波包的量子波包理論,量子力學中,是否可將波包中心的運動軌跡就是粒子的運動軌跡

2022-06-11 04:30:21 字數 2684 閱讀 7827

1樓:夫方

在量子力學建立之初,波粒二象性被提出之後,對它的解釋曾有過很大的爭議。是否可以認為粒子就是波包呢?答案是否定的,由於根據德布羅意關係λ=h/p,ν=e/h,若假設粒子就是波包,則組成粒子的群速度不僅不等於相速度,而且彼此之間的相速度也各不相同,造成波包在傳播過程中擴散,這意味著粒子會在運動中自動解體,這顯然是不合理的。

後來玻恩提出的統計解釋認為,所謂的波表徵的是粒子在空間中的各個位置出現的概率,波包的擴散實際上是粒子概率的擴散,而並非粒子本身的解體,這種解釋在一定程度上解決了波動性和粒子性的矛盾,目前為多數人所認同。

2樓:匿名使用者

從牛頓力學看自由粒子,因粒子不受外力作用,對應的經典模型即做勻速直線運動。從量子力學考慮自由粒子則需要求解薛定諤方程,當然帶電粒子周圍不存在電勢場否則談不上自由粒子。求解結果得到平面波表示式 (動量本徵函式),就是說自由粒子的量子模型對應的不是勻速直線運動而是平面概率波狀態。

這僅是自由粒子的動量 「本徵函式解」,如果要得到波函式 「一般解」 ,必須將本徵函式解線性迭加 (相當於向量空間的線性表出)。因動量本徵函式構成了希爾伯特空間的正交基且這些正交基是連續的,所以必須採用積分迭加而不是求和迭加→求和轉變為積分。求解過程中用到傅立葉變換 ( 座標與動量之間的傅氏變換及反變換:

ⅹ↔p )。求出積分迭加結果後得到所謂「一般波包」,再結合初始波函式條件約束便得到「具體波包」。波包強度 (模方) 表示了粒子在空間出現的概率密度,波包隨時間擴散並不是粒子解體而粒子在空間出現的概率密度發生變化。

反映粒子波動性的公式 (德布羅意假設) e=hv、p=h/λ ,以及反映粒子性的公式e=1/2mv2、p=mv,在描述自由粒子量子行為時都可以靈活使用。因微觀粒子具有波粒二象性,所以兩套公式同時用在微觀粒子身上並無邏輯矛盾。

量子力學中,是否可將波包中心的運動軌跡就是粒子的運動軌跡

3樓:煙雨莽蒼蒼

因微觀粒子具有波粒二象性,所以粒子像波一樣彌散在空間,即微觀粒子具有所謂非定域性。巨集觀粒子可以用軌跡的概念,但量子力學討論的自由粒子不可以用軌跡的概念,而使用概率密度來描述粒子在空間最可能出現的地方。從薛定諤方程可以求解出自由粒子的波函式,一般稱為動量本徵函式或者稱本徵解。

根據量子力學的迭加原理,將本徵解迭加得到自由粒子的一般解。因為自由粒子的動量本徵值是連續變化的,所以這裡的迭加就轉化為數學積分,積分結果也是自由粒子的波函式,也就是量子力學理論中定義的自由粒子的「波包」。波包的形狀就是自由粒子在空間最可能出現的位置,即自由粒子在空間的概率密度。

具體的波包是什麼樣形狀,必須由初始條件(即初始波函式)決定。隨著時間的流逝波包會自然坍縮,實際上表示該自由粒子在空間出現的概率密度發生變化,在更大的座標範圍可以檢測到這個自由粒子。前些年有學者提出,自由粒子用不穩定的波包(容易坍縮)作為模型有些欠妥,提出用雙波函式來描述自由粒子的波包,並且永遠不會坍縮,這方面的理論還在探索發展之中。

可見經典力學中很簡單的做勻速直線運動在自由粒子模型,在量子力學中變得相當奇妙。提問者想法基本正確,波包中心的運動方向就是自由粒子在空間出現的概率密度的最大位置的移動方向。

4樓:境者無界

是運動方向,不是軌跡。

量子力學波包運動主要講什麼?

5樓:宇筠鋒

在勢場中或自bai由狀態下都du可以有波包。

單色波遍及全zhi空間,而若干或無dao

窮多個波長各異的版單色波疊加在一起權有可能形成單一波峰的局域波形(常見的如高斯函式那樣),這就是波包。它主要講的就是代表整個波包的某個標誌點(如波峰)的運動情況,以及波包本身的穩定性——它是始終保持原狀還是會逐漸擴散開。

波包可以說是一種特殊的波函式,它最像粒子。但似乎只有很少的波包(如振子)可以不擴散,而且其波峰的運動就如同經典粒子那樣運動。

量子力學波包運動的問題

6樓:pv等於

你拿到一個勢場, 可以用定態薛定諤方程解出一系列定態波函式ψ_i.

我們的波包是以這些定態波函式為基底的混合波函式σc_i*ψ_i; 所以就會發生時間上的變化.

除非你解出來的定態波函式剛好就是高斯波包.

7樓:愛

只有波函式是非定態時粒子在勢場中運動它的概率密度與時間有關,對於定態波函式或者存在守恆量的情況粒子在勢場中運動它的概率密度與時間無關。

波包是什麼啊?

8樓:丨灑脫做人

在物理學裡,一個波包是一群平面波在空間的一個小區域內的疊和。這些平面波都有不同的波數、波長、相位、波幅,都分別地建設性干涉於空間的一個小區域。依據不同的演化方程式,在傳播的時候,波包的包絡線(素描波包輪廓的曲線)可能會保持不變(沒有色散,如圖右),或者包絡線會改變(有色散)。

在量子力學裡,波包有個特別的意思:波包被銓釋為粒子的機率波,而在任何位置,任何時間,機率波波幅的絕對值的平方,就是在那個位置,那個時間,找到粒子的機率密度。在這方面,它的功能類似波函式。

類似在經典力學裡的哈密頓表述,在量子力學裡,應用薛丁格方程式,我們可以追溯一個量子系統隨著時間的演化。波包是薛丁格方程式的數學解答。在某些區域內,波包所囊括的面積的平方,可以銓釋為找到粒子處於那區域的機率密度。

採用座標表現,波包的位置給出了粒子的位置。波包越狹窄,粒子的位置越明確,而動量的分佈越擴散。這位置的明確性和動量的明確性,兩者之間的輕重取捨是海森堡不確定原理的一個標準例子。

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