سکروڈنجر معادله څه ده؟
د سکروډنجر معادله (چې په عام ډول د سکروډنجر د لهرې معادله په توګه هم پېژندل کېږي) يو غیر مکمل ديفرانسيلي معادله ده چې د لهرې فنکشن له لارې د کوانټم ميکانيکي سيسټمونو د تصرفاتو تشریح کوي. د دې سيسټمونو د حرکت، د موقعیت او د انرژي معلومات کولی شو د سکروډنجر معادله حل کولو له لارې ترلاسه کړو.
د يوه ذري ذره اتمي ذره لپاره د ټولو معلوماتو د لهرې فنکشن کې داخل شوي دي. لهرې فنکشن به وفا کړي او کولی شو د سکروډنجر معادله کارولو له لارې يې حل وکړو. سکروډنجر معادله د هغه بنسټيز اصولو څخه يوه ده چې د تحت التحصيل فيزيک کې داخلول کېږي. دا هم زياته کېږي چې د سکروډنجر معادله د برقی مهندسي د منځني دورې په طرحه کې د ځنډالوونکو سمندالوتوکو ته اعمال کېدل په بڼه داخله شي.
له بده بختي، دواړو حالتونو کې يې يوازې د يو مفروضې په توګه ذکر شوی دی او نه يو چمتو شوی. دا خورا ناسم دی چې تقريباً ټول هغه څه چې د تحت التحصيل کوانټم فيزيک کې زده کول کېږي بنياد يې دى. په دې ليکنه کې، موږ به د معادله د نوې برابرولو ته ورسوو او زه به د هر قدم ته پاملرنه وکړم چې اخيستل شوی.
دا ډير سترګې غټ دي چې د استدلالونه چې موږ به وکړو د سکروډنجر له خوا ورته ورته وي، نو تاسو کولی شو ښکاري چې د يو ج巨人 څخه د فکر کولو لارې څه وه. د يادونې لپاره، دلته د زمانې پر بنسټ سکروډنجر معادله د ۳- بعدونو کې (د غير-نسبي ذره لپاره) د ټولو خوبالي سره:
![]()
کوانټم فيزيک او لهرې
همداشان غوښتنه کوي چې کلاسيکي فيزيک ته ناوړه ووايو – خو د ډېر وخت لپاره موږ ته ډېر ښه خدمت وکړ (يوتلی چې نيوټني ميکانيک، ماکسويل معادلات، او ځانګړی ريلاتيويټي).
کهنه، د دې سره چې په زموږ د وروستي ليکنو کې ښودل شوي، تجربوي نتایج د مخکنۍ دورې د فيزيک له امله ډير لومړی نه وو. زموږ ليکنې د دوه شق تجربه او د يوه څه اندازې د فوټوالکتريک اثرو په اړه تجربوي نتایج دي چې د زمانې د معلومې پوهانې سره سمون نه لرل.
که څه هم ول؟ بيا داسې چې د کلاسيکي فيزيک په صورت کې دواړه موجوديت، ذرات
ذرات: د انرژي او مومنتوم د محلي بستو سره د جرم سره
.
مورچې: د فضا پراخه شوې خرابۍ چې د وخت له مخې حرکت کوي. د يوه مورچه فنکشن سره تشریح کیدی شي
چې د فضا او وخت په اړه مورچه تشریح کوي.
دا موږ ته د زموږ د فوټوالکتريک انتشار ليکنې کې د مخکنۍ نتایجو ته راولوي. موږ وموندله چې الکترون هر دواړه دا خصوصيات ښيي. دا د زمانې د معلومې پوهانې سره بشپړه ضد ده ځکه چې دواړه موجودات يو بل سره نا متوالي وو.
بي ويرانه نه؟ دا وخت، ځينې ډير مؤثر شخصيتي فيزيک کې پوه شول چې د معلوماتو يو غاب دی، او لويس ډي بروالی د يوې مومنتوم (د يوې ذره لپاره) سره د يوې طول موج (د مورچو لپاره) تړلي چې ورکړل شوی دی
دا هم د Photoelectric Emission څخه د فوتونو د اغېزولو او پریکړل شوې انرژي (هنوز پټه دی چې دا دانه کېږي یا موج) دا دي
که
او
. نو دی ډیر سره د شرودنګر د مشهوره معادله ته رسیدل کې دی. له ورته څخه د کوم ځای پرانیستل کېږي؟ دا دی چې د الکترونو او فوتونو د موج او دانه ډول لارښوونه کېدونکي دي. د دې کې نه دوه غواړې دی چې د هر موج د پیروی کولو د یو ټولګي معادله پرانیستل او پسې د دانه فیزیک په بنسټه یې داخلول چې د نتیجه په اړه ګڼال شي.
