量子力学中的微扰理论与近似方法
第六章 微扰理论
ˆ H ˆ k H ˆ H 0 k
k 1
ˆ k H ˆ ) E (H 0 k n n n
k
( 0) (1) ( 2) (k) n n n 2 n k n
E n E (n0) E (n1) 2 E (n2) k E (nk )
(1) n k n ( 0 )* ˆ (0) H d k 1 n (0) k
E
(0) n
E
(0) k
E
( 2) n
( 0 )* n
ˆ ) ˆ ) (H ˆ ) (H (H (1) ( 0 )* ˆ (0) 1 kn 1 kn 1 nk ˆ H1 n d ( 0 ) H1 k d ( 0) (0) n (0) k n E n E k kn E n E k
0) ( 0 )* (1) ( 0 )* ˆ (1) b m (E (m E (n0 ) ) E (n2 ) mn E (n1) m n d m H 1 n d
现在来求能量的二级修正值。当m=n时，上式就变成
( 0 )* (1) ( 0 )* ˆ (1) 0 E (n2 ) E (n1) n n d n H1 n d
( 0) n (1) n (0) n
k
bm
k n
(E(0) n
ˆ ) (H ˆ ) ˆ ) (H ˆ ) (H (H 1 kn 1 mk 1 nn 1 mn 0) ( 0) 2 E (k0) )(E (n0) E (m ) (E(0) n Em )
(k) n E (nk ) 称为能量的k级校正。 称为波函数的k级校正，
假定级数对于λ=1是收敛的，并希望对于很小的微扰，只要取级数的 头几项，就能得到真实能量和波函数得很好近似。
高等量子力学中的微扰理论
高等量子力学中的微扰理论高等量子力学是现代物理学的重要分支之一，涉及到极小尺度物理现象的研究。
微扰理论是高等量子力学中的一种重要方法，它可以用来解析量子系统中的微小扰动，从而预测和解释各种现象。
1. 量子力学简介量子力学是研究微观世界的物理学分支，研究物质粒子在原子和分子中的行为。
它用数学语言描述粒子的状态和运动，具有非常强的预测能力。
量子力学反映了微观世界的基本规律，例如不确定性原理、波粒二象性、量子纠缠等。
2. 微扰理论的概念和作用如果一个物理系统的哈密顿量是已知的，那么可以使用量子力学算符的迹化技术来计算它的基态和激发态能量。
但是，如果在系统中加入一个微小的扰动，基态和激发态的能量将有所不同。
此时，不能直接进行求解，需要使用微扰理论来解决问题。
微扰理论是一种处理微小扰动的技术，它假设一个物理系统的能谱是某个参考系统能谱的微小扰动。
微扰可以是任何小的改变，例如电磁场、电场、磁场等等。
通过微扰理论，研究者可以理解量子系统中微扰的行为，并预测物理现象。
3. 一阶微扰理论对于一个量子系统，一阶微扰理论可以用来计算它的基态和激发态的能量。
在这个理论里，扰动被认为是非常微小的，基态和激发态的能量差别也非常小。
因此，可以使用泰勒展开式把基态和激发态的能量展开成一个级数。
使用一阶微扰理论时，需要假设扰动具有已知的形式和强度，并取出能谱中的一组基态和激发态。
这些状态是由系统的哈密顿量确定的。
在扰动的存在下，采用微扰理论的计算将会得到新的能量本征值及其对应的本征态。
4. 二阶微扰理论对于更大的扰动，可以使用二阶微扰理论。
此时，需要考虑到基态和激发态的交叉影响，这意味着它们之间的耦合必须被纳入计算。
可以用泰勒展开式表示能量和哈密顿量，这样一阶和二阶的能量差就会变得更加明显。
在二阶微扰理论中，我们需要计算基态和激发态之间跃迁的振幅，这是一个复杂的计算。
计算结果可以得到系统基态和激发态之间的变化、能级之间的相互作用等信息。
量子力学最全名词解释及知识点整理
是三重简并的，对应于这些能级的态称为三重态（ | 1,1⟩, | 1, − 1⟩, | 1,0⟩）
29. 正氦与仲氦p206
处于三重态的氦称为正氦，处于单态的氦称为仲氦，或者说基态的氦是仲氦
一些结论
1. 谐振子能量本征函数及其性质


为动量，λ为波⻓。
4. 态叠加原理（Superposition principle）：p17
对 于 一 般 的 情 况 ， 如 果 ψ1 和 ψ2 是 体 系 的 可 能 状 态 ， 那 么 它 们 的 线 性 叠 加
ψ = c1ψ1 + c2ψ2也是这个体系的一个可能状态，其中c1和c2为复常数。
20. 偶极跃迁、偶极近似（Electric Dipole Approximation）： p146
