球谐函数表

             

预备知识 球谐函数

   下面列出一些常见的球谐函数,这和 Mathematica 和 Wolfram Alpha 的定义1 一致.Condon–Shortley 相位(子节 3 )体现在对于奇数 $m$ 的球谐函数表达式前的 $\mp$ 号.

\begin{equation} Y_{l,m}(\theta, \phi) = \sqrt{\frac{2l + 1}{4\pi} \frac{(l - m)!}{(l + m)!}} P_l^m (\cos\theta) \mathrm{e} ^{ \mathrm{i} m\phi} \end{equation}
\begin{equation} l = 0 \qquad Y_{0,0} = \sqrt{\frac{1}{4\pi}} \end{equation}
\begin{equation} l = 1 \qquad \left\{\begin{aligned} Y_{1,0} &= \sqrt{\frac{3}{4\pi}} \cos\theta \\ Y_{1,{\pm 1}} &= \mp\sqrt{\frac{3}{8\pi}} \sin\theta \ \mathrm{e} ^{\pm \mathrm{i} m\phi} \end{aligned}\right. \end{equation}
\begin{equation} l = 2 \qquad \left\{\begin{aligned} Y_{2,0} &= \sqrt{\frac{5}{16\pi}} (3\cos^2 \theta - 1)\\ Y_{2,{\pm1}} &= \mp \sqrt{\frac{15}{8\pi}} \sin\theta \cos\theta \ \mathrm{e} ^{ \pm \mathrm{i} m\phi}\\ Y_{2,{\pm 2}} &= \sqrt{\frac{15}{32\pi}} \sin ^2\theta \ \mathrm{e} ^{\pm 2 \mathrm{i} m\phi} \end{aligned}\right. \end{equation}
\begin{equation} l = 3 \qquad \left\{\begin{aligned} Y_{3,0} &= \sqrt{\frac{7}{16\pi}} (5\cos^3 \theta - 3 \cos \theta)\\ Y_{3,{\pm1}} &= \mp \sqrt{\frac{21}{64\pi}} \sin\theta (5\cos^2\theta - 1) \ \mathrm{e} ^{ \pm \mathrm{i} m\phi}\\ Y_{3,{\pm 2}} &= \sqrt{\frac{105}{32\pi}} \sin ^2\theta \cos\theta \ \mathrm{e} ^{\pm 2 \mathrm{i} m\phi}\\ Y_{3,{\pm 3}} &= \mp \sqrt{\frac{35}{64\pi}} \sin ^3\theta \ \mathrm{e} ^{\pm 3 \mathrm{i} m\phi} \end{aligned}\right. \end{equation}


1. ^ 例子:在 wolframalpha.com 中输入 SphericalHarmonics[2,1],或者在 Mathematica 中输入 SphericalHarmonicY[2, 1, θ, ϕ]

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