In the one-dimensional Klein-Fock-Gordon theory, the probability density is a discontinuous function at the point where the step potential is discontinuous. Thus, the mean value of the external classical force operator cannot be calculated from the corresponding formula of the mean value. To resolve this issue, we obtain this quantity directly from the Klein-Fock-Gordon equation in Hamiltonian form, or the Feshbach-Villars wave equation. Not without surprise, the result obtained is not proportional to the average of the discontinuity of the probability density but to the size of the discontinuity. In contrast, in the one-dimensional Schrödinger and Dirac theories this quantity is proportional to the value that the respective probability density takes at the point where the step potential is discontinuous. We examine these issues in detail in this paper. The presentation is suitable for the advanced undergraduate level.

Consideramos o problema de uma partícula livre no interior de uma caixa unidimensional com paredes transparentes (ou equivalentemente, ao longo de um círculo com uma velocidade constante) e discutimos as descrições clássica e quântica do problema. Depois de calcular o valor médio do operador da posição num estado geral complexo normalizado dependente do tempo e a série de Fourier da função de posição, provamos explicitamente que estas duas quantidades estão em correspondência se (essencialmente) impusermos sobre o valor médio a aproximação dos números quânticos principais elevados. A apresentação é acessível a alunos de graduação avançados com conhecimento das idéias básicas da mecânica quântica.

We consider the problem of a free particle inside a one-dimensional box with transparent walls (or equivalently, along a circle with a constant speed) and discuss the classical and quantum descriptions of the problem. After calculating the mean value of the position operator in a time-dependent normalized complex general state and the Fourier series of the function position, we explicitly prove that these two quantities are in accordance by (essentially) imposing the approximation of high principal quantum numbers on the mean value. The presentation is accessible to advanced undergraduate students with a knowledge of the basic ideas of quantum mechanics.

Apresentamos cálculos formais em 1D das derivadas com respeito ao tempo dos valores médios dos operadores da posição (x) e do momento linear (p) na representação de coordenadas. Chamamos esses cálculos formais porque não nos preocupamos com o tipo apropriado de funções sobre as quais devem atuar os operadores (auto-adjuntos) envolvidos e alguns de seus produtos. Ao longo do artigo, examinamos e discutimos em detalhe as condições em que dois pares de relações que envolvem essas derivadas (que foram previamente publicadas) podem ser formalmente equivalentes. Mostramos que os termos de fronteira presentes em d{x}/dt e d{x}/dt podem ser escritos de modo que eles só dependem dos valores a tomados pela densidade de probabilidade, sua derivada espacial, a densidade de corrente de probabilidade e do potencial externo V = V(x).. Também mostramos que d(p)/dté igual a -dv /dx=(FQ)mais um termo de fronteira ((Fq = aQ/ax)é a força quântica e Q é o potencial quântico de Bohm). Verificamos que (fQ)é obtido simplesmente através do cálculo de uma certa quantidade em cada extremidade do intervalo contendo a partcula e subtraindo os dois resultados. Em alguns casos particulares essa quantidade é justamente proporcional ao integrando da assim chamada informação de Fisher. Notamos que (fQ )tem um papel significativo em situações em que a partcula é confinada a uma região, mesmo se V é zero dentro dessa região.

We present formal 1D calculations of the time derivatives of the mean values of the position (x) and momentum (p) operators in the coordinate representation. We call these calculations formal because we do not care for the appropriate class of functions on which the involved (self-adjoint) operators and some of its products must act. Throughout the paper, we examine and discuss in detail the conditions under which two pairs of relations involving these derivatives (which have been previously published) can be formally equivalent. We show that the boundary terms present in d{x}/dt and d{x}/dt can be written so that they only depend on the values taken there by the probability density, its spatial derivative, the probability current density and the external potential V= V9 (x) V = V(x). We also show that d(p)/dt is equal to -dv /dx=(FQ) plus a boundary term (Fq = aQ/ax)is the quantum force and Q is the Bohm's quantum potential). We verify that (fq) is simply obtained by evaluating a certain quantity on each end of the interval containing the particle and by subtracting the two results. That quantity is precisely proportional to the integrand of the so-called Fisher information in some particular cases. We have noted that fQ has a significant role in situations in which the particle is confined to a region, even if V is zero inside that region.

Foram considerados os problemas de uma partícula livre clássica dentro de uma caixa unidimensional: (i) com paredes impenetráveis e (ii) com paredes penetráveis. Para cada problema, foram identificados a partir da série de Fourier da função de posição, a amplitude clássica e a freqüência mecânica clássica do T-ésimo harmônico do movimento da partícula. Depois de usar a regra de quantização de Bohr-Sommerfeld-Wilson, foram obtidos a respectivas amplitudes e freqüências quantizadas (isto é, como uma função do rótulo quantum n ). Finalmente, os resultados clássico-quânticos foram comparados com aqueles obtidos a partir da moderna mecânica quântica, e uma clara correspondência foi observada no limite de n » τ.

The problems of a free classical particle inside a one-dimensional box: (i) with impenetrable walls and (ii) with penetrable walls, were considered. For each problem, the classical amplitude and mechanical frequency of the T -th harmonic of the motion of the particle were identified from the Fourier series of the position function. After using the Bohr-Sommerfeld-Wilson quantization rule, the respective quantized amplitudes and frequencies (i.e., as a function of the quantum label n ) were obtained. Finally, the classical-quantum results were compared to those obtained from modern quantum mechanics, and a clear correspondence was observed in the limit of n » τ.