2.6 Sommerfeldova teorie lineárního harmonického oscilátoru

 

Teoretický popis lineárního harmonického oscilátoru zahrnuje v rámci Sommerfeldovy kvantové teorie dva kroky:

·        řešení klasických pohybových rovnic elektronu v poli bodového jádra,

·        aplikaci Sommerfeldovy-Wilsonovy kvantovací podmínky.

Řešení klasických pohybových rovnic

 

Řešením klasických pohybových rovnic (např. rovnic Hamiltonových) pro lineární harmonický oscilátor o hmotnosti m a kruhové frekvenci  w  získáme následující časové závislosti souřadnice  q  a hybnosti  p:

 

 

Hodnoty integračních konstant    (amplituda) a  f  (fáze oscilací) určujeme pomocí počátečních podmínek.

 

Použití Sommerfeldovy-Wilsonovy kvantovací podmínky

 

Dosazením výše uvedených klasických výrazů pro časový vývoj souřadnice a hybnosti do Sommerfeldovy-Wilsonovy kvantovací podmínky získáme

 

 

a po snadné úpravě, kdy zavedeme ,

 

 

Uvědomíme-li si však, že levá strana poslední z uvedených formulí je celková energie lineárního harmonického oscilátoru, vidíme, že výsledek plynoucí ze Sommerfeldovy-Wilsonovy kvantovací podmínky je totožný se Planckovou kvantovou hypotézou

kde  n  je celé nezáporné číslo.

 

Poznámka

 

Zajímavé je zajisté porovnání výše získaného výsledku s formulí plynoucí z řešení stacionární Schrödingerovy rovnice pro lineární harmonický oscilátor

 

 

Oba výsledky, kvantověmechanický a Sommerfeldův, souhlasí navzájem pouze pro vyšší hodnoty kvantového čísla  n.  To ovšem nepřekvapuje, vezmeme-li v úvahu to, co je uvedeno v části věnované kvaziklasickému přiblížení. Podle toho je totiž Sommerfeldova kvantová teorie pouhým přiblížením přesné teorie kvantové.

 

Na příkladu lineárního harmonického oscilátoru tak velmi názorně vidíme, jak Sommerfeldova kvantová teorie leží co do přesnosti popisu fyzikálních systémů někde mezi klasickou  a kvantovou mechanikou.


Předchozí     Následující