Wednesday, March 11, 2015

delta势是某种真实的相互作用,或者说是well-behavior的作用势的极限或近似, 一维的情况下,这样可以得到适定的解,作用相当于只有一个位相的变化

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Science 版 (精华区)

发信人: fft (冬眠的蛙), 信区: Science     
标  题: 郁闷的一夜
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 23 23:04:49 2001)

有谁能告诉我δ(r)中心势的散射问题在Born近似下怎么算截面?
我算了一晚上都不对 :(

                ∞
说白了就是算积分∫r sin(q r)δ(r)dr
                0

它怎么能等于q/(4π)呢?

--
  独 此 瞬 曾  快 问 孑 蛤   江西
  自 生 时 见  把 君 孓 蟆   月
  黯 无 坠 天  舌 为 路 静   ·
  然 缘 入 鹅  头 何 过 坐   蛤
  神 飞 情 姑  伸 恁 身 池   蟆
  伤 远 网 娘  长 彷 旁 塘        方        徨


※ 来源:·BBS 水木清华站 smth.org·[FROM: 166.111.174.103]
发信人: ruster (尘埃*星辰*领悟), 信区: Science     
标  题: Re: 郁闷的一夜
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 23 23:16:54 2001)


好像是应该用delta函数的傅立叶展开式把.
不过我想你不应该直接用born公式,应该从那个k-k'的形式开始.


【 在 fft (冬眠的蛙) 的大作中提到: 】
: 有谁能告诉我δ(r)中心势的散射问题在Born近似下怎么算截面?
: 我算了一晚上都不对 :(
:                 ∞
: 说白了就是算积分∫r sin(q r)δ(r)dr
:                 0
: 它怎么能等于q/(4π)呢?


--
我的工作就是把各种图形分类并且割掉所有的圈。有些人称之为骗术,更多的人称之为
理论物理学。


※ 来源:·BBS 水木清华站 smth.org·[FROM: 202.112.90.70]
发信人: bohr (住家的妖怪(正常型的)), 信区: Science     
标  题: Re: 郁闷的一夜
发信站: BBS 水木清华站 (Thu May 24 17:45:27 2001)

三维的delta势没有适定的散射解,无论是吸引的还是排斥的。
最简单的方法是用方势阱或势垒去逼近,最后发现散射截面是振荡的,
不收敛。
但一维的有解,2维的我没算过。

【 在 fft (冬眠的蛙) 的大作中提到: 】
: 有谁能告诉我δ(r)中心势的散射问题在Born近似下怎么算截面?
: 我算了一晚上都不对 :(
:                 ∞
: 说白了就是算积分∫r sin(q r)δ(r)dr
:                 0
: 它怎么能等于q/(4π)呢?


--

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发信人: fft (冬眠的蛙), 信区: Science     
标  题: Re: 郁闷的一夜
发信站: BBS 水木清华站 (Thu May 24 18:29:09 2001)

不会把
我这个就是三维的
不过我已经算出来了,呵呵
(或者说问我这道题的人自己已经算出来了)

照你这么说,是不是不应该对三维delta势求散射解阿?
这道题是曾谨言书中的原题呢

【 在 bohr (住家的妖怪(正常型的)) 的大作中提到: 】
: 三维的delta势没有适定的散射解,无论是吸引的还是排斥的。
: 最简单的方法是用方势阱或势垒去逼近,最后发现散射截面是振荡的,
: 不收敛。
: 但一维的有解,2维的我没算过。


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  独 此 瞬 曾  快 问 孑 蛤   江西
  自 生 时 见  把 君 孓 蟆   月
  黯 无 坠 天  舌 为 路 静   ·
  然 缘 入 鹅  头 何 过 坐   蛤
  神 飞 情 姑  伸 恁 身 池   蟆
  伤 远 网 娘  长 彷 旁 塘        方        徨


