Принцип неопределённости. Одномерное движение. Элементарное представление о волновой функции и уравнении Шредингера.

Принцип неопределённости – фундаментальное положение квантовой теории,

утверждающее, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в

которых координаты её центра инерции и импульс одновременно принимают вполне

определённые, точные значения. Количественно принцип неопределённости

формулируется следующим образом. Если ∆x – неопределённость значения

координаты x центра инерции системы, а ∆p_x – неопределённость

проекции импульса p на ось x, то произведение этих неопределённостей должно

быть по порядку величины не меньше постоянной Планка ħ. Аналогичные

неравенства дожны выполняться для любой пары т. н. канонически сопряженных

переменных, например для координаты y и проекции импульса p_y на ось

y, координаты z и проекции импульса p_z. Если под неопределённостями

координаты и импульса понимать среднеквадратичные отклонения этих физических

величин от их средних значений, то принцип неопределённости для них имеет вид:

∆p_x ∆x ≥ ħ/2, ∆p_y

∆y ≥ ħ/2, ∆p_z ∆z ≥ ħ/2

Одномерным называют движение системы с одной сте­пенью свободы

Волнова́я фу́нкция, или пси-функция  — комплекснозначная функция, используемая в квантовой механике для описания чистого состояния системы. Является коэффициентом разложения вектора состояния по базису (обычно координатному):

Физический смысл волновой функции заключается в том, что согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики плотность вероятности нахождения частицы в данной точке пространства в данный момент времени считается равной квадрату абсолютного значения волновой функции этого состояния в координатном представлении.

Шрёдингер применил к понятию волн вероятности классическое дифференциальное уравнение волновой функции и получил знаменитое уравнение, носящее его имя. Подобно тому как обычное уравнение волновой функции описывает распространение, например, ряби по поверхности воды, уравнение Шрёдингера описывает распространение волны вероятности нахождения частицы в заданной точке пространства. Пики этой волны (точки максимальной вероятности) показывают, в каком месте пространства скорее всего окажется частица. Хотя уравнение Шрёдингера относится к области высшей математики, оно настолько важно для понимания современной физики, что я его все-таки здесь приведу — в самой простой форме (так называемое «одномерное стационарное уравнение Шрёдингера»). Вышеупомянутая волновая функция распределения вероятности, обозначаемая греческой буквой ψ («пси»), является решением следующего дифференциального уравнения (ничего страшного, если оно вам не понятно; главное — примите на веру, что это уравнение свидетельствует о том, что вероятность ведёт себя как волна):

где x — расстояние, h — постоянная Планка, а m, E и U — соответственно масса, полная энергия и потенциальная энергия частицы.

Картина квантовых событий, которую дает нам уравнение Шрёдингера, заключается в том, что электроны и другие элементарные частицы ведут себя подобно волнам на поверхности океана. С течением времени пик волны (соответствующий месту, в котором скорее всего будет находиться электрон) смещается в пространстве в соответствии с описывающим эту волну уравнением. То есть то, что мы традиционно считали частицей, в квантовом мире ведёт себя во многом подобно волне.