1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : مواضيع عامة في الفيزياء : مواضيع اخرى :

Harmonic Oscillator ABCs

المؤلف:  Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 2 , p 57

18-8-2016

1220

Harmonic Oscillator ABCs

Consider the harmonic oscillator given by

Define

a) Show that [a, a] =1.

b) Show that H = aa + 1/2.

c) Show that [aa, H] = 0.

d) Show that if |n⟩ is an eigenstate of N = aa with eigenvalue n:

then a |n⟩ and a |n⟩ are also eigenstates of N with eigenvalues n + 1 and n – 1, respectively.

e) Define |0⟩ such that a |0⟩ = 0 What is the energy eigenvalue of |0⟩?

f) How can one construct other eigenstates of H starting from |0⟩?

g) What is the energy spectrum of H? Are negative eigenvalues possible?

SOLUTION

a) Here we took m = 1, h = 1, ω = 1.

(1)

since the commutator

b)

c)

(2)

d) In order to demonstrate that a|n⟩ and a |n⟩ are also eigenstates of N, compose the commutator

(3)

by (1). Similarly,

(4)

Now,

(5)

Substituting (4) into (5) and replacing N |n⟩ by n |n⟩ we have

(6)

Rearranging (6) yields

(7)

as required. A similar calculation gives

(8)

We see from the above results that the application of the operator aon a state |n⟩ has the effect of “raising” the state by 1, and the operator a  lowers the state by 1 (see (f) below).

e)

since, by assumption, a |0⟩ = 0.

f) Since by (c), the number operator N = aa and the Hamiltonian H = aa + 1/2 commute, they have simultaneous eigenstates. Starting with |0⟩, we may generate a number state whose energy eigenvalue is 1 + 1/2 by applying the raising operator a. Applying a again produces a state of eigenvalue 2+1/2. What remains to be done is to see that these eigenstates (number, energy) are properly normalized. If we assume that the state |n⟩ is normalized, then we may compose the inner product

(9)

Up to an arbitrary phase, we see that

Starting with the vacuum ket |0⟩, we can write an energy eigenket |n⟩:

g) The energy spectrum is n + 1/2, where takes all positive integer values and zero. From (9) and the fact that the norm of the eigenvectors is positive (actually, 1), we see that n cannot be negative, and so no negative eigenvalues are possible.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي