Ten artykuł podsumowuje równania w teorii mechaniki kwantowej .
Funkcje falowe
Podstawową stałą fizyczną występującą w mechanice kwantowej jest stała Plancka , h . Popularnym skrótem jest ħ = h /2 π , znanym również jako zredukowana stała Plancka lub stała Diraca .
Ilość (nazwy zwyczajowe)
(Powszechne) Symbole
Definiowanie równania
Jednostki SI
Wymiar
Funkcja falowa
ψ, Ψ
Aby rozwiązać z równania Schrödingera
zmienia się w zależności od sytuacji i liczby cząstek
Gęstość prawdopodobieństwa funkcji falowej
ρ
ρ =
| Ψ |
2
=
Ψ
∗
Ψ
{\ Displaystyle \ rho = \ lewo | \ psi \ prawo | ^ {2} = \ psi ^ {*} \ psi}
m -3
[L] −3
Prąd prawdopodobieństwa funkcji falowej
J
Nierelatywistyczne, bez pola zewnętrznego:
jot
=
- ja ℏ
2 m
(
Ψ
∗
∇ Ψ - Ψ ∇
Ψ
∗
)
=
ℏ m
Im
(
Ψ
∗
∇ Ψ
)
= Re
(
Ψ
∗
ℏ
ja m
∇ Ψ
)
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} \ mathbf {j} & = {\ Frac {-i \ hbar} {2m}} \ lewo (\ Psi ^ {*} \ nabla \ Psi - \ Psi \ nabla \ Psi ^ {*}\right)\\&={\frac {\hbar }{m}}\operatorname {Im} \left(\Psi ^{*}\nabla \Psi \right)=\operatorname {Re} \left (\Psi ^{*}{\frac {\hbar }{im}}\nabla \Psi \right)\end{wyrównane}}}
gwiazda * jest koniugatem złożonym
m -2 s- 1
[T] −1 [L] −2
Ogólna postać funkcji falowej dla układu cząstek, z których każda ma pozycję ri i składową z spinu sz i . Sumy są po zmiennej dyskretnej sz , całki po pozycjach ciągłych r .
Dla przejrzystości i zwięzłości współrzędne są zebrane w krotki, indeksy oznaczają cząstki (czego nie można zrobić fizycznie, ale jest to konieczne z matematycznego punktu widzenia). Poniżej przedstawiono ogólne wyniki matematyczne, wykorzystywane w obliczeniach.
Właściwość lub skutek
Nomenklatura
Równanie
Funkcja falowa dla cząstek N w 3d
r = ( r 1 , r 2 ... r N )
s z = ( s z 1 , s z 2 , ..., s z N )
W notacji funkcji:
Ψ = Ψ
(
r
,
s
z
, t
)
{\ Displaystyle \ Psi = \ Psi \ lewo (\ mathbf {r}, \ mathbf {s_ {z}}, t \ prawej)}
w notacji stanikowej :
|
Ψ ⟩ =
∑
s
z 1
∑
s
z 2
⋯
∑
s
z N
∫
V
1
∫
V
2
⋯
∫
V
N
re
r
1
re
r
2
⋯
re
r
N
Ψ
|
r
,
s
z
⟩
{\ Displaystyle | \ Psi \ rangle = \ suma _ {s_ {z1}} \ suma _ {s_ {z2}} \ cdots \ suma _ {s_ {zN}} \ int _ {V_ {1}} \ int _ {V_{2}}\cdots \int _{V_{N}}\mathrm {d} \mathbf {r} _{1}\mathrm {d} \mathbf {r} _{2}\cdots \mathrm { d} \mathbf {r} _{N}\Psi |\mathbf {r} ,\mathbf {s_{z}} \rangle }
dla cząstek nieoddziałujących:
Ψ =
∏
n = 1
N
Ψ
(
r
n
,
s
z n
, t
)
{\ Displaystyle \ Psi = \ prod _ {n = 1} ^ {N} \ Psi \ lewo (\ mathbf {r} _ {n} ,s_{zn},t\prawo)}
Transformata Fouriera położenia i pędu (1 cząstka w 3d)
Φ = funkcja falowa w przestrzeni pędu
Ψ = funkcja falowa w przestrzeni pozycyjnej
Φ (
p
,
s
z
, t )
=
1
2 π ℏ
3
∫
za l l s p za do
mi
mi
- ja
p
⋅
r
/
ℏ
Ψ (
r
,
s
z
, t )
re
3
r
↿⇂
Ψ (
r
,
s
z
, t
)
=
1
2 π ℏ
3
∫
za l l s p za do mi
mi
