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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben. |
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#1
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Unschärferelation für Gauß-Pakete
Hallo,
ich habe hier eine Aufgabe, die ich nicht gelöst kriege. Schon den ersten Schritt bekomme ich nicht hin. Vieleicht kann mir jemand helfen, wäre sehr nett Danke im Voraus, Stefan |
#2
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Zitat:
erkläre bitte erst mal, was "Gauß-Pakete" sind. M.f.G. Eugen Bauhof
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Ach der Einstein, der schwänzte immer die Vorlesungen – ihm hatte ich das gar nicht zugetraut! Hermann Minkowski |
#3
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Ich meinte natürlich ein Gauß'sches Wellenpaket. Also eine Welle überlagert mit einer Gauß-Funktion.
Sowas: |
#4
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Also im ersten Schritt musst du das Integral für Ψ(p,t) ausrechnen; das machst du, indem du in die gegebene Formel Ψ(x,t) einsetzt. Der Exponent bei der e-Funktion ist dann -a²/2 · (x² + 2ipx/a²ħ). Das kann man quadratisch erweitern zu -a²/2 · (x + ip/a²ħ) - p²/2a²ħ². So kann man dann das angegebene Integral benutzen und kriegt Ψ(p) ~ exp(-p²/2a²ħ²).
Allerdings ist meiner Ansicht nach bei der Angabe irgend was nicht in Ordnung, denn wenn man nun die Unschärfen berechnet, hätte man exp(-p²/2a²ħ²) = 1/2 => Δp = p2 - p1 = 2√(2a²ħ²·ln2) und exp(-a²x²/2) = 1/2 => Δx = 2√(2·ln2 / a²) Zusammen hätte man also Δp·Δx = 8ħ·ln2. Oder hab ich mich verrechnet? |
#5
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Hm, ich scheiter wohl mal wieder an der Mathematik.
Ich verstehe leider nicht deine quadratische Erweiterung. Wie genau machst du diesen Schritt? Also: -a²/2 · (x² + 2ipx/a²ħ) = -a²/2 · (x + ip/a²ħ) - p²/2a²ħ² Danke schonmal bis hierher... |
#6
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
OMG, sorry, da hab ich doch glatt was vergessen:
Es muss heißen: -a²/2 · (x² + 2ipx/a²ħ) = -a²/2 · (x + ip/a²ħ)² - p²/2a²ħ² Dieses x² + 2ipx/a²ħ wird hier erweitert zu x² + 2ipx/a²ħ + (ip/a²ħ)² - (ip/a²ħ)² (ja, es wird addiert und wieder abgezogen) und dann aus den ersten drei Termen (x + ip/a²ħ)² gebildet. |
#7
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Ah ok, die quadratische Ergänzung ist dann klar.
Trotzdem weitere Fragen...: 1. Wenn ich das durchrechne komme ich auf 1/√(2πħ) * Ψo * √(2π)/a * exp(-p²/(2ħ²a²)) Laut Aufgabenstellung soll man aber auf: 1/√(2πħ) * exp(-p²/(2ħ²a²)) kommen. 2. Warum setzt du exp(-a²x²/2) = 1/2 ? Kommt das irgendwie aus ΔxΔp ≥ 1/2 * ħ ? Ich sehe es nicht... Und offensichtlich benutzt du hierfür ja die Exponenten aus den Wellengleichungen. Die Vorfaktoren [Ψo und 1/√(2πħ)] lässt du weg? Wieso? Nochmal danke für deine Mühe! |
#8
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Zitat:
Auf das komme ich auch. Aber das macht ja nix; ich denke, dass man die Ausgangsfunktion noch normieren müsste, also ∫dx |Ψ(x,t)|² = 1 setzen, und dann wird man vermutlich Ψo = a/√(2π) erhalten, so dass sich das wegkürzt. Bin aber grad zu faul es auszuprobieren , weil es eh nichts macht - damit kommen wir nämlich zu (2): Hier hab ich wohl auch wieder einen Fehler gemacht; war wohl echt nicht mein Tag Ich wollte die Breite der Gauß-Funktion rausfinden, indem ich die sog. Halbwertsbreite ausrechne, d.h. die Breite des "Peaks" in der Höhe, wo der Wert auf die Hälfte des Maximalwerts abgefallen ist. Wenn man also Ψ(x,t) = 1/2 · Ψ(0,t) setzt, kommt man auf exp(-a²x²/2) = 1/2. Das stimmt aber wohl nicht ganz... um die Breite auszurechnen, muss man natürlich <x²> bestimmen, also Δx = ∫dx x²|Ψ(x,t)|² ausrechnen; das selbe gilt dann für Δp = <p²>. Soweit ich weiß, kriegt man bei einer Gauß-Funktion exp(-bx²) die Unschärfe (Δx)² = 1/(4b). Mit den angegebenen Funktionen haben wir also (Δx)² = 1/(2a²) und (Δp)² = a²ħ²/2; insgesamt also ΔxΔp = ħ/2, wie es sein soll. |
#9
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AW: Unschärferelation für Gauß-Pakete
Hallo Matz,
sehr schön, ich denke damit hab ich jetzt alles verstanden. Also dann nochmal vielen Dank für die Hilfe! |
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