由于电磁波中电场对电子能量的影响远大于磁场，忽略光波中的磁场作用和原子的尺
寸，把电场近似地用Ex = E0 cos ωt（沿z轴传播的平面单色偏振光的电场）表示后得到的
结果，这样讨论的跃迁称为偶极跃迁，这种近似叫做偶极近似。
22. 简单塞曼效应、复杂塞曼效应（Zeeman e ect）：p181
在外磁场较强的情况下，没有外磁场时的一条谱线在外磁场中将分裂为三条，这就是 简单塞曼效应。
在外磁场较弱时，电子自旋与轨道相互作用不能够忽略，光谱线分裂成偶数条，这称 为复杂塞曼效应。
23. 好量子数：p187
守恒量的特点：测量值的几率分布不随时间变化，守恒量的量子数称为好量子数。
•
谐振子能量的本征函数为：ψn(x)
=
Nne−
1 2
α2 x2Hn(α
量子力学微扰理论
量子力学微扰理论量子力学微扰理论是量子力学中一个重要的理论工具，它可以用来研究体系在外加微弱扰动下的行为。
这个理论被广泛应用于各个领域，如原子物理、固体物理和量子化学等。
在本文中，我们将介绍微扰理论的基本原理、应用以及一些相关的研究进展。
一、量子力学微扰理论的基本原理量子力学微扰理论的基本原理是基于微扰理论的思想，通过将体系的哈密顿量拆分为一个容易求解的部分和一个微弱扰动部分，从而简化求解复杂问题的过程。
根据微扰的性质，我们可以将微扰分为两类：一类是无简并微扰，即体系本身的能级是非简并的；另一类是简并微扰，即体系本身的能级是简并的。
对于无简并微扰，我们可以使用微扰理论的一阶近似来计算体系的能级和波函数的改变。
一阶微扰理论的基本公式可以表示为：E_n^{(1)} = E_n^{(0)} + \langle n^{(0)}|V|n^{(0)}\rangle其中，E_n^{(1)}为包含微扰的能级修正，E_n^{(0)}为无微扰的能级，|n^{(0)}\rangle为无微扰下的波函数，V为微弱扰动的哈密顿量。
对于简并微扰，由于在简并态上的微扰能级修正不再是一个确定的值，我们需要使用微扰理论的高阶近似来计算体系的能级和波函数的改变。
高阶微扰理论的计算过程更加复杂，需要考虑简并态之间的耦合效应。
二、量子力学微扰理论的应用1. 原子物理领域在原子物理领域中，微扰理论广泛应用于计算原子的能级结构和跃迁概率。
通过引入微弱的扰动，我们可以计算原子能级的微小变动，并且预测产生的光谱线的频率和强度。
这对于原子吸收光谱和发射光谱的解释具有重要意义。
2. 固体物理领域在固体物理领域中，微扰理论被用来研究固体中的电子能级和电子态密度。
通过引入微弱的外电场或者磁场，我们可以计算固体材料的电子能级的变化，并且研究外界扰动对电子输运性质的影响。
3. 量子化学领域在量子化学领域中，微扰理论被广泛用于计算分子的能谱和分子反应的速率常数。
量子力学微扰理论
(a + b )n = a n + na n - 1b + + nab n - 1 + b n
9
根据等式两边λ同幂次的系数应该相等:
0 : 1 : 2 :
( ( ( ˆ H ( 0 ) n0 ) E n0 ) n0 ) ( ( ( ( ( ( ˆ ˆ H ( 0 ) n1) H (1) n0 ) E n0 ) n1) E n1) n0 ) ˆ ˆ H ( 0 ) ( 2 ) H (1) (1) E ( 0 ) ( 2 ) E (1) (1) E ( 2 ) ( 0 ) n n n n n n n n
18
讨论
（1）在一阶近似下： 表明微扰态矢ψn 可以看成是无微 扰态矢ψm(0)的线性叠加。
( 0) n
n
H mn ( ( 0) m0) (0) m n En Em
（2）展开系数 Hmn /(En(0) - Em(0)) 表明第m个态矢ψm(0)对第n 个 态矢ψn 的贡献有多大。展开系数反比于扰动前状态间的能量间 隔，所以能量最接近的态影响最大。因此态矢一阶近似无须计 算无限多项，只要算出最近邻的有限项即可。 （3）由En = En(0)+Hnn可知，扰动后体系能量是由扰动前第n态 能量En(0)加上微扰Hamilton量 H在无微扰态ψn(0)中的平均值组 成。该值可能是正或负，引起原来能级上移或下移。
8
代入Schrö dinger方程得：
( ( ( ˆ ˆ ( H ( 0 ) H (1) )( n0 ) n1) 2 n2 ) )
( ( ( ( ( ( ( En0 ) En1) 2 En2 ) )( n0 ) n1) 2 n2 ) )
多体系统中的微扰理论简介
