Квантовая мозаика: Сборник формул и открытий. Ключи квантового мира: понимание через формулы

Формула описывает эволюцию волновой функции с течением времени, и подразумевает, что энергия системы определена оператором гамильтониана, а волны распространяются не как частицы, а как вероятность нахождения частицы в каждой точке пространства

Моя формула для описания уникальных свойств квантовых систем: $$

\hat {H} \Psi = i\hbar\frac {\partial\Psi} {\partial t}

$$

где:

$\hat {H} $ – гамильтониан системы,

$\Psi$ – волновая функция,

$i$ – мнимая единица,

$\hbar$ – постоянная Планка,

$t$ – время.

Полный расчёт будет выглядеть следующим образом:

1. Для начала, предполагаем, что волновая функция $\Psi$ может быть представлена в виде произведения двух функций: $\Psi (x, t) = \psi (x) T (t) $, где $\psi (x) $ – функция, зависящая только от координаты $x$, а $T (t) $ – функция, зависящая только от времени $t$.

2. Подставляем предположенную форму волновой функции $\Psi$ в уравнение $\hat {H} \Psi = i\hbar \frac {\partial \Psi} {\partial t} $ и делим обе части уравнения на $\Psi$:

$$

\frac {{\hat {H} \psi}} {{\psi}} = i\hbar \frac {{\frac {{\partial (T\psi)}} {{\partial t}}}} {{T\psi}}

$$

3.

$$

\frac {1} {T} \hat {H} \psi = i\hbar\frac {1} {\psi} \frac {\partial (T\psi)} {\partial t}

$$

4. Первое уравнение можно интерпретировать как стационарное уравнение Шрёдингера:

$$

\hat {H} \psi = E\psi

$$

Где $E$ – энергия системы, а $\psi$ – собственные функции гамильтониана $\hat {H} $.

5. Второе уравнение можно упростить:

$$

\frac {1} {T} \frac {\partial (T\psi)} {\partial t} = \frac {i} {\hbar} E \Rightarrow \frac {1} {T} \frac {1} {\psi} \frac {\partial (T\psi)} {\partial t} = \frac {i} {\hbar} E

$$

6. Делаем последний шаг и разделяем переменные. Обратите внимание, что в левой части уравнения все функции зависят только от $t$, а в правой части все функции зависят только от $x$:

$$

\frac {1} {T} \frac {1} {\psi} \frac {\partial (T\psi)} {\partial t} = \frac {i} {\hbar} E \Rightarrow \frac {1} {T} \frac {1} {\psi} \frac {\partial T} {\partial t} = \frac {i} {\hbar} E

$$

оба уравнения упрощаются:

$$

\frac {\partial T} {\partial t} = \frac {i} {\hbar} ET

$$

7.