¿Por qué un gaussiano a menudo es una buena suposición para una función de onda de prueba en problemas de mecánica cuántica?

Barak Shoshany menciona buenas propiedades. Algunos de ellos son los siguientes.

  1. Gaussian es una función simétrica ([matemáticas] G (-x) = G (x) [/ matemáticas]). Los derivados impares de Gauss son antisimétricos e incluso los derivados son simétricos.
  2. La transformación de Fourier de un gaussiano es otra gaussiana. Entonces, la representación de momento se parece a la representación de posición.
  3. La propiedad (2) implica que una representación gaussiana es un estado coherente. Es decir, un estado donde la desigualdad de incertidumbre de Heisenberg se convierte en la igualdad, [matemática] \ Delta x \ Delta p = \ frac {\ hbar} {2} [/ matemática].
  4. El estado fundamental de un oscilador armónico simple está dado por un gaussiano. Por lo tanto, cuando se trata de potenciales que se parecen a un potencial armónico simple perturbativamente, el estado fundamental se convierte en un Gauss perturbado.
    Esto funciona en muchos casos porque cuando expandimos un potencial usando una serie de potencias sobre un mínimo local, el término más bajo no constante y no constante resulta ser un término [matemático] x ^ 2 [/ matemático] que es el armónico potencial. Los términos de orden superior pueden tratarse como perturbaciones en muchos casos.

Por la misma razón, utilizamos sistemas con simetría esférica para resolver problemas de física: ¡es más fácil!

Más precisamente, las funciones gaussianas tienen buenas simetrías y algunas otras propiedades agradables. Las simetrías siempre simplifican las soluciones y, a menudo, incluso resuelven los problemas sin solución.

No hay nada en la naturaleza que se vea exactamente como un gaussiano, al igual que no hay nada en la naturaleza que se vea exactamente como una esfera. Pero muchas cosas en la naturaleza se aproximan a un gaussiano, al igual que muchas cosas en la naturaleza se aproximan a las esferas.

Un gaussiano es la función de onda exacta del estado fundamental de un oscilador armónico, y cada potencial parece un oscilador armónico cerca de sus mínimos (por la expansión de Taylor). Por lo tanto, si solicita la función de onda de estado limitado de baja energía de un potencial con varios mínimos profundos, los gaussianos localizados en los mínimos parecen ser un buen punto de partida. Luego, puede considerar además de esos diversos efectos no perturbativos (por ejemplo, instantones), o simplemente mejorar perturbativamente la energía.