多体系统中的微扰理论简介引言：多体系统是指由多个粒子组成的系统，其中每个粒子都与其他粒子相互作用。
研究多体系统的行为和性质是理论物理学的重要课题之一。
微扰理论是一种常用的方法，用于描述多体系统中微小扰动引起的变化。
本文将简要介绍多体系统中的微扰理论。
一、微扰理论的基本思想微扰理论是一种近似方法，通过将系统的哈密顿量分解为一个已知的简单系统和一个微小的扰动，来研究系统的性质。
基本思想是将扰动项视为小量，通过级数展开的方式求解。
微扰理论在量子力学、统计物理学等领域有广泛应用。
二、微扰理论的形式表达微扰理论的形式表达通常采用级数展开的形式，可以通过求解一系列的微扰项来逐步逼近真实的系统。
一般而言，微扰理论可以分为非简并微扰理论和简并微扰理论两种情况。
1. 非简并微扰理论非简并微扰理论适用于系统的能级不发生简并的情况。
在这种情况下，通过将扰动项加入到系统的哈密顿量中，可以得到一系列的修正能级。
通过逐阶计算修正能级，可以得到系统的能级结构的近似解。
2. 简并微扰理论简并微扰理论适用于系统的能级发生简并的情况。
在这种情况下，需要通过对简并子空间进行对角化来求解系统的能级结构。
简并微扰理论中，还存在一阶微扰和高阶微扰的概念，通过求解一系列的微扰项，可以得到系统能级的修正。
三、微扰理论的应用微扰理论在物理学的各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 量子力学中的微扰理论微扰理论在量子力学中有广泛应用，用于求解各种系统的能级结构。
例如，氢原子中电子的自旋-轨道耦合问题可以通过微扰理论求解。
2. 统计物理学中的微扰理论统计物理学中的微扰理论可以用于求解复杂系统的平均性质。
例如，通过微扰理论可以计算气体的压强、磁化率等宏观性质。
3. 固体物理学中的微扰理论微扰理论在固体物理学中也有重要应用。
例如，可以通过微扰理论来计算固体中电子的能带结构和输运性质。
结论：微扰理论是一种重要的近似方法，用于描述多体系统中微小扰动引起的变化。
量子力学中微扰理论的简单论述论文
量子力学中微扰理论的简单论述摘要：在量子力学中，由于体系的哈密顿函数算符往往比较复杂，薛定潯方程能够严格求解的情况寥寥可数。
因此，引入各种近似方法以求解薛定帶方程的问题就什么重要。
常用的近似方法有微扰法、变分法、半经典近似和绝热近似等，不同的近似方法有不同的实用范围，在下文中将讨论分立谱的微扰理论。
对于体系的不含时的哈密顿函数的分立谱的的微扰理论可以分为非简并定态微扰理论和简并定态微扰理论。
关键词:近似方法；非简并定态微扰理论；简并定态微扰理论1非简并定态微扰论 (1)1.1理论简述 (1)1.2 一级微扰1.3二级修正1.4非简并定态微扰的讨论 .................................................2简并定态微扰论 (8)1.5海曼一费曼定理 .......................................................2.1理论简述： (8)2.2 简并定态微扰论的讨论 (10)3结束语 (11)致谢..................................................... 错误！未定义书签。
参考文献 (11)0引言微扰理论是量子力学的重要的理论。
对于中等复杂度的哈密顿量，很难找到其薛定谔方程的精确解。
我们所知道的就只有几个量子模型有精确解，像氢原子、量子谐振子、与箱归一化粒子。
这些量子模型都太过理想化，无法适当地描述大多数的量子系统。
应用微扰理论，可以将这些理想的量子模型的精确解，用来生成一系列更复杂的量子系统的解答。
量子力学的微扰理论引用一些数学的微扰理论的近似方法。
当遇到比较复杂的量子系统时，这些方法试着将复杂的量子系统简单化或理想化，变成为有精确解的量子系统，再应用理想化的量子系统的精确解，来解析复杂的量子系统。
基本的方法是，从一个简单的量子系统开始，这简单的系统必须有精确解，在这简单系统的哈密顿量里，加上一个很弱的微扰，变成了较复杂系统的哈密顿量。
量子力学中的微扰理论和近似方法
量子力学中的微扰理论和近似方法量子力学是研究微观粒子行为的理论框架，它描述了微观世界中的粒子和它们之间的相互作用。
微扰理论是量子力学中一种重要的近似方法，它用于处理相对简单的系统，使得复杂的问题可以得到简化和解决。
本文将介绍量子力学中的微扰理论和近似方法。
