Energetické spektrum částice v trojrozměrné pravoúhlé potenciálové jámě nekonečné hloubky z hlediska teorie čísel

David Ulčák

Bachelor's thesis

Energetic spectrum of a particle in three-dimensional infinite potential square well in terms of number theory

Abstract:

V této bakalářské práci se budeme zabývat myšlenkovým modelem částice uzavřené v neproniknutelné nádobě, již zveme potenciálová jáma. Text začíná stručným úvodem k tématu, následovaným některými základními pojmy a úvodem do problematiky kvantové mechaniky, při němž se seznámíme se Schrödingerovou rovnicí, kterou pak pro výše zmíněný model vyřešíme. Obdržíme tak diskrétní spektrum energií částice, jež je při vhodné volbě jednotek ekvivalentní s množinou čísel, vyjádřitelných jako součet tří druhých mocnin přirozených čísel. Na množinu těchto čísel se podíváme podrobněji, seznámíme se s problematikou součtu čtverců celých čísel a~asymptotickou hustotou. V závěru práce zkonstruujeme myšlenkový experiment s měřením energií a pokusíme se na základě získaných výsledků zjistit počet částic v jámě pomocí statistických metod.

Abstract:

In this bachelor thesis we will be concerned with mental model of a particle enclosed within impenetrable container, which we call potential well. The text begins with brief introduction to the topic, followed by some basic concepts and the introduction to quantum mechanics, during which we will get acquainted with Schrödinger equation, which will be solved then for above mentioned model. This way, we will recieve discrete spectrum of energies of a particle, which is, by suitable choice of units, equivalent to set of numbers, expressible as a sum of three squares of natural numbers. We will take a close look at this set and get acquainted with issues of sums of integer squares and asymptotic density. In the end of the thesis, we will construct mental experiment with energy measuring and, on the basis of the acquired results, we will try to find out the count of particles in the well using statistical methods.

Keywords

kvantová fyzika, Schrödingerova rovnice, teorie čísel, součet druhých mocnin celých čísel, asymptotická hustota, testování statistických hypotéz, Bayesovské metody

Keywords

quantum physics, Schrödinger equation, number theory, sum of squares of integers, asymptotic density, statistical hypothesis testing, Bayesian methods

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 2. 6. 2016
• Supervisor: Pavel Jahoda
• Reader: René Kalus

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Bachelor programme / field:
Informační a komunikační technologie / Výpočetní matematika