+ ja
p
⋅
r
/
ℏ
Φ (
p
,
s
z
, t )
re
3
p
n
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} \ Phi (\ mathbf {p}, s_ {z}, t) & = {\ Frac {1} {{\ sqrt {2 \ pi \ hbar}} ^ {3}} }\int \limits _{\mathrm {all\,space} }e^{-i\mathbf {p} \cdot \mathbf {r} /\hbar }\Psi (\mathbf {r},s_{z} ,t)\mathrm {d} ^{3}\mathbf {r} \\&\upharpoonleft \downharpoonright \\\Psi (\mathbf {r},s_{z},t)&={\frac {1} {{\sqrt {2\pi \hbar }}^{3}}}\int \limits _{\mathrm {wszystko\,spacja}}e^{+i\mathbf {p} \cdot \mathbf {r} /\hbar }\Phi (\mathbf {p},s_{z},t)\mathrm {d} ^{3}\mathbf {p} _{n}\\\end{wyrównane}}}
Ogólny rozkład prawdopodobieństwa
V j = objętość (obszar 3d), którą może zajmować cząstka,
P = Prawdopodobieństwo, 1 że cząstka 1 ma 2 pozycję r 1 w objętości V 1 ze spinem sz , a cząstka 2 ma pozycję r 2 w objętości V 2 ze spinem sz itd.
P. =
∑
s
z N
⋯
∑
s
z 2
∑
s
z 1
∫
V
N
⋯
∫
V
2
∫
V
1
| Ψ |
2
re
3
r
1
re
3
r
2
⋯
re
3
r
N
{\ Displaystyle P = \ suma _ {s_ {zN}} \ cdots \ suma _ {s_ {z2}} \ suma _ {s_ {z1}} \ int _ {V_ {N}} \ cdots \ int _ {V_ {2}}\int _{V_{1}}\left|\Psi \right|^{2}\mathrm {d} ^{3}\mathbf {r} _{1}\mathrm {d} ^{ 3}\mathbf {r} _{2}\cdots \mathrm {d} ^{3}\mathbf {r} _{N}\,\!}
Ogólny warunek normalizacji
P. =
∑
s
z N
⋯
∑
s
z 2
∑
s
z 1
∫
za l l s p
do
do
p
∫
za l l s p
za
mi
za
∫
za l l s
mi
do mi
|
⋯
za
Ψ |
2
re
3
r
1
re
3
r
2
⋯
re
3
r
N
= 1
{\ Displaystyle P = \ suma _ {s_ {zN}} \ cdots \ suma _ {s_ {z2}} \ suma _ {s_ {z1}} \ int \ ograniczenia _ {\ mathrm {wszystko\,spacja} }\cdots \int \limits _{\mathrm {wszystko\,spacja}}\;\int \limits _{\mathrm {wszystko\,spacja} }\left|\Psi \right| ^{2}\mathrm {d} ^{3}\mathbf {r} _{1}\mathrm {d} ^{3}\mathbf {r} _{2}\cdots \mathrm {d} ^{3 }\mathbf {r} _{N}=1\,\!}
równania
Dualizm falowo-cząsteczkowy i ewolucja czasu
Właściwość lub skutek
Nomenklatura
Równanie
Równanie Plancka-Einsteina i zależności długości fali de Broglie'a
P.
= ( mi
/
do ,
p
) = ℏ ( ω
/
do ,
k
) = ℏ
K.
{\ Displaystyle \ mathbf {P} = (E / c, \ mathbf {p}) = \ hbar (\ omega / c, \mathbf {k} )=\hbar \mathbf {K} }
Równanie Schrödingera
Ogólny przypadek zależny od czasu:
ja ℏ
∂
∂ t
Ψ =
H. ^
Ψ
{\ Displaystyle i \ hbar {\ Frac {\ częściowy} {\ częściowy t}} \ psi = {\ kapelusz {H}} \ psi}
Przypadek niezależny od czasu:
H. ^
Ψ = mi Ψ
{\ Displaystyle {\ kapelusz {H}} \ Psi = E \ Psi}
Równanie Heisenberga
 = operator obserwowalnej własności
[ ] to komutator
⟨ ⟩
{\ Displaystyle \ langle \, \ rangle}
oznacza średnią
re
re t
ZA ^
( t ) =
ja ℏ
[
H ^
,
ZA ^
( t ) ] +
∂
ZA ^
( t )
∂ t
,
{\ Displaystyle {\ Frac {d} {dt}}} {\ kapelusz {A} }(t)={\frac {i}{\hbar }}[{\kapelusz {H}},{\kapelusz {A}}(t)]+{\frac {\częściowo {\kapelusz {A}} (t)}{\częściowe t}},}
Ewolucja czasu w obrazie Heisenberga ( twierdzenie Ehrenfesta )
cząstki.
