归一条件

更新时间:2022-09-18 06:53

量子力学里,表达粒子的量子态波函数必须满足归一条件(归一化,英语:be normalized),也就是说,在空间内,找到粒子的概率必须等于1。这性质称为归一性。

定义

量子力学里,表达粒子的量子态波函数必须满足归一条件(归一化,英语:be normalized),也就是说,在空间内,找到粒子的概率必须等于1。这性质称为归一性。用数学公式表达,

其中,x是粒子的位置,是波函数。

归一化导引

一般而言,波函数 是一个复函数。可是,是一个实函数,大于或等于0,称为“概率密度函数”。所以,在区域 内,找到粒子的概率 是

;(1)。

既然粒子存在于空间,概率是1。所以,积分于整个一维空间:

。(2)

假若,从解析薛定谔方程而得到的波函数,其概率P是有限的,但不等于1,则可以将波函数 乘以一个常数,使概率P等于1。或者,假若波函数内,已经有一个任意常数,可以设定这任意常数的值,使概率P等于1。

归一化恒定性

给予一个归一化的波函数。随着时间的变化,波函数也会改变。假若,随着时间改变的波函数不再满足归一条件,则势必要重新将波函数归一化。这样,归一常数A变得含时间。很幸运地,满足薛定谔方程的波函数的归一性是恒定的.设定波函数 满足薛定谔方程与归一条件:

假若,归一性是恒定的,则概率P不含时间。为了显示这一点,先计算 :

展开被积函数

编排薛定谔方程,可以得到波函数对于时间的偏导数:

共轭波函数对于时间的偏导数

将 与代入被积函数

代入的方程:

可是,在都等于 0 .所以,

概率 P=1 不含时间。波函数的归一化是恒定的。

实例

在一维空间内,束缚于区域 内的一个粒子,其波函数是

其中,k是波数,是角频率,A是任意常数。

计算能够使波函数归一化的常数值A。将波函数代入:

积分于整个粒子存在的区域:

稍加运算,

归一化的波函数是:

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