Ну волновая функция у паровоза будет чисто формально. Реально его нельзя изолировать
Про это - следующий абзац.
Вы вероятно незнакомы с таким направлением как Детерминированный Хаос.
Вы, вероятно, не знакомы с тем фактом, что в квантовой механике хаос исчезает. Говорят про т. наз. "квантовый хаос", который хаосом per se не является, а является квантовым аналогом классических хаотических систем.
Итак, из формальной унитарности уравнения не всегда следует обратимость его решений.
Итак, уровень ваших знаний понятен.
В общем случае - да, многочастичная. А теперь задумаемся над вопросом - при каких условиях можно будет с достаточной точностью заменить многочастичную функцию произведением одночастичных.
Незачем. Указанную мной замену переменных можно делать без разложения многочастичной в. ф.
Это, кстати, написано в самом начале ЛЛ-3, который вы, как похвалялись, "сдавали".
Вы сами-то читали что за ерунду вы написали? В координатах центра масс этот ваш центр масс двигаться не будет, он будет покоиться!
Переход в координаты центра масс - это замена координат

где в наборе

одна из координат лишняя (однозначно определяется остальными), и может быть выкинута. Нельзя выкинуть

потому что это означало бы потерю части информации о квантовом состоянии системы. Вот соответствующий множитель

и будет волновой функцией центра масс.

выкидывают в классической механике, по теореме о том, что центр масс движется равномерно и прямолинейно.