量子谐振子
量子数 n
量子数 n 是标记振子占据哪个能级的整数。它从基态的零开始,逐级往上数:n 等于零、一、二,依此类推。每一个 n 值都挑出能级阶梯的一级、一个被允许的波函数,以及一个确定的能量,即 ℏω 乘以 n 加二分之一这个量。
正是这类量子数让量子化在实践中显现出来。振子的能量不取连续的范围,而是被一个离散的计数器标记,物理量则依照关于它的简单规则而变化。数 n 还告诉你波函数有多么结构化:量子数为 n 的态恰有 n 个节点,即波函数穿过零点之处,所以 n 越大,形状就越起伏、能量也越高。
在粒子诠释里,n 就是所存在量子的数目——n 个光子、n 个声子、场的 n 份激发。这种双重含义——既是能级标签,又是粒子计数——是一个深刻的统一思想,它让同一套数学能够一口气描述振动的弹簧与一群粒子。
n = 0, 1, 2, … → E_n = ℏω(n + ½), with n nodes
每个整数 n 都固定了一个能量、一个波函数,以及恰好 n 个节点。
对振子而言,单单一个整数 n 就够了,但大多数真实系统需要同时用到好几个量子数。还要注意,n 是量子的数目,与用于氢原子的主量子数有别。
又称
另见