Ураўненне Паўлі — ураўненне нерэлятывісцкай квантавай механікі, якое апісвае рух зараджанай часціцы са спінам 1/2 (напрыклад, электрона) у вонкавым электрамагнітным полі. Прапанавана Вольфгангам Паўлі ў 1927 годзе. Не блытаць з асноўным кінетычным ураўненнем[ru], якое таксама часам называюць ураўненнем Паўлі.

Квантавая механіка

Прынцып нявызначанасці Гейзенберга
Уводзіны
Матэматычныя асновы

Ураўненне Паўлі з’яўляецца абагульненнем ураўнення Шродзінгера, якое ўлічвае наяўнасць у часціцы ўласнага механічнага моманту імпульсу — спіна. Часціца са спінам 1/2 можа знаходзіцца ў двух розных спінавых станах з праекцыямі спіна +1/2 і −1/2 на некаторы (адвольна выбраны) кірунак, які прымаецца звычайна за вось z. У адпаведнасці з гэтым хвалевая функцыя часціцы (дзе rкаардыната часціцы, tчас) з’яўляецца двухкампанентнай:

Пры паваротах каардынатных восей i пераўтвараюцца як кампаненты спінара. У прасторы спінарных хвалевых функцый скалярны здабытак i мае выгляд

Аператары фізічных велічынь з’яўляюцца матрыцамі 2×2, якія для велічынь (назіраных), незалежных ад спіна, кратныя адзінкавай матрыцы.

У сілу агульных законаў электрадынамікі электрычна зараджаная сістэма з ненулявым спінавым момантам валодае і магнітным момантам, прапарцыянальным : (g — гірамагнітныя адносіны). Для арбітальнага моманту , дзе е — зарад, m — маса часціцы; спінавыя гірамагнітныя адносіны аказваюцца ў два разы большымі: . У вонкавым магнітным полі напружанасці магнітны момант валодае патэнцыяльнай энергіяй , дабаўленне якой у гамільтаніян H электрона ў вонкавым электронна-магнітным полі з патэнцыяламі і A прыводзіць да ўраўнення Паўлі:

дзе — аператар імпульсу, — адзінкавы аператар, а прапарцыянальны аператару спіна: .

Прапанаванае першапачаткова на аснове эўрыстычных меркаванняў ураўненне Паўлі аказалася натуральным следствам рэлятывісцкі-інварыянтнага ўраўнення Дзірака ў слабарэлятывісцкім прыбліжэнні, у якім улічваюцца толькі першыя члены раскладання па адваротных ступенях скорасці святла.

Калі напружанасць вонкавага магнітнага поля не залежыць ад прасторавых каардынат, то арбітальны рух часціцы і змяненне арыентацыі яе спіна адбываюцца незалежна. Хвалевая функцыя пры гэтым мае выгляд , дзе — скалярная функцыя, якая падпарадкоўваецца ўраўненню Шродзінгера, а спінар задавальняе ўраўненню

З гэтага ураўнення вынікае, што сярэдняе значэнне спіна прэцэсіруе вакол напрамку магнітнага поля:

Тут цыклатронная частата, — адзінкавы вектар уздоўж магнітнага поля.

На аснове ўраўнення Паўлі можа быць разлічана расшчапленне ўзроўняў электронаў у атаме ў вонкавым магнітным полі з улікам спіна (эфект Зеемана). Аднак больш тонкія рэлятывісцкія эфекты ў атамах, абумоўленыя спінам электрона, могуць быць апісаны толькі пры ўліку больш высокіх членаў раскладання рэлятывісцкага ўраўнення Дзірака па адваротных ступенях скорасці святла.

Гл. таксамаПравіць

ЛітаратураПравіць

  • Блохинцев Д. И. Основы квантовой механики. — 5-е изд. — М.: Наука, 1976. — 664 с., параграф 62.
  • Давыдов А. С. Квантовая механика. — 2-е изд. — М.: Наука, 1973. — 704 с., параграф 63.
  • Паули В. Общие принципы волновой механики. — М.-Л.: ОГИЗ, 1947. — 332 с.
  • Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.: Квантовая электродинамика, 2002.
  • Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов и др. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Т.3 Магнитоплазменный — Пойнтинга теорема. 1992. — 672 с.