Τίτλος Μαθήματος: Μοριακή Κβαντική Χημεία. Ενότητα 10: Ερμηνεία Κυματοσυναρτήσεως Αριστείδης Μαυρίδης Τμήμα Χημείας

Σχετικά έγγραφα
Τίτλος Μαθήματος: Μοριακή Κβαντική Χημεία. Ενότητα 9: Η κυματική εξίσωση Schrödinger Αριστείδης Μαυρίδης Τμήμα Χημείας

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Έλεγχος και Διασφάλιση Ποιότητας Ενότητα 4: Μελέτη ISO Κουππάρης Μιχαήλ Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Γενική Φυσική Ενότητα: Εισαγωγή στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Διοικητική Λογιστική

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 22: Η έννοια της σκέδασης και η εξίσωση συνέχειας στην Κβαντομηχανική. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Γενική Φυσική Ενότητα: Δυναμική Άκαμπτου Σώματος

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Έλεγχος Ποιότητας Φαρμάκων

Πρακτική Άσκηση σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 1

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 3

Φιλοσοφία της Ιστορίας και του Πολιτισμού

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Χωρικές σχέσεις και Γεωμετρικές Έννοιες στην Προσχολική Εκπαίδευση

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών στη διδασκαλία και τη μάθηση

Εισαγωγή στη Μουσική Τεχνολογία Ενότητα: Ελεγκτές MIDI μηνυμάτων (Midi Controllers)

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Αερισμός. Ενότητα 1: Αερισμός και αιμάτωση. Κωνσταντίνος Σπυρόπουλος, Καθηγητής Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Οπτική. Βαρουτάς Δημήτρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Μικροοικονομική Ανάλυση της Κατανάλωσης και της Παραγωγής

Το Εικονογραφημένο Βιβλίο στην Προσχολική Εκπαίδευση

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 12: Ασκήσεις. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Θεατρικές Εφαρμογές και Διδακτική της Φυσικής Ι

Το Εικονογραφημένο Βιβλίο στην Προσχολική Εκπαίδευση

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Πρακτική Άσκηση σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Γενική Φυσική Ενότητα: Κινητική

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 3: Πολυώνυμα τρίτου βαθμού

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Διοικητική Λογιστική

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Μικροοικονομική Ανάλυση της Κατανάλωσης και της Παραγωγής

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 10: Βάσεις Groebner ενός ιδεώδους ΙΙΙ

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Λειτουργία και εφαρμογές της πολιτιστικής διαχείρισης

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Το Εικονογραφημένο Βιβλίο στην Προσχολική Εκπαίδευση

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 13: Σύστημα δύο ενεργειακών επιπέδων. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 5: Κυματομηχανική. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Λογιστική Κόστους Ενότητα 10: Ασκήσεις Προτύπου Κόστους Αποκλίσεων.

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Οπτική. Βαρουτάς Δημήτρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Εισαγωγή στις Επιστήμες της Αγωγής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Το Εικονογραφημένο Βιβλίο στην Προσχολική Εκπαίδευση

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Γενική Φυσική. Ενότητα 8: Ταλαντώσεις. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μαθηματικών

Γενική Φυσική. Ενότητα 4: Εισαγωγή στην ειδική θεωρία της σχετικότητας. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μαθηματικών

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Το Εικονογραφημένο Βιβλίο στην Προσχολική Εκπαίδευση

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 18: Εφαρμογή στον συμβολισμό Dirac. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 1: Πολυωνυμικές σχέσεις και ταυτότητες, μέρος Ι

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Έννοιες Φυσικών Επιστημών Ι

Τίτλος Μαθήματος: Μοριακή Κβαντική Χημεία. Ενότητα 1: Το Πείραμα Stern Gerlach Αριστείδης Μαυρίδης Τμήμα Χημείας

Transcript:

Τίτλος Μαθήματος: Ενότητα 10: Ερμηνεία Κυματοσυναρτήσεως Αριστείδης Μαυρίδης Τμήμα Χημείας

