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¿Cuál es la relación entre los armónicos esféricos y la ecuación de Schrodinger?

armónicos esféricos (imagen inferior)

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Ecuación de Schrödinger (imagen inferior)

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¿Cuál es la relación entre los armónicos esféricos y la ecuación de Schrodinger?

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¿Quieres decir al revés, cómo se derivan los armónicos esféricos de Schrodinger?

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@ReneSchipperus Eso parece.

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Lovsovs Puntos 99

Todo lo contrario: Los armónicos esféricos son funciones propias del operador de momento angular $L^2$ que provienen de la ecuación de Schrödinger (SE). Si quieres ver cómo se pasa de la SE a los armónicos esféricos, te sugiero que cojas un texto de introducción a la Mecánica Cuántica - es una tarea demasiado grande para emprenderla aquí.


Editar para responder a la edición de OPs:

SE (en la base propia) es $$\hat{H}\psi=E\psi,$$ donde $\hat{H}$ es el hamiltoniano. El hamiltoniano es un operador (que es no un número, sino más bien una matriz... esa es la razón del "sombrero") que básicamente especifica qué sistema se está viendo. Muchos problemas en QM van como "escribir $\hat{H}$ para el sistema en cuestión, entonces resuelve SE".

Ahora, $\hat{H}$ es especial porque los valores propios asociados a él son los estados de energía permitidos para el sistema, lo que determina su comportamiento. Como ya sabrás, la energía de un sistema puede dividirse en energía cinética $\hat{T}$ y la energía potencial $\hat{V}$ . Por lo tanto, podemos escribir $\hat{H}=\hat{T}+\hat{V}$ . Esta es la conexión con los armónicos esféricos: Siempre que $\hat{V}$ es esféricamente simétrico (y SE es separable), las funciones propias $\psi$ de $\hat{H}$ tendrá una parte polar. Esta parte polar es precisamente los armónicos esféricos . Este es el caso, por ejemplo, del famoso ejemplo de el átomo de hidrógeno .

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¿Sería posible pensar en valores octaédricos? Armónicos esféricos relacionados con las coordenadas cartesianas. Pero los gases Nobel Ne y Ar tienen 8 electrones en la capa exterior y un sistema octaédrico se ajusta mucho mejor. Para ilustrar lo que quiero decir ver mi elaboración sobre el Distribución de los momentos dipolares magnéticos en los átomos .

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Sea muy cuidado al decir que un operador es "más como una matriz" en QM, como el ejemplo estándar de operadores no que tiene una representación matricial (véase $x$ y $p$ por ejemplo).

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@GennaroTedesco Yo diría que pensar en los operadores como matrices es bastante fructífero: En el caso de que tu espacio de Hilbert sea finito dimensional, ellos son matrices, y en el caso de dimensión infinita (por ejemplo $x$ y $p$ ), los operadores pueden considerarse matrices de dimensión infinita. Por supuesto, "transformación lineal" es el término correcto en este caso, pero explicar lo que significa sería mucho más arduo (y posiblemente confuso), así que opté por "más parecidos a matrices que a números", ya que es más probable que OP sepa lo que es una matriz y esto sigue ofreciendo una forma de pensar sobre los operadores.

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Matthew Scouten Puntos 2518

La ecuación de Schrödinger, y en particular la ecuación de Schrödinger con $1/r$ función de potencial eléctrico, no es algo que se pueda "derivar" de las matemáticas. Matemáticamente sería perfectamente coherente que los fotones fueran masivos (lo que daría lugar a un potencial Yukawa en lugar de $1/r$ ).

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$1/r$ no tiene nada que ver con los armónicos esféricos. Estas funciones esféricas son funciones propias de cualquier hamiltoniano esféricamente simétrico, por ejemplo, un oscilador armónico 3D. El potencial de Yukawa también daría armónicos esféricos como funciones propias.

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@Ruslan esa es exactamente la cuestión, ¿no? Los armónicos esféricos no te dicen nada sobre la parte "radial" de la dinámica, y por tanto no puedes "derivar" la ecuación de Schrodinger a partir de ellos (ya que el potencial de Yukawa, por ejemplo, también es compatible con los armónicos).

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