東京図書株式会社

基幹講座 物理学 量子力学

益川敏英 監修/植松恒夫・青山秀明 編/国広悌二 著

A5判 352頁 定価 3850円
ISBN 978-4-489-02294-4 C3342
2018年9月刊行

◎京都大講義ノートを基に自己完結的になるようまとめた。量子力学をこれ一冊で !

シュレーディンガー方程式の復習から量子力学の一般的枠組みへ。対称性と保存則、回転変換の表現と一般化された角運動量、電磁場中の荷電粒子、時間に依存しない/する場合の摂動論などを扱う。著者が学生時に躓いた点を意識して丁寧に解説した凝縮された一冊。

■監修者

益川敏英(ますかわ としひで)

名古屋大学素粒子宇宙起源研究機構長・特別教授
京都産業大学益川塾塾頭
京都大学名誉教授

■編集者

植松恒夫(うえまつ つねお)

京都大学国際高等教育院特定教授/名誉教授

青山秀明(あおやま ひであき)

京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻教授

■執筆者

国広悌二(くにひろ ていじ)

京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻教授(~2018年3月)
現在、京都大学名誉教授

第1章 序:量子力学への道
1.1  溶鉱炉の温度と色:Planckの量子仮説
1.2  原子の安定性と原子スペクトル
1.3   de Broglie波長:物質波
1.4  古典力学における変分原理と隠れた波動性
第2章 Schrodinger方程式
2.1  時間に依存するSchrodinger方程式
2.2  波動関数の意味:確率解釈
2.3  確率の保存と確率の流れ
2.4  定常状態
2.5  束縛状態についての一般的注意
2.6  1次元ポテンシャルによる束縛状態
2.7  1次元箱型ポテンシャルにおける束縛状態
2.8  パリティ:対称ポテンシャルに対する波動関数の偶奇性
2.9  振動定理:束縛状態のノード(節)の数
2.10 1次元調和振動子

2.11  定常状態:ポテンシャル散乱
第3章 量子力学の一般的枠組み
3.1  基本方程式の線型性と線型演算子としての物理量
3.2  内積の定義されたベクトル空間:Hilbert空間
3.3  Hermite共役,Hermite演算子
3.4  Diracの「ブラ・ケットベクトル記法」
3.5  Hermite演算子の固有値と固有関数の重要な性質
3.6  運動量の固有関数とその規格化
3.7  固有ベクトルの完全性と確率解釈:変換理論
3.8  波動関数φ(r)の新たな意味づけ:位置の固有状態
3.9  演算子の行列表示
3.10 1次元調和振動子の代数的解法
3.11 コヒーレント状態
3.12  最大可換観測量の組:純粋状態
3.13  正準量子化
3.14  曲線座標での正準量子化
3.15  複合系の表現:ベクトルのテンソル積
第4章 物理量の時間変化
4.1  時間発展演算子
4.2  期待値の時間変化
4.3  h-展開:WKB近似
4.4  Schrodinger表示とHeisenberg表示
4.5  時間に依存するSchrodinger方程式の初期値問題の解と量子力学的因果律
4.6  定常波解による初期値問題の解の構成
コラム:ラグランジアンと量子力学
第5章 2,3次元のポテンシャルによる束縛問題
5.1  2次元調和振動子
5.2  3次元系:2粒子系問題の1体問題への還元
5.3  運動エネルギー演算子の動径と角度部分への分離
5.4  軌道角運動量
5.5  角運動量の固有値問題
5.6  軌道角運動量:球面調和関数
5.7  動径波動関数:運動エネルギーのHermite性と境界条件
5.8  3次元等方調和振動子
5.9  Coulombポテンシャル
5.10  補遺:Laguerreの(陪)方程式とLaguerreの(陪)多項式
第6章 量子力学における対称性と保存則
6.1  準備
6.2  対称性と縮退
6.3  能動的な変換と簡単な例
6.4  一般の変換の表現:Wignerの定理
6.5  Galilei変換
第7章 回転変換の表現と一般化された角運動量
7.1  回転の表現
7.2  回転による状態ベクトルの変換:能動的な回転変換
7.3  一般化された角運動量の定義
7.4  スピン
7.5  軌道角運動量とスピン
7.6  回転行列:D関数
7.7  角運動量の合成:Clebsh-Gordan係数
7.8  既約テンソル
第8章 力学的対称性
8.1  2次元等方調和振動子:準スピン形式
8.2  水素原子の隠れた対称性とエネルギーの縮退
第9章 離散的な変換
9.1  空間反転:パリティ
9.2  時間反転
第10章 電磁場中の荷電粒子
10.1  古典論
10.2  量子論
10.3 Heisenberg表示での議論:古典論との対応
10.4  確率流
10.5  軌道運動による磁気モーメント
10.6  一様磁場中の荷電粒子:Landau準位とその縮退度
10.7  結合状態に対するAharonovーBohm効果 ― ゲージポテンシャルの「実在性」
10.8  荷電粒子がスピンを持つ場合の磁場との相互作用
10.9  補遺:Bessel関数について
第11章 時間に依存しない場合の摂動論
11.1  はじめに
11.2  準備:摂動論に現れる線型方程式の解の構造
11.3  縮退のない場合
11.4  縮退のある場合
11.5  Brillouin-Wigner型の摂動論
11.6  様々の動径関数の期待値<rk>を求めるための便利な方法
第12章 非摂動的な近似法
12.1  変分法
12.2  WKB近似
第13章 時間に依存する摂動論
13.1  はじめに
13.2  遷移確率が厳密に求まる例:磁気共鳴
13.3  相互作用描像
13.4  逐次近似解の構成(摂動展開)
13.5  例:時間に依存しないV^がある時刻から働きだす場合
13.6  観測されるエネルギーE_nの誤差を取り入れる取扱い
13.7  摂動ポテンシャルが時間的に振動している場合
13.8  初期定常状態に対する摂動補正:くりこみ
第14章 同種粒子からなる多体系の量子力学入門
14.1  同種粒子系
14.2  多電子系のHamiltonian
14.3  2電子系
14.4  Hartree-Fock方程式と多電子原子の構造
14.5  Fermi気体
第15章 統計演算子:純粋状態と混合状態
15.1  統計演算子:純粋状態の場合
15.2  混合状態
15.3  量子統計
15.4  統計演算子の満たす運動方程式
15.5  複合系:統計演算子の部分和と混合状態
コラム:Wigner関数