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关于薛定谔方程

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楼主: xukun977
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xukun977|  楼主 | 2016-7-18 10:36 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
有些东西,你看着简单,实际上。。。

比如,大家都知道电子具有h/2的自旋,请问h/2的内涵是什么?
(可以查阅大学物理等书籍,百度谷歌等都可以动用)



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keer_zu| | 2016-7-18 10:41 | 只看该作者
@xukun977

薛定谔方程和经典力学(我宁可说是经典力学)的关系,还是用分析力学中的拉格朗日力学和哈密顿力学和其对应起来比较好。

首先:
经典力学最初的表述形式由牛顿建立,它着重于分析位移,速度,加速度,力等矢量间的关系,又称为矢量力学。拉格朗日引入了广义坐标的概念,又运用达朗贝尔原理,求得与牛顿第二定律等价的拉格朗日方程。不仅如此,拉格朗日方程具有更普遍的意义,适用范围更广泛。还有,选取恰当的广义坐标,可以大大地简化拉格朗日方程的求解过程。
牛顿力学需要受力分析的复杂过程,而拉格朗日力学和哈密顿力学则需分析能量的具体表述和束缚条件。
哈密顿力学(基于能量和)是拉格朗日力学(基于能量差)推导出来的。而拉格朗日力学是牛顿力学的重新表述,其根基(最小作用量原理和欧拉-拉格朗日方程)等价于牛顿第二定律。

拉格朗日方程的地位等同于牛顿力学中的牛顿第二定律。但具有更普遍的意义。

所以,对比经典力学和量子力学的薛定谔方程,还是主要对比哈密顿力学和波动方程(薛定谔方程)比较合适。

哈密顿力学是哈密顿于1833年建立的经典力学的重新表述,它由拉格朗日力学演变而来。拉格朗日力学是经典力学的另一表述,由拉格朗日于1788年建立。哈密顿力学与拉格朗日力学不同的是前者可以使用辛空间而不依赖于拉格朗日力学表述。关于这点请参看其数学表述。

哈密顿量 H {\displaystyle H} H可以通过对拉格朗日量进行勒让德变换得到。哈密顿量是经典力学的另一种表述哈密顿力学的基础。拉格朗日量可以视为定义在所有广义坐标可能值组成的组态空间的切丛上的函数,而哈密顿量是相对应的余切丛上的函数。哈密顿量在量子力学中到处出现(参看哈密顿算符 (量子力学))。

1948年,费曼发明了路径积分表述,将最小作用量原理扩展到量子力学。在该表述中,粒子穿过所有可能的始态和终态的所有路径;特定终态的概率是所有可能导向它的轨迹的概率之和。在经典力学的范围,路径积分表述简单的退化为哈密顿原理。



当然第一步是找一个Hamiltonian使得运动方程是上面的BS方程。首先注意到这个方程是欧拉方程,因此做代换,我们知道要求的哈密顿量必须满足下面的BS-薛定谔方程:


我们经过推导可以得到。

我们看到,上面的哈密顿量与封闭系统的哈密顿量相比多出了一个正比于速度的漂移项,因此这个哈密顿量不是厄米的。但是我们量子力学中间推导传播子的方法依然有效。在狄拉克符号下我们有: 。因此如果给定了系统的初值,在这里用这个方法就可以得到系统在任意时刻的状态。更具体的说,我们可以对角化哈密顿量,然后求出本征值和本征函数,就能得到方程的严格解(在给定初值初条件的情况下)。

一个最简单的例子是欧式看涨期权(down and out option),如果其中为常数,那么期权价值就归零了。在物理上这对应着一个无限深方势井的波函数,在势井外波函数为零,在势井内波函数自由传播。于是我们引进势能, 并且在时势能为常数,这样就把原来的问题转化为了一个最简单的量子力学问题,我们按照通常的量子力学方法求解的薛定谔方程就可以得到原来方程的解。

但是,一般来说非线性的哈密顿量不一定能够被严格对角化(BS因为是一个高斯型所以可以严格对角化),因此我们只能够比较数值的研究这个问题。如果对场论比较熟悉的话就会发现随机过程正适合用路径积分来表达,因此就需要尝试用路径积分的方法来重新表述上面的问题。在下面的例子中会大概演示一下如何用路径积分的方法来求解郎之万方程。

