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歸一條件

鎖定
量子力學裏,表達粒子的量子態波函數必須滿足歸一條件歸一化,英語:be normalized),也就是説,在空間內,找到粒子的概率必須等於1。這性質稱為歸一性 [1] 
中文名
歸一條件
外文名
be normalized
別    名
歸一化
學    科
量子力學
領    域
量子力學
定    義
找到粒子的概率必須等於1

歸一條件定義

量子力學裏,表達粒子的量子態波函數必須滿足歸一條件歸一化,英語:be normalized),也就是説,在空間內,找到粒子的概率必須等於1。這性質稱為歸一性。用數學公式表達,
其中,x是粒子的位置,
是波函數。

歸一條件歸一化導引

一般而言,波函數
是一個複函數。可是,
是一個實函數,大於或等於0,稱為“概率密度函數”。所以,在區域
內,找到粒子的概率
;(1)。
既然粒子存在於空間,概率是1。所以,積分於整個一維空間:
。(2)
假若,從解析薛定諤方程而得到的波函數
,其概率P是有限的,但不等於1,則可以將波函數
乘以一個常數,使概率P等於1。或者,假若波函數內,已經有一個任意常數,可以設定這任意常數的值,使概率P等於1。

歸一條件歸一化恆定性

給予一個歸一化的波函數。隨着時間的變化,波函數也會改變。假若,隨着時間改變的波函數不再滿足歸一條件,則勢必要重新將波函數歸一化。這樣,歸一常數A變得含時間。很幸運地,滿足薛定諤方程的波函數的歸一性是恆定的.設定波函數
滿足薛定諤方程與歸一條件:
假若,歸一性是恆定的,則概率P不含時間。為了顯示這一點,先計算
展開被積函數
編排薛定諤方程,可以得到波函數對於時間的偏導數:
共軛波函數對於時間的偏導數
代入被積函數
代入
的方程:
可是,在
都等於 0 .所以,
概率 P=1 不含時間。波函數的歸一化是恆定的。

歸一條件實例

在一維空間內,束縛於區域
內的一個粒子,其波函數是 [2] 
其中,k是波數
角頻率,A是任意常數。
計算能夠使波函數歸一化的常數值A。將波函數代入:
積分於整個粒子存在的區域:
稍加運算,
歸一化的波函數是:
參考資料
  • 1.    Griffiths, David J. Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. 2004: pp. 12–14.
  • 2.    曾謹言. 量子力學: 卷 I[M]. 科學出版社, 2013.