Griffiths는 실용적으로 (8)까지가 보통 쓸 만한 한계라고 말한다. 참고로 , 로 쓰면 처음 세 개의 correction은
5. 적용 범위 (Problem 7.4의 comment)
Perturbation theory는 perturbation의 matrix element가 energy level spacing보다 작을 때만 믿을 수 있다.
그렇지 않으면 처음 몇 항이 나쁜 근사가 되거나, 급수 자체가 수렴하지 않을 수도 있다. 수렴하지 않으면 처음 몇 항은 아무 정보도 주지 않는다.
6. 관련 연습문제
Problem 7.4: 가장 일반적인 two-level system. Exact energy와 perturbation 결과 비교, 수렴 조건.
Problem 7.5: (a) Problem 7.1의 delta bump에 대한 (odd 에서 급수를 닫힌 꼴로 합할 수 있음), (b) Problem 7.2의 harmonic oscillator에 대한 .
Problem 7.6: Harmonic oscillator + 약한 electric field . First order는 0, second order 계산 후 exact와 비교.
Problem 7.7: Figure 7.3의 half-well perturbation을 numerical하게 풀어서 first-order wave function과 비교.
궁금한 내용
AI의 보충 설명
1. Ground state가 항상 내려가는 이유를 variational principle로 보기
First order까지의 에너지 는 전체 Hamiltonian 의 trial state 에 대한 기댓값이다. Variational principle에 의해 이 값은 true ground state energy의 upper bound다. 따라서 그 이후의 correction들은 에너지를 낮추는 방향이어야 자연스럽고, 실제로 이다.
2. 의 크기를 대충 가늠하는 방법
Completeness 을 쓰면
이다. Ground state에서는 모든 분모의 크기가 적어도 첫 번째 gap 이상이므로
무한합을 직접 계산하기 어려울 때 order of magnitude를 확인하는 데 유용하다. 우변의 분자는 unperturbed state에서 의 variance라는 점도 기억할 만하다.
3. 왜 에 가 필요 없나 (Wigner’s rule)
일반적으로 wave function을 차까지 알면 energy는 차까지 구할 수 있다. 그래서 만으로 뿐 아니라 까지 구할 수 있고, 실제로 식 (11)에는 와 만 들어 있다.