量力而行

7.势阱

2021-01-26  本文已影响0人  Obj_Arr

总算是开始计算了,首先是势阱,一个经常听到的词,其实就是说势场的形状,也就是势能随坐标的变化曲线的形状像一个井,感觉更像一个坑,井一般想象的都是无底的,但是势场总得有个底。

这种说法只是一种近似,本质上还是一个势能函数。求解波函数自然还是以准确的函数为依据,求解薛定谔方程,在一维运动下,就只是一个常微分方程了,而且还是线性的,所以只靠二阶线性方程的理论就能求解。求解微分方程会引入未知量,需要初值条件来得到具体的解。

这个初值条件就是波函数及其导数的连续性条件,于是,波函数就解出来了。

E_{n}=\frac{\pi^{2} \hbar^{2}}{2 m a^{2}} n^{2}, \quad n=1,2,3, \cdots

\psi_{n}=\sqrt{\frac{2}{a}} \sin (\pi n x / a)

上面是在一定条件下解出的。0到a,势能为0,其他为无穷大。也称之为无限深方势阱。

E_{n_{1} n_{2} n_{3}}=\frac{\pi^{2} \hbar^{2}}{2 m}\left(\frac{n_{1}^{2}}{a^{2}}+\frac{n_{2}^{2}}{b^{2}}+\frac{n_{3}^{2}}{c^{2}}\right),\left(n_{1}, n_{2}, n_{3}=1,2,3, \cdots\right),

\psi_{n_{1} n_{2} n_{3}}=\sqrt{\frac{8}{a b c}} \sin \frac{\pi n_{1}}{a} x \cdot \sin \frac{\pi n_{2}}{b} y \cdot \sin \frac{\pi n_{3}}{c} z

这个就是三维下的波函数了,与上面比较,可以很明显看出整体的波函数是三个独立方向波函数的乘积,整体的本征值是独立方向本征值的和。正如之前学到的那样。

很奇妙的是,对薛定谔方程的求解本身就产生这种离散性,三角函数的周期性引入了离散性。而不是人为的添加上去的。

就到这里了,开始计算之后,就要放慢速度了,前期打好基础,后面就能省很多功夫。不过,感觉有必要再看看微分方程,这些典型方程解法也不太记得了。

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