※ 来源:·BBS 水木清华站 smth.org·[FROM: 166.111.54.98]
发信人: ruster (尘埃*星辰*领悟), 信区: Science     
标  题: Re: 郁闷的一夜
发信站: BBS 水木清华站 (Thu May 24 18:58:30 2001)

怎么算的?
born近似下应该是有解的,但是。。。


【 在 fft (冬眠的蛙) 的大作中提到: 】
: 不会把
: 我这个就是三维的
: 不过我已经算出来了,呵呵
: (或者说问我这道题的人自己已经算出来了)
: 照你这么说,是不是不应该对三维delta势求散射解阿?
: 这道题是曾谨言书中的原题呢


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我的工作就是把各种图形分类并且割掉所有的圈。有些人称之为骗术,更多的人称之为
理论物理学。


※ 来源:·BBS 水木清华站 smth.org·[FROM: 202.112.92.177]
发信人: bohr (住家的妖怪(正常型的)), 信区: Science     
标  题: Re: 郁闷的一夜
发信站: BBS 水木清华站 (Thu May 24 19:38:15 2001)

delta势是某种真实的相互作用,或者说是well-behavior的作用势的
极限或近似。所以,要求解delta势不能直接做,这样一般会失去或
额外多出一些奇异的部分。严格的求解要从well-behavior的作用开始
然后对某个参数取极限。在一维的情况下,这样可以得到适定的解,
其作用相当于只有一个位相的变化。但三维的情况就不一样,在取极限
的过程中得不到收敛的解,所以三维delta势严格来说不是真实的存在。
但在许多问题,特别是多体问题中还是可以用三维delta势来近似,这
是因为实际的波函数大都是well-behavior的,所以严格考虑某种赝势
(和动量有关)以后,如果波函数不是很奇异的,结果和用delta势做
s-wave近似的一样的。这点在量子力学的书里一般都不提。
但是在早期做多体问题和统计力学的时候是严格考虑过的。

【 在 fft (冬眠的蛙) 的大作中提到: 】
: 不会把
: 我这个就是三维的
: 不过我已经算出来了,呵呵
: (或者说问我这道题的人自己已经算出来了)
: 照你这么说,是不是不应该对三维delta势求散射解阿?
: 这道题是曾谨言书中的原题呢



几个一维的量子力学过程的模拟(物理吧版)

原贴在这里http://tieba.baidu.com/f?kz=919339576
用ie浏览器的吧友可能见不到图,另外这些图的尺寸也有点大,我把楼里的图片上传到了ishare.iask.sina.com.cn/f/11059834.html
一个3Mb左右的rar文件,自带一份txt的简短说明,可以下载。

对中学生朋友来说,原帖子,和原贴中引用的一些讨论楼未免有点偏技术性,但为了看懂这些图片,我可以简短地说明一下经典和量子的区别。

对于一个粒子,经典的力学,也就是我们高一力学里描述的质点,我们使用粒子的坐标x和速度v来描述它的运动,制约运动的方程是牛顿第二定律 F=ma,其中,v是x对时间t的变化率,a是v的变化率,或者说,x的变化率的变化率;而对于保守型的力场,F还可以写成势能的梯度,也就是可以定义一个势能V(x),使得动能+势能守恒。

对于一个粒子,量子力学的描述有所不同;有这么几点:1.我们使用“态”这个概念来描述,一个“态”,可以对应一个波函数 phi(x)来描述,波函数的意义是,它振幅的平方,对应粒子在x此处出现的几率大小; 2.两个波函数,也就是两个态,可以像光波那样相干叠加,比如波幅处干涉加强,粒子出现几率大,波节处则相反; 3. 粒子的波函数,也就是出现位置的几率分布——phi(x)的平方,跟粒子可能具有的动量是有联系的。

