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不能说的秘密:薛定谔方程是怎么推导出来的

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2016-12-05 10:04

正文

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叫波函数。显然,人们有理由知道这个方程是怎么来的!


薛定谔是如何得到他的量子力学方程的,从文献中的资料不易再现当初完整的过程。薛定谔一开始是从相对论出发的,毕竟那时关于电子的相对论理论是已经有了的,且电子的行为必定是相对论性的,但是这条路薛定谔没走通。他转而回到经典力学。他要的解的形式是知道的,波的表达形式在物理学家眼里就是函数


或者干脆写成:


把德布罗意的关系带入波函数的表达式,波函数就变成了下式:


将上式带入一般的经典力学里弦的振动方程:


就得到了后来被称为薛定谔方程的波动方程:


这里的H是哈密顿量,为系统的动能与势能之和。熟悉经典力学的薛定谔对哈密顿量H可亲切了。至于这里的函数 在描述电子的行为时是什么东西,那……那以后再说。


然而薛定谔到底是怎样构造他的量子力学方程的?上述的说法并不能让笔者信服。笔者从一些支离破碎的信息中拼凑的一个过程也许更合理一些,至少从科学思想演化的角度来说它是连贯的。薛定谔在从狭义相对论出发的初步尝试失败以后,转向了玻尔兹曼的熵公式:


作为维也纳人和维也纳大学毕业的学生,他对这个公式太熟悉了——薛定谔的导师是  Franz S. Exner, 而Franz S. Exner的导师是玻尔兹曼,也就是说玻尔兹曼是薛定谔的师爷。师爷有那么好的公式,不充分挖掘那就太可惜了!

对于玻尔兹曼熵公式中:


W在德语中是当作几率(Wahrscheinlichkeit)的首字母来理解的,但它也是波(Welle)这个词的首字母。既然是要得到(物质)波的方程,那不就是要得到关于W的方程嘛,这里现成的就有一个。所以呢,要把公式








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