- •§1. Экспериментальные основы квантовой механики
- •§2. Классическое и квантовое описание системы
- •§3. Принцип неопределенности
- •§4. Полный набор динамических переменных
- •§5. Постулаты квантовой механики
- •§6. Роль классической механики в квантовой механике
- •§7. Волновая функция и ее свойства
- •§8. Принцип суперпозиции состояний
- •§9. Понятие о теории представлений
- •§10. Операторы в квантовой механике
- •Транспонированный оператор
- •§11. Собственные функции и собственные значения эрмитовых операторов. Случай дискретного и непрерывного спектра
- •§12. Среднее значение измеряемой величины
- •§13. Вероятность результатов измерения
- •§14. Коммутативность операторов и одновременная измеримость физических величин
- •§15. Операторы координаты , импульса , момента импульса , энергии
- •§16. Решение задачи на собственные функции и собственные значения для оператора
- •§17. Решение задачи на собственные функции и собственные значения для оператора
- •§ 18. Вычисление коммутаторов, содержащих операторы
- •§ 19. Волновое уравнение
- •§ 20. Производная оператора по времени
- •§ 21. Интегралы движения в квантовой механике
- •§22. Флуктуации физических величин
- •§ 23. Неравенство Гейзенберга
- •§ 24. Оператор Гамильтона различных систем
- •§ 25. Стационарное состояние различных систем
- •§ 26. Решение волнового уравнения в случае свободной материальной точки
- •§ 27. Решение волнового уравнения в случае бесконечно глубокой потенциальной ямы
- •§ 28. Потенциальный барьер конечной высоты
- •§ 29. Вид операторов и в декартовых и сферических координатах
- •§ 30. Коммутационные соотношения с оператором
- •§ 31. Собственные функции и собственные значения операторов и
- •§ 32. Собственный механический момент (спин)
- •§ 33. Операторы и и их свойства
- •§ 34. Спиновая переменная волновой функции
- •§ 35. Матрицы Паули и их свойства
- •§ 36. Уравнение Паули Мы писали волновое уравнение в виде
- •§ 37. Принцип тождественности
- •§ 38. Оператор перестановки и его свойства
- •§39. Симметричное и антисимметричное состояния
- •§40. Обменное взаимодействие
- •§41. Основное состояние атома гелия
- •§42. Стационарная теория возмущений в случае невырожденного дискретного энергетического спектра: нулевое и первое приближения
- •§43. Стационарная теория возмущений в случае невырожденного дискретного энергетического спектра: второе приближение
- •§44. Критерий применимости теории возмущений
- •§45. Стационарная теория возмущений в случае близких энергетических уровней.
- •Задачи по курсу «Квантовая статистика» (Часть I) и их решение
- •Вопросы для экзамена по квантовой механике (программа минимум).
§1. Экспериментальные основы квантовой механики 3
§2. Классическое и квантовое описание системы 4
§3. Принцип неопределенности 5
§4. Полный набор динамических переменных 5
§5. Постулаты квантовой механики 6
§6. Роль классической механики в квантовой механике 7
§7. Волновая функция и ее свойства 7
§8. Принцип суперпозиции состояний 7
§9. Понятие о теории представлений 7
§10. Операторы в квантовой механике 8
§11. Собственные функции и собственные значения эрмитовых операторов. Случай дискретного и непрерывного спектра 9
§12. Среднее значение измеряемой величины 12
§13. Вероятность результатов измерения 12
§14. Коммутативность операторов и одновременная измеримость физических величин 13
§15. Операторы координаты , импульса , момента импульса , энергии 13
§16. Решение задачи на собственные функции и собственные значения для оператора 14
§17. Решение задачи на собственные функции и собственные значения для оператора 16
§ 18. Вычисление коммутаторов, содержащих операторы 17
§ 19. Волновое уравнение 19
§ 20. Производная оператора по времени 20
§ 21. Интегралы движения в квантовой механике 21
§22. Флуктуации физических величин 21
§ 23. Неравенство Гейзенберга 23
§ 24. Оператор Гамильтона различных систем 24
§ 25. Стационарное состояние различных систем 26
§ 26. Решение волнового уравнения в случае свободной материальной точки 27
§ 27. Решение волнового уравнения в случае бесконечно глубокой потенциальной ямы 28
§ 28. Потенциальный барьер конечной высоты 29
§ 29. Вид операторов и в декартовых и сферических координатах 32
§ 30. Коммутационные соотношения с оператором 34
§ 31. Собственные функции и собственные значения операторов и 34
§ 32. Собственный механический момент (спин) 36
§ 33. Операторы и и их свойства 37
§ 34. Спиновая переменная волновой функции 38
§ 35. Матрицы Паули и их свойства 38
§ 36. Уравнение Паули 40
§ 37. Принцип тождественности 42
§ 38. Оператор перестановки и его свойства 42
§39. Симметричное и антисимметричное состояния 43
§40. Обменное взаимодействие 46
§41. Основное состояние атома гелия 48
§1. Экспериментальные основы квантовой механики
1900г. Планк ввел понятие о квантах и ввел квантовую постоянную. Работа Планка объясняла теорию излучения твердых тел.