د موج معادله کې د کېده کولو راهنما
د دې د پرتلو
د موج معادله ته پیروی کوي. د دې د لارښوونه دی چې د الکترونو د موج ډول لارښوونه او د الكترومغناطيسی چارجو لري. په دې مرحله کې، د دې د یو څخه د الكترومغناطيسی میدانونو ته خپل نظر جوړ کړئ. د دې کې د ماکسويل معادلات به کارول کېږي او دا دې دندې دندې دي:

که ده ورځې د شپې سرعت دی،
د الکټریکي میدان او
د مغناطيسي میدان دی. د نویمې په اړه د اولو معادلو د الکټریکي جنراتورونو، انډکټرانو او ترانسفورمرانو لپاره بنسټ دی او د فارادي قانون د جسمه دی.
همدا دا په اړه چې
دا داسې کېدای شي چې هیڅ مغناطيسي مونوپول نشته. د دې معادلونو پوهېږي او د دې فیزیکي معنی پوهېږي د یو خبرې مهندس له لارې دی. دغه ځای ته د یو الکترومغناطيسي موج د لازمې معادلې په توګه د چهارمې معادلې ته د کرل تطبیق کول:
دغه ځای ته د یو خوښه (او لوسته ثابت) د برداري هویت استعمال کولی شئ:
که دا د برداري دی، د ځینې پلاس هولدر دی. د دې معادله ته د اوسني استعمال:
دا چې ده د دویمه دیمېشنونو لپاره د الکترومغناطیسی وینا کې د مساواتو نتیجه دی. دا مساوات په نور د الکترومغناطیسی وینا کې دی، بلکه په اکوسټیکس، سیسمیک وینونو، صدا وینونو، آب وینونو او فلوید دینامیک کې هم دی.
د شرودینګر مساوات ترسره کول څو منځ
د وینا مساواتو لپاره د پلانه وینا حلونه
د یوه دیمېشن لپاره د وینا مساواتو سره پیل کړئ (د ۳ دیمېشنونو ترسره کول بسیار آسان دی ځکه چې د منطق په هر دیمېشن کې ده):
، او
دیمېشنونه):
دا د راسته دوه دیمېشنال پارشیال دیفرانسیال مساوات دی او په پلانه وینا حلونو کې راضی کیږي:
د نرمال لمرې مکانیکو له ورته دې چې
او
. په اوس ډول، د آینشتاین او کامټن کارونو ترمنځ کارولو او د فوټون انرژۍ دا ده چې
او د دې بروګلې له ورته دې چې
. مونه د پلان لمرې حل د دې لپاره بیا کارولو کولی شئ:
دا د فوټون په واسطه د پلان لمرې معادله دی. دا معادله د لمرې معادله ته سره جوړولو او د څو څخه دې چې موږ پیدا کړو!
د اټکل منځه،
چې دا خوښ شوي دي ځکه چې مونږ د خاص نسبتیت له وړاندې موندل کې ده چې د جرم لرونکي ذراتو ترلاسه کولو لپاره د اوږد لپاره د کلې انرژۍ:
دا هم د فوتونو په اړه ده چې د جرم نه لري
! پسې د پوهنه بېلابېلو کولو لپاره او د جرم لرونکي ذراتو (د الکترون لپاره مثال) د کلې نسبتیت انرژۍ ترلاسه کولو لپاره د معادله نوم د
ته بدلون کړئ ځکه چې مونږ د ګډون لرونکو.
دا معادله د فوتونو د سطحی موج معادله د موج معادله ته د لاس راوړل شوې ده. ولې، مونږ اوس د جرم لرونکي ذراتو ترلاسه کولو لپاره د کلې نسبتیت انرژۍ حل کولو لپاره د موج معادله ته لوی ته بدلون ورکړو. دا ده چې د موج معادله د مونږ نوی
د ذراتو او موجو تشریح کولو لپاره کاملاً لاپته نه وي. مونږ اوس د اوپراتور ته د لاس راوړل کولو لپاره د بالا د معادله ته په اړه حل کولی شوې او دا ده:
د ویو مساوات د پارټیکلې له مساحتونو حل کول
ما ته هڅه کوو چې د نور پاملرنې او جرم لرونې پارټیکل لپاره د ساتنې کې د ټولو انرژي توضیح چې دا د
د اړتیا لپاره د فرمول را ته ډیره بدل کړو ترڅو ځینې تقریب کولو ترلاسه کړو.