re
re t
⟨
ZA ^
⟩ =
1
ja ℏ
⟨ [
ZA ^
,
H ^
] ⟩ +
⟨
∂
ZA ^
∂ t
⟩
{\ Displaystyle {\ Frac {d} {dt}} \ langle {\ kapelusz {A}} \rangle ={\frac {1}{i\hbar }}\langle [{\kapelusz {A}},{\kapelusz {H}}]\rangle +\left\langle {\frac {\częściowo {\kapelusz {A}}}{\częściowe t}}\right\rangle }
Dla pędu i pozycji;
m
re
re t
⟨
r
⟩ = ⟨
p
⟩
{\ Displaystyle m {\ Frac {d} {dt}} \ langle \ mathbf {r} \ rangle = \ langle \ mathbf {p} \ rangle}
re re
t ⟨
p
⟩
= - ⟨ ∇ V ⟩ {
\ Displaystyle {\ Frac {d} {dt}} \ langle \ mathbf {p} \ rangle = - \ langle \ nabla V \ rangle}
Nierelatywistyczne, niezależne od czasu równanie Schrödingera
Poniżej podsumowano różne formy, jakie przyjmuje hamiltonian, wraz z odpowiadającymi im równaniami Schrödingera i formami rozwiązań funkcji falowych. Uwaga w przypadku jednego wymiaru przestrzennego, dla jednej cząstki, pochodna cząstkowa sprowadza się do zwykłej pochodnej .
Jedna cząsteczka
cząstek N
Jeden wymiar
H. ^
=
p ^
2
2 m
+ V ( x ) = -
ℏ
2
2 m
re
2
re
x
2
+ V ( x )
{\ Displaystyle {\ kapelusz {H}} = {\ Frac {{\ kapelusz {p} }^{2}}{2m}}+V(x)=-{\frac {\hbar ^{2}}{2m}}{\frac {d^{2}}{dx^{2}}} +V(x)}
H. ^
=
∑
n = 1
N
p ^
n
2
2
m
n
+ V (
x
1
,
x
2
, ⋯
x
N
)
= -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∂
2
∂
x
n
2
+ V (
x
1
,
x
2
, ⋯
x
N
)
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} {\ kapelusz {H}} & = \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\ Frac {{\ kapelusz {p}} _ { n}^{2}}{2m_{n}}}+V(x_{1},x_{2},\cdots x_{N})\\&=-{\frac {\hbar ^{2}} {2}}\sum _{n=1}^{N}{\frac {1}{m_{n}}}{\frac {\częściowe ^{2}}{\częściowe x_{n}^{2 }}}+V(x_{1},x_{2},\cdots x_{N})\end{wyrównane}}}
gdzie położenie cząstki n wynosi x n .
mi Ψ = -
ℏ
2
2 m
re
2
re
x
2
Ψ + V Ψ
{\ Displaystyle E \ psi = - {\ Frac {\ hbar ^ {2}} {2m}} {\ Frac {d ^ {2}} {dx^{2}}}\Psi +V\Psi }
mi Ψ = -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∂
2
∂
x
n
2
Ψ + V Ψ .
{\ Displaystyle E \ Psi = - {\ Frac {\ hbar ^ {2}} {2}} \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\ Frac {1} {m_ {n}}}} {\ frac {\częściowy ^{2}}{\częściowy x_{n}^{2}}}\Psi +V\Psi \,.}
Ψ ( x , t ) = ψ ( x )
mi
- ja mi t
/
ℏ
.
{\ Displaystyle \ Psi (x, t) = \ psi (x) e ^ {-iEt / \ hbar} \,.}
Jest jeszcze jedno ograniczenie — rozwiązanie nie może rosnąć w nieskończoności, tak aby miało albo skończoną normę L 2 (jeśli jest stanem związanym ), albo normę wolno rozbieżną (jeśli jest częścią kontinuum ):
‖ ψ
‖
2
= ∫
|
ψ ( x )
|
2
dni x .