1905г. Классификация спектров Ритцем и Ридбергом. Все спектральные линии могут быть посчитаны через термы , где - постоянная Ридберга, n – натуральное число.
1913г. Н. Бор теоретически объяснил спектр атома водорода (постулаты Бора).
Эксперименты Франка и Герца. Они рассматривали неупругое рассеяние электронов на атомах. Пропускали пучки электронов через пары ртути. При определенных энергиях, электроны при соударении с атомами ртути теряли часть своей энергии.
Установка:
Была показана энергетическая дискретность атома ртути, определены энергетические уровни:
1922г. Опыты Штерна и Герлаха по расщеплению атомного пучка в неоднородном магнитном поле.
По оси z поле в обкладках магнита неоднородно. Так как есть градиент поля , то если пропускать вдоль оси x частицы, имеющие магнитный момент , то возникает сила:
Наблюдалось расщепление атомного пучка. С точки зрения классической теории все равновероятны и поэтому должна получиться одна широкая полоса. Наблюдались две четкие линии.
Подтвердили, что магнитный момент атома квантуется, т. е. принимает дискретные значения.
,
где для серебра.
1923 – 1924 гг. Теория Де Бройля корпускулярно-волнового дуализма частиц. Соотношения теории:
Здесь слева параметры частицы: энергия и импульс. Справа параметры волны: частота, волновой вектор.
Волна Де Бройля:
, - длина волны Де Бройля.
1927г. Дэвиссон и Джермер. Рассеяние электронов на кристаллической решетке. Подтверждение волновых свойств частиц.
§2. Классическое и квантовое описание системы
О пыт № 1. Имеется источник частиц, экран с достаточно узким отверстием. Картину наблюдаем на Э2
Опыт № 2. Заменяем Э1 на Э1/.
Опыт № 3. Объединяем экраны Э1 и Э1/
При классическом описании опыт 3 давал бы сложение интенсивностей от опыта 1 и 2. Однако опыт 3 показал интерференционную картину, а это волновые свойства. Частица с определенной вероятностью проходит как через щель 1 так и через щель 2. Нельзя точно сказать через какую щель пройдет электрон. Классическая интерпретация (с числом степеней свободы n=1) решается составлением уравнений в форме Гамильтона:
Можно найти траекторию частицы. В общем случае состояние механической системы определяется динамическими переменными, т.е. начальных условий. Но опыт показал, что мы не можем определить траекторию частицы в микромире. Количество динамических переменных, которые могут быть одновременно измерены в микромире, в квантовой механике – n.
Скорость
Координата
Если известна точка , то чтобы найти положение точки надо знать и одновременно, т. е. координаты и импульс должны быть измерены одновременно. Если мы знаем и , то можем построить траекторию электрона. Однако построить такую траекторию мы не можем (опыт № 3). Тогда мы не можем одновременно измерить p и q.