在量子力学中，微扰理论是一种将系统的哈密顿量分解为一个简单的“未受扰动”的哈密顿量和一个“微扰”的哈密顿量的方法。
未受扰动的哈密顿量通常是我们已经熟悉的系统，而微扰的哈密顿量是我们想要研究的系统。
通过将这两个哈密顿量进行线性组合，我们可以得到一个新的哈密顿量，用于描述整个系统。
微扰理论的基本思想是将系统的波函数和能量按照幂级数展开，然后通过逐阶近似的方法来求解。
在一阶微扰理论中，我们假设微扰项相对于未受扰动的系统是很小的，这使得我们可以通过一阶修正来计算系统的波函数和能量。
一阶微扰理论的计算公式为：E_n^(1) = <n|H^(1)|n>其中，E_n^(1) 是系统在一阶微扰下的能量修正，|n> 是未受扰动系统的第n个能级的波函数，H^(1) 是微扰哈密顿量。
除了一阶微扰理论，还存在高阶微扰理论。
在高阶微扰理论中，我们考虑了更多的微扰项，通过逐阶修正来计算系统的波函数和能量。
高阶微扰理论的计算公式为：E_n^(k) = <n|H^(1)|n> + ∑_(m≠n) (|<m|H^(1)|n>|^2)/(E_n^(0) - E_m^(0))其中，E_n^(k) 是系统在k阶微扰下的能量修正，|n> 是未受扰动系统的第n个能级的波函数，H^(1) 是微扰哈密顿量，E_n^(0) 是未受扰动系统的第n个能级的能量。
除了微扰理论，近似方法也是量子力学中常用的工具。
近似方法通过对系统进行简化，使得复杂的问题可以得到解决。
常见的近似方法包括变分法、WKB近似和矩阵对角化等。
变分法是一种通过选择适当的试探波函数来求解系统的能量的方法。
量子力学中一维无限深势阱问题两种解题方法的比较
量子力学中一维无限深势阱问题两种解题方法的比较一维无限深势阱是量子力学中一个经典的问题，可以用两种方法进行求解：定态微扰论和定态井底近似。
1. 定态微扰论：定态微扰论是量子力学中解决简单势场问题常用的一种方法。
在无限深势阱问题中，可以将无穷深方势阱视为定态问题的微扰，将该势场加入到系统的哈密顿量中，然后使用微扰论进行求解。
定态微扰论的步骤如下：- 首先，将无限深方势阱问题的哈密顿量记为H0，并找到H0的本征函数和本征能量。
- 然后，将无穷深势阱视为微扰，将微扰项H'加入到哈密顿量。
- 使用微扰论的公式，展开本征函数和本征能量的泰勒级数，得到微扰的一阶修正项。
- 最后，将微扰项的一阶修正项加到H0的本征能量上，得到精确的能级修正。
2. 定态井底近似：定态井底近似是另一种求解一维无限深势阱问题的常用方法。
该方法的核心思想是将无穷深方势阱问题看作是薛定谔方程在势能井底附近的近似解。
定态井底近似的步骤如下：- 首先，将无限深方势阱的势能井底近似为一个宽度为a的矩阵势阱，且矩阵势阱的势垒高度为无穷大。
- 然后，将定态薛定谔方程在矩阵势阱内求解，得到在该势阱内的本征函数和本征能量。
- 最后，将势能井底趋于无穷深，即将势阱的势垒高度取极限使其趋于无穷大，此时得到的本征函数和本征能量就是无限深方势阱问题的精确解。
比较两种方法：- 定态微扰论适用于一般情况下的微扰问题，可以求得很多物理量的修正。
但是在计算过程中需要进行级数展开，需要考虑到每一阶的修正项，计算较为复杂。
- 定态井底近似是一种近似方法，适用于无穷深方势阱问题的求解。
它将无穷深方势阱问题转化为一个简单的矩阵势阱问题，简化了问题的求解过程。
- 在求解一维无限深势阱问题时，定态井底近似更加简单快速，能够直接得到问题的精确解。
而定态微扰论的应用范围更广，在求解一些复杂问题时更具有优势。
综上所述，定态井底近似适用于一维无限深势阱问题的精确解，而定态微扰论适用于更一般的微扰问题，并具有更广泛的应用范围。
量子力学 微扰论 总结
量子力学微扰论总结
量子力学中的微扰论是一种处理物理系统在微小扰动下的量子行为的方法。
具体来说，它考虑了系统哈密顿算符中的微扰项，这些微扰项可以表示为系统无微扰情况下的哈密顿算符的函数。
在微扰论中，通常将无微扰情况下的哈密顿算符记为 H0，微扰项记为 V。
微扰项可以是任何对系统产生微小影响的因素，例如其他粒子的存在、电磁场的影响等。
微扰论的基本思想是将系统的量子态表示为无微扰情况下的本征态的线性组合，然后根据微扰项的作用，将系统的能量和波函数展开为微扰参数的幂级数。
具体来说，如果 H0 的本征态为Ψn0⟩，对应的能量本征值为 En0，那么系统的量子态可以表示为Ψn⟩=Ψn0⟩+λΨn1⟩+λ2Ψn2⟩+...+λnΨnn⟩，其中λ 是微扰参数，Ψnn⟩表示 n 阶微扰下的本征态。
