Hier ist ein Argument, das die Aussage stützen könnte, dass eine solche nicht glatte Wellenfunktion nicht physikalisch ist:
Sie können nicht eine endliche Anzahl glatter Funktionen hinzufügen, um eine nicht glatte Funktion zu erhalten. Durch den Fourier-Entwicklungssatz kann jede Funktion als Summe ebener Wellen (die in Bezug auf räumliche Dimensionen glatt sind) ausgedrückt werden. Daher müssen Sie unendlich viele glatte Funktionen benötigen, um eine nicht glatte Funktion zu erhalten. Jetzt ist hier das Problem. Die verschiedenen ebenen Wellen sind Impuls-Eigenfunktionen und die nicht glatte Funktion ist eine Überlagerung dieser Impuls-Eigenfunktionen. Wenn Sie nun versuchen, den Erwartungswert des Impulses zu berechnen, könnte aufgrund der Tatsache, dass die zu den Impuls-Eigenfunktionen gehörenden Impuls-Eigenwerte nach oben unbeschränkt sind, der Erwartungswert des Impulses explodieren (ins Unendliche gehen). Dies ist genau das, was die Wellenfunktion nicht-physikalisch machen würde.
Aber woher weiß ich für eine allgemeine glatte Funktion, ob die Fourier-Koeffizienten, die mit immer größeren Eigenmoden des Impulses verbunden sind, schnell genug abfallen, damit der erwartete Wert des Impulses konvergiert?
Es gibt keine physikalische Voraussetzung dafür, dass eine Wellenfunktion glatt oder sogar kontinuierlich ist. Zumindest wenn wir die gängige Interpretation akzeptieren, dass eine Wellenfunktion nichts anderes als eine "Wahrscheinlichkeitsamplitude" ist. Dh es repräsentiert, wenn es mit seinem komplex Konjugierten multipliziert wird, eine Wahrscheinlichkeitsdichte. Nun kann eine Wahrscheinlichkeitsdichte auf Mengen von Lebesgue-Maß Null diskontinuierlich oder sogar undefiniert sein. Tatsächlich die kontinuierliche und glatte Wellenfunktion
Schon aus dem oben genannten Grund ist Stetigkeit meiner Meinung nach bedeutungslos, wenn es um Wellenfunktionen geht. Natürlich ist es immer möglich (und bequem), beispielsweise Funktionen mit schnellem Abfall einzubetten In , dh in Anbetracht eines Notationsmissbrauchs, ; Wir betrachten jedoch implizit die Äquivalenzklasse fast überall gleicher Funktionen zu welchem gehört, anstelle von selbst. Nehmen wir nun an, wir ändern die Behauptung von OP wie folgt:
Es ist unphysikalisch, Wellenfunktionen zu betrachten, die nicht dazugehören .
Nun ist dies aus mathematischer Sicht eine besser definierte Behauptung, und es bedeutet, dass wir nur solche Wellenfunktionen als physikalisch sinnvoll betrachten, dass es einen stetigen und differenzierbaren Repräsentanten in seiner Äquivalenzklasse gibt. Aber auch diese Voraussetzung ist nicht körperlicher Natur . Tatsächlich gibt es Potenziale so dass der Hamiltonian ist selbstadjungiert, und
Aus Yuggibs Antwort: „…wir betrachten physikalisch nur solche Wellenfunktionen als sinnvoll, dass es einen stetigen und differenzierbaren Repräsentanten in seiner Äquivalenzklasse gibt. Aber auch diese Forderung ist nicht physikalisch.“
Nicht ganz. Eine Reihe zählbarer punktweiser Diskontinuitäten mag zumindest auf den ersten Blick tolerierbar sein, aber es gibt tatsächlich einen sehr guten physikalischen Grund, warum Wellenfunktionen im Allgemeinen stetig und differenzierbar sein müssen, selbst unter typischen Annahmen über das asymptotische Verhalten: die durchschnittliche Energie, insbesondere die kinetische Energie, kann unendlich oder undefiniert werden. Ein sehr einfaches Gegenbeispiel zeigt, warum.
Stellen Sie sich eine (nicht relativistische) 1D-Wellenfunktion vor, die vollständig auf die positive Halbachse beschränkt ist, beispielsweise mit einer scharfen Wellenfront am Ursprung
Aber unabhängig von jeglichem asymptotischen Verhalten liegen die Dinge für die durchschnittliche kinetische Energie ganz anders, da
Um die Frage zu beantworten: Der durchschnittliche Impuls explodiert nicht unbedingt bei Vorhandensein von Diskontinuitäten, aber die kinetische Energie und alle Durchschnitte mit höheren Ableitungen stellen ein Problem dar. Das asymptotische Verhalten der Wellenfunktion im Impulsraum muss so sein, dass relevante Observablen mit Ortsableitungen endliche Mittelwerte haben. Dies impliziert wiederum, dass Diskontinuitäten der hier diskutierten Art geglättet werden müssen.
Diskontinuität in der ersten Ableitung der Wellenfunktion impliziert, dass die Wellenfunktion eine plötzliche Kraft erfährt, die ihren Impuls sofort ändert. Physikalisch gesehen ist dies also nicht möglich, da es keine Dirac-Delta-Potentiale gibt. Es gibt Potentiale sehr nahe an Dirac-Delta und daher wird die Wellenfunktion in der Dirac-Delta-Näherung eine Diskontinuität der ersten Ableitung haben.
Knzhou
QMechaniker