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§2.5  波函数应满足的物理要求

    波函数完全确定了一个物理体系的状态。因此,波函数除了满足薛定谔方程外,还必须满足某些物理要求。

 首先,因为 时刻粒子处于空间任意一点 处的几率密度都应该是惟一确定的,所以 必须是单值的。在保证了 是单值的情况下,的相因子 没确定。如果 不是实常数,则两个差相因子 的波函数 导出的概率流密度将不同。因此, 必须是一个实常数。任意地指定的整体相因子 后, 也是单值的。

由于粒子在全空间出现的概率必为1, 应是平方可积的。 是有限连续的,而且在无限远处有足够好的收敛行为,这样的 自然满足这一物理要求。但这是充分条件,而不是必要条件。实际上,即使 有有限个孤立奇点,但相应的‘暇积分’存在, 仍可满足这一物理要求。

 除了平方可积的波函数外,还必须用到一类非平方可积的归一为 函数的波函数,例如单色平面波。对这类波函数 当然不能再要求在无限远处有足够好的收敛行为了。

其次,概率流密度也是一个物理可测量,必须是单值﹑连续﹑有限的。 中含有 连续﹑单值且有限是 满足这一物理要求的充分条件,但不是必要条件。当 一些孤立点上不连续﹑不单值时, 却可能是单值﹑连续﹑有限的。例如,当 ,尽管 不连续,却有

 综上所述,只要满足薛定谔方程和以上物理要求的波函数就是可接受的。单值(确定到一个任意相因子)﹑有限﹑连续且在无限远处有足够好的收敛行为的波函数满足物理要求。但这仅是充分条件。更一般的, 可以有有限个孤立奇点,只要相应的‘暇积分’存在; 对非平方可积的波函数,也不再要求在无限远处有足够好的收敛行为; 可以不连续﹑不单值,只要保证 是单值﹑连续﹑有限的就可以了。

 以一维情况为例,常见的波函数连接情况如下:

 在势场连续有限処, 也连续有限。

 在势场不连续处( ), , 有限, 也连续有限。但是,在一些特殊的情况下,粒子在不同的势能区域中具有不同的有效质量 ,这时,就必须要求波函数的一阶导数与粒子有效质量之比是连续的。即,

                                 (2.4.1)

       
                          (2.4.2)

2.4.2)保证概率流是连续的。

  无限或势场为 函数时, 连续,但 不连续。在求解一维问题时,上述这些情况的实例都会碰到。

 

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