同样，系统的能量
可以展开为En=En0+λEn1+λ2En2+...+λnEnn。
根据微扰论，我们可以逐阶求解系统的量子态和能量。
例如，在非简并微扰论中，如果 H0 的所有本征态都是唯一的，那么我们可以直接利用无微扰情况下的本征态作为基态，然后计算各阶微扰下的修正。
而在简并微扰论中，
如果 H0 的某些本征态是简并的，那么我们需要考虑微扰项对这些简并态的作用，以确定系统的量子态和能量。
总之，量子力学中的微扰论是一种非常重要的理论工具，它可以用来研究物理系统在微小扰动下的量子行为。
通过微扰论，我们可以更好地理解量子力学的基本原理，并应用于各种实际问题中。
量子力学中的量子力学近似方法
量子力学中的量子力学近似方法量子力学是描述微观世界的物理学理论，它通过数学模型来描述粒子的行为和性质。
然而，在处理复杂问题时，精确求解量子力学方程往往十分困难，因此需要使用近似方法来简化计算。
本文将介绍几种常见的量子力学近似方法。
一、时间无关微扰理论时间无关微扰理论是处理量子力学方程近似解的一种方法。
它将系统的哈密顿量（描述系统能量和相互作用的数学量）写成一个简单的部分（通常为已知的精确解）和一个微小的扰动部分的和。
然后，通过级数展开和微扰理论的方法来计算系统的性质。
这种方法适用于系统的扰动较小的情况，可以在较长时间范围内计算系统的行为。
二、变分法变分法是处理量子力学近似解的一种常用方法。
它通过猜测一个波函数形式，然后利用变分原理来确定波函数的具体形式和相应的能量本征值。
变分法的关键是找到一个合适的波函数猜测，通常可以通过物理直觉或数学技巧来选择。
这种方法适用于系统的基本状态和激发态的计算。
三、准经典近似准经典近似是处理量子力学中粒子运动问题的一种方法。
它基于经典力学的观点，将量子力学中的波函数用粒子的经典轨迹来近似描述。
在准经典近似下，波函数的振幅和相位可以看作是粒子的位置和动量的函数。
这种方法适用于粒子的运动速度远大于普朗克常数的情况。
四、WKB近似WKB（Wentzel-Kramers-Brillouin）近似是处理量子力学中波动方程的一种常用方法。
它通过对波函数进行分离变量的近似，将波函数表示为振幅和相位的乘积形式。
然后，利用波动方程的解析解和边界条件来确定波函数的形式和相应的能量本征值。
WKB近似适用于波函数变化缓慢的情况，例如势垒和势阱问题。
五、平均场理论平均场理论是处理量子力学中多体系统的一种方法。
它假设系统中粒子之间存在平均相互作用，而忽略粒子之间的具体相互作用细节。
通过求解平均场方程，可以得到系统的平均性质，如能量、密度和磁矩等。
平均场理论适用于大量粒子组成的系统，如原子核和凝聚态物质。
量子力学中的微扰理论与能量逐级分析
量子力学中的微扰理论与能量逐级分析量子力学是描述微观世界中粒子行为的理论，而微扰理论是量子力学中一种重要的计算方法。
本文将介绍微扰理论的基本原理，并探讨如何利用微扰理论进行能量逐级分析。
1. 微扰理论的基本原理微扰理论是一种近似计算方法，它基于一个重要的假设：系统的哈密顿量可以分解为一个已知的部分和一个微小的扰动。
这个假设在实际问题中通常是成立的，因为真实系统往往会受到各种扰动的影响。
根据微扰理论，我们可以将系统的波函数表示为一个级数的形式：ψ = ψ⁰ + λψ¹ + λ²ψ² + ...其中，ψ⁰是系统的基态波函数，λ是一个无量纲的参数，表示扰动的大小，ψ¹、ψ²等是一阶、二阶等微扰的修正项。
2. 一阶微扰理论在微扰理论中，我们首先考虑一阶微扰的修正。
一阶微扰的修正项可以通过一阶微扰哈密顿量和基态波函数的内积来计算：E¹ = ⟨ψ⁰|H'ψ⁰⟩其中，E¹表示一阶微扰的能量修正，H'表示一阶微扰哈密顿量。
一阶微扰的修正项还可以用来计算基态波函数的修正：ψ¹ = Σ |n⟩⟨n|H'|ψ⁰⟩ / (E⁰ - En)其中，|n⟩表示系统的第n个能量本征态，E⁰是基态的能量。
3. 二阶微扰理论如果一阶微扰的修正项不足以描述系统的行为，我们可以进一步考虑二阶微扰的修正。
二阶微扰的能量修正可以通过二阶微扰哈密顿量和一阶微扰波函数的内积来计算：E² = Σ |n⟩⟨n|H'|ψ¹⟩ / (E⁰ - En)二阶微扰的修正项还可以用来计算一阶微扰波函数的修正：ψ² = Σ |n⟩⟨n|H'|ψ¹⟩ / (E⁰ - En)通过逐级计算，我们可以得到更高阶微扰的修正项，从而逐步逼近真实系统的行为。