进一步说,
如果粒子的位置确定,那么phi(x)就在某点有值,在其余点x都是零,那么粒子的动量就完全不确定,粒子具有的各动量的几率相等;如果动量确定,粒子的位置就完全不确定,波函数phi(x)对应平面波,粒子在各处出现几率相等。波函数x分布越狭窄,粒子可能具有的高动量的成份(也就是态)越多,粒子处于高能的几率越大; 粒子不能同时具有一个确定的位置和动量,这就是不确定性原理。

量子力学下粒子的态,或者说波函数演化,对应的方程不是F=ma而是薛定谔方程(Schrodinger),薛定谔方程说,波函数对虚时间(it)的变化率,加波函数对坐标的变化率的变化率,等于势V(x)对波函数的作用(乘积)。度量这些率的单位是普朗克常数h=6.63*10^-34Js

楼下我介绍一下这些量子的例子不同于经典的神奇之处。

有了这些,下面介绍谐振子。

经典弹簧的振动(如果弹簧满足胡可定律,拉力正比于伸长),我们都比较熟悉; 而这里讨论的量子的弹簧,指的是原帖7,38和39楼的模拟。 其实,这里指的弹簧,仍然是经典的,它的势能和经典的一样,(1/2)kx^2, 但振子的运动却考虑量子的情况,受薛定谔方程而不是牛顿第二定律支配。 (严格地说,弹簧本身也要考虑量子效应,它的性质也可以“量子化”,但要复杂得多)

量子的谐振子有一个有趣的现象,就是有个基态,能量最低的态;它不能保持在弹簧原长处静止;否则具有确定的位置和动量(都是0),违反不确定性原理,所以初始状态,对应能量最低的情况,就总是一个像一个小山峰一样的分布。

这个结论带来的有趣的后果,不同于经典的地方,就可以看出。如果是经典的,粒子在弹簧原长处,如果此刻你突然更换弹簧的硬度,而弹簧的自然长度不变,那么粒子仍将静止在那里。而量子的情况不同; 即便在基态,粒子也有少量高动量的成份 (几率), 因为位置的不确定性,弹簧也有一些伸长了的成份,所以你此处更换弹簧,会使得粒子的状态发生改变。7楼前3个图,说的是,突然改变、缓缓改变、和介于两者之间的情况。

7楼的第4幅图,描述的是,突然改变弹簧的位置(固定点)的情况,这个情况和经典的最接近,波包并不散开,而是整体来回振动,在第5幅图、38-39楼的图中,我们描述了我们用不同方式改变弹簧的状态的情形。 有些类似于受迫振动,这些例子中,粒子的波包都不散开,而且当频率合适的时候,我们还观察到了类似于共振的现象。 在量子的情形中,一个波包整体来回振动,有一个学名,叫做相干态。 然而,它的数学描写,却显得比较复杂。

谐振子的这些例子,在图片文件中均以1开头。

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  • 3楼
  • 2010-10-25 11:17
    描述了谐振子的情况,我们可以回原帖中5楼看看:在无穷深井中盖墙,分为缓缓盖起,在不同位置盖起,和突然盖起三种情况。

    我们知道水往低处流,量子的情形也有类似的现象,波函数往低处流,粒子倾向于出现在势能最低的地方。 然而,我们发现,在势场的墙下,波函数也有一定的值,而不是零,也就是也有一定的几率出现在“势能高”的地方。

    对于空间分配不均的情况,也就是图2,这个波函数倾向于居住在宽敞的隔间;这是为什么呢? 因为我们初始状态的波函数的能量比较低,如果之后波函数居住在狭窄的隔间,那么根据不确定性原理 —— 波函数具有的高能、高动量态的成份将偏多,与我们的假设不符。

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    • 4楼
    • 2010-10-25 11:23
      最后一个有趣的例子,是34楼,吧友和我一直倾向于形象地称呼这个势为“双乳势”。 双乳势在物理学里有很重要的应用,在早期宇宙的相变理论、量子场论、凝聚态材料等个领域都有应用。 其实这个势实现起来却并不难,我以前写过一个例子《弹簧上的钢管舞》,只要一根弹簧,固定一端,另一端振子栓在一根光滑的钢管上可滑动,只要弹簧和钢管距离足够近,(小于弹簧原长),即可实现一个或多或少类似这样的势。

