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Ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo con $V=V(x,t)$

Me preguntaba acerca de lo siguiente:

Si tienes la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo tal que % $ $$i \hbar \frac{\partial\psi(x,t)}{\partial t} = - \frac{\hbar^2}{2m} \frac{\partial^2\psi(x,t)}{\partial x^2} + V(x,t) \psi(x,t),$

donde el potencial es también tiempo dependiente. ¿Cuál es la estrategia general para resolver esta? ¿Separación de Variables o hay mejores técnicas disponibles? Especialmente si $V(x,t) = V_1(t)V_2(x)$. Por ejemplo, si usted sabe la solución al $$E_n = - \frac{\hbar^2}{2m} \frac{\partial^2\psi(x,t)}{\partial x^2} + V_2(x) \psi(x),$ $ ¿esta ayuda para encontrar la solución general?

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JamalS Puntos 7098

En primer lugar, hay un par de problemas con un dependiente del tiempo potencial, $V(x,t)$. Es decir, si aplicamos el teorema de Noether, la conservación de la energía puede no ser aplicable. Específicamente, si en virtud de una traducción,

$$t\to t +t'$$

el Lagrangiano $\mathcal{L}=T-V(x,t)$ cambios por no más de un total de derivados, luego de conservación de la energía va a aplicar, pero este resricts la posible $V(x,t)$, dependiendo del sistema.


Solemos tratar a cada ecuación de Schrödinger, caso por caso, como un sistema, puede propiciar un enfoque diferente, por ejemplo, el oscilador armónico se resuelve fácilmente empleando el formalismo de la creación y la aniquilación de los operadores. Si se considera un tiempo-dependiente de la potencial, la ecuación es generalmente dada por,

$$i\hbar\frac{\partial \psi}{\partial t}=-\frac{\hbar^2}{2m}\frac{\partial^2 \psi}{\partial \mathbf{x}^2} + V(\mathbf{x},t)\psi$$

Dependiendo $V$, la de Laplace o la transformada de Fourier pueden ser empleados. Otro enfoque, como se ha mencionado por Jonas, es la teoría de la perturbación, la cual vamos a aproximar el sistema como un sistema más sencillo, y calcular aproximaciones de orden superior a la totalmente perturbado sistema.


Ejemplo

Como un ejemplo, considere el caso de $V(x,t)=\delta(t)$, en cuyo caso la ecuación de Schrödinger se convierte,

$$i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = -\frac{\hbar^2}{2m}\frac{\partial^2 \psi}{\partial x^2} + \delta(t)\psi$$

Podemos tomar la transformada de Fourier con respecto a $t$, en lugar de $x$, para introducir la frecuencia angular del espacio:

$$-\hbar\omega \, \Psi(\omega,x)=-\frac{\hbar^2}{2m}\Psi''(\omega,x) + \psi(0,x)$$

que, si las condiciones iniciales son conocidos, es posiblemente una simple segundo orden de la ecuación diferencial, la cual se puede aplicar la inversa de la transformada de Fourier a la solución.

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Nick Puntos 51

Soy consciente de ninguna receta general. Si la parte dependiente del tiempo de $V$ es débil, uno puede aplicar teoría de perturbaciones dependientes del tiempo (TDPT) para calcular correcciones a la solución de imperturbable, independiente del tiempo. Esto debe estar contenido en cualquier libro sobre mecánica cuántica. Así, uno también puede calcular las probabilidades de transición y las tasas. Específicamente para las perturbaciones periódicas, esto conduce a la regla de oro de Fermi que a menudo puede ser aplicada sin pasar por toda la maquinaria de TDPT.

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