当粒子处于状态
时,首先,利用 的归一化条件求出归一化常数的模方为
(10)
其次,将波函数 向能量的本征函数系作展开,得到展开系数
(11)
进而有
(12)
于是得到无穷级数之和
(13)
进而得到另外两个无穷级数之和
(14)
例题4.11
试确定一维坐标与动量本征态的坐标与动量均方根误差。
解:假设作一维自由运动的粒子具有确定的动量 ,相应的本征波函数为平面波
(1)
它的坐标几率密度
(2)
这就意味着,当该粒子的动量确定时,由于坐标几率密度与坐标变量无关,故粒子出现在空间任何一点的几率都是相同的,也就是说粒子的坐标完全是不确定的,即
;
(3)
其次,假设粒子具有确定的坐标 ,相应的本征波函数为
(4)
将其向动量的本征函数作展开,
(5
其展开系数为
(6)
展开系数的模方就是动量的取值几率密度,即
(7)
这意味着,当该粒子的坐标确定时,由于动量几率密度与动量无关,故具有任何动量值的几率密度都是相同的,也就是说粒子的动量完全是不确定的,它们的均方根误差分别为
;
(8)
可见,当粒子的动量确定时,它的坐标完全不能确定;当粒子的坐标确定时,它的动量完全不能确定。
例题4.12如果
,
且
,
都是束缚态,则
证明:
这里考虑了 是束缚态,因而
是有限的,及
。同理可证
如令
则
,
由此得
。
例题4.13粒子在位势 的有心力场中作定态运动,且
求证:
证明:有心力场中,由于总哈密顿算符 具有空间反射不变性,即