基礎量子工学

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古典力学に比べて、量子力学にはどうしても不思議さや難解さがつきまとい、一定の理解に到達するまでには慣れとそれなりの訓練が欠かせません。一方、現代では製品開発のような場においてもその原理が広く利用されるようになり、量子力学を理解することは全ての技術者・研究者にとって必須の課題となりつつあります。本講義では、典型的な例題をもとに、量子論の基本的な考え方を理解し、また、その使い方を習得して、4年次から始まる研究活動における土台を築くことを目的としています。

力学第一・第二 微分積分学第一・第二 線形代数学第一・第二 波動と光 電磁気学

なし

参考書:江沢洋「量子力学(I)」裳華房
:猪木慶治・川合光「基礎量子力学」講談社サイエンティフィック

第1回:量子力学が誕生する過程:粒子性と波動性
第2回:シュレディンガー方程式:古典論から量子論へ
第3回:シュレディンガー方程式:様々な特徴
第4回:波動関数の解釈(ボルンの確率解釈)
第5回:シュレディンガー方程式を解く(定常状態):古典力学との対応関係
第6回:シュレディンガー方程式を解く:(有限深さの)井戸型ポテンシャル(I:波動関数を求める)
第7回:シュレディンガー方程式を解く:(有限深さの)井戸型ポテンシャル(II:境界条件とエネルギー)
第8回:シュレディンガー方程式を解く:(有限深さの)井戸型ポテンシャル(III:解の物理的意味)
第9回:無限に深い井戸型ポテンシャルと期待値
第10回:期待値と揺らぎ
第11回:揺らぎと不確定性関係
第12回:不確定性関係と交換関係
第13回:古典論との関係:エーレンフェストの定理
第14回:応用例1:トンネル効果(流れ(の密度)という物理量)
第15回:応用例2:シュレディンガー方程式(時間に依存する場合)と外場による量子状態の遷移

単位取得には予習・復習が必須です。レポート課題を中心に、問題を解きながら理解を深めていくように努めてください。

評価方法:レポート30%, 期末試験70%
評価基準:下記の項目について評価する
1.量子論の基本的な考え方に対する理解。
2.シュレディンガー方程式に関する基本的な理解と具体的な対象へそれを適用できる力。
3.二重性、波動関数、期待値、ゆらぎ、不確定性原理、交換関係などの量子力学における重要な性質の物理的な意味を捉える力。

随時対応します。

数学的な形式の難しさに惑わされることなく、物理的なイメージを生き生きと掴んでほしいと思っています。学習を通して自然の奥深さを感じてもらいたいと願っています。物理学をはじめとする基礎科学はもとより、多くの先端科学技術の基礎となるもので、どのような分野に進んでも先々必ず役立つでしょう。

令和7年度は、対面を基本に、オンデマンドを適宜併用する形で授業を進めます。Google Classroom に関連の資料(講義動画・演習問題等)を置いていきます。まずは、Google Classroom への参加の手続きをおこなってください。