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量子力学总结
量子力学研究对象：
微观粒子运动规律
第一章
一、经典物理学的困难
1、黑体辐射问题
2、光电效应问题
3、原子的线状光谱和原子结构问题
4、固体在低温下的比热问题
二、量子力学的两个发展阶段
1、旧量子论（1900-1924）以普朗克、爱因斯坦、玻尔为代表
2、新量子论（1924年建立）以德布罗意、薛定谔、玻恩、海森堡、狄拉克为代表
三.光的波动性
典型的实验：
1802年的杨氏干涉实验和后来的单缝、双缝衍射实验。
四.黑体辐射
如果一个物体能全部吸收投射到它上面的辐射而无反射，这种物体为绝对黑体（简称黑体），它是一种理想化模型。
五、光电效应
1、在光的作用下，电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应。
2、自1887年Hertz起，到1904年Milikan为止，光电效应的实验规律被逐步揭露出来。
其中，无法为经典物理学所解释的有：
（1）对一定的金属，照射光存在一个临界频率，低于此频率时，不发生光电效应。
（不论光照多么强，被照射的金
属都不发射电子）
（2）光电子的动能与照射光的频率成正比（），而与光的强度无关。
（3）光电效应是瞬时效应（）
六、康普顿效应
定义：
短波电磁辐射（如X射线，伽玛射线）射入物质而被散射后，除了出现与入射波同样波长的散射外，还出现波长
向长波方向移动的散射现象公式推导：
公式是又康普顿提出的，有康普顿和吴有训用实验证实的。
七：
玻尔理论的两个基本假设
（1）量子条件：
（且存在定）
（2）率条件：
，有
（1）、
（2）可得
量子化通：
n=1，2，3⋯⋯玻理不能解多子原子
和的度。
玻理是半典半量子的理。
八、德布意假
德布意1924年提出：
微粒子也具有波粒二象性。
德布意关系式：
种表示自由粒子的平面波称德布意波或“物波”。
九、平面波方程
或
种波（自由粒子的平面波）称德布意波。
十、德布意波的
1.子的衍射
1927年美国科学家戴（Davisson）和革末（Germer）用了德布意波的正确性。
后来，姆又用子通金箔得到了子的衍射。
2.子的干涉
3.
它是由江希太特和杜开在
1954年作出。
后来又由法盖特和特在
1956年做出。
4.
其他表面：
一切微粒子都具有波粒二
象性
5.物波的用
子微（分辨率的普遍表达式）
第二章
一、典力学点的描述（坐和量）
律：
二、自由粒子的波函数（德布意假）
三、波函数的解
Born首先提出了波函数意的解：
波函数在空某点的度（振幅的平方）和在点找到粒子的几率成比例，即描写粒子的波可以是几率波。
四、波函数的性
1.
表示：
在t刻,在r点，在dτ=dxdydz体内，找到由波函数Ψ（r,t）描写的粒子的几率是。
2.几率密度：
3.粒子在全空间出现的几率（归一化）：
则：
4.，描写的是同一态
6.归一化波函数令：
则：
为归一化条件
满足上式的波函数称为归一化波函数，使变为的常数称为称为归一化常数。
注意：
1）.波函数在归一化后也还不是完全确定的，还存在一个相因子
的不确定。
因为：
2）.不是所有的波函数都可按上述归一化条件求一化，即要求
为有限（平方可积的），如果是发散的，则无
意义。
例如：
自由粒子的波函数
，
注意：
波函数是时间位置的函数，即
五、经典波的态迭加原理
两个可能的波动过程
的线形迭加的结果
也是一个可能的波动过程。
六、态迭加原理
如果
是体系的可能状态，那么，它们的线形迭加
也是这个体系的可能状态
七、两种迭加原理的区别
1.在状态
中，对某力学量
Q进行测量，测到
Q值可能是
，也可能是
，但绝对不会是其他的值
（和抛硬币的情形差不多）。
2.若
，则
，这时
与
是同一态，这与经典波的迭加不同
3.当粒子处于态
和态
的线形迭加态时，粒子是既处于态
，又处于态
，例如抛正六面体的塞子。
八、态迭加原理的一般表达式
,,为复数九、薛定谔方程应该满足的条件
1、方程应当是对时间的一阶微分方程（这是由波函数完全描写的基本假设所决定）
2、方程是线性的
即如果和是方程的解，那么它们的线性迭加也是方程的解，这是态迭加原理的要求。
3、这个方程的系数不应该包含状态的参量。
如动量、能量等。
但可含有，因为由外场决定，不是粒子的
状态参量。
十、薛定谔方程
1、能量算符和动量算符
（能量算符）
（动量算符）
（劈行算符）
2、薛定谔方程：
3、多粒子体系的薛定谔方程
十一、
十二、质量密度和质量流密度（守恒定律）
1.质量密度：
2.质量流密度：
3.质量守恒定律：
4.电荷守恒定律：
其中：
十三、波函数的标准条件：
单值，有限，连续
十四、定态：
定态波函数：
定态的特点：
