选自曾谨言
附录:波包,群速度,相速度
傅里叶变换基础
小记:从实空间到倒空间,是顺时针,乘上。
对于普通的单色平面波有, 其傅里叶变换则有
如果是Gauss波包,其傅里叶变换也是一个波包。且波包宽度和之间满足不确定性关系。
除此以外,傅里叶变换可以保留波函数的归一化性质。
群速度与相速度
相速度:等相面运动的速度
群速度:波包中心的运动速度
波包用单色平面波展开
认为波包中心出现在相位取极值处,即
对波数求导,有
再次求导则得到群速度
总结:相速度是相位的移动速度,实际上就是振幅的传播速度。
而群速度是振幅的变化的移动速度,可以理解为波包的传播速度。
推广到de Brogile波,有,可得
发现,物质波的群速度就是经典粒子的运动速度。
同样,一个物质波可以看做一个波包,由多个单色平面波叠加而成。因此,根据de Brogile关系,可以认为
,能量(动量)是不确定的,具有一个分布。波包的概念天然得适应不确定性关系。
参考:
波包扩散
推导思路:
色散关系可以用Taylor展开式展开到二阶,代入到波包的单色平面波傅里叶展开式中。波包可以简单取Gauss波包(k空间),得到最终,计算其强度分布和宽度,发现宽度是随着时间不断增大的,即不断扩散。
基于这个结论,我们发现,物质波的色散关系是存在二阶项系数的,这就意味着,物质波包必然要扩散,这是反常理的。
第二章:波函数与薛定谔方程
概率波
波函数的统计诠释:正比于在该点附近小体积元处找到粒子的概率,该统计诠释解决了物质波包扩散、单个电子波动性、粒子性与波动性统一的问题。
实际上,电子表现出的粒子性只是其中一部分:即有确切的质量、电荷,但是并不意味着有确定运动轨道;电子的波动性也只是相干叠加性。
波函数根据统计诠释,有归一化条件: 同时,由于我们更关注相对的概率分布,因此,通常表示为平方可积条件:
除了相对概率,波函数还存在相位不定性,即系数乘上依然是归一化的,所以我们认为相位有无,其都描述的是同一个概率波。
对于多粒子体系,其波函数表示为,即多维位形空间中的概率波。
动量分布概率
入射粒子可以看做是一个物质波波包,由许多单色平面波叠加而成。而动量具有关系,
因此,我们可以将波函数进行平面波(按照动量)展开,有 其具有对应的逆变换就是, 就代表了波函数 中所含平面波的成分。
实验实现粒子的动量分布测量:电子衍射实验有,即衍射出射角度与入射粒子的动量有关。而该动量的概率就是入射波的对应Fourier分波波幅,其越大,则衍射强度越大。所以我们可以根据衍射波谱得到衍射前粒子动量的分布概率。
笔记要脱离教材来写