ポテンシャルの存在しない ( V(x,t) = 0 ) 空間における1次元自由粒子について考える． 目次 シュレディンガー方程式の変数分離 定常解 確率密度と確率流密度 分散関係 シュレディンガー方程式の変数分離 V = 0 のときのシュレディンガー方程式は \begin{equation} i\hbar \frac{… 自由粒子は、以下に見るように、連続的な固有値 をもつが、量子力学においてはある意味で特別な存在であるとも考えられる[2]の で、調べることにする。 質量mの自由粒子がx軸方向を運動する場合の時間に依存するシュレディンガー 方程式は − ¯h2 2m ∂2 ∂x2 三次元のシュレディンガー方程式の導出. シュレーディンガー方程式に関する記事で、 1次元の箱の中の粒子の場合についてのみ自力で解ければよいという話をしました。そこで今回は、実際にx軸上の区間(0<x<L)でのみ自由に運動できる質量mの粒子について、定常状態のシュレーデ 三次元の Schrödinger 方程式は (2.3.2) である。 (2.3.2) いま，粒子は自由運動をしているので， x , y , z の各方向の運動は互いに独立している。 シュレーディンガー方程式を解くという問題は数学的に難しく、解析的な関数として解が得られるような問題は非常に限られている（それ以外は数値的に、あるいは近似的に解くが、それでも精度の高い計算には困難を伴う）。この授業では、最も簡単ないくつ 7.1.1 自由粒子のシュレディンガー方程式 ポテンシャルがないときの，時間に依存するシュレディンガー方程式は i¯h ∂ ∂t ψ(x,t)=− ¯h 2 2m ∂ ∂x2 ψ(x,t) (7.1) で与えられる。前章でみた波数の固有関数 ψ k(x,t)= 1 √ 2π eikx−iωkt = exp −i E k ¯h t u k(x) (7.2) 今回は三次元のシュレディンガー方程式を変数分離で解いていきたいと思います。三次元といっても、一次元のときとやることは変わらないので落ち着いて解いていきましょう。問題設定 質量\(m\)の粒子が箱の中で運動している.箱の3辺の長さは,\(x, 「自由粒子のシュレーディンガー方程式」 簡単のため 1次元空間 を考えましょう． 力がまったく 働いていない粒子 (自由粒子) を 考えます． 自由粒子は一定速度で 運動する最も単純な 運動です． ミクロの世界では 粒子は 粒子性 と 波動性 とを 兼ね備えた存在である と言いました． 三次元のシュレディンガー方程式も一次元のときと同じように求められる。 運動量\({\bf p}\)、エネルギー\(E\)を持つ自由粒子は、定数\(C\)を使って次のような波動関数\(ψ_{\bf p}\)で表現できる。 前のSectionの2つの固有値方程式の解を求めましょう． の領域における(10.9)式は，自由粒子の微分方程式と全く同じ方程式なので，解(10.3)式， 三次元の Schrödinger 方程式は (2.3.2) である。 (2.3.2) いま，粒子は自由運動をしているので， x , y , z の各方向の運動は互いに独立している。 自由粒子は、以下に見るように、連続的な固有値 をもつが、量子力学においてはある意味で特別な存在であるとも考えられる[2]の で、調べることにする。 質量mの自由粒子がx軸方向を運動する場合の時間に依存するシュレディンガー 方程式は − ¯h2 2m ∂2 ∂x2 と確かに導かれます．つまり，自由粒子のエネルギーと運動量の関係式を満たす波動方程式(6.2)式が求められたことになり，当初の目的が達成されました．(6.2)式を自由粒子の1次元シュレディンガー方程式 … 6.2. 「自由粒子のシュレーディンガー方程式」 簡単のため 1次元空間 を考えましょう． 力がまったく 働いていない粒子 (自由粒子) を 考えます． 自由粒子は一定速度で 運動する最も単純な 運動です． ミクロの世界では 粒子は 粒子性 と 波動性 とを 兼ね備えた存在である と言いました． のように、（自由粒子の）1次元シュレーディンガー方程式を導くことができる。 これと同じ操作から、位置エネルギーV(x)を持っている場合の粒子のシュレーディンガー方程式を導くことができる。このとき、粒子のエネルギーEは 自由粒子波動関数の規格化 59 6.2 自由粒子波動関数の規格化 6.2.1 箱の中の自由粒子 波動関数ψ(x,t) を時間に依存しない自由粒子のシュレディンガー方程式 (6.4) の解u n (x)で展開したが，u n(x) は境界条件の取り方によって異なる。 ここでは，まず，長さがL の箱の中の自由粒 先にも述べたように一次元の箱の中の粒子とは、x軸上の0 \leq x \leq aの範囲で運動している自由粒子のことを想定します。ここで、自由粒子とはポテンシャルエネルギーV(x)=0を満たす粒子のことを指します。x軸を離れてy軸やz軸方向に運動することはありません。さらに、時間に依存しないシュレディンガー方程式を以下に示します。\frac{d^2\psi}{dx^2}+\frac{2m}{\hbar^2}[E-V(x)]\psi(x)=0\tag{1}この式がどのようにして得られるかは以下の記事を参考にしてください。(参考：時間に依存しないシュレディン … 自由粒子のシュレーディンガー方程式は、例えば金属中の伝導電子の運動や、無限遠で平坦なポテンシャルを持つ系におけるポテンシャルの束縛を逃れた粒子の振る舞いを調べることなどに応用される。 一定なポテンシャル ハミルトンヤコビの方程式から正準方程式の解軌道を求めるというのは実用上は全く役に立たない。しかし、ハミルトンヤコビの方程式の解\(S\)をプランク定数\(\hbar\)で割ったものが、シュレディンガー方程式の解\(\psi\)の位相と近似できる。 10.5 シュレディンガー方程式の解とパリティ.

自由粒子に対するシュレディンガー方程式から電子のエネルギーEが E=(ħ^2)(k^2)/2m になることを示すにはどうしたらよいでしょうか。