background image

Kwantowy oscylator harmoniczny

a) klasyczny oscylator harmoniczny
b) Hamiltonian I operator Hamiltona
c) rozwiązanie równania Schrodingera

Mass m

x

V(x)

x

0

2

2 2

0

Force 

Angular frequency  =

1

1

Potential energy  ( )

2

2

F

kx

k

m

V x

kx

m

x

ω

ω

= −

=

=

Siła harmoniczna

Częstość drgań własnych

Energia potencjalna

F=−kx

0

=

k

m

x=

1
2

kx

2

=

1
2

0

2

x

2

background image

=

1

2m

p

x

2

1
2

0

2

x

2

Hamiltonian

p

x

 

p

x

=−

ℏ ∂

x

=

1

2m

p

x

2

1
2

0

2

x

2

=−

2

2m

d

2

dx

2

1
2

0

2

x

2

Operator Hamiltona

=

Można wykazać, że wartości własne E są nieujemne

i całkujemy

−∞

mnożymy przez 

*

/

=

background image

−∞

*

 dx=E

−∞

*

x

2

dx0

−∞

*

d

2

dx

2



dx ? 0

−∞

*

d

2

dx

2

dx= −

*

dx

−∞

−∞

*

dx

dx

dx=

−∞

dx

2

dx0

0

E0 ! ! !

background image

x=

0

=

E

ℏ 

0

=

Wtedy równanie

przyjmie postać

1
2

−

d

2

2



2

= 

b

+

=

1

2

−

d



b

­

=

1

2

d



 

b

+

b

­

1
2

=

1
2

−

d

2

2



2

 

b

+

b

­

1
2

=

background image

 

b

+

b

­

=−

1
2



b

­

b

+

− 

b

+

b

­

=

1

Można wykazać, że

czyli

[ 

b

­

b

+

]=

1

 

b

+

b

­

1
2

=

Działamy operatorem

b

­

na

 

b

­

b

+

b

­

1
2

b

­

= 

b

­

 

b

­

b

+

1
2

 

b

­

= 

b

­

1 

b

+

b

­

1
2

 

b

­

= 

b

­

 

b

+

b

­

1
2

 

b

­

=−

1 b

­



Uzyskujemy nową funkcję własną dla wartości własnej o 1 mniejszej 

background image

b

­

Działając wielokrotnie operatorem 

Otrzymujemy coraz mniejsze wartości własne. 
Ponieważ są one nieujemne, musi istnieć najmniejsza wartość własna

Oznaczmy ją

0

=

E

0

ℏ 

0

0

b

­

0

0

bo inaczej uzyskalibyśmy wartości własne 
ujemne

 

b

+

b

­

1
2



0

=

0

0

1
2

0

=

0

0

0

=

1
2

E

0

=

1
2

ℏ 

0

Najmniejsza energia drgań

background image

Działamy teraz operatorem

b

+

na

 

b

+

b

­

1
2

=

 

b

+

b

­

1
2

 

b

+

=

1 b

+



Otrzymujemy

Dozwolone wartości energii możemy numerować liczbami naturalnymi
Tak samo odpowiadające im funkcje własne

n

=

0

n=

1
2

n

E

n

=

1
2

n ℏ 

0

równoodległe

b

­

b

+

Operatory “drabinkowe” kreacji i anihilacji

background image

Równanie dla H



Funkcje własne

Można pokazać, że rozwiązanie 
asymptotyczne powinno być postaci

=

exp

−

2

2

asymp

=

exp

−

2

2

d

2

H

2

2 

dH

−

1 =0

background image

Stany stacjonarne oscylatora harmonicznego dla n = 0,1,2,3,4

n

=

1

2

n

n !

e

y

2

2

H

n

Gdzie H

n

 (y) są to wielomiany Hermite'a

background image

Energia potencjalna
drgającej cząsteczki

R=R

e



dV

dR

dR

e

1
2

d

2

V

dR

2

dR

e

2

1
8

d

3

V

dR

3

dR

e

3

...

 R= 1

2

d

2

V

dR

2

dR

e

2

=

1
2

kdR

e

2

d

2

V

dR

2

=

k

0

0

małe

background image

Częstości drgań własnych cząsteczki wody


Document Outline