Variationsmetoden (kvantmekanik)
Variationsmetoden är en approximationsmetod inom kvantmekaniken för att finna kvanttillstånd, i synnerhet grundtillstånd, som bygger på variationsprincipen.[1][2] Genom att ansätta en försöksvågfunktion och variera denna tills man hittar den bästa approximativa lösningen som minimerar energin.
Exempel på approximationsmetoder som bygger på variationsmetoden är Hartree-metoden, Hartree–Fock-metoden, täthetsfunktionalteori[3] och Ritz-metoden.
Beskrivning
redigeraMetoden bygger på variationsprincipen, det vill säga att för ett givet system, med en given hamiltonoperator H, har grundtillståndet E0 alltid lägst energi
Strategin för att hitta approximativa lösningar till Schrödingerekvationen är därmed att ansätta en försöksvågfunktion som beror på en eller flera parametrar och sedan minimera energin med avseende på dessa med hjälp av variationskalkyl. Det erhållna värdet blir den bästa approximationen som kan erhållas givet formen av försöksvågfunktionen.
Energin fås direkt från Schrödingerekvationen
vilket kan multipliceras med från vänster, se bra-ket-notation, vilket ger
eftersom E är en skalär och kan skrivas framför operatorn. Detta ger med en enkel omskrivning
vilket är uttrycket som måste beräknas och minimeras.
Exempel
redigeraGenom att ansätta en försöksvågfunktion till väteatomen av formen
kan man uppskatta energin genom att beräkna
där hamiltonoperatorn är känd
Vilket med den ansatta försöksvågfunktionen ger
med hamiltonoperatorn i sfäriska koordinater och verkande på en av vågfunktionerna i uttrycket.
Minimering med avseende på parameters ger nu
vilket med insättning i uttrycket för energin ovan ger
vilket är större än det kända exakta värdet för väteatomens grundtillståndsenergi . Detta beror på att försöksvågfunktionen inte hade samma form som den exakta vågfunktionen.
Ansätts istället en försöksvågfunktion som är av rätt form
fås genom samma räkning istället värdet .
Se även
redigeraReferenser
redigera- ^ Griffiths, D. J. (1995). Introduction to Quantum Mechanics. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-124405-1
- ^ Sakurai, J. J. (1994). Tuan, San Fu. red. Modern Quantum Mechanics (Revised). Addison–Wesley. ISBN 0-201-53929-2
- ^ Kohn, W.; Sham, L. J. (15 november 1965). ”Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects”. Physical Review 140 (4A): sid. –1133-A1138. doi:. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.140.A1133.