      这个势有个特点:在远端,势能都是趋于无限的,也就是,墙会变得越来越硬,波函数(粒子)总会被弹回; 这有点类似于2楼的讨论;而在x=+/-两个坑底附近,却类似于一个等效的谐振子势,微振动的情况下,类似于3楼;两个坑之间有个一定高度的墙,类似于4楼的情况。 这使得情况变得复杂起来,但从中模拟我们却可以看到一个异常有趣的现象。

      如果是经典的情况,如果粒子的总能量,小于坑中间墙的高度,也就是坑拔(从坑底算起的海拔),那么粒子将永远无法翻越墙到另一个坑串门。然而,量子的情况却不同; 初始波函数的能量,对于一个坑的势来说,我们选择它的能量大致为墙高的一半。 然而,随着时间演化,我们发现粒子的波函数仍然可以穿透墙壁,渗透到另一个坑中去,这个现象叫量子贯穿(quantum tunneling)。有点像一个U型管中的水流,然而墙的高度比粒子的能量高,这个流动是很缓慢的。

      嗯,先介绍到这里,希望给大家带点乐趣!

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      • 5楼
      • 2010-10-25 11:35
        PS:有兴趣更深入知道一些量子力学的吧友,可以参考 http://tieba.baidu.com/f?kz=761569502 (三言两语说量子 by 南澳洲)
         
         

        量子力学的几个图示模拟

        最近参与吧里讨论量子力学的帖子比较多,顺手用了mathematica 做了几个图,可以直观地演示一些趣味结果。等我发上来。


        头一个我参与的是pipi曾提出的一个问题,一个谐振子势,势本身在x<0和x>0两边有不同的频率,本征态是个什么样子? 这个问题有幸获得了一个解析解,在
        http://tieba.baidu.com/f?kz=902799942
        26楼 不重复贴了

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        • 2楼
        • 2010-10-23 23:33
          第二个是无穷深井中的delta函数,会如何散开?这个问题和诸位参加的吧友讨论,也有幸获得了解析解,见http://tieba.baidu.com/f?kz=899138828 贴。

          然而,本例对这个解的讨论以及模拟发现,初态波函数会如海底洋中脊扩张那样散开成一个“高原”,扩散速度由最高能量的成份决定,直到“高原”撞到井壁使得波函数变得异常复杂。而delta函数作为所有动量成分均匀叠加的状态,在本例中并不收敛。(抱歉,模拟的图我未保存,改为文字报告了)

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          • 4楼
          • 2010-10-23 23:38
            第三个例子是无穷深井中盖墙。



            ↑正中央,缓缓盖起一座强,波函数均匀分裂,“乳沟”是这样形成的



            ↑墙盖偏了,波函数在狭小的空间里几乎不愿呆。



            高楼半丈平地起,波函数惊。

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            • 5楼
            • 2010-10-23 23:42
              下面又回到谐振子。本例的问题原帖在这里
              http://tieba.baidu.com/f?kz=917402814



              ↑原先波函数处于基态(谐振子的基态是高斯型)。 突发改变势场的频率(增加一倍),波函数的变化。 势场变化瞬间,波函数来不及响应,故而成为新势场下的基态和少许激发态组成的叠加态。注:这个问题是可以用解析解给算出来的。


              ↑准静态近似。 本例中,播放速度为10倍于前面的例子。可见,波函数比较乖,一直几乎处于新势场的基态,客随主变,很及时。



              ↑介于两者之间的情况,这种情况最复杂,不仅和新势场、边界条件有关,还和波函数的历史有关,解析计算将是极其困难的。本例播放速度为正常。这个情况有点像水银血压计里,水银柱上升的情况,你打气,它颤动地上升。


              ↑将势场突然平移一个距离。 这个波函数,大家有没有想到,有些像什么态?