1. Ερμηνεία Κυματοσυναρτήσεως.... Το κλασσικό όριο... 6 Σελίδα

1. Ερμηνεία Κυματοσυναρτήσεως Σε προηγούμενο μάθημα αναφερθήκαμε στην πιθανοτική ερμηνεία της η οποία συνδέεται με τη σχέση ότι δηλαδή οι ποσότητες πλήρες σύνολο x. Η ποσότης t ; t d x x x, t ; t d x x, t ; t, 0 0 x 0 (1) x, t 0 ; t θεωρούνται συντελεστές αναπτύξεως του, t 0 ; t x t x, t ως προς το, x, t0; t () είναι η πιθανοτική πυκνότητα στην κυματική μηχανική. Η πιθανότητα να καταγράψουμε θετικό αποτέλεσμα (π.χ. παρουσία σωματιδίου) στο διαφορικό όγκο x, td x d x τη χρονική στιγμή t, είναι Στο υπόλοιπο της παραγράφου αυτής χρησιμοποιούμε x αντί x, καθώς δεν εμφανίζεται ο τελεστής θέσεως xˆ. Μέσω της χρονικώς εξηρτημένης εξίσωσης Schrödinger αποδεικνύεται ότι: x, t t J 0 () x, t x, t και Η () ονομάζεται εξίσωσις συνεχείας (κλασσική υδροδυναμική), όπου: I i J x, t (4) Η απόδειξη της (4) βασίζεται στο ότι το V x είναι πραγματικό ή ότι V x Vˆ x ˆ, άρα έχουμε διατήρηση της πιθανότητας. Μιγαδικά δυναμικά ερμηνεύουν φαινομενολογικώς την εξαφάνιση σωματιδίων στα φαινόμενα σκεδάσεως (πχ νουκλεονίων από πυρήνες) Η πιθανοτική ροή J (ως «ροή»), πρέπει να συνδέεται με την ορμή pˆ. Όντως εάν ολοκληρώσουμε το J ως προς όλο τον χώρο, παίρνουμε d i d xj, x x, t d x x, tx, t x, t x t 1 i i x, t x, t x, t x, t d x x, t 1 x, t i Σελίδα

Άρα t pˆ d xjx, t (5) Αυτό συμβαίνει διότι ο i είναι αντι-ερμιτειανός τελεστής. Όπως ήδη ελέχθη η () είναι η εξίσωση συνεχείας της κλασσικής υδροδυναμικής ρευστού, ελευθέρου πηγών και διαρροών (source free sink free). Ιστορικώς ο ίδιος ο Schrödinger ήτανε ο πρώτος ο οποίος ερμήνευσε την ως πραγματική ολική πυκνότητα (όχι πιθανοτική πυκνότητα), ή το γινόμενο e ως την πραγματική ηλεκτρονιακή πυκνότητα. Εάν δεχτούμε μια τέτοια ερμηνεία οδηγούμεθα σε μη φυσικές συνέπειες. Ο πρώτος ο οποίος ερμήνευσε το ως πιθανοτική πυκνότητα ήτανε ο M. Born. Ας δούμε αν μπορούμε να καταλάβουμε καλύτερα τη φυσική σημασία της κυματικής συναρτήσεως. Γράφουμε: όπου x, t 0 και S,t ισχύει για κάθε μιγαδική συνάρτηση των is x, t x, t x, t exp (6) x πραγματική συνάρτησις των x και t. Η γραφή αυτή είναι γενική και x, t. Για το x,t μιλήσαμε ήδη. Ποια είναι η φυσική σημασία της συναρτήσεως S x,t; Προφανώς έχει διαστάσεις δράσεως. Έχουμε: Ή x x t x, t is x, t, exp Sx, t x x Ή σε τρεις διαστάσεις Ή x x i is x, t x, t exp x x, t x, t x, t x, t x, t i Sx, t x, t x, t x, t x, t x, t i Sx, t x, x, t (7) x, t x, t x, t i Sx t t, (8) Σελίδα 4

