【雑記】カフェで量子力学を再勉強

今日は晩御飯を三宮のお店で食べたのですが、入った店が失敗だったなと思い、お腹を壊さないか心配しながらテンション低く元町駅まで来ました。

駅横のデリカフェキッチン元町でちょっと休むことにしました。店に入ると明るい店内で少し気持ちが上向きました。カウンターで美味しそうだったミルクレープ(480円)と、ブレンドL(440円)を購入しました。セット割で100円引かれて820円です。

2階に上がると、この前に来た時と同じでとてもすいていました。今日は窓際の席に座ることにします。ホテルのロビーのような落ち着いた雰囲気で、気分がかなり良くなりました。

ミルクレープは割と普通でした。まあ文句が無い程度に美味しいです。コーヒーは何となくこの間よりも美味しくなった気がしました。豆が変わったか、入れ方が違うのかもしれません。

少し自分なりに再勉強してまとめてみようかなと思い、小出昭一朗の量子力学Ⅰ(裳華房)を読み始めます。おそらく、初めて勉強する人にとっての教科書としては一番おすすめかと思います。何故なら、一応それだけで意味が分かるように書かれているからです(ところどころ何を言っているか分からないが、かろうじて読み進められるレベル)。他の量子力学の本は、それだけで理解可能な説明になってはいないので、複数の本を読み漁ってこういうことを言っていると理解するか、先生に教わったうえで読む必要があると思います。下にAmazonのリンクを張っておきます(Amazonのアソシエイトとして、適格販売により収入を得ています。)。

店内BGMではLANY-Last Forever, Walker Hayes – Song For My Son, After – Outboundなどが流れていました。ちょうどよく集中しながら読みます。

読みながら書いていたメモをスキャンしてAIに整えさせたのですが、何か微妙に変になって、これはこれで面白いので下に添付します。書き込んでたコメントとかが結構無視されてたり、ちょっと違うことも書かれていたりで、何となくどこかからの寄せ集めで似たような内容を再構築したという感じですね。

量子力学の発端の説明ですが、あまりにも簡素化しすぎていて、正直、これだけを読んだら何を言っているか分からないのでは?という感じの説明でした。要は、波だと思われていた光が、実は光子と呼ばれる粒子でもあり、それゆえ光の吸収や放出が起きるときの最低エネルギー単位は光子1個のエネルギーに相当するということが、状況証拠からだんだん分かってきたということです。空洞輻射、光電効果、コンプトン散乱等の各種の実験をキーワードとして覚えておき、機会があるときに他の本などで読んだ情報を合わせて少しずつ理解するのが良いかと思います。

また、原子が異なる複数のエネルギー状態を取りうること、一つのエネルギー状態からもう一つのエネルギー状態への変化が起きるが、その変化は連続的ではなく、一気に別のエネルギー状態へ飛び移る形で起きることが分かってきました。

この辺りの説明は量子力学のモチベーションを理解するために必要ですが、完全な説明を与えようとするとそれだけで相当な時間を要するので、書き方が難しいのかなと思います。初学者が面食らってしまう理由の一つかと思います。しかも、初め光の粒子(量子)の話から入るのですが、そこから、主に電子のような物質粒子が、波でもある(物質波)という話になります。そしてその波を記述する波動方程式がシュレーディンガー方程式なのですが、その計算の話がメインになっていき、当面は量子(光子)は出てこないので、量子という言葉が結局何なのかという印象になる気がします。

原子のエネルギーが不連続になるのは物質波のシュレーディンガー方程式の解が不連続になるからなのですが、これは量子というよりは、波動の計算かと思うので、波動力学と言った方がよさそうです。

この本でのシュレーディンガー方程式の導出は不自然で、あまり一生懸命追う価値が無いと思うので(しかも説明なしに、唐突に波動関数として複素関数を導入する)、結果だけ受け入れて、導出の考え方はシッフ量子力学など、他の本を読んでみる方が参考になるかと思います。§1.5は初学者には絶対に分からないと思うので、流し読みして深く考えなくて良いかと思いました。どうせ何度も目にする内容ではあるので、ここであまり思い悩まない方が良い気がします。

また、ボーアやハイゼンベルクの、粒子の実体を考えることを放棄した思想を正当化しすぎている気がしてちょっと気になりました。この辺りは今でも異論があるところなので、筆者の考えを必ずしも受け入れる必要はない気がします。以前観測問題の記事で少しこういった話を書いてみたので、興味があれば読んでもらえると嬉しいです。

また少しずつ、この教科書に対するまとめのようなものを書いていけたらなと思います。

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