第三部分 开放体系问题
第十一章 含时问题与量子跃迁
本章讨论量子力学中的时间相关现象。它们包括:含时问题求解的一般讨论、含时微扰论、量子跃迁也即辐射的发射和吸收问题。如果说,以前各章主要研究量子力学中的稳态问题,本章则专门讨论非稳态问题。
根据第五章中有关叙述,由于我们所处时空结构的时间轴固有的均匀性,孤立量子体系的Hamilton量必定不显含时间,从而遵守不显含时间的Schrödinger方程。因此,这里含时Schrödinger方程所表述的量子体系必定不是孤立的量子体系,而是某个更大的可以看作孤立系的一部分,是这个孤立系的一个子体系。当这个子体系和孤立系的其他部分存在着能量、动量、角动量、甚至电荷或粒子的交换时,便导致针对这个子体系的各类含时问题。在了解本章(以及下一章)内容的时候,有时需要注意这一点。
§11.1 含时Schrödinger方程求解的一般讨论
1, 时间相关问题的一般分析
量子力学中,时间相关问题可以分为两类:
i, 体系的Hamilton量不依赖于时间。
这时,要么是散射或行进问题,要么是初始条件或边界条件的变化使问题成为与时间相关的现象。
由于这是含时体系的一个普遍结论,当然也是下面各类含时微扰论的共同特征。表面上看,这里的量子力学结论(11. 3)式和放射源的负指数衰变的统计规律是互相抵触的(初始衰变速率是)。然而,后者描述的是处于统计平衡的量子系综(“在时间上先先后后”被制备出的大量同一种不稳定粒子),因而在时间内的衰变数必定正比于当时的粒子数,并且“可以认为”比例系数与无关(因为有各种存活“年令”的不稳定粒子均衡混合着)。这样一来,对t积分自然就得到负指数的统计衰变规律;而(11. 3)式是指“在同一时刻”被制备出的、因而具有同一存活年令的、大量同一种不稳定粒子的衰变规律。两者所研究的量子系综不同,并不相互矛盾。
和上面初始时刻衰变特性偏离负指数相呼应,下面证明,体系初态的衰变概率曲线当时也将偏离负指数规律。
假定所研究的不稳定体系是个孤立系,它初态的衰变完全由于内部相互作用所致。于是Hamilton量将不显含,并且有
如记,到时刻初态的存活概率即为。
我们假定,Hamilton量的能谱有一个下限。这个假定从物理上看是合理的,因为由于跃迁(特别是自发跃迁
[1]
本段内容可见L. Fonda,G.C. Ghirardi and A. Rimini,Decay Theory of Unstable Quantum Systems,Rep. Prog. Phys.,Vol. 41,587 (1978)。
特例之二 —— 绝热微扰
一种扰动,如果以十分缓慢的方式加于体系上。就是说,这种扰动相对于体系跃迁过程的内禀时间尺度而言,持续时间足够的长,而在该时间尺度内变化又足够的小,就称这种扰动为绝热扰动。这里,体系的内禀时间是各能级跃迁的特征时间(主要是邻近能级之间)。在绝热扰动下,处于无简并定态的体系,在变化过程中将处于准稳定平衡状态,体系的无量纲量子数将保持不变。常微扰结果也说明,在绝热微扰时,无简并定态的体系仍将留在该态上[1]。
跃迁类型和选择定则_百度文库
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① 体系的可能状态问题,即力学量的本征态和本征值问题。 ... 本节讨论在作用下,. 由初态 .... 量子力学:无外界作用,原子的是守恒量→不会跃迁,无法解释自发辐射。[PPT]11-5 光的吸收与辐射的半经典理论.ppt
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2012年3月2日 - 第5章-2 量子跃迁§1 含时微扰理论§2 量子跃迁几率§3 光的发射和吸收 §1 含时微扰 ..... 这样简单化讨论只能解释吸收和受激发射而不能解释自发辐射。 .... 是守恒量, Hamilton是守恒量据量子力学基本原理,在没有外界作用下,原子的Hamilton是守恒物理学史- 维基百科,自由的百科全书
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