Seznam rovnic v kvantové mechanice - List of equations in quantum mechanics

Tento článek shrnuje rovnice v teorii kvantová mechanika.

Vlnové funkce

Zásadní fyzická konstanta vyskytující se v kvantové mechanice je Planckova konstanta, h. Běžná zkratka je ħ = h/2π, také známý jako snížená Planckova konstanta nebo Diracova konstanta.

Množství (obecný název / názvy)(Společný) Symbol / yDefinování rovniceJednotky SIDimenze
Vlnová funkceψ, ΨVyřešit z Schrödingerova rovnicese liší podle situace a počtu částic
Vlnová funkce hustota pravděpodobnostiρm−3[L]−3
Vlnová funkce pravděpodobnostní proudjNerelativistické, žádné vnější pole:

hvězda * je komplexní konjugát

m−2 s−1[T]−1 [L]−2

Obecná forma vlnová funkce pro soustavu částic, každá s polohou ri a složka z otáčení sz i. Součty přesahují diskrétní proměnnou sz, integrály přes spojité polohy r.

Kvůli jasnosti a stručnosti jsou souřadnice shromažďovány do n-tic, indexy označují částice (což nelze provést fyzicky, ale je to matematicky nutné). Následují obecné matematické výsledky používané při výpočtech.

Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
Vlnová funkce pro N částice v 3d
  • r = (r1, r2... rN)
  • sz = (sz 1, sz 2, ..., sz N)
Ve funkci zápisu:

v braketová notace:

pro neinteragující částice:

Fourierova transformace polohy a hybnosti (1 částice v 3d)
  • Φ = hybnost-prostorová vlnová funkce
  • Ψ = funkce prostor-prostorová vlna
Obecné rozdělení pravděpodobnosti
  • PROTIj = objem (3d oblast) částice může zabírat,
  • P = Pravděpodobnost, že částice 1 má polohu r1 v objemu PROTI1 s rotací sz1 a částice 2 má polohu r2 v objemu PROTI2 s rotací sz2, atd.
Všeobecné normalizace stav

Rovnice

Dualita vln-částic a vývoj času

Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
Planck – Einsteinova rovnice a vlnová délka de Broglie vztahy
Schrödingerova rovnice
Obecný časově závislý případ:

Časově nezávislý případ:

Heisenbergova rovnice
  • A = operátor pozorovatelné vlastnosti
  • [ ] je komutátor
  • označuje průměr
Vývoj času na obrázku Heisenberga (Ehrenfestova věta )

částice.

Pro hybnost a pozici;

Nerelativistická časově nezávislá Schrödingerova rovnice

Níže jsou shrnuty různé formy, které má Hamiltonian, s odpovídajícími Schrödingerovými rovnicemi a formami řešení vlnových funkcí. Všimněte si v případě jedné prostorové dimenze, pro jednu částici, parciální derivace redukuje na obyčejný derivát.

Jedna částice N částice
Jedna dimenze

kde poloha částice n je Xn.

Existuje další omezení - řešení nesmí růst v nekonečnu, aby mělo buď konečnou hodnotu L2-norma (pokud se jedná o vázaný stav ) nebo pomalu odchylující se norma (je-li součástí a kontinuum ):[1]

pro neinteragující částice

Tři rozměry

kde je poloha částice r = (x, y, z).

kde poloha částice n je r n = (Xn, yn, zn) a Laplacian pro částice n pomocí odpovídajících souřadnic polohy je

pro neinteragující částice

Nerelativistická časově závislá Schrödingerova rovnice

Níže jsou shrnuty různé formy, které má Hamiltonian, s odpovídajícími Schrödingerovými rovnicemi a formami řešení.

Jedna částice N částice
Jedna dimenze

kde poloha částice n je Xn.

Tři rozměry

Tato poslední rovnice je ve velmi vysoké dimenzi,[2] takže řešení není snadné si představit.

Fotoemise

Vlastnost / účinekNomenklaturaRovnice
Fotoelektrické rovnice
  • K.max = Maximální kinetická energie vysunutého elektronu (J)
  • h = Planckova konstanta
  • F = frekvence dopadajících fotonů (Hz = s−1)
  • φ, Φ = Pracovní funkce materiálu, na který fotony dopadají (J)
Prahová frekvence a Pracovní funkce
  • φ, Φ = Pracovní funkce materiálu, na který dopadají fotony (J)
  • F0, ν0 = Prahová frekvence (Hz = s−1)
Lze najít pouze experimentem.

Vztahy De Broglie dávají vztah mezi nimi:

Foton hybnost
  • str = hybnost fotonu (kg m s−1)
  • F = frekvence fotonu (Hz = s−1)
  • λ = vlnová délka fotonu (m)

Vztahy De Broglie dávají:

Kvantová nejistota

Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
Heisenbergovy principy nejistoty
  • n = počet fotonů
  • φ = vlnová fáze
  • [, ] = komutátor
Moment hybnosti

Energetický čas

Číselná fáze

Rozptyl pozorovatelný
  • A = pozorovatelné (vlastní hodnoty operátora)

Vztah obecné nejistoty
  • A, B = pozorovatelné (vlastní hodnoty operátora)
Pravděpodobnostní rozdělení
Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
Hustota stavů
Distribuce Fermi – Dirac (fermiony)
  • P(Ei) = pravděpodobnost energie Ei
  • G(Ei) = degenerace energie Ei (počet států se stejnou energií)
  • μ = chemický potenciál
Distribuce Bose – Einstein (bosony)

Moment hybnosti

Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
Moment hybnosti kvantová čísla

Roztočit:

Orbitální:

Celkový:

Moment hybnosti veličinyúhlový moment:
  • S = Točit,
  • L = orbitální,
  • J = celkem
Velikost odstřeďování:

Orbitální velikost:

Celková velikost:

Moment hybnosti komponentyRoztočit:

Orbitální:

Magnetické momenty

V tom, co následuje, B je aplikované externí magnetické pole a používají se výše uvedená kvantová čísla.

Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
orbitální magnetický dipólový moment

složka z:

točit magnetickým dipólovým momentem

složka z:

dipólový moment potenciál
  • U = potenciální energie dipólu v poli

Atom vodíku

Vlastnost nebo účinekNomenklaturaRovnice
Úroveň energie
Spektrumλ = vlnová délka emitovaného fotonu během elektronický přechod z Ei na Ej

Viz také

Poznámky pod čarou

  1. ^ Feynman, R.P .; Leighton, R.B .; Sand, M. (1964). „Provozovatelé“. Feynmanovy přednášky z fyziky. 3. Addison-Wesley. str. 20–7. ISBN  0-201-02115-3.
  2. ^ Shankar, R. (1994). Principy kvantové mechaniky. Kluwer Academic /Vydavatelé pléna. p.141. ISBN  978-0-306-44790-7.

Zdroje

Další čtení

  • L. H. Greenberg (1978). Fyzika s moderními aplikacemi. Holt-Saunders International W. B. Saunders and Co. ISBN  0-7216-4247-0.
  • J. B. Marion; W. F. Hornyak (1984). Principy fyziky. Holt-Saunders International Saunders College. ISBN  4-8337-0195-2.
  • A. Beiser (1987). Koncepty moderní fyziky (4. vydání). McGraw-Hill (mezinárodní). ISBN  0-07-100144-1.
  • H. D. Young; R. A. Freedman (2008). Univerzitní fyzika - s moderní fyzikou (12. vydání). Addison-Wesley (Pearson International). ISBN  978-0-321-50130-1.