• 締切済み

Dirac表記の意味は?

量子力学で なぜわざわざDiracの表記に直して計算していくのか教えてくださぃ! ブラとケットで表すベクトルですが 波動関数を状態ベクトルにする利点やDiracの力を使ぅことで計算しやすくなる とか 考え方が分かりやすくなる とかあるのでしょぅか・・・? そもそも なぜDirac表記が作られ 一般的に用いられているのかも知りたぃです☆

みんなの回答

  • masudaya
  • ベストアンサー率47% (250/524)
回答No.1

昔,こんな議論があったそうです. "力学をベクトルでわざわざ表記している教科書ができた." "ハミルトンの4元数で十分なのに..." 現代から見れば(1から2世紀前の話です) 力学をベクトルで書くほうが普通で ハミルトンの4元数って何?という感じですが... 要するに,Dirac記法が便利なので使っているに過ぎません. 量子力学は シュレディンガー方程式と波動関数を基礎におく波動力学という側面と ハイゼンベルグ方程式と状態演算子を基礎と置く行列方程式という側面が あります.(結局どちらも同じことでDiracが証明しました.) Dirac記法はそのどちらにも対応しており便利です. つまり,Dirac記法で書いておけば,問題ごとにどちらが簡単に解けるかを考えてから,問題を書き下す必要が無くなります.こんなことだったと思いましたが,かなり昔の話なので,自信ないかもです.

関連するQ&A

  • Dirac方程式について

    質問1. Dirac方程式を量子化する前の式 ε/c=α1p1+α2p2+α2p3+βmc は、古典力学の式として、何か利用価値は無いのでしょうか? α1、α2、α2、β:行列 質問2. また、この式を量子化せずに形を波動方程式にすることができるように思われるのですが、 そのようにしても、古典力学の式として何か、利用価値は無いのでしょうか? 質問3. この場合、4つの式になりますので、波動関数を掛けないと答えは、出ないのでしょうか?とすると、やはり量子化しないと意味は無いのでしょうか? 質問4. 一般に波動方程式を解く際、微分方程式の本を見ると、変数分離とか何やらで、 しんきくさい解き方をしていますが、例えばDirac方程式の平面波の計算では、 波動関数を掛けて、固有値・固有ベクトルを一気に計算して求めます。 古典力学的な波動方程式や熱伝導微分方程式で、Dirac方程式のように 波動関数に近いものを掛けて、固有値・固有ベクトルを求めている 例はあるのでしょうか? 質問5. 微分方程式の本に載っている古典力学の計算「例えば変数分離を使って波動方程式を解いた例」を、時間がかかり非効率的になるかもしれませんが、Dirac方程式の平面波の計算のように、波動関数(あるいはそれに近いもの)を掛けて、固有値・固有ベクトルを計算して求めることは可能でしょうか。

  • 量子力学における状態について

    よく量子力学の本で"波動関数は量子力学的状態を表す"とありますが,"量子力学的状態"というのはどういうことなのでしょうか? Wikipediaでは"量子状態"の方で載ってありましたが,"すべての物理量の測定値が一定の確率分布をもつような仕方で系が準備されているとき、その系の状態を指してある量子状態という"とありました.

  • 波動関数について

    量子力学に関しての質問なのですが、「量子力学の波動関数はどのように解釈されるか」という質問が大学の講義で出たのですが、「波動関数は粒子の存在確率を表す確率波」という解答であっているでしょうか。よろしければ教えてくださいm(_ _)m

  • 結合状態と反結合状態

    2個の波動関数が重なることによって、結合状態と反結合状態が形成されることを、量子力学的にはどのように証明すればよいのでしょうか?

  • 量子力学、解析力学の参考文献を探していますm(_ _)m

    デルタ関数、Diracのデルタ関数、関数空間(周期関数)  ↑量子力学 Lagrange未定常数法、微少振動  ↑解析力学 に関する事が 載っている本を探していますm(_ _)m 良い本があれば教えて下さい♪

