Up 「波動関数」とは 作成: 2019-08-24
更新: 2019-08-24


    シュレーディンガー方程式は,1次元空間だと \[ \big( i \hbar \frac {\partial} {\partial t} \big) \, \psi = \big( \frac {1} {2m} \big( - \hbar^2 \frac {\partial^2}{\partial x^2} \big) \big) \, \psi \] 3次元空間だと: \[ \big( i \hbar \frac {\partial} {\partial t} \big) \, \psi = \big( \frac {1} {2m} \big( - \hbar^2 \big( \frac {\partial^2}{\partial x^2} + \frac {\partial^2}{\partial y^2} + \frac {\partial^2}{\partial z^2} \big) \big) \big) \, \psi \] ここで,
      \[ \hbar = \frac{ h }{ 2 \pi } \]

    シュレーディンガー方程式には,\( {\it i} \) が含まれている。
    複素数のことを「虚の数──2次方程式がつねに解をもてるよう無理やり導入した数」と学校で教えられた者は,この \( {\it i} \) に躓くことになる。

    「数」は,「ベクトルのスカラー」がこれの意味である:
      直線ベクトルのスカラーが,実数
      平面ベクトルのスカラーが,複素数
      空間ベクトルのスカラーが,四元数
      ──といったぐあい。
    そこで,シュレーディンガー方程式の \( {\it i} \) は,探究の対象に潜在する2次元実ベクトル空間構造を示唆していることになる。


    実際,1次元空間におけるシュレーディンガー方程式は,「波動関数」の形の
      \[ \begin{align} \psi (x, t) & = cos \big( \frac {p}{\hbar} x - \frac {E}{\hbar} t \big) + i \, sin \big( \frac {p}{\hbar} x - \frac {E}{\hbar} t \big) \\ & = e^{ i\ \frac { 2 \pi }{ h }\ ( p x - E t ) } \\ \end{align} \]
    が \( \psi \) の最も簡単な解になるのであるが,これは \[ \qquad \frac { 2 \pi }{ h }\ ( p x - E t )\ \;[ラジアン] \] の回転である。


    \( \psi \) に対しては,ボルンの「<存在確率>密度」解釈が成り立つ:
      1次元空間
        \( t \) を固定したとき,\( x \) の近傍の微小長さ (線分) \( dx \) 内に粒子が見出される確率は
          \( | \psi (x, t) |^2 \; dx \)
      3次元空間
        \( t \) を固定したとき,\( (x, y, z) \) の近傍の微小体積 (直方体) \( dV = dx \,dy \,dz \) 内に粒子が見出される確率は
          \( | \psi (x, y, z, t) |^2 \; dx \,dy \,dz \)

    波動関数 \[ \psi (x, t) = cos \big( \frac {p}{\hbar} x - \frac {E}{\hbar} t \big) + i \, sin \big( \frac {p}{\hbar} x - \frac {E}{\hbar} t \big) \] は1次元空間の場合であり,<存在確率>密度はつねに1である: \[ \quad | \psi (x, t) |^2 = 1 \]
    そこで波動関数 \( \psi \) に対する見方であるが,これは<存在位相>ということになる。 ──絶対値2乗が<存在確率>密度になるところの,<存在位相>。