歸一條件

歸一條件

在量子力學裡,表達粒子的量子態的波函式必須滿足歸一條件(歸一化,英語:be normalized),也就是說,在空間內,找到粒子的機率必須等於1。這性質稱為歸一性。

定義

在量子力學裡,表達粒子的量子態的波函式必須滿足 歸一條件歸一化,英語:be normalized),也就是說,在空間內,找到粒子的機率必須等於1。這性質稱為 歸一性。用數學公式表達,

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其中,x是粒子的位置,是波函式。

歸一化導引

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一般而言,波函式是一個複函數。可是,是一個實函式,大於或等於0,稱為“機率密度函式”。所以,在區域內,找到粒子的機率 是

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;(1)。

既然粒子存在於空間,機率是1。所以,積分於整個一維空間:

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。(2)

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假若,從解析薛丁格方程而得到的波函式,其機率P是有限的,但不等於1,則可以將波函式乘以一個常數,使機率P等於1。或者,假若波函式內,已經有一個任意常數,可以設定這任意常數的值,使機率P等於1。

歸一化恆定性

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給予一個歸一化的波函式。隨著時間的變化,波函式也會改變。假若,隨著時間改變的波函式不再滿足歸一條件,則勢必要重新將波函式歸一化。這樣,歸一常數A變得含時間。很幸運地,滿足薛丁格方程的波函式的歸一性是恆定的.設定波函式滿足薛丁格方程與歸一條件:

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假若,歸一性是恆定的,則機率P不含時間。為了顯示這一點,先計算 :

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展開被積函式

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編排薛丁格方程,可以得到波函式對於時間的偏導數:

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共軛波函式對於時間的偏導數為

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將與代入被積函式

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代入的方程:

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可是,在都等於 0 .所以,

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機率 P=1 不含時間。波函式的歸一化是恆定的。

實例

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在一維空間內,束縛於區域內的一個粒子,其波函式是

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其中,k是波數,是角頻率,A是任意常數。

計算能夠使波函式歸一化的常數值A。將波函式代入:

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積分於整個粒子存在的區域:

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稍加運算,

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歸一化的波函式是:

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