie zależy jawnie od czasu, V ( r,t) V ( r), Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 9/15

Operator całkowitej energii Przeanalizujmy znaczenie postulatów interpretacyjnych mechaniki kwantowej na przykładzie operatora całkowitej energii cząstki. Załóżmy że energia potencjalna nie zależy jawnie od czasu, V ( r,t) V ( r),tzn.,żeoperatorhamiltonamapostać H = 2 2m 2 +V ( r). Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 9/15

Operator całkowitej energii Przeanalizujmy znaczenie postulatów interpretacyjnych mechaniki kwantowej na przykładzie operatora całkowitej energii cząstki. Załóżmy że energia potencjalna nie zależy jawnie od czasu, V ( r,t) V ( r),tzn.,żeoperatorhamiltonamapostać H = 2 2m 2 +V ( r). Wtedy równanie Schrödingera możemy sprowadzić do równania własnego operatora Hamiltona Hu E ( r) =Eu E ( r), Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 9/15

Operator całkowitej energii Przeanalizujmy znaczenie postulatów interpretacyjnych mechaniki kwantowej na przykładzie operatora całkowitej energii cząstki. Załóżmy że energia potencjalna nie zależy jawnie od czasu, V ( r,t) V ( r),tzn.,żeoperatorhamiltonamapostać H = 2 2m 2 +V ( r). Wtedy równanie Schrödingera możemy sprowadzić do równania własnego operatora Hamiltona Hu E ( r) =Eu E ( r), Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 9/15

Operator całkowitej energii które w notacji Diraca można zapisać w postaci H E =E E. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 10/15

Funkcje własne energii Funkcje własne energii można podzielić na dwie klasy: funkcje dobrze zlokalizowane odpowiadające dyskretnym wartościom własnym energii funkcje niezlokalizowane odpowiadające ciągłym wartościom własnym energii. Połączmy oba przypadki w jeden. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 11/15

Funkcje własne energii Funkcje własne energii można podzielić na dwie klasy: funkcje dobrze zlokalizowane odpowiadające dyskretnym wartościom własnym energii funkcje niezlokalizowane odpowiadające ciągłym wartościom własnym energii. Połączmy oba przypadki w jeden. Zamknijmy cząstkę w sześciennym pudełku o dużym, ale skończonym rozmiarze L i sztywnych ścianach. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 11/15

Funkcje własne energii Funkcje własne energii można podzielić na dwie klasy: funkcje dobrze zlokalizowane odpowiadające dyskretnym wartościom własnym energii funkcje niezlokalizowane odpowiadające ciągłym wartościom własnym energii. Połączmy oba przypadki w jeden. Zamknijmy cząstkę w sześciennym pudełku o dużym, ale skończonym rozmiarze L i sztywnych ścianach. Takie ściany odpowiadają nieskończonemu skokowi energii potencjalnej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 11/15

Funkcje własne energii Funkcje własne energii można podzielić na dwie klasy: funkcje dobrze zlokalizowane odpowiadające dyskretnym wartościom własnym energii funkcje niezlokalizowane odpowiadające ciągłym wartościom własnym energii. Połączmy oba przypadki w jeden. Zamknijmy cząstkę w sześciennym pudełku o dużym, ale skończonym rozmiarze L i sztywnych ścianach. Takie ściany odpowiadają nieskończonemu skokowi energii potencjalnej. Wewnątrz pudełka energia może przyjmować wartości dyskretne, a na granicach funkcja falowa musi znikać. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 11/15

Funkcje własne energii Funkcje własne energii można podzielić na dwie klasy: funkcje dobrze zlokalizowane odpowiadające dyskretnym wartościom własnym energii funkcje niezlokalizowane odpowiadające ciągłym wartościom własnym energii. Połączmy oba przypadki w jeden. Zamknijmy cząstkę w sześciennym pudełku o dużym, ale skończonym rozmiarze L i sztywnych ścianach. Takie ściany odpowiadają nieskończonemu skokowi energii potencjalnej. Wewnątrz pudełka energia może przyjmować wartości dyskretne, a na granicach funkcja falowa musi znikać. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 11/15

Periodyczne warunki brzegowe Alternatywnie można założyć, że funkcja falowa i(dla wygody) składowa normalna jej gradientu przyjmują dokładnie takie same wartości na przeciwległych ścianach pudełka. Są to tzw. periodyczne warunki brzegowe, które na skutek znoszenia się wkładów do obserwabli fizycznych pochodzących od przeciwległych ścian mają taki sam skutek co założenie sztywnych ścian. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 12/15

