Biarkan phi_n menjadi fungsian eigen tenaga n yang betul-normal dari pengayun harmonik, dan biarkan psi = hatahata ^ (†) phi_n. Apakah psi yang sama?

Biarkan phi_n menjadi fungsian eigen tenaga n yang betul-normal dari pengayun harmonik, dan biarkan psi = hatahata ^ (†) phi_n. Apakah psi yang sama?
Anonim

Pertimbangkan pengayun harmonik Hamiltonian …

#hatH = hatp ^ 2 / (2mu) + 1 / 2muomega ^ 2hatx ^ 2 #

# = 1 / (2mu) (hatp ^ 2 + mu ^ 2omega ^ 2 hatx ^ 2) #

Sekarang, tentukan penggantian:

#hatx "'" = hatxsqrt (muomega) ##' '' '' '##hatp "'" = hatp / sqrt (muomega) #

Ini memberi:

#hatH = 1 / (2mu) (hatp "'" ^ 2 cdot muomega + mu ^ 2omega ^ 2 (hatx "'" ^ 2) / (muomega)

# = omega / 2 (hatp "'" ^ 2 + hatx "'" ^ 2) #

Seterusnya, pertimbangkan penggantian di mana:

#hatx "''" = (hatx "'") / sqrt (ℏ) ##' '' '' '##hatp "''" = (hatp "'") / sqrt (ℏ) #

supaya itu # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = i #. Ini memberi:

#hatH = omega / 2 (hatp "''" ^ 2cdotℏ + hatx "''" ^ 2cdotℏ) #

# = 1 / 2ℏomega (hatp "''" ^ 2 + hatx "''" ^ 2) #

Sejak #hatp "''" ^ 2 # dan #hatx "''" ^ 2 # boleh dipertimbangkan menjadi produk conjugates yang kompleks, mentakrifkan pengendali tangga

#hata = (hatx "''" + ihatp "''") / sqrt2 ##' '' '' '## hata ^ (†) = (hatx "''" - ihatp "''") / sqrt2 #

supaya:

# hatahata ^ (†) = (hatx "''" ^ 2 - ihatx "''" hatp "''" + ihatp "''" hatx "

# = (hatx "''" ^ 2 + hatp "'" "^ 2) / 2 + (i hatp"' '", hatx"' '") / 2 #

Sejak # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #, istilah paling tepat ialah #1/2#. Dengan pemeriksaan,

#hatH = ℏomega (hatahata ^ (†) - 1/2) #

Ia boleh ditunjukkan # hata, hata ^ (†) = 1 #, jadi

# hatahata ^ (†) - hata ^ (†) hata = 1 #

# => hatahata ^ (†) = 1 + hata ^ (†) hata #

dan juga:

#color (hijau) (hatH = ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2)) #

Di sini kita mengenali bentuk tenaga akan menjadi:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

kerana ia jelas dari bentuk ini yang dengan

#hatHphi_n = Ephi_n #,

kita hanya mempunyai itu

# ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2) phi_n = ℏomega (n + 1/2) phi_n #

Oleh itu, nombor operator boleh ditakrifkan sebagai:

#hatN = hata ^ (†) hata #

yang nilai eigen adalah nombor kuantum # n # untuk eigenstate itu.

Oleh itu,

#color (biru) (psi_n = hatahata ^ (†) phi_n) #

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = warna (biru) ((1 + n) phi_n) #