{\ Displaystyle \|\ psi \|^ {2} = \ int |\ psi (x) | ^ {2} \, dx. \,}
Ψ =
mi
- ja mi t
/
ℏ
ψ (
x
1
,
x
2
⋯
x
N
)
{\ Displaystyle \ Psi = e ^ {-iEt / \ hbar} \ psi (x_ {1}, x_ {2} \ cdots x_ {N})}
dla cząstek nieoddziałujących
Ψ =
mi
- ja
mi t
/
ℏ
∏
n = 1
N
ψ (
x
n
) , V (
x
1
,
x
2
, ⋯
x
N
) =
∑
n = 1
N
V (
x
n
) .
{\ Displaystyle \ Psi = e ^ {- i {Et / \ hbar}} \ prod _ {n = 1} ^ {N} \ psi (x_ {n}) \, \ quad V (x_ {1}, x_{2},\cdots x_{N})=\suma _{n=1}^{N}V(x_{n})\,.}
Trzy wymiary
H ^
=
p
^
⋅
p
^
2 m
+ V (
r
)
= -
ℏ
2
2 m
∇
2
+ V (
r
)
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} {\ kapelusz {H}} i = {\ Frac { {\ kapelusz {\ mathbf {p}}} \ cdot {\ kapelusz {\ mathbf {p}}}}{2m}} + V (\ mathbf {r}) \\&=- {\ frac {\ hbar ^ {2}}{2m}}\nabla ^{2}+V(\mathbf {r} )\end{wyrównane}}}
gdzie położenie cząstki to r = ( x, y, z ).
H. ^
=
∑
n = 1
N
p
^
n
⋅
p
^
n
2
m
n
+ V (
r
1
,
r
2
, ⋯
r
N
)
= -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∇
n
2
+ V (
r
1
,
r
2
, ⋯
r
N
)
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} {\ kapelusz {H}} & = \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\ Frac {{\ kapelusz {\ mathbf {p} }}_{n}\cdot {\hat {\mathbf {p}}}_{n}}{2m_{n}}}+V(\mathbf {r} _{1},\mathbf {r} _ {2},\cdots \mathbf {r} _{N}}\\&=-{\frac {\hbar ^{2}}{2}}\sum _{n=1}^{N}{\ frac {1}{m_{n}}}\nabla _{n}^{2}+V(\mathbf {r} _{1},\mathbf {r} _{2},\cdots \mathbf {r } _{N})\end{wyrównane}}}
gdzie pozycja cząstki n to r n = ( x n , y n , z n ), a Laplacian dla cząstki n przy użyciu odpowiednich współrzędnych pozycji to
∇
n
2
=
∂
2
∂
x
n
2
+
∂
2
∂
r
n
2
+
∂
2
∂
z
n
2
{\ Displaystyle \ nabla _ {n} ^ {2} = {\ Frac {\ częściowe ^ {2}} { {\częściowe x_{n}}^{2}}}+{\frac {\częściowe ^{2}}{{\częściowe y_{n}}^{2}}}+{\frac {\częściowe ^{ 2}}{{\częściowo z_{n}}^{2}}}}
mi Ψ = -
ℏ
2
2 m
∇
2
Ψ + V Ψ
{\ Displaystyle E \ Psi = - {\ Frac {\ hbar ^ {2}} {2 m}} \ nabla ^ {2} \ Psi + V \ Psi}
mi Ψ = -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∇
n
2
Ψ + V Ψ
{\ Displaystyle E \ psi = - {\ Frac {\ hbar ^ {2}} {2}} \ suma _ {n =1}^{N}{\frac {1}{m_{n}}}\nabla _{n}^{2}\Psi +V\Psi }
Ψ = ψ (
r
)
mi
- ja mi t
/
ℏ
{\ Displaystyle \ Psi = \ psi (\ mathbf {r}) e ^ {-iEt / \ hbar}}
Ψ =
mi
- ja mi t
/
ℏ
ψ (
r
1
,
r
2
⋯
r
N
)
{\ Displaystyle \ Psi = e ^ {-iEt / \ hbar} \ psi (\ mathbf {r} _ {1} \ mathbf {r} _{2}\cdots \mathbf {r} _{N})}
dla cząstek nieoddziałujących
Ψ =
mi
- ja
mi t
/
ℏ
∏
n = 1
N
ψ (
r
n
) , V (
r
1
,
r
2
, ⋯
r
N
) =
∑
n = 1
N
V (
r
n
)
{\ Displaystyle \ Psi = e ^ {-i {Et / \ hbar}} \ prod _ {n = 1} ^ {N} \ psi (\ mathbf {r} _ {n}) \ , \ quad V ( \mathbf {r} _{1},\mathbf {r} _{2},\cdots \mathbf {r} _{N})=\suma _{n=1}^{N}V(\mathbf { r} _ {n})}
Nierelatywistyczne, zależne od czasu równanie Schrödingera
Ponownie, poniżej podsumowano różne formy, jakie przyjmuje hamiltonian, wraz z odpowiadającymi im równaniami Schrödingera i formami rozwiązań.