              ↑缓缓地平移,缓缓地动,始终保持基态。

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              • 7楼
              • 2010-10-23 23:54
                插楼的我删了啊,非常抱歉! 因为打算之后在本贴继续更新,为了方便吧友阅读和尽量减少翻页的麻烦,这个贴就恳请尽量不要灌水了,多谢理解&谅解!

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                • 8楼
                • 2010-10-23 23:58
                  一念天使 一念恶魔 测试你的心理真相>>
                  求解这个动画是怎么做的?

                  回复
                  • 10楼
                  • 2010-10-24 00:05
                    丽雅:

                    既然这些都做了, 可否 do me a favor 再做一个 ?
                    我的新问题是, 将谐振子势场的左右两边轮流提高与降低, 好像在摇杯子或是左右转方向盘那样. 可以模拟吗 ? 谢谢 !

                    回复
                    • 11楼
                    • 2010-10-24 00:05
                      这里再插一个文字广播:关于delta势。

                      一维的delta势: 众所周知,有且仅有一个束缚态。
                      三维的delta势: 最初中微子解之总会有问题,后来我们发现,通过使用球状方势井做极限近似,发现三维delta势的波函数全部被囚禁于井中,有无穷多的束缚态,基态能量也趋于发散。有角动量会不会改变这个情况呢? 我估计不会,但我没有去算,有兴趣的可以算算看。
                      二维的delta势: 情况变得更为微妙,在凝聚态物理中也有所真实模拟。具体有paper可查。 可以见 http://tieba.baidu.com/f?kz=916014494

                      回复
                      • 12楼
                      • 2010-10-24 00:08
                        回复:10楼

                        查"GIF"

                        回复:11楼

                        嗯,我有空会试试看,但我的电脑运算能力很有限,我猜对于长程的(t>>1)的模拟,恐怕未必有很好的结果……

                        回复
                        • 13楼
                        • 2010-10-24 00:11
                          回复:7楼

                          相干态 (coherent state).

                          回复
                          • 14楼
                          • 2010-10-24 07:37
                            回复:7楼

                            在那个 "将势场突然平移一个距离" 的模拟中, 其实制造了一个 "相干态" (就是平移后的基态). 对应於经典物理, 就是你突然改变了弹簧的端点, 或是将弹簧突然放到了一个常引力场中.

                            我想到一个好玩的, 就是让势井的中心 (最低点) 做周期振荡. 如果这个振荡频率与谐振子的振荡频率 w0 相同, 就会发生共振. 此时究竟是波包越荡越高, 还是波包发生形变 ?    

                            回复
                            • 15楼
                            • 2010-10-24 09:14
                              还有更好玩的. 如果将势井改成有限深度的势井, 是否可以藉摇晃势井将波包甩出井外 ?

                              回复
                              • 16楼
                              • 2010-10-24 09:16
                                回复:5楼
                                平地突现天坑,波函数如何?
                                你把势的形状都反一下,看看会有什么变化?

                                回复
                                • 17楼
                                • 2010-10-24 10:05
                                  回复:17楼

                                  这个想法有意思.

                                  回复
                                  • 18楼
                                  • 2010-10-24 10:16
                                    回复:9楼
                                    瞬子呀,非微扰效应是很重要的 你懂得

                                    回复
                                    • 19楼
                                    • 2010-10-24 11:04
                                      回复:19楼

                                      你说的是instanton吧,呵呵,这个本来就是用的暴力解法(数值计算),所以不用什么微扰咯。

                                      回复
                                      • 21楼
                                      • 2010-10-24 11:54
                                        回复:21楼
                                        i see .
                                        没办法,研究非微扰性质 才是王道

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                                        • 22楼
                                        • 2010-10-24 12:16
                                          不好意思,久违了,今天和同学玩的比较贪,回来作图又碰到点琐碎的技术问题,费了点时间。

                                          下面模拟的是双乳势场的情况。粒子首先处在一个坑里,近似地处于这个单坑的基态。(我选择的是高斯波包,对应于谐振子近似下的基态。那么对于全势场,也就是双坑的基态,大致应该是什么样子?)

