Pomolak stvari pod Jejevicama

Sećanje na Vukotu Babovića

Nauka · Kvantna i atomska fizika

Šredingerova jednačina

Vukota Babović i Miloš Babović

Oblik jednačine, jednodimenzioni slučaj

Za česticu koja se kreće po x osi, vremenski nezavisna Šredingerova jednačina glasi

d2ψdx2=−2mℏ2(E−U)ψ.(1)\frac{d^{2}\psi }{dx^{2}}=-\frac{2m}{\hbar ^{2}}\left(E-U\right)\psi. \tag{1}

Ako je poznata potencijalna energija U(x)U\left(x\right) moguće je u principu dobiti talasne funkcije i energije za dopuštena stanja. Jednačina se može rešavati deo po deo, ako tako zahteva priroda potencijalne energije. Funkcija se onda glatko spaja na mestima diskontinuiteta. Funkcija ψ(x)\psi \left(x\right) mora, dakle, biti kontinualna. Normalizacija zahteva da ova funkcija iščezava u beskonačnosti. Takođe, funkcija ψ(x)\psi \left(x\right) mora biti jednoznačna i njen prvi izvod treba da je kontinualan.

Rešavanje gornje jednačine može biti dosta komplikovano. Ova jednačina je vrlo uspešna u objašnjavanju atomskih i molekulskih sistema.

Primer rešavanja, čestica u jami

Neka je čestica u jami sa donje slike. Za x=0x=0 i x=Lx=L je U(x)=∞U\left(x\right)=\infty (zidovi su beskonačno visoki). Potencijalna energija je konstantna u jami, pa je pogodno da izaberemo U=0U=0.

Dijagram jednodimenzione jame širine LL,

sa beskonačno visokim zidovima.

Zato je u jami, s obzirom na (1)

d2ψdx2=−2mEℏ2ψ=−k2ψ.(2)\frac{d^{2}\psi }{dx^{2}}=-\frac{2mE}{\hbar ^{2}}\psi =-k^{2}\psi. \tag{2}

Stavili smo:

k=2mEℏ.(3)k=\frac{\sqrt{2mE}}{\hbar }. \tag{3}

Čestica ne može biti van jame. Talasna funkcija mora biti nula na zidovima i van jame. Rešenje koje zadovoljava ove uslove je

ψ(x)=Asin⁡(kx).(4)\psi \left(x\right)=A\sin \left(kx\right). \tag{4}

Zahtev da je ψ(L)=0\psi \left(L\right)=0 dovodi do uslova kL=nπkL=n\pi (nn prirodan broj). Znači:

kL=2mEℏL=nπ.(5)kL=\frac{\sqrt{2mE}}{\hbar }L=n\pi. \tag{5}

Dopuštene energije su:

En=(ℏ28mL2)n2.(6)E_{\text{n}}=\left(\frac{\hbar ^{2}}{8mL^{2}}\right)n^{2}. \tag{6}

Dopuštene talasne funkcije su:

ψn(x)=Asin⁡(nπxL).(7)\psi _{\text{n}}\left(x\right)=A\sin \left(\frac{n\pi x}{L}\right). \tag{7}

Ako normalizujemo ovaj izraz, dobićemo za amplitudu

A=2L.(8)A=\sqrt{\frac{2}{L}}. \tag{8}

Finalni izraz za talasnu funkciju čestice u jami je onda

ψn(x)=2Lsin⁡(nπxL).(9)\psi _{\text{n}}\left(x\right)=\sqrt{\frac{2}{L}}\sin \left(\frac{n\pi x}{L}\right). \tag{9}

Rezultati se slažu sa analizom koju smo uradili u odeljku o čestici u jami.


← Čestica u jami · Tunelski efekt →