4. 能量逐级分析利用微扰理论进行能量逐级分析是研究量子系统行为的重要手段。
量子力学 第五章 微扰理论
分成两部分：
Hˆ Hˆ (0) Hˆ ,
Hˆ (0)
E (0)
(0)
n
n
(0) n
待求解的体系Ĥ叫做微扰体系。本征值和本征
函数可精确求解的体系Ĥ(0)叫做未微扰体系，Ĥ′可
以看做微扰。微扰论的具体形式多样但基本精神
相同，即逐级近似。
微扰理论适用范围：分立能级及所属波函数的修正 7
§5.1 非简并定态微扰理论
而此处所讨论的两个级数的高级项都不知道。无法
判断级数的收敛性，我们只能要求级数已知项中，
后项远小于前项。由此我们得到微扰理论适用条件
是：
H m n
E(0) n
注意：ψn(1) 和ψn(1) +aψn(0)（a为任意常数）都是
第二个方程的解。
12
§5.1 非简并定态微扰理论
由这组方程可以逐级求得其各级修正项，即求得
能量和波函数的近似解. λ的引入只是为了按数量级 分出以上方程，达到此目的后，便可省去。
Hˆ Hˆ (1)
En
E(0) n
E (1) n
E(2) n
l
a(1) (0) ll
可使得展开式中不含ψn(0)
n
(0) n
n(1（) 假定波函数只含一级修正，且是归一化的）
n nd
(
(0) n
(1) n
)
(
(0) n
(1) n
)d
(0)
n
n(0)d
n(0) n(1)d
(1)
n
n(0)d
n(1) n(1)d
1
(an(1)
a(1) n
一.非简并微扰体系方程 Hˆ Hˆ (0) Hˆ
量子力学中的微扰论
第一章近似方法无论是经典力学还是量子力学，可以严格求解的物理系统总是少数。
如在经典力学中，两个物体在万有引力作用下运动，即二体问题是可以严格解的，解出来就是位置随时间变化的关系；如果再加上一个物体，即三个物体之间存在着引力，它们的运动规律就是经典力学中著名的三体问题。
19世纪末，法国数学家彭加勒证明了三体问题是不可解的，或说是不可积的，即无法表示为一个轨道的方程甚至无法表示为一个不定积分。
彭加勒证明：对可积问题，初始条件作微量调整，最终轨道也只要作微量修正就行了；如果是不可积问题，初始条件的微小变动就会导致轨道完全不一样，即轨道对初始条件十分敏感。
实际的物理系统大多属于无法严格求解的问题。
为了研究这些数学上无法严格求解的问题，我们可以使用各种近似方法、计算机模拟或数值计算等进行处理。
在什么情况下使用什么样的近似方法，考虑哪些因素，忽略哪些因素，取舍之间蕴涵着丰富的物理内容。
如：经典力学中的三体问题，通常使用微扰论来解决，即把第三个物体的影响当作微扰来处理。
譬如，地球与太阳是两体问题，加上月亮就构成了三体问题。
月亮对地球轨道也有影响，但这个影响很小，这就可以用微扰的方法来处理。
微扰论在经典力学中取得的主要成就有：海王星的发现、星际航行。
量子力学处理的是微观粒子，而实际问题大多包含多个微观粒子，因此量子力学处理实际问题的复杂性还来自于——多体性。
对于具体物理问题的薛定谔方程，能够像粒子在一维无限深势井中运动和氢原子体系这样的问题能够精确求解的问题很少。
在通常遇到的许多问题中，由于系统的哈密顿算符比较复杂，往往不能求出精确的解，只能求近似解。
因此，量子力学中用来求问题的近似解的方法，就显得非常重要。
近似方法通常从简单的问题的精确解出发来求比较复杂的问题的近似解。
在量子力学中，由于体系的哈密顿算符往往比较复杂，薛定谔方程能够严格求解的情况寥寥可数，因此，引入各种即时方法以求解薛定谔方程的问题显得十分重要。
什么是量子力学的解析和近似解法
什么是量子力学的解析和近似解法？量子力学的解析和近似解法是用于求解量子力学方程的数学方法。
下面我将详细解释解析和近似解法，并介绍它们的特性和应用。
1. 解析解法:解析解法是指通过数学分析直接求解量子力学方程的方法。
它基于精确的数学技巧，可以得到精确的解析解。
在量子力学中，常见的解析解法包括定态薛定谔方程的求解和量子力学力学量的本征值问题的求解。
对于定态薛定谔方程，我们可以通过分离变量、变换、边值条件等方法，将波函数的空间和时间部分进行分离，从而得到波函数的解析形式。
例如，对于简谐振子，我们可以得到波函数的解析形式为一组厄米多项式的线性组合。
对于量子力学力学量的本征值问题，我们可以通过求解相应的本征值方程，得到量子力学力学量的本征值和本征态。
例如，对于角动量算符，我们可以得到它的本征值为ℏl（l+1），本征态为球谐函数。
解析解法的优点是可以得到精确的解析解，对于简单系统和理想化模型非常有效。