1、粒子的几率密度和几率流密度与时间无关
2、∵
显然，
3、能量具有确定的值（可由自由粒子的波函数进行验证）
4、各力学量的平均值不随时间变化
十五、哈密顿算符的本征方程：
（被称为算符
的本征值，
称为算符的本征方程）
十六、一维谐振子的能量可能取值为：
第三章
微观粒子的波粒二象性表示微观粒子的力学量——算符
一.算符
1.定义：
算符是指作用在一个函数上得出另一个函数的运算符号
2.算符的作用：
算符作用在一个函数u上，使之变成另一个新的函数v：
二.算符的运算规则
1.算符相等：
如果
，则
（u为任意函数）
２.算符相加：
若，则
且（满足加法交换律）
（满足加法结合律）
３.算符相乘：
若
４.算符的对易关系
，则
如果，
一般来说，算符之积并不一定满足对易律，即一般地
三.线性算符
若
则称为线性算符，其中
为两个任意函数，
是常数（复数）。
四.厄密算符
如果对于任意两个函数和，算符满足下列等式：
两个厄密算符之和仍为厄密算符，但两个厄密算符之积却不一定是厄密算符，除非两者可以对易。
波函数的标积，定义：
五.算符的本征值和本征函数
如果算符
作用在一个函数
，结果等于
乘上一个常数
：
则称
为
的本征值，
为属于
的本征函数，上面方程叫本征方程。
本征方程的物理意义：
如果算符
表示力
学量，那么当体系处于
的本征态
时，力学量有确定值，这个值就是
在态中的本征值。
六.力学量的算符表示
１.几个例子：
（
表示为坐标的函数时，
）
动量
：
能量E：
坐标：
（可写成等式）
２.基本力学量算符：
动量和坐标算符：
３.其他力学量算符：
量子力学中表示力学量的算符都是厄密算符：
所有力学量的数都是数，既然表示力学量的算符的本征是个力学量的可能，因而表示力学量的算符，它的本征必是数，而厄密算符就具有个性。
七、量算符
1、量算符的本征方程是：
（是量算符的本征，相的本征函数）
上式的三个分量方程是：
它的解是：
2、角量算符
角量：
角量平方算符是：
本征方程：
的本征是，所属本征函数是：
的本征方程：
八：
1.主量子数n：
决定能量量子化
2.n,l,m之的关系：
n=1,2,3⋯⋯⋯⋯
l=0,1,2,3,⋯⋯n-1
m=0，
3.能量的并度
离子的状由波函数
来完全描述，在
中只要有一个脚不同，就代表不同的状，
而只与
n
有关，所以能
是并的，并度：
九.函数正交性的意义：
如果两函数和满足关系式：
则称和相互正交。
十.定理：
厄密算符的属于不同本征值的两个本征函数相互正交。
正交归一条件：
分立谱：
连续谱：
满足上述条件的函数系或，被称为正交归一系。
十一、正交归一函数系实例
1.动量本征函数组成正交归一系
2.线性谐振子能量本征函数组成正交归一系
3.角动量本征函数组成正交归一系
4.氢原子波函数组成正交归一系
十二.力学量的可能值
1.力学量算符的本征值函数组成完全系，即：
为任意函数，为力学量算符的本征函数，为展开系数：
2.力学量的可能值和相应的几率
以表示体系的状态波函数（它不一定是本征态），且已归一化，则：
即的绝对平方之和等于1
具有几率的意义，它表示在态中测量力学量得到的结果是的本征值的几率。
十三、泊松括号“”
1．定义：
2．性质：
十四、量子力学的基本对易式：
将以上式子写成通式有：
其中
由上可知：
动量分量和它所对应的坐标是不对易的，而和它不对应的坐标是对易的；动量各分量之间也是对易的。
十五、角动量算符的对易式
写成通式：
可见，分别和中的每一个都对易。
十六、不同力学量算符有共同本征函数系的充要条件
1．定理：
如果算符和有共同的完全的本征函数系，则算符和对易。
2．逆定理：
如果两算符对易，则这两个算符有共同的完全的本征函数系。
3．推论：
一组算符有完全的共同本征函数系的充要条件是：
这组算符中的任意两个算符都可对易。
十七、不同力学量同时确定值的必要条件
1．体系处于的本征态时，测量才有确定值；
2.两力学量同时有确定值的条件是：
两力学量算符具有共同的本征函数（或处于共同的本征态）或两力学量算符和对易，即：
3.一组力学量同时有确定值的条件是：
这组力学量算符两两对易。
（它们有共同的完全的本征函数系）
十八.测不准关系
测不准关系的普遍表达式
若则或
其中
这就是坐标和动量的测不准关系
或
十九、守恒量：
凡不显含时间，且其算符与体系的哈密顿算符对易的力学量，称为该体系的守恒量。
特点：
1、在体系任意状态下，平均值不随时间变化
2、在体系的任意状态下，几率分布不随时间改变
守恒量是量子力学中一个极其主要和应用极为广泛的概念，初学者往往把它与定态概念混淆起来。
应当指出，定态是体系的一种特殊状态，而守恒量则是体系的一种特殊的力学量，它与体系的哈密顿量对易。
