古典力学との関係とは? わかりやすく解説

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古典力学との関係

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/06/13 05:26 UTC 版)

ウィグナー関数」の記事における「古典力学との関係」の解説

古典力学的には、粒子決まった位置運動量持ち、その運動状態は位相空間上の一点により表現される多数の粒子集合体与えられたとき、位相空間内の特定の領域粒子みいだす確率はリウビル確率密度呼ばれる確率密度関数に従う。しかし、このような決定論的な取扱い量子力学的粒子に対して不確定性原理のために不可能である。ウィグナー関数古典的な確率密度分布同様に取り扱うことができるが、ウィグナー関数古典的な確率密度関数満すべき条件全て満たしてはいない。そのかわり古典的な分布が必ずしも満たさない有界性満たしている。 たとえば、ウィグナー関数古典的分布ではありえない負値をとることがよくある。そして、ウィグナー関数が負値をとることは量子干渉起きていることを示す指標である。ウィグナー関数ディラック定数 ħ よりも小さな位相空間体積における構造無視するような処理(たとえば 伏見表示後述)を得るために位相空間上のガウス関数畳み込むなど)を施すと、半正定値関数となり半古典形式粗視化できる。 負の値をとる領域存在しても、(幅の小さガウス関数畳み込んだ場合多く場合その領域は「小さく」なる。つまり、その領域は ħ の数倍より大きくなることはなく、そのため古典極限英語版においては消滅する。 これは、位相空間上で ħ よりも小さな体積をもつ領域粒子の運動状態を特定することはできないとする不確定性原理による遮蔽であり、「負の確率」という概念矛盾軽減している。

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古典力学との関係

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/07/07 08:15 UTC 版)

シュレーディンガー方程式」の記事における「古典力学との関係」の解説

波束局所化レベル上がっている。つまり、粒子がより位置局所化している。 プランク定数ゼロ近似したとき、粒子位置運動量正確にわかるようになる。これは古典的粒子等しい。 シュレーディンガー要求したのは以下のようなことである: 位置がr の近くであり, 波数ベクトルがk の近くあるよう波束を表す解は, k (従って速度)の広がりがr の広がり顕著に増やすようなことがないくらいに十分に短い時間内で, 古典力学決定される曲線を描く。 与えられたk の広がりに対して速度広がりプランク定数比例するから、プランク定数ゼロ近似したとき、古典力学での方程式量子力学から導出されると言われる。その極限どのように取られるか、またどんな状況でかという点で細心の注意払われる必要がある短波極限プランク定数ゼロ近似することと等価である。なぜならこれは、波束局在性極限まで強め, 粒子特定の位置局在化させることだからである(右図参照)。ハイゼンベルクの不確定性原理位置運動量に対して使うと、位置不確定性運動量不確定性の積は、ħ → 0に従ってゼロとなる。 σ ( x ) σ ( p x ) ⩾ ℏ 2 → σ ( x ) σ ( p x ) ⩾ 0 {\displaystyle \sigma (x)\sigma (p_{x})\geqslant {\frac {\hbar }{2}}\quad \rightarrow \quad \sigma (x)\sigma (p_{x})\geqslant 0\,\!} ここでσ は観測量偏差二乗平均平方根であり、位置x と運動量px (y とz についても同様)がこの任意の精度知られるのはこの極限においてでしかないということ示唆されるシュレーディンガー方程式一般式 i ℏ ∂ ∂ t Ψ ( r , t ) = H ^ Ψ ( r , t ) {\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}\Psi \left({\boldsymbol {r}},t\right)={\hat {H}}\Psi \left({\boldsymbol {r}},t\right)\,\!} はハミルトン-ヤコビ方程式 ∂ ∂ t S ( q i , t ) = H ( q i , ∂ S ∂ q i , t ) {\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}S(q_{i},t)=H\left(q_{i},{\frac {\partial S}{\partial q_{i}}},t\right)\,\!} と密接に関連している。 ここでS は作用、H は古典力学におけるハミルトニアン関数演算子ではない)。ハミルトン-ヤコビ方程式使われる一般化座標系qi (i = 1,2,3) は、r = (q 1, q 2, q 3) = (x, y, z ) としてデカルト座標系位置置き換えられる代入式 Ψ ( r , t ) = ρ ( r , t ) e i S ( r , t ) / ℏ {\displaystyle \Psi ({\boldsymbol {r}},t)={\sqrt {\rho ({\boldsymbol {r}},t)}}e^{iS({\boldsymbol {r}},t)/\hbar }\,\!} ここで ρ(r , t ) はシュレーディンガー方程式対す確率振幅である。この波動関数代入した方程式極限 ħ → 0を取りハミルトン-ヤコビ方程式を導く。 関わりあいは、 粒子動きシュレーディンガー方程式の(短波長)波束解で説明される)は、動きハミルトン-ヤコビ方程式により説明されるシュレーディンガー方程式波動関数含み、そのため波束解は(量子粒子位置が、波面あいまいに広がることを示している。それどころか、ハミルトン-ヤコビ方程式は、定位置運動量の(古典的粒子適用されその代わり軌道上の)位置運動量決定論的で、同時に知られる

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