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電流密度を表す式

noname#21219の回答

noname#21219
noname#21219
回答No.1

-eh/(2mi)[ψ*(∇ψ)-(∇ψ*)ψ]を展開し、分母のi を有理化すると (ieh/2m)ψ*(∇ψ)-ieh/2m(∇ψ*)ψとなります。 第一項の複素共役は、-ieh/2m・ψ(∇ψ*)ですから 確かに複素共役同士の和になっていると思います。 全体にかかる係数まで考慮すればいいだけの話です。 ちなみに、-h/2mi[ψ*(∇ψ)-(∇ψ*)ψ]という式は 量子力学における、確率の流れ(フラックス)として 定義されています。それに、電子の電荷eをかけてるんだから、電子1個が運動してる状況での電流密度という 解釈ではないでしょうか。

gage
質問者

お礼

仕事の都合で、4日間家を離れており時間的にも余裕がなかったので返事が遅くなってすみませんでした。この間にsky_fireさんの回答を参考に、もう一度計算し直してみました。前出の文献では、-eh/(2mi)[ψ*(∇ψ)-(∇ψ*)ψ]という式(hはディラックのh)は“位置r(ベクトル)で観測される速度の期待値に電子の電荷を掛けたもの”であり、“[ ]の中の第1項だけでは複素数になることがあるので、複素共役を加えて2で割り実数化してある”とありました。従いまして、[ ]中の第1項ψ*(∇ψ)と、複素共役である第2項-(∇ψ*)ψ中の虚部同士が消えなければならないはずです。これを確認するため、ψ(x)=a(x)+ib(x)と置くことでψ*(x)=a(x)-ib(x)、(d/dx)ψ(x)=(d/dx)a(x)+i(d/dx)b(x)、(d/dx)ψ*(x)=(d/dx)a(x)-i(d/dx)b(x)を用いて上記の第1項-eh/(2mi)ψ*(∇ψ)と同第2項eh/(2mi)(∇ψ*)ψを計算してみたところ、sky_fireさんが教えてくれたように、確かに両者は複素共役であり、両者の虚部が互いに打ち消しあうことが確認できました。実は、この計算は最初に質問を投稿する以前にも行っていたのですが、係数-eh/(2mi)の分母のiをそのまま残していたため、後ろの[ ]内の長い具体的な式を眺めた時、係数-eh/(2mi)を忘れて、[ ]内の第1項、第2項の比較に際してiの付いていない実部と、iの付いた虚部の比較をしていたため、本当の実部と虚部を単純に取り違えていたということが原因でした。係数-eh/(2mi)を有理化して[ ]内に掛けてやると確かに[ ]内の実部と虚部が入れ替わり、正しい比較となりました。注意すれば気付いたのでしょうか、ご指摘頂いた「係数部分の有理化」というところで気付きました。しばらくこの部分で引っかかっていたのですが、やっとすっきりしました。本当に有難うございました。

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