• ベストアンサー

シュレディンガー方程式の解法と固有関数

Umadaの回答

  • Umada
  • ベストアンサー率83% (1169/1405)
回答No.5

siegmundさん、初めまして。 丁寧なフォローありがとうございます。また極座標のタイプミスについてはご指摘の通りです。お恥ずかしいです。 さて私の回答ですが、一番大変な(4)のところを端折っているので(自分で言うのもなんですが)相当手抜きです。この部分は量子力学を離れて単純な数学の話になるですが、とにかく前準備なしにいきなり挑んではチンプンカンプンになると思います。(mujunさんはその辺りの知識はきっとお持ちなのでしょうが、山があまりに高い、とお考えください) ですからsiegmundさんのご指摘のように、mujunさんが「教えてもらった通りに一度自分でやってみます。」と書かれておいでなのを見て、「え、この手抜き回答だけを手がかりにトライするのは相当難しいはず、なんだか却って申し訳ない回答をしたかな」と思ったほどです。 その意味でbrogieさん、siegmundさんの回答にありますように、最初は素直にテキストを参考に解かれる/テキストの解答をトレースすることをお勧めします。もちろん自力でチャレンジするというのは大事なことですが、初歩とは言え難易度の高い問題であることは間違いありませんので。 テキストはbrogieさん、siegmundさんからご推薦がありましたのでそれらが見つかればベストですが、それ以外のものでも量子力学の教科書なら、水素原子の波動関数については多かれ少なかれ載っています。何冊か手にとって、解法の説明が親切なものならとりあえずは使えるでしょう。

関連するQ&A

  • シュレディンガー方程式が解ける水素様原子とは?

    水素様原子について、“EMANの物理学・量子力学・原子の構造” のページの説明は間違っていますよね? (⇩)下記のURLの “EMANの物理学・量子力学・原子の構造” とかいうのの『原子の構造』というページの『排他律』という項目の文章は、間違っていませんか? https://eman-physics.net/quantum/atom.html https://eman-physics.net/quantum/atom.html (⇧)上記のページの『排他律』という項目の部分には、3段落目に、 では今回の計算結果は水素以外には役に立たないものなのかと悲観することはなくて,最外殻電子が一個しかない場合には,それより内側の電荷をひとつのものだと近似して,ほぼ同じようにとらえることも出来なくもない.それで,今回の計算は「水素様原子」とか「水素類似原子」とか呼ばれる. と書かれています。 最外殻電子が一個しかない場合には,それより内側の電荷をひとつのものだと近似して,ほぼ同じようにとらえることも出来なくもない. (⇧)というのは、間違っていないでしょうか? 「最外殻電子が一個しかない場合には,(それより内側の電荷をひとつのものだと近似して,ほぼ同じようにとらえる)」        ⇩(言い換えれば) 最外殻電子が一個しかない原子(または、イオン)=「水素様原子」とか「水素類似原子」 (⇧)というのは間違っていますよね? 「水素様原子」とか「水素類似原子」というのは、最外殻電子が一個の原子ではなくて、全ての合計の電子の数が1つの原子の事ですよね? また、最外殻電子が1個だが、全ての合計の電子数が1個ではない、原子やイオンのシュレディンガー方程式は解けませんよね? シュレディンガー方程式が解けるのは、全ての合計の電子数が1個の時のみですよね? 最外殻電子が1個という条件のみでは、シュレディンガー方程式は解けませんよね? 下記の2つの質問の答えを教えてください。 (1) 「水素様原子」とか「水素類似原子」というのは、最外殻電子が一個の原子ではなくて、全ての合計の電子の数が1つの原子の事ですよね? (2) また、最外殻電子が1個だが、全ての合計の電子数が1個ではない、原子やイオンのシュレディンガー方程式は(近似を使わなければ)解けませんよね? シュレディンガー方程式が解けるのは、全ての合計の電子数が1個の時のみですよね? 最外殻電子が1個という条件のみでは、シュレディンガー方程式は(近似を使わなければ)解けませんよね? ※ この際は、原子、イオンの細かい区別は考えないものとします。 イオンというのは、イオン状態にある原子の事です。 つまり、イオンも一応は原子です。

  • シュレディンガー方程式が解ける場合について。

    量子力学の多体問題に関しての質問があります。 (⇩)下記のURLの『水素原子におけるシュレーディンガー方程式の解』のwikipediaのページには、 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E5%8E%9F%E5%AD%90%E3%81%AB%E3%81%8A%E3%81%91%E3%82%8B%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%B3%E3%82%AC%E3%83%BC%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E3%81%AE%E8%A7%A3 粒子の波動関数を決定する事を意味する。正の電荷をもつ粒子と負の電荷がそれぞれ陽子と電子だとすればこの系は水素原子に相当するが、一般の価数の原子核を持つ1電子系多価イオン(水素様原子)の系も同一の方程式から解を導ける。この方程式は様々な教科書で取り上げられている[1][2][3]。 と書かれています。 この事に関して(⇩)下記の2つの質問があります。 (1) シュレディンガー方程式は、全ての電子の合計数が1つの原子のみしか、解けないのでしょうか? (つまり、H、He1+、Li2+、Be3+、…… 等、全ての電子の合計数が1つの原子またはイオンの時のみしか、シュレディンガー方程式は解けないのでしょうか?) (2) 最外郭の電子が1の原子は、シュレディンガー方程式は解けないのでしょうか? (つまり、Li、Be1+、Na、K 等の最外郭の電子数が1つの原子やイオンのシュレディンガー方程式は解けないのでしょうか?) この上記の2つの質問の答えを教えてください。

