Tuesday, February 25, 2014

薛定谔方程 德布罗意波按波动光学惯例用相位的指数函数表示其波函数


"#$* 年波动力学的发现,即是沿波粒二象性的
另一端达到的! 据说德拜在例行的讨论会上建议薛
定谔去弄清楚德布罗意的一系列文章,作个报告,特
别提到是波就要满足波动方程! 薛定谔先也得到和
德布罗意一样的相对论性波动方程,觉得与玻尔的
氢原子能级不相符后,却进一步作非相对论近似,写
出了薛定谔方程! 薛定谔认为电子本质是波,应该用
波动力学描述电子的运动;经典力学应为波动力学
的近似,有如几何光学是波动光学的近似一样,而量
子效应即相当于干涉效应! 怀着这种信念,对自由电
子的德布罗意波,按波动光学惯例用相位的指数函
数表示其波函数时,容易发现电子的动量和非相对
性能量,可用对空间和时间坐标的偏微分算符乘以
普朗克常量除以圆周弧度和适当虚数表示,即用微
分算符作用到德布罗意波函数时,将得到相应的物
理量的值乘上该波函数! 据此薛定谔推广到由普遍
的哈密顿量描述的情况,维持微分算符表达形式不
变;因为这样,如果这时忽略普朗克常量,波函数的


相位便满足熟知的哈密顿雅可比方程,达到经典

力学近似! 对于像氢原子中电子的三维运动保守系,

哈密顿量不显含时间而有能量守恒! 薛定谔方程简






化为定态的波动方程,不含时间变量而出现能量参


! 定态的波动方程是个齐次方程,由于物理原因波






函数必须满足一些条件,如处处单值有限,和(特别


对于束缚态而言)波函数在无穷远趋于零等! 要求定






态的波动方程有不恒等于零的满足上述物理条件的


解,这样就定出能量参量的本征值! 对于电子的三维






运动,由于出现拉普拉斯动能算符,用分离变数法将


偏微分方程化为常微分方程时要引入分离常数,这


些常数也由波函数满足的条件定出其本征值! 一连






四篇文章,薛定谔以本征值量子化为题,处理了氢原


子能级问题,得到与玻尔和索末菲相同的结果,也发


展了微扰理论处理史塔克效应,和含时间的微扰理


论得到克拉默斯海森伯色散公式!

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