在定态之下，一切力学量（不显含时间，但不管是否守恒量）的平均值及概率分布不随时间改变；而力学量只要是体系的守恒量，则在体系的一切状态下（不管是否定态），它的平均值和几率分布都不随时间改变。
由此可知，只有当体系不处于定态，而力学量又非体系的守恒量，力学量的平均值和几率分布才随时间改变。
二十、几个重要的守恒量
1、能量守恒
若体系的哈密顿算符不显含时间：
2、动量守恒：
3、角动量守恒：
4、宇称守恒：
（偶宇称）
（奇宇称）
第四章
表象：
量子力学中态和力学量的具体表示方式成为表象
一、平均值公式
代入平均值公式：
上式写成矩阵相乘形式为：
或者简写为：
二、本征方程
久期方程：
它是的多次方程，解之可得到一组值：
,...,,....就是F的本征值;把求得的值分别代入
，就可以求得与每个相对应的本征矢（函数）三.表象基矢的变换
设算符的正交归一本征函数算符的正交归一本征函数系为则算符
在A表象和B表象中的矩阵元分别为：
A表象：
（）,,1,2,F
F
xdx
B表象：
x
将（x）按完全系（）,（）,
x
1
2展开：
S
（x）（x）
n
n
n
（x）S
（x）
m
m
m
式中展开系数Sn及S
m由下式给出：
S
*（x）（x）dx
n
n
（x）（x）dx
S
mm
变换矩阵S的一个基本性质：
S*S
（
~
k
k
k
SS）
（S）S
（S*）
S
k
k
k
k
k
k
|*|
kk
k
||
kk
k
|
I
所
以
：
S
SSSS
（S）
m
nmn
nn
Sn
S
*（x）dx
n
（x）
*（x）（x）dx
n
m
n
*（x）c（x）dx
n
m
*（x）dx
n
c
*（x）（x）dx
n
m
mn
即SSI
四.力学量算符的表象变换
*m（x）S*mFS
F
n
mn
S
Fdx
S**
mmn
mn
*
SFS
mmnn
mn
F
SFS
（x）dx
n
S
F
S
mn
*
mn
n
m
五、么正变换的主要性质
1.么正算符不改变算符的本征值
设F
在A
表象中的本征方程为：
Fa=λa，则在B
表象中：
1
1
Fb
S
FSSa
1
S
Fa
S
a
1
1
1
S
a
b
1
1
（因为F
S
FSb
Sa
）
可见，不同的表象中，力学量算符
F对应同一状态（a和b描写同一状态）的本征值不变，基于这一性质，解
F的本
征值问题就好是把该力学量从某一表象变到自身表象，使
F矩阵对角化。
2.么正变换不改变矩阵的迹
设经过么正变换后，矩阵
F
变为F
，则：
F
1
SFS
因为：
S（S
1
FS）
p
SF
p
1
Sp（SSF）
SF
即：
F
的迹等于F
的
p
迹
3.矩阵方程式经过么正变换保持不变
若矩阵方程
表象A：
F
（F
）
则
表象B：
F
（F
）
4.么正变换不改变厄密矩阵的厄密性
六、狄喇克符号
狄喇克符号优点：
一是运算简捷，二是无须用具体表象讨论问题。
1、左矢和右矢
右矢：
左矢：
表示
A
在Q
的共轭矢量，二者的性质不同，不能相加，它们在同一表象中互为共轭函数。
例如：
如果
1
2
A在Q表象中的分量为
{a*,
*,
*}
1a
a
{a,
}，
。
a
an
2
n
表象中的分量为
那么
2、标积
A
B
A
B
BA
矢量
和
在同一表象中相应分量的乘积之和称为
和
的标积，用符号
表示，以
{b1*,
b
b*,
*
}
B
2表示
n
在Q表象中的分量，那么：
Aab*ab*anb*ab*
B
1122nnn
n
BAAB*
且
若
若
B
A
B正交，
A
=0，则称矢量
和
A
A
1
A
，
归一化的，则
因此力学量F的本征态的
F
的正交归一条件可以表示为：
i
对分立谱：
Fn
|F
nm
m
F
F
对连续谱：
|
（
'）
例如
坐标x的本征矢正交归一化条件是：
动量p的本征矢正交归一化条件是：
x'|x''（x'x''）
p'|p''（p'p''）
七、量子力学公式用狄喇克符号表示：
I
平均值公式：
本征方程：
F
|F?
|
，很容易求得他们在具体表象中的表示。
?
F|
iH
t
薛定谔方程：
||
nn
利用波函数、算符在具体表象中的表示和
八、占有数表象
n
N的物理意义
N?
|
?
?
|
a?
n|n1
n（n
1）1|n
n|n
n
a
an
上式表明：
n是N算符的本征值，描写粒子的数目，故
N称为粒子数算符。
占有数表象
以|n>为基矢的表象称为占有数表象
1.湮灭算符a
n
|a?
|n
n
n
n
|n
1
a
2.产生算符
nn1
n
|a?
|n
n1
n
n
|n
1
1
nn1
3.粒子数N
n
N?
|n
na?
a?
|n
nna?
|n1
n
n
（n
n
|n
nn
4.线性谐振子哈密顿算符：
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