Đặt phi_n là hàm riêng năng lượng thứ n được chuẩn hóa đúng cách của bộ dao động điều hòa và đặt psi = hatahata ^ (†) phi_n. Psi bằng gì?

Đặt phi_n là hàm riêng năng lượng thứ n được chuẩn hóa đúng cách của bộ dao động điều hòa và đặt psi = hatahata ^ (†) phi_n. Psi bằng gì?
Anonim

Hãy xem xét bộ dao động điều hòa Hamilton …

#hatH = hatp ^ 2 / (2mu) + 1 / 2muomega ^ 2hatx ^ 2 #

# = 1 / (2mu) (hat ^ 2 + mu ^ 2omega ^ 2 hatx ^ 2) #

Bây giờ, xác định thay thế:

#hatx "'" = hatxsqrt (muomega) ##' '' '' '##hatp "'" = hatp / sqrt (muomega) #

Điều này mang lại:

#hatH = 1 / (2mu) (hatp "'" ^ 2 cdot muomega + mu ^ 2omega ^ 2 (hatx "'" ^ 2) / (muomega)) #

# = omega / 2 (hatp "'" ^ 2 + hatx "'" ^ 2) #

Tiếp theo, hãy xem xét sự thay thế trong đó:

#hatx "''" = (hatx "'") / sqrt (ℏ) ##' '' '' '##hatp "''" = (hatp "'") / sqrt (ℏ) #

vậy đó # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = i #. Điều này mang lại:

#hatH = omega / 2 (hatp "''" ^ 2cdotℏ + hatx "''" ^ 2cdotℏ) #

# = 1 / 2ℏomega (hatp "''" ^ 2 + hatx "''" ^ 2) #

Kể từ khi #hatp "''" ^ 2 ##hatx "''" ^ 2 # có thể được tính vào một sản phẩm của các liên hợp phức tạp, xác định các toán tử bậc thang

#hata = (hatx "''" + ihatp "''") / sqrt2 ##' '' '' '## hata ^ (†) = (hatx "''" - ihatp "''") / sqrt2 #

để

# hatahata ^ (†) = (hatx "''" ^ 2 - ihatx "''" hatp "''" + ihatp "''" hatx "''" + hatp "''" ^ 2) / 2 #

# = (hatx "''" ^ 2 + hatp "''" ^ 2) / 2 + (i hatp "''", hatx "''") / 2 #

Kể từ khi # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #, thuật ngữ ngoài cùng bên phải là #1/2#. Bằng cách kiểm tra,

#hatH = ℏomega (hatahata ^ (†) - 1/2) #

Nó có thể được chỉ ra rằng # hata, hata ^ (†) = 1 #, vì thế

# hatahata ^ (†) - hata ^ (†) hata = 1 #

# => hatahata ^ (†) = 1 + hata ^ (†) hata #

và như vậy:

#color (màu xanh lá cây) (hatH = omega (hata ^ (†) hata + 1/2)) #

Ở đây chúng tôi nhận ra hình thức của năng lượng được:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

vì nó rõ ràng từ hình thức này với

#hatHphi_n = Ephi_n #,

chúng ta chỉ có thế

# ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2) phi_n = omega (n + 1/2) phi_n #

Như vậy, toán tử số có thể được định nghĩa là:

#hatN = hata ^ (†) hata #

có giá trị riêng là số lượng tử # n # cho eigenstate đó.

Vì thế,

#color (màu xanh) (psi_n = hatahata ^ (†) phi_n) #

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = màu (màu xanh) ((1 + n) phi_n) #