然而，对于复杂的系统和真实物理情况，解析解法往往难以求解，需要借助近似解法。
2. 近似解法:近似解法是指通过近似的数学方法来求解量子力学方程的方法。
它基于一些近似的假设和数值计算的技巧，可以得到近似的解。
在量子力学中，常见的近似解法包括微扰理论、变分法、WKB近似和数值方法等。
微扰理论是一种常用的近似解法，它通过对系统的哈密顿量进行展开，将问题分解为一个精确可解的系统和一个微小的扰动。
通过迭代求解，可以得到系统的近似解。
变分法是一种通过选取适当的试探函数，使得波函数的期望值最小化的方法。
通过变分法，可以得到系统的近似波函数和能量的上界。
WKB近似是一种半经典近似方法，适用于高势垒或低能量情况下的波函数求解。
它基于波函数的局部振荡性质，通过对波函数进行近似展开，得到系统的近似解。
数值方法是一种通过数值计算的方式求解量子力学方程的方法。
例如，有限差分法、有限元法、蒙特卡洛方法等都是常见的数值方法。
这些方法适用于复杂系统和真实物理情况，可以通过计算机进行数值模拟和求解。
量子力学中的微扰理论与应用
量子力学中的微扰理论与应用量子力学是描述微观世界的物理学理论，它在解释微观粒子行为方面取得了巨大的成功。
其中，微扰理论是量子力学中的重要工具，它在解决一些复杂问题时发挥着关键作用。
本文将介绍微扰理论的基本概念、原理以及在量子力学中的应用。
首先，我们来了解微扰理论的基本概念。
微扰理论是一种近似方法，它通过将系统的哈密顿量分解为一个已知的部分和一个微小的扰动部分，来研究系统的行为。
这种分解使得我们可以通过对已知部分进行精确求解，再考虑扰动部分的影响，得到系统的近似解。
微扰理论的原理可以通过薛定谔方程来解释。
薛定谔方程描述了量子力学中粒子的运动规律。
当系统受到微小扰动时，我们可以将系统的波函数表示为一个级数的形式，其中每一项都对应着不同程度的扰动。
通过将这个级数代入薛定谔方程，我们可以得到一系列的修正方程，从而计算出系统的近似解。
微扰理论在量子力学中有着广泛的应用。
其中最为著名的是氢原子的微扰理论。
氢原子是量子力学中最简单的系统之一，它由一个质子和一个电子组成。
在氢原子的微扰理论中，我们将系统的哈密顿量分解为一个已知的部分（即氢原子的非扰动哈密顿量）和一个微小的扰动部分（例如外加电场或磁场）。
通过求解薛定谔方程的微扰展开式，我们可以计算出氢原子能级的修正值，从而得到更准确的能级结构。
此外，微扰理论还可以应用于其他一些量子力学的问题。
例如，它可以用于解释固体中电子的行为。
在固体中，电子之间的相互作用会导致能级的扰动，从而影响固体的电子结构和性质。
通过微扰理论，我们可以计算出这些能级的修正，从而更好地理解固体的行为。
除了固体物理学，微扰理论还在量子场论中有着重要的应用。
量子场论是描述粒子与场相互作用的理论，它在粒子物理学中起着重要的作用。
在量子场论中，微扰理论被广泛用于计算粒子的散射截面、衰变速率等物理量。
通过将相互作用哈密顿量分解为一个已知的自由哈密顿量和一个微小的相互作用部分，我们可以利用微扰理论来计算这些物理量的近似值。
量子力学微扰理论
E ( 2) n
E(0) n
H nn
m
Hm n 2
E(0) n
E(0) m
(23)
第五章 微扰理论 5.1、 非简并定态微扰理论
5.1.3、讨论
5.1.3、讨论
微扰理论适用的条件：级数收敛
Hm n 2 1
E(0) n
E(0) m
(
E(0) n
E(0) m
)
因此，要求，
a) 矩阵元 Hm n 很小，即： H 是一个小的扰动；
5.1.3、讨论
为求解能级 Enj
E(0) n
E (1) nj
所对应的零级近似波函数，
可以把
E (1) nj
的值带回(3)式，
k
( H li
E (1) n
il )ci(0)
0，
l 1,2,L ,k 。
(3)
i1
k
解出一组
c(0) i
，再带入(2)式，
(0) n
ci(
0) i
，即可。
i1
第五章 微扰理论 5.3、 氢原子的一级斯塔克效应
5.1.3、讨论
5.3、 氢原子的一级斯塔克效应
斯塔克(Stark)效应：将原子置于外电场中，它发射的光谱
线会发生分裂的现象。
氢原子：能级的裂距 E1(外电场)一级斯塔克效应
碱金属：… …
E2
第五章 微扰理论 5.3、 氢原子的一级斯塔克效应
5.1.3、讨论
无外场时，氢原子中，库仑势( es2 r )具有球对称性，
5.1.2、 非简并情况下的微扰
(b) 波函数的一级修正
