微分という完全に数学的な操作によって、電子のエネルギーを抽出できるように仕掛けていた わけです。 同様に波動関数を x で微分して運動エネルギーを抽出したいところですが、運動エネルギーには p 2 が必要です。難しいことはありません。1 階微分で関数の形が変わらないことはわかっているので、単に 2 回微分することで、p が 2 回出てくることが想像できます。 偏微分の結果をまとめましょう。右辺が運動エネルギーになるように両辺に係数を掛けてやります。 この式は、「 波動関数を 2 回位置微分する (と同時におまじないの係数をかける) と、関数の形は変えずに 運動エネルギーを抽出できる 」ことを表しています。 Step 5: 力学的エネルギーの公式を再現する 最後の仕上げです。E = p 2 /2m の公式と今までの結果を見比べます。すると、波動関数の時間微分 (におまじないを掛けたもの) と波動関数の位置の 2 階微分 (におまじないを掛けたもの) が結びつくことがわかります。これらを等式で結べば、位置エネルギーがない一次元のシュレディンガー方程式になります。 ここから大胆に飛躍して、ポテンシャルエネルギー V を与えて、三次元に拡張すれば、無事一般的なシュレディンガー方程式となります。 で、このシュレディンガー方程式はどういう意味? FoPM 東京大学 変革を駆動する先端物理・数学プログラム. 「 ある関数から微分によって運動量やエネルギーをそれぞれ抽出すると、古典的なエネルギーの関係が成り立った。そのような関数はなーんだ? 」という問題を出題してるようです (2) 。導出の過程を踏まえると、なんらかの物理的な状況を想定しているわけではなく、完全に数学的な操作で導出されたようにさえ見えます。しかし実際に、この方程式を解いて得られた波動関数は実験事実をうまく説明できるのです。そのことについては、次回以降の記事でお話しすることにします。 ともかく、シュレディンガー方程式の起源に迫ることができたので、この記事の残りを使って「なぜ複素数を使ったのか?」という疑問について考えます。 どうして複素数をつかったの? 三角関数では微分するごとに sin とcos が入れ替わって厄介 だからです。たとえば sin 関数を t で微分すると、t の係数が飛び出てきて、sin 関数は cos 関数に変わってしまいます (下式)。これでは「関数の形を変えずに E を抽出する」ことができません。 どうして複素数の指数関数が波を表すの?
物理を正確に語るための言葉として, 数学は避けられない. universo é scritto in lingua matematica — 宇宙は数学の言葉で書かれている — (Galileo Galilei)
ホーム > 和書 > 理学 > 化学 > 物理化学 出版社内容情報 大学物理に登場する順序に数学を並べ直し,基本的な知識,ベクトルと行列,常微分方程式,ベクトルの微分とベクトル微分演算子,多重積分・線積分・面積分と積分定理,フーリエ級数とフーリエ積分,偏微分方程式の7章で構成. 内容説明 物理学は数少ない基本法則から構成され、それらの基本法則がいろいろな現象を統一的に数学で記述する。大学の物理課程に登場する順序に数学を並べ直し、基本的な知識、ベクトルと行列、常微分方程式、ベクトルの微分とベクトル微分演算子、多重積分・線積分・面積分と積分定理、フーリエ級数とフーリエ積分、偏微分方程式の7章で構成。 目次 1 基本的な知識 2 ベクトルと行列 3 常微分方程式 4 ベクトルの微分とベクトル微分演算子 5 多重積分、線積分、面積分と積分定理 6 フーリエ級数とフーリエ積分 7 偏微分方程式 さらに勉強するために 数学公式 著者等紹介 和達三樹 [ワダチミキ] 1945‐2011年。東京生まれ。1967年東京大学理学部物理学科卒業。1970年ニューヨーク州立大学大学院修了(Ph.D.)。東京大学教授、東京理科大学教授を歴任。専攻は理論物理学、特に物性基礎論、統計力学(本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです) ※書籍に掲載されている著者及び編者、訳者、監修者、イラストレーターなどの紹介情報です。
紹介するにあたって久しぶりに見たら、いろいろと書籍化されててすごい...! どれもオススメなので、是非是非!ではではっ
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