对 Crank-Nicolson 添加势项、将热方程更改为薛定谔方程等方法的影响

计算科学 pde 有限差分 计算物理学
2021-12-18 02:23:09

我正在研究数值求解薛定谔方程的方法。具有零电位的薛定谔方程在形式上与热方程相同,因为我们只是将方程中的一个系数设为虚数。

热方程的有限差分法的实践者必须了解某些事情。通过随意阅读一些维基百科文章,我学到的主要内容是:

  1. 前向方法可能不稳定;

  2. Crank-Nicolson 具有更好的渐近性;

  3. 我需要满足 Crank-Nicolson 方法中的 Courant 条件。

如果我切换到具有非零势的薛定谔方程,这些事实是否会改变?

在薛定谔方程中,波函数中的扭结包含任意短波长,因此具有以任意高速度传播的分量。这是否意味着如果存在扭结,Courant 条件将永远无法满足?然而,在离散表示中,扭结点和可微分点之间没有明显的区别,那么是否有一些自适应标准可用于设置适当的时间步长?

1个回答

这种潜力在实践中不会造成任何问题。这是拉普拉斯术语。如果你有非线性项,它也很尴尬。

我在这里写了一篇关于如何求解(非线性)薛定谔方程的冗长讨论你会看到“零势的薛定谔方程在形式上与热方程相同,因为我们只是将方程中的一个系数设为虚数。” 可能“形式上”是正确的,但这并不意味着热方程的任何属性都可以延续。特别是,虽然热方程是扩散的,但薛定谔方程不是,而是具有波动方程特征。