Уравнение Шредингера.
Исходные правила, устанавливаемые КМ в отношении ВФ как функции состояния квантовой системы (отдельной частицы, ч-цы в силовом поле, системы из неск-ких взаимодействующих микроч-ц и т.п.), таковы.
Следуя де Бройлю, утверждается, что чacтице, свободно движущейся в пространстве, соответствует плоская волна: где радиус-вектор микрочастицы.
Это представление её движения как нек-рой волны обобщают на случай, когда частица совершает движение в силовом поле, характеризуемом потенциальной функцией U(r,t). Тогда состояние квантовой системы описывается, однако, нек-рой более сложной комплексной ф-цией — ВФ По интерпретации сущности ВФ, данной М.Борном, физич. смысл ВФ для ψ должен иметь статистическое толкование — по ВФ определяется вероятность обнаружения микрообъекта в координатном пространстве и эта вероятность пропорциональна квадрату модуля ψ. Утверждается, т.о., что значение ψx,y,z,tdV пропорционально вероятности обнаружить частицу в элементар. объёме dV, включающим точку x,y,z.
Непосредственно же ψx,y,z,t есть плотность вероятности найти частицу в нек-рой точке пространства (т.е. если, например, ВФ удалось найти в виде нек-рой формулы ψ = fx,y,z,t, то величиной wa=fxa,ya,za,t определена вероятность найти частицу в точке xa,ya,za в момент времени t). Условия, налагаемые на ВФ x,y,z,t при этом следующие: а) однозначна, б) конечна, в) непрерывна, г) непрерывна по 1-ым производным от координат, если отсутствуют бесконеч. разрывы функции потенциальной энергии (эти условия называют также стандартными).
Возможно ли исследование движения микрочастицы, находящейся в нек-ром поле U(r,t), где U(r,t) - потенциальная энергия микрочастицы, на основе нек-рого уравнения? Известно, что в классич. механике, среди таких дифференциальных ур-ний, описывающих движение частиц в полях, есть, напр-р, ур-ния Ньютона (основанные на законе сохранения импульса). Подобное ур-ние для расчета состояний квантовых объектов или систем было предложено Э.Шредингером и носит название общего, или временнόго, ур-ния Шредингера (УШ). Шредингер отметил, что ВФ (*), отвечающая свободному движению микрообъекта, является решением такого дифференц. ур-ния По его предположению, ВФ частицы, к-рая движется в поле сил с потенциальной энергией, описываемой ф-цией (или д-на быть решением более сложного дифференц. ур-ния
В правой части (**) учитывается операторная компонента (лапласиан ВФ), выражающая кинетическую энергию свободной частицы. В правой части (***) добавлением потенциальной ф-ции учтена полная энергия микросистемы, образованной частицей и действующим на неё полем. С математич. точки зрения, общее УШ есть дифференц. ур-ние в частных производных относит-но ВФ x,y,z,t: с физич. точки зрения им отражён закон сохранения энергии в микромире. Решения его в большинстве случаев оказываются особо сложными, часто не имеющими аналитического выражения.
Ур-ние (***) в КМ считается основным. Наиболее известными являются его решения, напр-р, для квантового гармонич. осциллятора или для электрона, совершающего движения в поле атомного ядра.
Решения УШ для стационарного поля кулоновских сил, действующего на электрон, совершающий движение вблизи атомного ядра, получены для потенциальной функции
Для стационарной (не имеющей явной зависимости от времени) потенциальной функции УШ записывалось так: значения энергии атома в стационарных состояниях (это ур-ние носит название стационарного УШ). Начальные и гранич. условия, налагаемые на решения (ВФ), определяют дискретный спектр энергии n электрона без дополнительных предположений (таких, напр-р, к-рые были сделаны Н.Бором в теории излучения атомов водорода, см. лекцию КвФ_16). Решения стационарного УШ удалось получить в аналитическом виде (в форме т.н. специальных функций). Помимо спектра собственных значений энергии атомов n, решения УШ позволили установить дискретность в положении электрона вблизи ядра (область нахождения электрона «электронное облако» должно иметь форму, определённую главным квантовым числом n). Особыми величинами – орбитальным и магнитными квантовыми числами - квантуются значения импульса электрона и его проекции на приложенное к атому магнитное или электрич. поле.
Основным достоинством подхода, основанного на решениях временнόго УШ (***), является то, что с их помощью возможен расчет вероятностей перехода между энергетич. состояниями атома (дающих величины уже упоминавшихся коэффициентов Эйнштейна) и, соответственно, оценка интенсивностей испускания квантовыми системами ЭМ волн на разных частотах.