一維方勢阱解定態薛丁格方程中將勢能為零的區間放大或者縮小一倍 分緩慢和突變 時,波函式和能級怎麼變化?

時間 2021-05-09 12:20:40

1樓:

1)如果只是比較兩個系統的eigenstates的話,

只不過是把那個標誌區間的引數從a變成2a,其他沒有什麼變化。

不過這個應該不是題主問題的原意吧,因為後面有變化快慢的問題

2)如果是考慮時間演化的問題,會比較麻煩。是乙個含時Hamiltonian,這樣的系統一般沒有解析解。(time dependent Hamiltonian而且有解析結果的,這麼多年,我只記得Shankar上的一道習題:

勻速轉動的磁場中的spin)

但是兩個極限情形:很快和很慢是兩個well-discussed的情況。

2.1) 如果是很快的情形,叫做Quantum Quench。

在變換之後的態和變換之前的態相同

= |\psi_>" eeimg="1"/>

(之前沒有在知乎差如果公式,誰能告訴我怎麼輸入\ket?這個用|和》拼出來的看著好醜~~)

可以理解為,我們的量子態沒有足夠的時間體驗系統Hamiltonian的變化,以至於沒有足夠的時間發生能級的躍遷

2.2)如果是很慢的情形,叫做Adiabatic Evolution

特性是:如果initial state 處於 nth eigenstate, 那麼在Adiabatic evolution的過程中,任何時刻系統都是出於當時Hamiltonian的nth eigenstate (instantaneous eigenstate)。

也就是說,如果

= |n(t=0)>" eeimg="1"/>

那麼 = |n(t)>" eeimg="1"/>

其中|n(t)> 是H(t) 的nth instantaneous eigenstate

不過如果initial state是superposition of several eigenstates, 會比較麻煩,應該不同的state有不同的dynamic phase。所以沒有那麼直觀,不過也不是那麼複雜。 nth eigenstate 的phase應該是

也就是說,如果

= \sum_n c_n |n(t=0)>" eeimg="1"/>

那麼 = \sum_n c_n e^ |n(t)>" eeimg="1"/>

2.3) 如果變化速度不快不慢。應該可以通過數值辦法解決。

對於時刻t,波函式為 " eeimg="1"/>,總能寫成時刻t的instantaneous eigenstates 的superposition的形式

= \sum_n c_n(t) |n(t)>" eeimg="1"/>

把這樣的波函式帶入到含時Schrodinger Equation裡

= H(t) |\psi(t)>" eeimg="1"/>

我們可以把這樣的乙個方程的兩側project到m-th instantaneous eigenstate |m(t)>

就得到了關於的一階微分方程組。

的初始條件可以由給定的初態得到

= \sum_n c_n(t=0) |n(t=0)>" eeimg="1"/>

我不想寫太多細節了,但是有兩個關係可以使用

= E_n(t)|n(t)>" eeimg="1"/>

= \delta_" eeimg="1"/>(注意,一定要是同一時刻的instantaneous eigenstates)

然後有很多的辦法可以數值的解一階微分方程組,比如Runge-Kutta Method

PS,當然,如果想要簡化計算,還可以加一變數代換

把dynamic phase專門提出來,可以使得那個一階方程組的形式簡單一些。

PS2,當然也有其他的辦法解決這個含時Hamiltonian的辦法,比如直接考慮時間演化算符

= e^ |\psi(t)>" eeimg="1"/>

然後用一些方法把時間演化算符展開成多項式的形式 (i.e. Chebyshev Polynomial)

2樓:

邊界突然變化的時候,波函式不變,但是對應的本徵能態發生變化,本徵能級隨之變化。初始處於每個能級的概率分布和瞬間移動邊界後不一樣。假如說初始時處於第n個本徵態,邊界瞬間變化後,系統不再處於這個本徵態,而是處於各個新的邊界之下的新的一組本徵態的疊加態,即以新的基展開,展開係數的模平方就是躍遷概率。

用形象的方式直觀地想:波函式是機率幅,它可以確定乙個粒子在這個空間位置的概率密度。粒子的空間概率密度是定域的,不可能瞬間變化,對應於乙個粒子無法瞬間移動。

如果與之直接相關的波函式瞬間發生了變化,那麼概率密度也會瞬間變化,所以矛盾。所以波函式不可能瞬間變化。

邊界緩慢變化的情況,或者更準確一點:準靜態地變化。這就是量子絕熱定理所描述的情況。

即波函式隨著邊界緩慢地變化,若系統初態處於第n個本徵能級的概率為Pn,則在變化過程中,處於當前邊界所對應的第N個本徵能級的概率也為Pn,從始至終都不變。只是各個能級的大小同時發生變化。

叫做「量子絕熱定理」是很妙的,因為量子裡的熱和功是可以這麼定義的:

.這麼定義還有個好處,即可以寫出量子情形的熱力學第一定律:

同時,它還與量子情形的各種漲落定理相容。

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