Jedna cząsteczka
cząstek N
Jeden wymiar
H. ^
=
p ^
2
2 m
+ V ( x , t ) = -
ℏ
2
2 m
∂
2
∂
x
2
+ V ( x , t )
{\ Displaystyle {\ kapelusz {H}} = {\ Frac {{\ kapelusz {p}}^{2}}{2m}}+V(x,t)=-{\frac {\hbar ^{2}}{2m}}{\frac {\częściowy ^{2}}{ \częściowe x^{2}}}+V(x,t)}
H. ^
=
∑
n = 1
N
p ^
n
2
2
m
n
+ V (
x
1
,
x
2
, ⋯
x
N
, t )
= -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∂
2
∂
x
n
2
+ V (
x
1
,
x
2
, ⋯
x
N
, t )
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} {\ kapelusz {H}} & = \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\ Frac {{\ kapelusz {p }}_{n}^{2}}{2m_{n}}}+V(x_{1},x_{2},\cdots x_{N},t)\\&=-{\frac {\ hbar ^{2}}{2}}\sum _{n=1}^{N}{\frac {1}{m_{n}}}{\frac {\częściowe ^{2}}{\częściowe x_ {n}^{2}}}+V(x_{1},x_{2},\cdots x_{N},t)\end{wyrównane}}}
gdzie położenie cząstki n wynosi x n .
ja ℏ
∂
∂ t
Ψ = -
ℏ
2
2 m
∂
2
∂
x
2
Ψ + V Ψ
{\ Displaystyle i \ hbar {\ Frac {\ częściowy} {\ częściowy t}} \ Psi = - {\ Frac {\ hbar ^{2}}{2m}}{\frac {\częściowy ^{2}}{\częściowy x^{2}}}\Psi +V\Psi }
ja ℏ
∂
∂ t
Ψ = -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∂
2
∂
x
n
2
Ψ + V Ψ .
{\ Displaystyle i \ hbar {\ Frac {\ częściowy} {\ częściowy t}} \ Psi = - {\ Frac {\ hbar ^ {2}} {2}} \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\frac {1}{m_{n}}}{\frac {\częściowy ^{2}}{\częściowy x_{n}^{2}}}\Psi +V\Psi \,.}
Ψ = Ψ ( x , t )
{\ Displaystyle \ psi = \ psi (x, t)}
Ψ = Ψ (
x
1
,
x
2
⋯
x
N
, t )
{\ Displaystyle \ psi = \ psi (x_ {1}, x_ {2} \ cdots x_ {N}, t)}
Trzy wymiary
H. ^
=
p
^
⋅
p
^
2 m
+ V (
r
, t )
= -
ℏ
2
2 m
∇
2
+ V (
r
, t )
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} {\ kapelusz {H}} i = {\frac {{\kapelusz {\mathbf {p}}}\cdot {\kapelusz {\mathbf {p}}}}{2m}}+V(\mathbf {r},t)\\&=-{ \frac {\hbar ^{2}}{2m}}\nabla ^{2}+V(\mathbf {r} ,t)\\\end{wyrównane}}}
H. ^
=
∑
n = 1
N
p
^
n
⋅
p
^
n
2
m
n
+ V (
r
1
,
r
2
, ⋯
r
N
, t )
= -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∇
n
2
+ V (
r
1
,
r
2
, ⋯
r
N
, t )
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} {\ kapelusz {H}} & = \ suma _ {n = 1} ^ {N} {\ Frac {{\ kapelusz {\ mathbf {p} }}_ {n}\cdot {\kapelusz {\mathbf {p}}}_{n}}{2m_{n}}}+V(\mathbf {r} _{1},\mathbf {r} _{2},\cdots \mathbf {r} _{N},t)\\&=-{\frac {\hbar ^{2}}{2}}\sum _{n=1} ^{N}{\frac {1}{m_{n}}}\nabla _{n}^{2}+V(\mathbf {r} _{1},\mathbf {r} _{2}, \cdots \mathbf {r} _{N},t)\end{wyrównane}}}
ja ℏ
∂
∂ t
Ψ = -
ℏ
2
2 m
∇
2
Ψ + V Ψ
