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如何通過壹維諧振子解釋量子力學和壹般力學的區別

壹維諧振子的介紹:

所謂共振,就是運動學上的簡諧振動。壹根剛度系數為k的輕彈簧,壹端固定,另壹端固定壹個質量為m的可以自由運動的物體,這樣就形成了壹個在壹個位置(即平衡位置)附近往復運動的彈簧振子。在這種振動形式中,物體所受的力總是與它離平衡位置的距離成正比,力的方向總是指向平衡位置。這是壹維諧振子。

經典力學和量子力學中壹維諧振子的區別和聯系

經典諧振子和量子諧振子有著本質的區別,但它們之間的區別並不是不可逾越的。接下來,我們從能級和波函數方面逐壹討論和比較。

1.經典諧振子和量子諧振子的區別

①能量值的特征

從經典諧振子的動能和勢能:?

可以看出,經典諧振子的能量值是連續的。

由量子諧振子的能量:?

可以知道,量子諧振子的能量值是離散的,即量子化的,能級是等間距的。

因為。能量的離散值是微觀粒子具有波粒二象性這壹量子特性的重要體現。

由於能級間隔是等距的,所以能級之間的躍遷只發生在相鄰能級之間,即躍遷只能壹步壹步地進行,所以所有躍遷發出的輻射頻率相同。實驗測得的能譜只有壹條譜線。可以壹步壹步進行,所以每次躍遷都出現相同頻率的輻射。實驗測得的能譜只有壹條譜線。?

②零點討論

從公式(4.1.3)可知,量子諧振子在基態的能量不為零。即當n=0時,稱為零點能。這與經典諧振子完全不同,再次說明微觀粒子具有波粒二象性,絕對“定態”波則沒有。

我們還可以利用量子力學中的測不準關系直接估算量子諧振子的零點能。

走吧。利用坐標和動量的不確定關系:?

諧振子的能量不確定度為:

最小值可由極端條件決定:

算算。我們有...

因此,諧振子的零點能量為:

可以看出,諧振子的基態是諧振子問題的最小不確定態,這是由它的量子性質決定的。

③諧振子的波函數

在量子力學中,波函數本身是沒有意義的,但是波函數絕對值的平方:和

粒子出現在空間某壹點的概率是成正比的。

首先,我們以基態為例討論位置幾率和勢壘穿透。對於量子諧振子的基態:

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