量子諧振子

回復力

回復力是一種總把系統推回靜止點的力,系統偏離越遠,它就越強。被拉伸的彈簧向內拉,被壓縮的彈簧向外推;無論哪種,力都指向「家」。當這種力與位移成正比時——偏離兩倍遠就意味著兩倍的拉力——它所產生的運動便稱為諧振。

正是這種簡單的正比關係構成了諧振子的核心。它對應於一種隨位移的平方而升高的勢能,是一條以平衡點為最低點的平滑拋物線。由於幾乎每一個平滑的能量谷在湊近細看時都像拋物線,幾乎任何停在穩定極小值上的物體,在受到小擾動時都會感到一個近似線性的回復力。

在量子力學裡,回復力並不作用於某條確定的軌跡,因為粒子並沒有單一的路徑。它轉而塑造薛丁格方程中的勢能,而這勢能決定了哪些能量與波函數是被允許的。那把會讓經典質量來回振盪的同一種拋物線式拉力,賦予了量子系統它那均勻間隔的能階階梯。

F = −k x, V(x) = ½ k x² (Hooke's law)

力與位移成正比,給出拋物線勢能——這是諧振運動的標誌。

「力」是一個經典概念。在量子力學裡,真正要緊的是它所對應的勢能 V(x);進入薛丁格方程的,是那條拋物線狀的 V,而不是某種推著粒子沿軌跡前進的力。

又稱
Hooke's law forcelinear restoring force恢复力胡克力