  • ブラ・ケット演算法がすべての物質波を表すか否か

     私は量子力学のブラ・ケット演算法には、複素数平面上に取り扱える領域と取り扱えない領域がある。したがってブラケットで表せない物質波や物理現象があると考えています。ブラケット演算法だけですべての現象を表せるでしょうか、表せないでしょうか。どちらでしょう。    ブラケット演算法は、物質波を解いているはずですが、連立方程式がエルミート行列に変形できることを仮定したり、ボゾンの正準交換関係、フェルミオンの反交換関係のどちらかが必ず成り立つと特殊な条件を課している。ボソンとフェルミオンはどちらも特殊な性質をもっているので、どちらについても一般的な量子や物質波とはとても思えない。  ブラ・ケット演算法では第1にエルミート行列であることが必須でした。第2に生成消滅演算子の交換関係がボソンとフェルミオンのどちらか一方であることも必須でした。ブラ・ケット演算法では第1と第2の条件が同時に満たされた時に成り立ちます。  ブラ・ケット演算法の対象の方程式には2つの条件があり、エルミート行列であることにつけくわえ、ボソンとフェルミオンのどちらか一方であることを満たしていなければならないのですから、複素平面の特別な小さな領域の中にある関数と方程式、その解の集団にすぎないのです。物質波の複素平面を考えると条件を満たさない領域のほうがはるかに広いはずです。だからブラ・ケット演算法で得られた解は、ほんの一部の方程式の場合だけと私は思うのです。  そしてボソンとフェルミオンは運動量p、座標qからできた演算子の正準交換関係が求められています。それらは量子の運動やエネルギーを表す属性です。だからブラ・ケット演算法では質量、個数、エネルギー、運動量が数式の右辺、左辺に等しく、時間を含む関数では時を隔てても変化が起きず、保存されているはずです。  ところが、アインシュタインの E=mC^2 の質量とエネルギーの変換現象がおきれば、量子は個数、質量を失いエネルギーを得たり、エネルギーを失い個数、質量を得たりおきるので、量子の属性(質量、個数、エネルギー、運動量)がある基準時点を挟んで変動します。  そのときには基準時の前後では属性の数値が異なり、同一値ではないから量子力学の方程式は基準時の前後を分けて連立方程式を立てるように考え直さねばならないでしょう。  おなじことが相互作用のある多数量子が集団となっている系に一部の量子だけに起きればどうでしょう。基準時の前後も分けられず、このような時にはブラ・ケット演算法では一気に書き下せぬはずです。  このような質量とエネルギーの変換現象ではブラケット演算法は万能ではありません。 そのような難しい現象が、周知ではありませんが実際に自然界にも人工にも起きているのです。そして物質波は複素数の関数でできている様子が、円偏波の光線のあることからわかります。交流回路で回転ベクトルの表現をして、複素数領域の方程式を立てねばならなかったように円偏波もマクスウェルの方程式に複素数の関数で方程式を立てねば表現できないことでしょう。そのことからブラケットが万能な解法でないと判断できます。この推論に誤謬があるでしょうか。

  • 量子力学において運動量を微分演算子に代える物理的意味

    量子力学をきちんと物理的,数学的に理解したいので,独学で量子力学を勉強しています.学部時代は量子力学の授業がなかったこともあり,正直分からないことだらけで不思議に思うことがたくさんあります. そのうちの一つとして,ある原子内の電子群を考え,ハミルトニアンHを持つ系だとすると,波動関数Ψの絶対値の二乗(存在確率)で存在する原子内にある一つの電子は,あるエネルギ準位(固有値)εしか取り得ないという考え方をシュレディンガー方程式 HΨ=εΨ で表される固有値問題に帰着するということをとりあえず納得したとすると,線型代数学で出てくる固有値問題 Ax↑=λx↑ のように「ある固有ベクトルx↑に対してある固有値λが決まる」 ということと似ているのでなんとなく分かります. 波動方程式からシュレディンガー方程式を導出していくこともなんとなく分かりました.分からないことは,シュレディンガー方程式の導出として,ハミルトニアンを波動関数に作用させ,ハミルトニアン中に含まれる運動量を微分演算子に代えれば,シュレディンガー方程式になっているということです.この方法は,結果として成り立つだけで,後付けくさいなあと感じました. 過去にも同じような質問をされていた方 http://oshiete1.goo.ne.jp/qa587812.html がいましたので見てみると,運動量を微分演算子に代えるのは数学的には導けるようですが,その導く過程が物理的には分かりにくいと感じました. 量子力学を勉強する前に基礎知識が不十分なのもあるとおもいます. なので,量子力学を勉強する前に習得するべき学問は何かと,どの順番で勉強すれば効率がよいかも教えていただきたいです. (1)量子力学において,運動量を微分演算子に代えることの物理的意味は?もっと一般的に,その他の物理量(角運動量,スピン角運動量など)を演算子に代えることの物理的意味は? (2)量子力学を勉強する前に習得するべき学問は何かと,それらをどの順番で勉強すれば効率がよいか? です.長くなりましたが,よろしくお願いいたします.

  • ブラケット

    量子力学のブラケットについて質問します。 ある本では、演算子Aの行列要素の計算のさい<φ|Aψ>というように表記していて、それは 積分で表示すると∫φ*Aψdτに対応するようなので、これは<φ|Aψ>においてAはψにしかかからない と解釈しております。ところが、大学の講義で「演算子は行列だからケットベクトルにもブラベクトルにも かかる」と言っているのを聞き、よく分からなくなっております。A|ψ>=a|ψ>というのはよく目にするのですけど<ψ|Aというのは何なのでしょうか?ブラベクトルがよく分かりません。

  • 量子力学の問題で-∞<x<∞の範囲で次の波動関数を

    量子力学の問題で-∞<x<∞の範囲で次の波動関数を規格化せよと言う問題で exp(-ax)という波動関数なのですが、この関数を二乗して積分して出てきた[1/a]の平方根をとってその逆数をもとの関数にかければ規格化はできると思ったのですが、そもそも波動関数は複素数だと授業でならいました。 この(a)^1/2・exp(-ax)は規格化された波動関数とは言えないのでしょうか?よろしければ教えてくださいm(_ _)m

  • 波動関数のプサイとファイの違い

    量子力学で波動関数をΨ(プサイ)やφ(ファイ)で表しますが、これらに物理学的な意味の違いはあるのでしょうか? また、どちらが正式なのでしょうか?