دا تغییراتو د غوښتنې د دې د اړیکې دی چې د مساوات د فرمول یې د
فرمول یې ته ورسويو چې چې د تیلر سیریز په توګه دا مساوات د دې توګه په توګه یې:
که
کوچنی دی، تیلور توسپې د بیلابیلو پرته ډول دا ده
موده. د انرجۍ فرمول کې،
. مونه دا وړاندیز کړئ چې
چې د نور سرعت له غیره (که چیرې څوک دا پیدا کړئ چې دا پایندې نه وي)! پس دا موده دا ده:
که
دا د لویتوبو فیزیک لپاره معمولي دینامیکي انرجی دی. حالا د پخوا د ویو فانکشن ته راستونه، دا نوې معلومات ورکړئ او وګورئ چې څوک شو:
د دې دوو اصطلاحونو ته د نیولو ډول دا ده چې پخوا د نور سرعت له مبنای دوام د یوه اصطلاح
(نور سرعت لرونکي) د بیلابیلو اصطلاح وړاندې زیاته د غیر منظمې حرکت کېږي او د دې د ذره-موج وسیله د وړاندې داسې ده. پس د دې توپیر د جوړولو لپاره، د دې د فرق د ښه کولو لپاره:
دا دې ده چې پخوا د دې تعریف شوی:
پخوا د
د پخوا او دویمه جزئي مشتقونه وګورئ او دا چې په پای کې راوړل شي. د پخوا:
او دویمه:
د دویم پارشل مشتق لرونکي کلمه خوښه کوچنۍ ده ځکه چې دا د نومولو لپاره یو کلمه نه وي
چې د ارزښت لپاره ترسره کوي، او په وړاندیز کې، د واقعي دویم پارشل مشتق داسې ده:
د دویم پارشل مشتقونو لرونکي د هغه د وړاندیز کې د وړاندیز څخه یې د موج ډالې د این معادله ته ورکولو منظمه وه:
ولې په ګوته کې چې چې داسې کړئ، دا فورمول د ګټل کولو او د کلاین-ګورډن معادله نومولو لپاره داسې کړئ:
اوس مونږ دغه په لاسه ورته ۳-څو دیمې ته ډګر کولی شئ دا معادله یوازې د برداري معادله (په هر څوک سره چې موږ د دې فرمول له اخیستنې لپاره ورته کړی) د
او
.)
دا معادله د کلین-ګورډان معادله ده د یو آزاد ذره لپاره. دا معادله د ریلیټیویټی معادله ده ځکه چې د انرژۍ جمله د یو کوچني
تیلر توسیع ورته ګټه نه کوي.
اوس، د کلین-ګورډان معادله ساده کړئ (د یو-ډیمنشن ته لوړیدل او د موږ نوی انرژۍ فرمول استعمال کول) او موږ د انتظار د شرودنګر معادله ته ورسی:
د موږ نوی موج فانکشن د
لاندې چې موږ د وخت په پرتله د یوه او دوه مشتقونه څه توګه دي:
نوم کې داسې چې د ساده ترتیب کولو لپاره څخه نیول شوی دی (د ځانګړتوب په توګه د
):
که د کلاسیک هاملټنین د ځانګړتوب په توګه د یوازې د ښي ټرمن لپاره د مجموعې انرجۍ د وړاندې ښکلې د څه چې د معادلو د ښي ټرمن د څه چې د مجموعې انرجۍ تشریح کوي.
په دې اثبات کې مونه چې
۰ دی او چې صرف د کینیټیک انرجۍ په توګه ګڼل شوی. مونه چې د پوټنشیال د خپل مکاني توپیراتوبو له لارې دوه ډوله جمع شوي دي او دا د ټولو ښکلې د سکروډینګر معادلو د سه ډایمونشن څخه د پوټنشیال لرونکو داسې چې:
دا هم دی! دا مقاله د غیر ریلاتیوستیک ذره د سه ډایمونشن څخه د سکروډینګر معادلو د کامل اثبات کړي. که تاسې دا پوسټ پسندیده او د بیلابیلو په وړاندې خواړئ، بل موږ ته ایمیل کړئ ترڅو موږ په یاد ولري.
نښې
ګاسیوروویچ، اس. (۲۰۱۹). کوانتومي فیزیک. دویم تیراژ. کانادا: هاملټن پرینټینګ، صفحهها ۱-۵۰.
ګریفیتس، ډی. (۲۰۱۹). کوانتومي فیزیک. سیمه تیراژ. د کمبریج پوهنتون چاپخانه: کمبریج پوهنتون پریس.
وارډ، ډی. او ولکمر، اس. (۲۰۱۹). څو ځای کوانتومي مساوات. [آنلاین] arXiv.org. د ورود لپاره: https://arxiv.org/abs/physics/0610121v1 [د ۲۹ می ۲۰۱۹ په وخت کې].
شنکار، آر. (۱۹۸۰). کوانتومي مکانيک د اصول. په یوه تیراژ. نیویورک: اسپرنګر ساینس، صفحهها ۱-۴۰.
د وړاندیز: اصلي موخه وړاندې کړئ، خوښه مقالې جوړولو لپاره شته، که ګناحیت شوي وي له لنډولو لپاره رابطه کړئ.