量子力学与相对论:原理、模拟与应用
量子力学基础
在量子力学领域,物质展现出波的特性。对于能量为 $E$ 的粒子,其动量 $p$ 和波数 $k$ 满足 $p = \hbar k = \sqrt{2m(E - V)}$,有效折射率 $n \sim \sqrt{1 - V/E}$。当势能 $V$ 发生变化时,会出现反射系数 $R$ 和透射系数 $T$,且 $R + T = 1$。若 $E > V$,势阱中存在振荡解;若 $E < V$,解为衰减指数形式,这种分析方法与光学类似,可直接应用于量子力学。
一维波包的散射与束缚
- 散射过程 :研究散射需要一个局域化的解来表示“粒子”,量子力学中的“粒子”最好用具有一定波长范围的波包来表示,这样波包才能在空间中局域化。波数的展宽 $dk \sim 1/dx$,空间上更局域化意味着需要更多的波数。由于能量展宽导致的时间展宽为 $dt \sim \hbar/dE$。初始波包即使在没有相互作用的情况下,由于海森堡不确定性原理要求的动量值展宽,也会随时间在空间中扩散。
以下是使用 MATLAB 求解一维薛定谔方程的代码示例:
% solve 1-d Schroedinger Eq using MATLAB PDE solver, Constant V, well or
% barrier, scattering
% energy in eV units, length in A and time in 10^-15 sec
mec2 = 511000.0; % eV - elect
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