量子谐振子

回复力

回复力是一种总把系统推回静止点的力,系统偏离越远,它就越强。被拉伸的弹簧向内拉,被压缩的弹簧向外推;无论哪种,力都指向「家」。当这种力与位移成正比时——偏离两倍远就意味着两倍的拉力——它所产生的运动便称为谐振。

正是这种简单的正比关系构成了谐振子的核心。它对应于一种随位移的平方而升高的势能,是一条以平衡点为最低点的平滑抛物线。由于几乎每一个平滑的能量谷在凑近细看时都像抛物线,几乎任何停在稳定极小值上的物体,在受到小扰动时都会感到一个近似线性的回复力。

在量子力学里,回复力并不作用于某条确定的轨迹,因为粒子并没有单一的路径。它转而塑造薛定谔方程中的势能,而这势能决定了哪些能量与波函数是被允许的。那把会让经典质量来回振荡的同一种抛物线式拉力,赋予了量子系统它那均匀间隔的能级阶梯。

F = −k x, V(x) = ½ k x² (Hooke's law)

力与位移成正比,给出抛物线势能——这是谐振运动的标志。

「力」是一个经典概念。在量子力学里,真正要紧的是它所对应的势能 V(x);进入薛定谔方程的,是那条抛物线状的 V,而不是某种推着粒子沿轨迹前进的力。

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