Αφαιρώντας τις δυο προηγούμενες σχέσεις κατά μέλη, παίρνουμε x, x, t x, t x, t x, t i Sx t t, (9) Άρα και λόγω της (4) έχουμε J x, t x, ts x, t (10) Είναι προφανές τώρα ότι οι πληροφορίες οι οποίες απορρέουν από την είναι τουλάχιστον ελλιπείς. Η (10) μας λέει ότι η ως προς το χώρο μεταβολή της φάσεως (γωνίας δίνει την πιθανοτική ροή J. Στην απλούστερη περίπτωση ενός επιπέδου κύματος, S ) S, S, μας x, t exp ik x t exp i x t exp p x Et exp p x Et p E i Συγκρίνοντας την προηγούμενη σχέση με την (6), συμπεραίνουμε ότι Άρα, S t px Et i x, (11) x t p S, (1) Γενικότερα, και για λόγους διατάσεων, είναι «φυσικό» να γράψουμε S x,t v (1) όπου "v" ένα είδος ταχύτητος. Άρα, S J "v" (14) και t " v" 0 (15) ακριβώς όπως στην (κλασσική) υδροδυναμική. Φυσικά η ερμηνεία του πιθανοτικού ρεύματος J ως γινομένου επί " v" για κάθε σωματίδιο του χώρου δημιουργεί προβλήματα διότι έρχεται σε αντίφαση με την αρχή απροσδιοριστίας: η θέση και η ταχύτητα είναι μη συμβατά μεγέθη. Σελίδα 5

. Το κλασσικό όριο Ας εξετάσουμε τώρα το κλασσικό όριο ( 0) της κυματομηχανικής. Αντικαθιστούμε την (6) στην χρονικώς εξηρτημένη εξίσωση Schrödinger: Ψ t x, tvˆ xψx, t i Ψx, t (16) Η έκφραση που προκύπτει είναι «τερατώδης» αλλά προκύπτει από απλή άλγεβρα (έχουμε 4 όρους στο αριστερό μέλος από λόγω του και στο δεξί μέλος λόγω του ) t i 1 i i S S S S V i t t (17) Η τελευταία είναι η χρονικώς εξηρτημένη εξίσωση Schrödinger συναρτήσεις της πυκνότητας x, t x, t και της συναρτήσεως S x,t. Προφανώς δεν έχει γίνει καμία προσέγγιση. Υποθέτουμε τώρα ότι 0 (κλασσικό όριο), δηλαδή ισχύουν σχέσεις του τύπου: S S κτλ Επειδή 0 όλοι οι όροι της (17) οι οποίοι εμπεριέχουν αναλυτικώς το στον αριθμητή είναι σχετικώς μικροί και άρα μπορούν να παραληφθούν. Άρα, η εξίσωση Schrödinger ως προς και S γράφεται προσεγγιστικώς, 1 S V S t (18) Ή 1 S x (19) t, t V x Sx, t 0 Αναγνωρίζουμε την (19) ως την εξίσωση Hailton Jacobi της κλασσικής μηχανικής (186), όπου η S x,t είναι η συνάρτηση κεντρικής τιμής Hailton ( Hailton s principal function ). Αυτό σημαίνει ότι η κλασσική μηχανική εμπεριέχεται στην εξίσωση Schrödinger (του 0). Μπορούμε να δώσουμε μια ημι-κλασσική ερμηνεία της φάσεως της κυματοσυναρτήσεως: «Εάν το 0 (δηλαδή πολύ μικρό εν σχέσει με τα κλασσικά μεγέθη), τότε S x,t ) είναι ίση με τη συνάρτηση κεντρικής τιμής του Hailton. ά (κατά κάποιο τρόπο Σελίδα 6

Ας εξετάσουμε τώρα μία στάσιμο κατάσταση όπου η χρονική της εξάρτηση είναι iet exp. Η χρονική εξάρτηση αυτού του τύπου μπορεί να παραληφθεί εάν σκεφτούμε ότι για σταθερή Χαμιλτωνειανή (κλασσική), η συνάρτηση κεντρικής τιμής Hailton, S x,t, είναι διαχωρίσιμη (πάντα είναι για H. ). Άρα, όπου S x t Wx Et, (0) W x είναι η χαρακτηριστική συνάρτηση Hailton. Κλασσικώς η ορμή δίνεται από τη σχέση p S W (1) Η (1) είναι συνεπής με την προηγούμενη σχέση μας, όπου δείξαμε ότι S είναι ένα είδος ταχύτητας, S "v". Σελίδα 7

Σημειώματα Σημείωμα Ιστορικού ΕκδόσεωνΈργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Εθνικόν και Καποδιστριακόν Πανεπιστήμιον Αθηνών, Αριστείδης Μαυρίδης, 015. Αριστείδης Μαυρίδης. «. Ερμηνεία Κυματοσυναρτήσεως». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: opencourses.uoa.gr/courses/chem6 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Coons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecoons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. Σελίδα 8

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Σελίδα 9