量子力学中的一维束缚态与波函数解析
1. 波函数奇偶性与定态薛定谔方程
在量子力学中,当势函数 (U(x)) 是偶函数,即 (U(x) = U(-x)) 时,定态薛定谔方程(TISE)的本征函数具有确定的宇称。从方程 (\left(-\frac{\hbar^{2}}{2m}\frac{d^{2}}{dx^{2}}+U(x)\right)\psi_{n}(-x)=E\psi_{n}(-x)) 可知,(\psi_{n}(-x)) 和 (\psi_{n}(x)) 是同一 TISE 的解,且具有相同的本征值 (E_{n})。由此可得 (\psi_{n}(-x)=\beta\psi_{n}(x)),再次改变 (x) 的符号后有 (\psi_{n}(x)=\beta^{2}\psi_{n}(x)),从而得出 (\beta = \pm1),即本征函数 (\psi_{n}(x)=\pm\psi_{n}(-x))。同时,基态没有节点,所以基态具有偶宇称。
量子描述物质的统计性质是量子物理与经典物理的重要区别。波函数是量子力学中的核心概念,虽然它不能直接测量,但通过取其绝对值的平方可以得到在 (t) 到 (t + dt) 时间间隔内,粒子位于 (x) 到 (x + dx) 之间的概率。在求解含时薛定谔方程(TDSE)时,我们最终的目标就是得到这些概率。
2. 相关问题探讨
以下是一些与波函数和量子力学相关的问题:
1. 粒子在势阱中的问题 :已知质量为 (m) 的粒子被束缚在势阱中,处于本征态 (\psi(x)=Ae^{-\alpha^{2}x^{2}/2}),能量为 (\frac{(\alpha\hbar)^{2}}{2m})
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