当k
n
时，由
C (1) k
量子力学第五章微扰理论
。
(1) n al(1) l(0) l 1
上式可以选取 a (1)
n
( ，使得展开式中不含 n0) 项，即 0
( ( 使 an1) n0) 0 ，则上展开式可改写为
8
( n1) al(1) l(0) l n
or
(1) n al(1) l(0) l
五、求非简并定态微扰步骤 ˆ 1 写出体系的哈密顿算符 H n En n ˆ ˆ ˆ 2 把哈密顿算符写成 H H (0) H
( ˆ ˆ 3 写出或求出 H (0) 的本征值与本征函数 En0) 及 ψ n H ˆ H ( ( ˆ ( 4 利用 En1) n0 )* H n0 ) d H nn 及 H mn (1) ( n m0) 求能级及波函数的一级近似 ( ( En0) Em0) m n
0: 1:
ˆ ( H (0) En(0) ) n(0) 0 ˆ ˆ ( H (0) En(0) ) n(1) ( H (1) En(1) ) n(0)
ˆ ˆ 2: ( H (0) En(0) ) n(2) ( H (1) En(1) ) n(1) En(2) n(0)
求零级近似波函数
组 Cij0 的值，即可求得零级近似波函数
将能量一级修正 En1的 k 个根分别代回方程（4），可得 k
nj0 C ji0i
i
(7)
17
即
(1) ' H '11 Enj H 12 (1) H '21 H '22 Enj H' H 'k 2 k1
2 2 e2 ˆ H 2m r
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量子力学中的微扰理论与近似方法
量子力学是描述微观世界的重要理论，而微扰理论和近似方法则是解决量子力
学问题的重要工具。
本文将介绍量子力学中的微扰理论和近似方法，并探讨它们在实际问题中的应用。
微扰理论是量子力学中的一种重要方法，它用于求解近似解。
在量子力学中，
我们通常能够精确求解一些简单的问题，但对于复杂的问题，往往难以得到解析解。
这时，微扰理论就发挥了重要作用。
微扰理论的基本思想是将复杂的问题分解为一个已知问题和一个微小的扰动。
假设我们已经知道了一个系统的精确解，而现在我们要研究一个微小的扰动对系统的影响。
微扰理论告诉我们，我们可以将系统的波函数和能量展开成一个级数，根据微扰的大小，保留不同阶的项，从而得到近似解。
在微扰理论中，我们通常使用微扰哈密顿量来描述扰动。
微扰哈密顿量通常是
一个与系统的自由哈密顿量相差一个小量的算符。
通过将微扰哈密顿量加入到自由哈密顿量中，我们可以得到一个新的哈密顿量，从而得到近似解。
在微扰理论中，我们通常使用微扰展开来求解近似解。
微扰展开是将系统的波
函数和能量展开成一个级数，根据微扰的大小，保留不同阶的项。
一般来说，我们会保留一阶和二阶的项，因为这些项通常已经能够给出较好的近似解。
当然，对于一些特殊的问题，我们可能需要保留更高阶的项。
除了微扰理论，近似方法也是解决量子力学问题的重要工具。
近似方法是在一
些特定条件下，对问题进行简化处理，从而得到近似解。
常见的近似方法包括变分法、WKB近似和平均场近似等。
变分法是一种求解定态问题的近似方法。
它通过猜测一个波函数的形式，并通
过最小化能量期望值来确定波函数的参数。
变分法的优点是可以得到一个上界，即所谓的变分上界，而且对于一些简单的问题，变分法可以得到精确解。
WKB近似是一种求解定态问题的近似方法。
它是基于波动光学的思想，将波函数表示为一个振幅和相位的乘积。
通过将薛定谔方程进行近似处理，我们可以得到一个关于振幅和相位的一阶微分方程，从而求解近似解。
平均场近似是一种求解多体问题的近似方法。
它将多体系统中的相互作用看作是一个平均场的作用，从而将多体问题简化为单体问题。
平均场近似在凝聚态物理中得到了广泛的应用，例如用于描述超导现象和磁性材料等。
微扰理论和近似方法在量子力学中具有广泛的应用。
它们不仅可以用于求解定态问题，还可以用于求解动态问题。
例如，微扰理论可以用于求解光谱问题，近似方法可以用于求解散射问题。
通过这些方法，我们可以更好地理解和描述微观世界的现象。
总之，微扰理论和近似方法是量子力学中的重要工具，它们在解决复杂问题时起到了关键作用。
通过微扰理论和近似方法，我们可以得到近似解，并且能够更好地理解和描述量子力学中的现象。
在实际应用中，我们需要根据具体问题选择合适的方法，并注意其适用范围和精度。