{\ Displaystyle i \ hbar {\ Frac {\ częściowy} {\ częściowy t}} \ Psi = - {\ Frac {\ hbar ^ {2 }}{2m}}\nabla ^{2}\Psi +V\Psi }
ja ℏ
∂
∂ t
Ψ = -
ℏ
2
2
∑
n = 1
N
1
m
n
∇
n
2
Ψ + V Ψ
{\ Displaystyle i \ hbar {\ Frac {\ częściowy} {\ częściowy t}} \ Psi = - { \frac {\hbar ^{2}}{2}}\sum _{n=1}^{N}{\frac {1}{m_{n}}}\nabla _{n}^{2}\ Psi +V\Psi }
To ostatnie równanie ma bardzo wysoki wymiar, więc rozwiązania nie są łatwe do wizualizacji.
Ψ = Ψ (
r
, t )
{\ Displaystyle \ psi = \ psi (\ mathbf {r}, t)}
Ψ = Ψ (
r
1
,
r
2
, ⋯
r
N
, t )
{\ Displaystyle \ Psi = \ Psi (\ mathbf {r} _ {1}, \ mathbf {r} _ {2}, \ cdots \ mathbf { r} _{N},t)}
Fotoemisja
Właściwość/efekt
Nomenklatura
Równanie
Równanie fotoelektryczne
K max = Maksymalna energia kinetyczna wyrzuconego elektronu (J)
h = stała Plancka
f = częstotliwość padających fotonów (Hz = s −1 )
φ , Φ = Praca wyjścia materiału, na który padają fotony (J)
K
m za x
= h fa - Φ
{\ Displaystyle K _ {\ operatorname {max}} = hf- \ Phi \, \!}
Częstotliwość progowa i funkcja pracy
φ , Φ = Praca wyjścia materiału, na który padają fotony (J)
0 0 f , ν = Częstotliwość progowa (Hz = s -1 )
Można znaleźć tylko eksperymentalnie.Relacje De Broglie podają zależność między nimi:
ϕ = h
fa
0
{\ Displaystyle \ phi = hf_ {0} \, \!}
Pęd fotonu
p = pęd fotonu (kg ms −1 )
f = częstotliwość fotonu (Hz = s −1 )
λ = długość fali fotonu (m)
Relacje De Broglie dają:
p = h fa
/
do = h
/
λ
{\ Displaystyle p = hf / c = h / \ lambda \, \!}
Niepewność kwantowa
Właściwość lub skutek
Nomenklatura
Równanie
Zasady nieoznaczoności Heisenberga
n = liczba fotonów
φ = faza fali
[, ] = komutator
Pozycja-pęd
σ ( x ) σ ( p ) ≥
ℏ 2
{\ Displaystyle \ sigma (x) \ sigma (p) \ geq {\ Frac {\ hbar} {2}} \, \!}
σ (
! }
) σ ( t ) ≥
ℏ 2
{\ Displaystyle \ sigma (E) \ sigma (t) \ geq {\ Frac {\ hbar} {2}} \, \
mi
σ
( n ) σ ( ϕ ) ≥
ℏ 2
{
\ Displaystyle \ sigma (n) \ sigma (\ phi) \ geq {\ Frac {\ hbar} {2}} \, \!}
Dyspersja obserwowalnych
A = obserwowalne (wartości własne operatora)
σ ( ZA
)
2
= ⟨ ( ZA - ⟨ ZA ⟩
)
2
⟩
= ⟨
ZA
2
⟩ - ⟨ ZA
⟩
2
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} \ sigma (A) ^ {2} i = \ langle (A -\langle A\rangle )^{2}\rangle \\&=\langle A^{2}\rangle -\langle A\rangle ^{2}\end{wyrównane}}}
Ogólna relacja niepewności
A , B = obserwowalne (wartości własne operatora)
σ ( ZA ) σ ( b ) ≥
1 2
⟨ ja [
ZA ^
,
b ^
] ⟩
{\ Displaystyle \ sigma (A) \ sigma (B) \ geq {\ Frac {1} {2}} \ langle i [ {\kapelusz {A}},{\kapelusz {B}}]\rangle }
