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化学者だって数学するっつーの! : 定常状態と変数分離 なぜ電子が非局在化すると安定化するの? 【化学者だって数学するっつーの! : 井戸型ポテンシャルと曲率】 参考文献 シュレディンガー方程式の導出の手続きは、主に次の書籍を参考にしました (a) 砂川重信, 1 章 電子の粒子性と波動性「量子力学」岩波書店, 1991, pp1-20. (b) 砂川重信, 5 章 シュレディンガー方程式「量子力学の考え方 物理の考え方 4 」岩波書店, 1993, pp61–77. この考え方は, このサイトから学びました: E-man の物理学, 量子力学, シュレディンガー方程式, (2018 年 7 月 29 日アクセス). 本記事のタイトルは, お笑い芸人の脳みそ夫さんからインスパイアされて考案しました. 関連書籍
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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? 「 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? 物理のための数学 pdf. 」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?
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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