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 :

Number States

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

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 2 , p 57

19-8-2016

1290

Number States

Consider the quantum mechanical Hamiltonian for a harmonic oscillator with frequency ω:

and define the operators

a) Suppose we define a state |0⟩ to obey

Show that the states

are eigenstates of the number operator, N = aa, with eigenvalue n:

b) Show that |n⟩ is also an eigenstate of the Hamiltonian and compute its energy.

Hint: You may assume ⟨n|n⟩ = 1.

c) Using the above operators, evaluate the expectation value ⟨n|q2|n⟩ in terms of E(n), m, and ω.

SOLUTION

a) In this problem it is important to use only the information given. We may write the Hamiltonian as

(1)

where [p, q] = -ih, so

(2)

We may establish the following:

(3)

Apply the number operator aa to the state |n⟩ directly:

Since a |0⟩ = 0, we have

(4)

b) We see from (2) that the Hamiltonian is just

We demonstrated in (a) that |n⟩ is an eigenstate of the number operator aa so |n⟩ is also an eigenstate of the Hamiltonian with eigenvalues En given by

(5)

c) The expectation value ⟨n|q2|n⟩ may be calculated indirectly. Note that

where V(q) is the potential energy. The expectation values of the potential and kinetic energies are equal for the quantum oscillator, as for time averages in the classical oscillator. Therefore, they are half of the total energy:

In this problem, however, you are explicitly asked to use the operators a and a to calculate ⟨n|q2|n⟩, so we have

We proceed to find

Thus, the result is the same by both approaches.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي