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Annalen der Physik

Der Larmorsche Satz in der Wellenmechanik

Rudolf Knittel

Published Jan 1, 1941• 1 citation
Publisher

Abstract

Abstract Es wird die zeitabhängige Schrödingergleichung mit Vektorpotential auf ein rotierendes Koordinatensystem transformiert. Wählt man die Winkelgeschwindigkeit gleich der Larmorfrequenz, so ergibt sich die Schrödingergleichung für Potentialkräfte. Es wird das Verhalten der Amplitudengleichung bei dieser Transformation untersucht. Ferner wird eine Ableitung der Schrödingergleichung für Magnetfelder angegeben.

DOI
10.1002/andp.19414310109

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Schrödingers Wellenmechanik

Torsten Fließbach, Hans Walliser

ZusammenfassungAls zentrale Größe der Quantenmechanik wird die Wellenfunktion eingeführt. Die Wellenfunktion bestimmt die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen an einer bestimmten Stelle nachzuweisen. Die zeitliche Entwicklung der Wellenfunktion wird durch die Schrödingergleichung beschrieben. Für allgemeine Systeme wird die Schrödingergleichung aus der Hamiltonfunktion konstruiert.

Spektrum Akademischer Verlag eBooks•Oct 17, 2011•0 citations

Das H‐Theorem und seine Umkehrung

W. Büchel

Die statistische Erklarung des Satzes von der Zunahme der Entropie ist seit ihrer Begrundung durch L. Boltzmann mit einer Paradoxie verknupft, die im Grunde bis heute ungelost ist.Die gleichen statistischen Methoden namlich, die beim Vorausrechnen in die Zukunft die Zunahme der Entropie eines isolierten Systems ergeben, fuhren beim Zuriickrechnen in die Vergangenheit anscheinend zu dem entgegengesetzten Ergebnis: Die Entropie cines isolierten Systems ergibt sich mit uberwaltigender Wahrscheinlichkeit als um so groBer, je weiter man in die Vergangenheit zuruckgeht.Diese Paradoxie ergab sich zunachst auf der Grundlage der von Boltzmann benutzten klassischen Mechanik, und man konnte daher hoffen, da13 die Quantenmechanik mit ihrer grundsatzlich neuen Auffassung der Statistik eine Losung bringen werde.Dies war zwar nicht der Fall, aber das eigentliche Wesen der Paradoxie trat in der Quantenmechanik besonders deutlich hervor: Es handelt sich nicht um einen Fehler im mathematisch-physikalischen Formalismus, sondern um eines jener ,,philosophischen" Probleme, die der eigentlichen naturwissenschaftlichen Forschung vorausliegen -ahnlich wie z.B. die Frage, warum man, wenn ein Experiment zehnmal das gleiche Ergebnis geliefert hat, auch beim elften Ma1 dasselbe Ergebnis erwartet.Das stalistische Verfahren.Ein Modell kann verdeutlichen, wie sich die angegebene Paradoxie aus der quantenmechanischen Statistik ergibt.')Man denke sich ein Spielbrett fur ein Spiel rnit Spielsteinen.Das Spielbrett besteht aus 100 Feldern kreisformig nebeneinander; vom Feld Nr. 100 geht es wieder auf Feld Nr. 1. Gespielt wird rnit 1000 Spielsteinen.Zu Beginn wird jeder Stein auf irgendein Feld gesetzt.Dann wird ein ,,Zug" gemacht, indem fur jeden Stein je einmal ge-G ' 7 1 8 ' 9 1 1 0 ! 1 1 12

Physikalische Blätter•Aug 1, 1961•2 citations

Die Streuung eines Teilchens an einer Potentialschwelle

Heinz Koppe

Abstract Am Beispiel der Streuung eines Wellenpaketes an einer Potentialschwelle soll ein neues Verfahren zur Behandlung von Streuproblemen auseinandergesetzt werden. Durch eine Laplace-Transformation nach der Zeit wird das Problem auf die inhomogene zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung zurückgeführt. Reflexions-und Durchlässigkeitskoeffizient können unmittelbar aus der zugehörigen Greenschen Funktion bestimmt werden.

Zeitschrift für Naturforschung A•May 1, 1951•1 citation

Eine neue Methode zur Berechnung der Energieskalen von Metallen mit Störstellen

Kurt Fischer

Das universelle Verhalten von Störstellen mit stark korrelierten Elektronen in einem Metall wird bewiesen. In solchen Systemen wechselwirken die lokalen, stark korrelierten Elektronen der Störstelle mit den niederenergetischen Teilchen-Loch-Anregungen des Metalls und bilden einen komplizierten Vielteilchen-Grundzustand. Alle Versuche, diesen Grundzustand, die elementaren Anregungen und die Energieskalen des universellen Verhaltens mit den sonst üblichen störungstheoretischen Methoden zu berechnen, sind gescheitert. In einigen Spezialfällen gelingt mit Hilfe des Bethe-Ansatzes oder der numerischen Renormierungsgruppe eine Bestimmung der Thermodynamik eines Modellsystems, das aber nicht direkt mit dem ursprünglichen System in Verbindung gebracht werden kann. Daher stellt sich die Frage, wie man das universelle Verhalten von solchen Systemen systematisch beschreiben kann. Die zentralen Aussagen dieser Dissertation lauten: 1. Die Energieskalen eines Systems mit Störstellen lassen sich mit Hilfe einer Diagrammtechnik exakt berechnen. 2. Der Störstellen-Anteil jeder Observablen skaliert im universellen Limes mit der gleichen Energie. 3. Allein die Diagrammstruktur liefert ein Kriterium dafür, wann eine Näherung das universelle Verhalten bewahrt. Die hier benutzte Diagrammtechnik für Störstellen in Metallen wird neu und vereinfacht hergeleitet. Die Zusammenfassung der Diagramme in Klassen von Skelettdiagrammen führt auf ein Variationsprinzip für ein erzeugendes Funktional. Der Störstellen-Anteil der jeweiligen Observablen ergibt sich am Sattelpunkt des Funktionals bezüglich der Variation nach den ionischen Propagatoren. Diese Methode stammt von Luttinger und Ward. In dieser Dissertation wird die Information benutzt, wie die Skelettdiagramme strukturiert sind. Der entscheidende Punkt ist, dass man die Parameter-Abhängigkeit der Propagatoren im erzeugenden Funktional am Sattelpunkt ignorieren kann: Sie wird nur durch die Struktur der Skelettdiagramme bestimmt. Die Skelettdiagramme können so allein aufgrund ihrer Struktur nach der inversen Bandbreite klassifiziert werden. Nur eine als relevant bezeichnete Mindestmenge der Skelettdiagramme bestimmt die exakten Energieskalen des Systems, ohne das Modell vorher gelöst zu haben. Dies ergibt die erste Aussage. Eine Observable ergibt sich stets als Antwort des Systems auf ein entsprechendes äusseres Feld. Es wurde gezeigt, dass es nicht von der Observablen abhängt, welche Skelettdiagramme relevant sind. So kann man zeigen, dass der Störstellen-Anteil jeder Observablen mit der gleichen Energieskala skaliert. Dies ergibt die zweite Aussage. Die relevanten Skelettdiagramme beschreiben damit das universelle Verhalten der Störstelle und garantieren eine systematische Näherung für die Thermodynamik und die Dynamik der Störstelle. Berücksichtigt man noch weitere Skelettdiagramme, so verhalten sich die damit berechneten Störstellen-Anteile von Observablen genau dann universell, wenn ganze Familien von Skelettdiagrammen mitgenommen werden. Diese Skelettdiagramme ändern nichts an der Energieskala. Dies ergibt die dritte Aussage. Für das Anderson-Modell Störstelle in einem Metall ergeben die relevanten Skelettdiagramme gerade die sogenannte non-crossing-approximation (NCA). Daher beschreibt die NCA das universelle Verhalten des Anderson-Modells qualitativ richtig. Skelettdiagramme höherer Ordnung ändern das Bild nicht qualitativ. Bisher war es unerklärlich, warum die NCA mit den Resultaten der numerischen Renormierungsgruppe so gut übereinstimmt. Die Erklärung findet sich im exakten Skalierungsverhalten der NCA, das hier gezeigt wurde. Um das Verfahren zu testen, haben wir für das Anderson-Modell im magnetischen Limes das crossover untersucht. Für hohe Temperaturen oder Magnetfelder verhält sich das magnetische Moment der Störstelle asymptotisch frei, während es für tiefe Temperaturen durch niederenergetische Teilchen-Loch-Anregungen des Fermi-Sees abgeschirmt wird. Dieses crossover vom perturbativen Hochtemperatur- zum nichtperturbativen Niedertemperaturbereich wird durch die Wilson-Zahl charakterisiert. Hier wird die Wilson-Zahl zum ersten Mal mit einer Diagrammtechnik (NCA) berechnet. Das Ergebnis stimmt im Rahmen der Näherung mit dem als exakt postulierten Resultat überein. Um das universelle Verhalten anderer Observablen zu demonstrieren, wurde sodann für das Anderson-Modell zum ersten Mal explizit gezeigt, dass das Einteilchen-Anregungsspektrum - und damit die Abrikosov-Suhl-Resonanz - richtig skaliert, wenn man es mit Hilfe der NCA berechnet. Die vorgestellte Methode ermöglicht es auch, für ein System mit Störstellen die Qualität von Näherungen zu beurteilen, ohne sie zuvor explizit lösen zu müssen.

•Jan 1, 1996•0 citations

Transport processes in quantum spin systems

Björn Burmeister

In dieser Arbeit werden \nTransportprozesse in Quanten-Spin-Systemen untersucht. Zuerst \nwird der stationäre Zustand von Spin-Ketten zwischen 2 \nWärmebädern unterschiedlicher Temperatur betrachtet. Für das XY \nModell ergibt sich eine im Innern der Kette räumlich konstante \nEnergie. Der Energiestrom ist für lange Ketten asymptotisch \nkonstant, gehorcht also nicht dem Fourierschen Gesetz. Durch \nAddition von unabhängigen weißen Rausch-Prozessen zum Magnetfeld, \ndas auf die einzelnen Spins wirkt, ergibt sich ein stochastisches \nXY Modell mit einer endlichen Wärmeleitfähigkeit und einem \nEnergiegefälle vom warmen zum kalten Reservoir. Dann wird die \nDynamik von unendlichen Spin-Systemen mit Hilfe der \nhydrodynamischen Skalierung untersucht. Für allgemeine Systeme \ndieser Art ergibt sich unter plausiblen Annahmen heuristisch ein \nmikroskopischer Ausdruck für die Wärmeleitfähigkeit (Green-Kubo- \nFormel). Für das stochastische XY Modell wird rigoros eine \nDiffusionsgleichung für die Magnetisierung hergeleitet.

•Jan 1, 1999•0 citations

Anwendungen der Quantenmechanik

Arthur Beiser

Selbst die Lösung der vergleichsweise einfachen zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung erfordert meist komplizierte mathematische Verfahren. Jedoch ist die Quantenmechanik die Theorie, die der experimentellen Realität am nächsten kommt. Daher müssen wir hier ihre Verfahren und Anwendungen kennenlernen, wenn wir überhaupt ein Verständnis der modernen Physik gewinnen wollen. Wir werden sehen, daß wir sogar mit wenig Mathematik den Gedanken folgen können, die zu den größten Leistungen der Quantenmechanik geführt haben.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1983•1 citation
Abstract Es wird die zeitabhängige Schrödingergleichung mit Vektorpotential auf ein rotierendes Koordinatensystem transformiert. Wählt man die Winkelgeschwindigkeit gleich der Larmorfrequenz, so ergibt sich die Schrödingergleichung für Potentialkräfte. Es wird das Verhalten der Amplitudengleichung bei dieser Transformation untersucht. Ferner wird eine Ableitung der Schrödingergleichung für Magnetfelder angegeben.
Die statistische Erklarung des Satzes von der Zunahme der Entropie ist seit ihrer Begrundung durch L. Boltzmann mit einer Paradoxie verknupft, die im Grunde bis heute ungelost ist.Die gleichen statistischen Methoden namlich, die beim Vorausrechnen in die Zukunft die Zunahme der Entropie eines isolierten Systems ergeben, fuhren beim Zuriickrechnen in die Vergangenheit anscheinend zu dem entgegengesetzten Ergebnis: Die Entropie cines isolierten Systems ergibt sich mit uberwaltigender Wahrscheinlichkeit als um so groBer, je weiter man in die Vergangenheit zuruckgeht.Diese Paradoxie ergab sich zunachst auf der Grundlage der von Boltzmann benutzten klassischen Mechanik, und man konnte daher hoffen, da13 die Quantenmechanik mit ihrer grundsatzlich neuen Auffassung der Statistik eine Losung bringen werde.Dies war zwar nicht der Fall, aber das eigentliche Wesen der Paradoxie trat in der Quantenmechanik besonders deutlich hervor: Es handelt sich nicht um einen Fehler im mathematisch-physikalischen Formalismus, sondern um eines jener ,,philosophischen" Probleme, die der eigentlichen naturwissenschaftlichen Forschung vorausliegen -ahnlich wie z.B. die Frage, warum man, wenn ein Experiment zehnmal das gleiche Ergebnis geliefert hat, auch beim elften Ma1 dasselbe Ergebnis erwartet.Das stalistische Verfahren.Ein Modell kann verdeutlichen, wie sich die angegebene Paradoxie aus der quantenmechanischen Statistik ergibt.')Man denke sich ein Spielbrett fur ein Spiel rnit Spielsteinen.Das Spielbrett besteht aus 100 Feldern kreisformig nebeneinander; vom Feld Nr. 100 geht es wieder auf Feld Nr. 1. Gespielt wird rnit 1000 Spielsteinen.Zu Beginn wird jeder Stein auf irgendein Feld gesetzt.Dann wird ein ,,Zug" gemacht, indem fur jeden Stein je einmal ge-G ' 7 1 8 ' 9 1 1 0 ! 1 1 12
Das universelle Verhalten von Störstellen mit stark korrelierten Elektronen in einem Metall wird bewiesen. In solchen Systemen wechselwirken die lokalen, stark korrelierten Elektronen der Störstelle mit den niederenergetischen Teilchen-Loch-Anregungen des Metalls und bilden einen komplizierten Vielteilchen-Grundzustand. Alle Versuche, diesen Grundzustand, die elementaren Anregungen und die Energieskalen des universellen Verhaltens mit den sonst üblichen störungstheoretischen Methoden zu berechnen, sind gescheitert. In einigen Spezialfällen gelingt mit Hilfe des Bethe-Ansatzes oder der numerischen Renormierungsgruppe eine Bestimmung der Thermodynamik eines Modellsystems, das aber nicht direkt mit dem ursprünglichen System in Verbindung gebracht werden kann. Daher stellt sich die Frage, wie man das universelle Verhalten von solchen Systemen systematisch beschreiben kann. Die zentralen Aussagen dieser Dissertation lauten: 1. Die Energieskalen eines Systems mit Störstellen lassen sich mit Hilfe einer Diagrammtechnik exakt berechnen. 2. Der Störstellen-Anteil jeder Observablen skaliert im universellen Limes mit der gleichen Energie. 3. Allein die Diagrammstruktur liefert ein Kriterium dafür, wann eine Näherung das universelle Verhalten bewahrt. Die hier benutzte Diagrammtechnik für Störstellen in Metallen wird neu und vereinfacht hergeleitet. Die Zusammenfassung der Diagramme in Klassen von Skelettdiagrammen führt auf ein Variationsprinzip für ein erzeugendes Funktional. Der Störstellen-Anteil der jeweiligen Observablen ergibt sich am Sattelpunkt des Funktionals bezüglich der Variation nach den ionischen Propagatoren. Diese Methode stammt von Luttinger und Ward. In dieser Dissertation wird die Information benutzt, wie die Skelettdiagramme strukturiert sind. Der entscheidende Punkt ist, dass man die Parameter-Abhängigkeit der Propagatoren im erzeugenden Funktional am Sattelpunkt ignorieren kann: Sie wird nur durch die Struktur der Skelettdiagramme bestimmt. Die Skelettdiagramme können so allein aufgrund ihrer Struktur nach der inversen Bandbreite klassifiziert werden. Nur eine als relevant bezeichnete Mindestmenge der Skelettdiagramme bestimmt die exakten Energieskalen des Systems, ohne das Modell vorher gelöst zu haben. Dies ergibt die erste Aussage. Eine Observable ergibt sich stets als Antwort des Systems auf ein entsprechendes äusseres Feld. Es wurde gezeigt, dass es nicht von der Observablen abhängt, welche Skelettdiagramme relevant sind. So kann man zeigen, dass der Störstellen-Anteil jeder Observablen mit der gleichen Energieskala skaliert. Dies ergibt die zweite Aussage. Die relevanten Skelettdiagramme beschreiben damit das universelle Verhalten der Störstelle und garantieren eine systematische Näherung für die Thermodynamik und die Dynamik der Störstelle. Berücksichtigt man noch weitere Skelettdiagramme, so verhalten sich die damit berechneten Störstellen-Anteile von Observablen genau dann universell, wenn ganze Familien von Skelettdiagrammen mitgenommen werden. Diese Skelettdiagramme ändern nichts an der Energieskala. Dies ergibt die dritte Aussage. Für das Anderson-Modell Störstelle in einem Metall ergeben die relevanten Skelettdiagramme gerade die sogenannte non-crossing-approximation (NCA). Daher beschreibt die NCA das universelle Verhalten des Anderson-Modells qualitativ richtig. Skelettdiagramme höherer Ordnung ändern das Bild nicht qualitativ. Bisher war es unerklärlich, warum die NCA mit den Resultaten der numerischen Renormierungsgruppe so gut übereinstimmt. Die Erklärung findet sich im exakten Skalierungsverhalten der NCA, das hier gezeigt wurde. Um das Verfahren zu testen, haben wir für das Anderson-Modell im magnetischen Limes das crossover untersucht. Für hohe Temperaturen oder Magnetfelder verhält sich das magnetische Moment der Störstelle asymptotisch frei, während es für tiefe Temperaturen durch niederenergetische Teilchen-Loch-Anregungen des Fermi-Sees abgeschirmt wird. Dieses crossover vom perturbativen Hochtemperatur- zum nichtperturbativen Niedertemperaturbereich wird durch die Wilson-Zahl charakterisiert. Hier wird die Wilson-Zahl zum ersten Mal mit einer Diagrammtechnik (NCA) berechnet. Das Ergebnis stimmt im Rahmen der Näherung mit dem als exakt postulierten Resultat überein. Um das universelle Verhalten anderer Observablen zu demonstrieren, wurde sodann für das Anderson-Modell zum ersten Mal explizit gezeigt, dass das Einteilchen-Anregungsspektrum - und damit die Abrikosov-Suhl-Resonanz - richtig skaliert, wenn man es mit Hilfe der NCA berechnet. Die vorgestellte Methode ermöglicht es auch, für ein System mit Störstellen die Qualität von Näherungen zu beurteilen, ohne sie zuvor explizit lösen zu müssen.
In dieser Arbeit werden \nTransportprozesse in Quanten-Spin-Systemen untersucht. Zuerst \nwird der stationäre Zustand von Spin-Ketten zwischen 2 \nWärmebädern unterschiedlicher Temperatur betrachtet. Für das XY \nModell ergibt sich eine im Innern der Kette räumlich konstante \nEnergie. Der Energiestrom ist für lange Ketten asymptotisch \nkonstant, gehorcht also nicht dem Fourierschen Gesetz. Durch \nAddition von unabhängigen weißen Rausch-Prozessen zum Magnetfeld, \ndas auf die einzelnen Spins wirkt, ergibt sich ein stochastisches \nXY Modell mit einer endlichen Wärmeleitfähigkeit und einem \nEnergiegefälle vom warmen zum kalten Reservoir. Dann wird die \nDynamik von unendlichen Spin-Systemen mit Hilfe der \nhydrodynamischen Skalierung untersucht. Für allgemeine Systeme \ndieser Art ergibt sich unter plausiblen Annahmen heuristisch ein \nmikroskopischer Ausdruck für die Wärmeleitfähigkeit (Green-Kubo- \nFormel). Für das stochastische XY Modell wird rigoros eine \nDiffusionsgleichung für die Magnetisierung hergeleitet.
Selbst die Lösung der vergleichsweise einfachen zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung erfordert meist komplizierte mathematische Verfahren. Jedoch ist die Quantenmechanik die Theorie, die der experimentellen Realität am nächsten kommt. Daher müssen wir hier ihre Verfahren und Anwendungen kennenlernen, wenn wir überhaupt ein Verständnis der modernen Physik gewinnen wollen. Wir werden sehen, daß wir sogar mit wenig Mathematik den Gedanken folgen können, die zu den größten Leistungen der Quantenmechanik geführt haben.