方程形如

其中第二项是系统的白噪声。路径积分需要的是力学的拉格朗日表述,因此首先需要求出系统的拉格朗日量。我们大概知道系统的作用量是正比于噪声的模方的,因此我们的路径积分形如

其中delta函数来约束两个随机变量。我们把R做替换就能得到一个只含有r的作用量。

对于特殊形式的郎之万方程可以求出严格解。比如在Vasicek model中
,其中没有自变量的量都为常数,系统初值为。

总之经过运算我们就解出来了严格的路径积分也就是知道了传播子。

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xukun977|  楼主 | 2016-7-18 11:01 | 只看该作者

为何非要把最小作用和费曼放在一起啊??

怪现象,网络上大家谈到这个,非要把两者放一起。
问题起源很可能是资料太缺乏了,这个人写了本讲义大家才知道这个东西。

实际上,自世界上有人以来,或者说人类科学史上,人们一直在探索极——端状态,从未终止过。
比如最早的古希腊科学家就推测出,周长一定,圆的面积最大。表面积一定,求的体积最大。。。
17世纪费马发现光走最短路线。。。
。。。。。。

后来人们总结出一个规律:大自然总是以最经济的方式来工作!

以此思想为指导,才有了拉格朗日,哈密顿等。

楼上说的这些东西,可以按这条主线捋一捋,很有规律的。

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大漠孤烟| | 2016-7-18 11:03 | 只看该作者
楼主谈的已经是学术高度了,比我们搞工程应用的高太多。
只能说佩服。毕竟自己没有那么深厚的功底和那么敏锐的洞察力和理解力。
当然,如果掌握了这些到实际工作中确实比较牛X。有个同事是个博士,做事风格、考虑处理问题的能力确实比我们强太多。
所以说科学应该得到尊重,知识分子应该得到尊重。国家的发展需要很多很多像楼主这样的人

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xukun977|  楼主 | 2016-7-18 11:09 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-7-18 11:01
为何非要把最小作用和费曼放在一起啊??

怪现象,网络上大家谈到这个,非要把两者放一起。


极值思想对于数学家来说是锐利武-器。
对于电子工程师来说是个麻烦,极值思想导致优化设计非常棘手,必须使用软件了。

如果没有这个思想指导,大家看看欧拉方程的推导,是不是非常怪异啊?匪夷所思。

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keer_zu| | 2016-7-18 11:16 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-7-18 11:01
为何非要把最小作用和费曼放在一起啊??

怪现象,网络上大家谈到这个,非要把两者放一起。

是的,上帝喜欢走捷径。而且上帝是个数学家。

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keer_zu| | 2016-7-18 11:18 | 只看该作者
我的意思其实主要是:  理解经典力学和量子力学的关系,不能从运动,加速度等着眼的牛顿力学开始,要从以能量着眼的哈密顿力学开始。

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xukun977|  楼主 | 2016-7-18 11:20 | 只看该作者
大漠孤烟 发表于 2016-7-18 11:03
楼主谈的已经是学术高度了,比我们搞工程应用的高太多。
只能说佩服。毕竟自己没有那么深厚的功底和那么敏 ...


我想做成的视频交流活动,本意就是大家互通有无!
搞工程的理论较弱,搞理论的一般实践经验较差,大家可以通过视频这种简单高效的方式进行交流,共同提高。大家都获得了想要的好处,这样就可以完全免费了。

如果是一个人做视频,还完全免费,是什么都没捞到,谁愿意费这么大精力搞这个。


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29
keer_zu| | 2016-7-18 11:25 | 只看该作者
大漠孤烟 发表于 2016-7-18 11:03
楼主谈的已经是学术高度了,比我们搞工程应用的高太多。
只能说佩服。毕竟自己没有那么深厚的功底和那么敏 ...

博士,呵呵。钱穆把大牙都笑掉了。

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keer_zu| | 2016-7-18 11:26 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-7-18 11:20
我想做成的视频交流活动,本意就是大家互通有无!
搞工程的理论较弱,搞理论的一般实践经验较差,大家可 ...

实时交互么?

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31
xukun977|  楼主 | 2016-7-18 11:27 | 只看该作者
keer_zu 发表于 2016-7-18 11:18
我的意思其实主要是:  理解经典力学和量子力学的关系,不能从运动,加速度等着眼的牛顿力学开始,要从以能 ...