                                          我选择的势场画的比例有所压缩,势垒实际高度 =4 ,势场形状为V(x)=x^4-4x^2+4(常数为了美观;这是一个在凝聚态和高能物理中都比较有名气的势场(召唤有兴趣的吧友科普)。

                                          我选择的波包(高斯型),对于一个坑做谐振子近似(最低点附近展开保留x^2项),能级 =基态 =2,(此处可否用微扰来计算能级修正?对于整体双坑,是否还在2附近?)。 能级比势垒要低,大家可以观测到什么?对这个现象,能不能用WKB近似计算?如果能,要注意什么? 有兴趣的吧友可以和本例的结果做比对。

                                          因为图片尺寸问题,我分两部分发出来。





                                          有吧友反应看不到这两张图,这个比较尴尬,我和某吧友用firefox浏览器可以看到动图,用ie看不到。

                                          对本楼这两张图,给另一个address(墙外网友):

                                          https囧sites.google.com/site/d3leah/home/qmsimulation1
                                          囧 = ://

                                          或者这个(墙内网友)ishare.iask.sina.com.cn/f/11039578.html

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                                          • 34楼
                                          • 2010-10-24 17:11
                                            回复:34楼

                                            我是 download 之后才能看到. 谢谢 !

                                            我想到一种更简化的双井势了: 在无限深方势井中插入一个 Delta 势垒. 当初始波函数近似於一个 delta 函数时, 估计可以得到解析解.

                                            等有空时会好好想想.

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                                            • 35楼
                                            • 2010-10-24 20:28
                                              回复:35楼

                                              我觉着双井的简化似乎应该是双delta井…… 而对这种情况,delta型波函数就如4楼所讨论的那样,高能态成份不收敛,我感觉不大合适……

                                              回复:11楼

                                              这是其中一个模拟的结果。 势场 y = (1/8)x^2, 固定原点摇晃,摇晃角度为方程 (Pi/10)Sin(Wt) 我设置的频率为W=Pi, 从下面结果可以看出,还是偏离共振情况比较远的,波函数响应不大。



                                              这是势场平移的情况。



                                              对于使用ie浏览困难的吧友,我同样备份一张图片至34楼google doc地址,以后会把全楼的图片备份至34楼sina地址提供下崽。


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                                              • 38楼
                                              • 2010-10-25 07:56
                                                我改变了摇晃频率,使得它更加接近“共振”频率,见下图。



                                                波函数能够始终保持基态的形状,并且可以大部分处于势场底端,这个结论还是让我感到比较惊奇的

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                                                • 39楼
                                                • 2010-10-25 08:10
                                                  最后那个动画的结果或许跟相干态的特性有关. 相干态是消灭算符 a 的本徵态, 这或许就是原因, 但不知能不能证明.

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                                                  • 40楼
                                                  • 2010-10-25 09:09
                                                    本楼发三个无限深井中的粒子,起始波函数都是不同宽度的高斯型波包,目的是为了给4楼提供例子。 图片解释性很明显,文字我就不多说了。






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                                                    • 41楼
                                                    • 2010-10-25 09:12
                                                      回复:42楼

                                                      悲剧,但我上传了本楼的图片至
                                                      ishare.iask.sina.com.cn/f/11059834.html
                                                      一个rar文件,自带图片对应的说明,可以下载。

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                                                      • 43楼
                                                      • 2010-10-25 10:30
                                                        一个通俗版的介绍,吧友可以见这里
                                                        http://tieba.baidu.com/f?kz=920252898

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