  • シュレディンガー方程式が解ける条件についての質問

    シュレディンガー方程式は、全ての電子の数の合計が1つの原子の場合しか解けないのでしょうか? シュレディンガー方程式は、(全ての電子の数の合計が1つではない)最外郭の電子数が1つである原子の場合は、解けないのでしょうか? (⇩)下記のURLの『水素原子におけるシュレーディンガー方程式の解』のwikipediaのページには、 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E5%8E%9F%E5%AD%90%E3%81%AB%E3%81%8A%E3%81%91%E3%82%8B%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%B3%E3%82%AC%E3%83%BC%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E3%81%AE%E8%A7%A3 粒子の波動関数を決定する事を意味する。正の電荷をもつ粒子と負の電荷がそれぞれ陽子と電子だとすればこの系は水素原子に相当するが、一般の価数の原子核を持つ1電子系多価イオン(水素様原子)の系も同一の方程式から解を導ける。この方程式は様々な教科書で取り上げられている[1][2][3]。 と書かれています。 これは、シュレディンガー方程式は、全ての電子の数の合計が1つの原子の場合しか解けなくて、(全ての電子の数の合計が1つではない)最外郭の電子数が1つである原子の場合は解けない、という事を意味するのでしょうか? (⇩)下記の2つの質問の答えを教えてください。 (1) シュレディンガー方程式は、全ての電子の数の合計が1つの原子の場合しか解けないのでしょうか? (2) シュレディンガー方程式は、(全ての電子の数の合計が1つではない)最外郭の電子数が1つである原子の場合は、解けないのでしょうか?

  • シュレーディンガー方程式と電子軌道

    シュレーディンガー方程式がどのように電子軌道(たとえば水素原子の1s軌道)を説明しうるのかが数式からでは分かりません。電子軌道の形状はどのように決まるのでしょうか?

  • シュレディンガー方程式について

    シュレディンガー方程式について 普通の物体が中心力を受けて運動する時、ある平面上を運動します。その平面以外ののところにその物体が存在する確立は0です。 また同じように中心力を受けて原子核の周りをまわる電子は球状に存在確率があります。 これはミクロな現象とマクロな現象の違いで、マクロな現象は近似でしかないということだと思うのですが、どう近似したらそうなるのかがわかりません。 マクロな物体でもシュレディンガー方程式は満たすはずです。そうなればマクロな物体も必ずしも同一平面上にいないくてよいのではないですか?なぜこういう矛盾が出るのですか? 物質を構成する個々の原子を考え、それぞれの存在の可能性の範囲を考えるときは、一個だけで運動する電子とは違って、他の原子からの力があるから球面的には広がらなさそうですが、では物体を一つのものとして、シュレディンガー方程式を解いてはいけないんですか?極座標表示のシュレディンガー方程式の角度成分(Θ、φ)には質量の変数は含まないですよね。だからシュレディンガー方程式をといても、電子と普通の物質両方とも同じ結果になるのではないですか?そうだとしたら、そっからどう近似したら現実の結果とあうのですか?

  • シュレディンガー方程式

    今日シュレディンガー方程式を習ったのですが、これを解くことによって、原子中の電子のどのような性質が理解されるようになったのですか?回答お願いします。

  • Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式

    Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式は、正確に求められるのでしょうか? 私用ながら、課題にあります。なるべく早めの御回答をお願い致します。 Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式は、正確に求める事は可能なのでしょうか? (⇩)下記の URL の「多体問題 (量子論)」」の wikipedia のページによれば、 『量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。』 となっています。 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) 質問があります。 量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。 そうですが、 それでは、周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求める事は出来るのでしょうか? 周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求める事は出来るのかどうかを教えてください。 【追加の質問】 また、『量子力学では、電子が1つである(水素原子の)シュレーディンガー方程式は正確に解くことができる』というのは、 最外郭(さいがいかく)の電子が1個という事ですか? それとも、郭に関係なく、全ての合計の電子数が1個という事ですか? どちらなのかを教えてください。

  • Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式について

    私用ながら、課題にあります。なるべく早めの御回答をお願い致します。 Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式は、正確に求める事は可能なのでしょうか? (⇩)下記の URL の「多体問題 (量子論)」」の wikipedia のページによれば、 『量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。』 となっています。 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) 質問があります。 量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。 そうですが、 それでは、周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求める事は出来るのでしょうか? 周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求める事は出来るのかどうかを教えてください。 【追加の質問】 また、もう一つ質問があります。 『量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができる。』 というのは、最外郭(さいがいかく)の電子が1個という事ですか? それとも、郭に関係なく、全ての合計の電子数が1個という事ですか? どちらなのかを教えてください。

  • Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式

    (⇩)下記の URL の「多体問題 (量子論)」」の wikipedia のページによれば、 『量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。』 となっています。 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) 質問があります。 量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。 そうですが、 それでは、周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求めることが出来るのでしょうか? 周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求めることは出来るのかどうかを教えてください。

  • Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式について

    私用ながら、課題にあります。なるべく早めの御回答をお願い致します。 Li,Na,K原子のシュレディンガー方程式は、正確に求める事は可能なのでしょうか? (⇩)下記の URL の「多体問題 (量子論)」」の wikipedia のページによれば、 『量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。』 となっています。 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E4%BD%93%E5%95%8F%E9%A1%8C_(%E9%87%8F%E5%AD%90%E8%AB%96) 質問があります。 量子力学では、電子が1つである水素原子のシュレーディンガー方程式は正確に解くことができるが、電子が2つであるヘリウム原子では正確には求めることが出来ない。 そうですが、 それでは、周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求める事は出来るのでしょうか? 周期表の一番左側の(水素原子がある)列の、 リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子 のシュレディンガー方程式は正確には求める事は出来るのかどうかを教えてください。