你说的这些,对研究非线性系统很重要。
而大家最多的还是跟线性打交道,从那个开始效果就不好了。
从大家熟料的牛顿力学入手,学习量子力学容易上手,而事实上普遍都是这么搞的,比如常见的准XXX系统,包括有效质量等概念,都是把新概念简单加工,就能使用旧工具来处理了。

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keer_zu| | 2016-7-18 11:35 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-7-18 11:27
你说的这些,对研究非线性系统很重要。
而大家最多的还是跟线性打交道,从那个开始效果就不好了。
从大 ...

实际上也可以通过分析力学去解决几个实际问题,让大家切实体会到它的效果,也就好了。
无论数学还是物理,要想更加强大,就必须使用更抽象的方法,比如群论,已经完全不再着眼于数字本身或者几何关系,而去研究对称关系。但是它的威力是巨大的,给各个学科带来了很大的变革。程序员如果更加熟练使用好“抽象”,将会写出更好的代码。

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33
keer_zu| | 2016-7-18 11:37 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-7-18 11:27
你说的这些,对研究非线性系统很重要。
而大家最多的还是跟线性打交道,从那个开始效果就不好了。
从大 ...

这个其实和线性非线性没有关系,解决非线性的工具是“流型”,是将非线性线性化的方式,是将“弯曲”平直化的方法。

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34
xukun977|  楼主 | 2016-7-18 11:38 | 只看该作者


不是,原来打算把这些视频放在21IC公开课那儿,或者专门开个版块。
理想中的是从基本理论开始,一直到实际制作测试,全程留下视频,不但我们这些人能提高,留下的视频对后来人都有帮助。多也不敢说,3--5代人会发现这些资料还是有用的,因为原理永远不过时。如果做好了,我估计大学电子专业的都不用去上课了。

麻烦是众生都有自私本性,想不劳而获。即便是收45分钟/1元视频,浑身都不舒服,很多人甚至眼红。
如果免费,制作测试的巨大开支让制作人一个人出,轻则穷的吃不上饭,重则家庭破裂。

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keer_zu| | 2016-7-18 11:40 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-7-18 11:38
不是,原来打算把这些视频放在21IC公开课那儿,或者专门开个版块。
理想中的是从基本理论开始,一直到实 ...

可以和网站协商,让网站出这个费用啊。

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36
HWM| | 2016-7-18 11:42 | 只看该作者
keer_zu 发表于 2016-7-18 10:41
@xukun977

薛定谔方程和经典力学(我宁可说是经典力学)的关系,还是用分析力学中的拉格朗日力学和哈密顿 ...

这个是你写的?




http://www.zhihu.com/question/26909379/answer/34557213

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keer_zu| | 2016-7-18 11:44 | 只看该作者
HWM 发表于 2016-7-18 11:42
这个是你写的?

当然不是我写的,我只是引用一下。哪有时间关注这么细啊。还要吃饭,否则真的愿意进入这一行,那才是我的最爱。。。

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38
HWM| | 2016-7-18 11:51 | 只看该作者
物理学专业的极为基础的那么点东西:

    对称、守恒和最小作用量原理





https://bbs.21ic.com/icview-969554-1-1.html


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keer_zu 2016-7-18 12:01 回复TA
是这样的,但是差异也非常值得探讨。包括引力场方程还有现在的超弦理论,基本原理还是非常丰富的。值得探讨。 
39
xukun977|  楼主 | 2016-7-18 13:07 | 只看该作者
HWM 发表于 2016-7-18 11:51
物理学专业的极为基础的那么点东西:

    对称、守恒和最小作用量原理


懂不懂这些原理,关键看会不会用,而非背诵唐诗宋词那样背。

请证明:由电流源驱动的线性电阻网络,其节点电压必满足方程 Ge=is
式中,G为n*n节点电导矩阵,is=(is1,is2...isn)^T,isk为流入第k个节点的电源电流。



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40
xukun977|  楼主 | 2016-7-18 13:27 | 只看该作者
HWM 发表于 2016-7-18 11:51
物理学专业的极为基础的那么点东西:

    对称、守恒和最小作用量原理


四大守恒,3个量加个电荷!


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