Moment pędu
Właściwość lub skutek
Nomenklatura
Równanie
Liczby kwantowe momentu pędu
s = spinowa liczba kwantowa
m s = spinowa magnetyczna liczba kwantowa
ℓ = azymutalna liczba kwantowa
m ℓ = azymutalna magnetyczna liczba kwantowa
j = całkowita liczba kwantowa momentu pędu
m j = całkowita magnetyczna liczba kwantowa momentu pędu
wirować:
‖
s
‖ =
s ( s + 1 )
ℏ
m
s
∈ { - s , - s + 1 ⋯ s - 1 , s }
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} i \ Vert \ mathbf {s} \ Vert ={\sqrt {s\,(s+1)}}\,\hbar \\&m_{s}\in \{-s,-s+1\cdots s-1,s\}\\\end{ wyrównany}}\,\!}
Orbitalny:
0
ℓ ∈ { ⋯ n - 1 }
m
ℓ
∈ { - ℓ , - ℓ + 1 ⋯ ℓ - 1 , ℓ }
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} i \ ell \ in \ {0 \ cdots n-1 \}\\&m_{\ell }\in \{-\ell ,-\ell +1\cdots \ell -1,\ell \}\\\end{aligned}}\,\!}
Suma:
j = ℓ + s
m
jot
∈ {
|
ℓ - s
|
,
|
ℓ - s
|
+ 1 ⋯
|
ℓ + s
|
− 1 ,
|
ℓ + s
|
}
{\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} & j = \ ell + s \\ & m_ {j} \ w \ {| \ ell -s |, | \ ell -s | + 1 \ cdots | \ ell + s | - 1,|\ell +s|\}\\\end{wyrównane}}\,\!}
Wielkości momentu pędu
moment pędu:
S = wirowanie,
L = orbitalny,
J = suma
Wielkość wirowania:
|
S
|
= ℏ
s ( s + 1 )
{\ Displaystyle |\ mathbf {S} |= \ hbar {\ sqrt {s (s + 1)}} \ \!}
Wielkość orbity:
|
L
|
= ℏ
ℓ ( ℓ + 1 )
{\ Displaystyle |\ mathbf {L} |= \ hbar {\ sqrt {\ ell (\ ell + 1)}} \ \!}
Całkowita wielkość:
jot
=
L
+
S
{\ Displaystyle \ mathbf {J} = \ mathbf {L} + \ mathbf {S} \, \!}
|
J.
|
= ℏ
jot ( jot + 1 )
{\ Displaystyle |\ mathbf {J} |= \ hbar {\ sqrt {j (j + 1)}} \, \!}
Składowe momentu pędu
Kręcić się:
S
z
=
m
s
ℏ
{\ Displaystyle S_ {z} = m_ {s} \ hbar \, \!}
Orbitalny:
L
oo
=
m
ℓ
ℏ
{\ Displaystyle L_ {z} = m _ {\ ell} \ hbar \, \!}
Momenty magnetyczne
W dalszej części B jest przyłożonym zewnętrznym polem magnetycznym i zastosowano powyższe liczby kwantowe.
Atom wodoru
Właściwość lub skutek
Nomenklatura
Równanie
Poziom energii
mi
n
= - m
mi
4/8
ε
0
2
2
h
n } = - ja
n
n
2
= - 13,61
mi V
/
^
2 {\ Displaystyle E_ {
{4}/8 \ varepsilon _ {0} ^ {2} h ^{2}n^{2}=-13,61\,\mathrm {eV} /n^{2}}
Widmo
przejścia długość fali emitowanego fotonu, podczas elektronowego z Ei Ej do
1 λ
= R
(
1
n
jot
2
-
1
n
ja
2
)
,
n
jot
<
n
ja
{\ Displaystyle {\ Frac {1} {\ lambda}} = R \ lewo ({\ Frac {1} {n_ {j }^{2}}}-{\frac {1}{n_{i}^{2}}}\right),\,n_{j}<n_{i}\,\!}
Zobacz też
Źródła
Dalsza lektura