Periodyczne warunki brzegowe Alternatywnie można założyć, że funkcja falowa i(dla wygody) składowa normalna jej gradientu przyjmują dokładnie takie same wartości na przeciwległych ścianach pudełka. Są to tzw. periodyczne warunki brzegowe, które na skutek znoszenia się wkładów do obserwabli fizycznych pochodzących od przeciwległych ścian mają taki sam skutek co założenie sztywnych ścian. Wkłady do obserwabli fizycznych pochodzące od przeciwległych ścian znoszą się, gdyż wektory powierzchni przeciwległych ścian są skierowane w przeciwnych kierunkach, co przy jednakowych wartościach funkcji falowej i jej gradientu powoduje kasowanie się odpowiednich wkładów do całki powierzchniowej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 12/15

Periodyczne warunki brzegowe Alternatywnie można założyć, że funkcja falowa i(dla wygody) składowa normalna jej gradientu przyjmują dokładnie takie same wartości na przeciwległych ścianach pudełka. Są to tzw. periodyczne warunki brzegowe, które na skutek znoszenia się wkładów do obserwabli fizycznych pochodzących od przeciwległych ścian mają taki sam skutek co założenie sztywnych ścian. Wkłady do obserwabli fizycznych pochodzące od przeciwległych ścian znoszą się, gdyż wektory powierzchni przeciwległych ścian są skierowane w przeciwnych kierunkach, co przy jednakowych wartościach funkcji falowej i jej gradientu powoduje kasowanie się odpowiednich wkładów do całki powierzchniowej. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 12/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie H = Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie H = ( ) p 2 +V ( r) = 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie H = ( ) p 2 +V ( r) = 2m ( ) p 2 +(V ( r)) 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie H = = ( ) p 2 +V ( r) = 2m ( ) p 2 +(V ( r)) 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie ( ) p H 2 ( ) p 2 = +V ( r) = +(V ( r)) 2m 2m = 1 ( p ) 2 +V ( r) = 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie ( ) p H 2 ( ) p 2 = +V ( r) = +(V ( r)) 2m 2m = 1 ( p ) 2 +V ( r) =H 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie ( ) p H 2 ( ) p 2 = +V ( r) = +(V ( r)) 2m 2m = 1 ( p ) 2 +V ( r) =H p = p i V ( r) =V ( r). 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora całkowitej energii Operator Hamiltona H = p2 +V ( r) 2m jest operatorem hermitowskim, gdyż operator pędu p = i jest operatorem hermitowskim, a energia potencjalna jest rzeczywista. Istotnie ( ) p H 2 ( ) p 2 = +V ( r) = +(V ( r)) 2m 2m = 1 ( p ) 2 +V ( r) =H p = p i V ( r) =V ( r). 2m Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 13/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = ϕ (x) ( i d ) ψ(x)dx = dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i ϕ (x) dψ(x) dx dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i ϕ (x) dψ(x) dx dx = Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i = ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i = i ϕ (x)ψ(x) + + ( i dϕ(x) dx ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx ) ψ(x)dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i = i ϕ (x)ψ(x) + + = ( i dϕ(x) dx ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx ) ψ(x)dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i = i ϕ (x)ψ(x) + + = 0+(p x ϕ ψ), ( i dϕ(x) dx ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx ) ψ(x)dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i = i ϕ (x)ψ(x) + + = 0+(p x ϕ ψ), dla dowolnych funkcji ϕ(x) i ψ(x), cnd. ( i dϕ(x) dx ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx ) ψ(x)dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu Udowodnimyhermitowskośćskładowejp x operatorapędu. (ϕ p x ψ) = = i ϕ (x) ( i d ) dx ψ(x)dx = i d dx (ϕ (x)ψ(x))dx +i = i ϕ (x)ψ(x) + + = 0+(p x ϕ ψ), dla dowolnych funkcji ϕ(x) i ψ(x), cnd. ( i dϕ(x) dx ϕ (x) dψ(x) dx dx dϕ (x) ψ(x)dx dx ) ψ(x)dx Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 14/15

Hermitowskość operatora pędu i energii Zadanie.Udowodnićhermitowskośćoperatorapędu p = i w trzech wymiarach. Hermitowskość operatora pędu i energii oznacza, że ich wartości własne są liczbami rzeczywistymi, Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 15/15

Hermitowskość operatora pędu i energii Zadanie.Udowodnićhermitowskośćoperatorapędu p = i w trzech wymiarach. Hermitowskość operatora pędu i energii oznacza, że ich wartości własne są liczbami rzeczywistymi, a więc operatory te reprezentują mierzalne wielkości fizyczne. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 15/15

Hermitowskość operatora pędu i energii Zadanie.Udowodnićhermitowskośćoperatorapędu p = i w trzech wymiarach. Hermitowskość operatora pędu i energii oznacza, że ich wartości własne są liczbami rzeczywistymi, a więc operatory te reprezentują mierzalne wielkości fizyczne. Karol Kołodziej Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej 15/15