こんにちわ。
量子力学の問題で分からなかったところがあるので質問させてください。
最初に問題を載せておきます。
問題
今考えているp状態の固有関数が,
ψ=f(r)cosθ=f'(r)rcosθ=f'(r)z
と表せるとすると,この関数がLzの固有状態にはなっているが,Lx及びLyの固有状態にはなっていないことを示せ。但し,Lx,Ly,Lzは以下のようにあらわせるとする。
Lx=yp_z-zp_y=-ih(y*d/dz-z*d/dy)
Lx=zp_x-xp_z=-ih(z*d/dx-x*d/dz)
Lz=xp_y-yp_x=-ih(x*d/dy-y*d/dx)
※p_x,p_y,p_xは運動量pのx,y,z成分,微分(d/dxなど)は本当は偏微分です。見づらくてすみません
という問題です。
固有状態になっていることを示すのだから,Lzにψ=f'(r)zを代入して求めればよさそうに思ったのですが,固有関数の具体的な関数が分かっていないし,どうしていいのかわかりません。ちなみに球座標に変換しなくても解けるみたいなことを言われました。
考え方だけでも教えていただけると嬉しいです。よろしくお願いします。
No.3ベストアンサー
- 回答日時:
物理をやっていない人が少しだけ囓るには少々きついですよね。
。>ψがL_zの固有関数だということを示すということは
L_zψ=(固有値)ψ
となって,
L_x,L_yについてはそうはならないということだと思っていたんですが,この方針で合ってますか?
>L_zψを計算していくと(計算ミスをしていなければ)0になっちゃったんですが
その場合
L_zψ=0ψ
と考えて(固有値は0だったということで)良いんでしょうか?
その通りです。
ただ、L_z ψ=0 の途中計算が間違っているかもしれないので、念のため確認をしておきます。
ψ=f(r)cosθ=f(r)z/r
となるので
∂_x ψ=z{(d/dr)(f(r)/r)}*(∂r/∂x)=z{(d/dr)(f(r)/r)}*x/r
∂_y ψ=z{(d/dr)(f(r)/r)}*(∂r/∂y)=z{(d/dr)(f(r)/r)}*y/r
を代入すると0となるわけです。
計算が大変ですが極座標で解くことも出来ます。
チェインルールを使い
∂/∂x=∂r/∂x*∂/∂r+∂θ/∂x*∂θ/∂x+∂φ/∂x*∂/∂φ
∂/∂y=・・・
∂/∂z=・・・
の∂r/∂x、∂θ/∂x、∂φ/∂xをごりごり計算してからL_zに代入しf(r)cosθの形のまま作用させれば同じ結果を得ます。
2度も丁寧にありがとうございます。計算はどうにか合っていたみたいです。
でも,他分野なんで本質的なところを理解するためには,
はまだまだ勉強する必要がありそうです。
親切にありがとうございました!!
No.2
- 回答日時:
>固有関数の具体的な関数が分かっていない
というところから本当に理解しているのか?とちょっと疑問に思います
まあ、それはいいとして
r^2=x^2+y^2+z^2
x=rsinθcosφ、y=rsinθsinφ、z=rcosθ
から(∂r/∂x)などがわかるので、そこからちまちま計算すればとけるかと
あと、極座標を使わなくてもこの各値が外積であることに気づけば解けます
専門は生物なんで物理はさっぱりなんです。すみません。
ψがL_zの固有関数だということを示すということは
L_zψ=(固有値)ψ
となって,
L_x,L_yについてはそうはならないということだと思っていたんですが,この方針で合ってますか?
L_zψを計算していくと(計算ミスをしていなければ)0になっちゃったんですが
その場合
L_zψ=0ψ
と考えて(固有値は0だったということで)良いんでしょうか?
No.1
- 回答日時:
波動関数ψはf(r)とf'(r)で与えられていますから、ψ=f'(r)zにL_zを作用させるのでなく ψ=f(r)cosθ に作用させてみましょう。
f(r)の具体的な関数形が分からなくとも、f(r)のx,y偏微分は合成関数の微分を使うと
∂_x f(r)=(∂_r f(r))(∂_x r)
と計算することが出来ます。
回答ありがとうございます!
ψ=f(r)cosθ で計算してみましたが
そうするとL_zψ=0 になってしまいました(計算ミスかもしれませんが)
L_x,L_yはゼロにはなりませんでした。
固有状態であることを示すということは,
L_zψ=(定数)ψ
になるということを示すということですよね?
L_zψ=0
ということは
L_zψ=0ψ
と考えて,うまくいったということでしょうか?
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 Wikipediaの「波動関数の収縮」のページには 《量子力学における波動関数の収縮または波動関数の 0 2023/04/08 19:19
- 数学 全微分について質問です。 z=f(x,y)のとき df=(∂f/∂x)dx+(∂f/∂y)dy ∂f 5 2023/02/24 05:46
- 数学 数学積分の問題です x=a(t+sint) y=a(1-cost) tは0〜π グラフの形は「ハ」を 3 2022/08/27 12:26
- 数学 数学微分方程式の問題です。次に書く問題を教えて欲しいです。上端を固定された長さlの棒の先に質量mの質 2 2022/04/29 21:27
- 数学 線形代数の2次元直交座標系、極座標系についての問題がわからないです。 2 2022/07/16 20:42
- 数学 【全微分について】 z=f(x,y) の全微分は df=(∂f/∂x)dx+(∂f/∂y)dy と表 1 2023/02/25 05:49
- 物理学 スピン 行列表示 固有状態 測定値 1 2022/08/16 18:39
- 物理学 無限に深い井戸におけるエネルギーと運動量の分布の矛盾 量子力学 3 2023/01/28 02:10
- au(KDDI) 特定の画面を見るとスマホが固まります ご覧頂き有難うございます。 特定のページを見るとスマホが固まり 1 2023/08/21 19:29
- 物理学 量子力学 球面調和関数 導出 方位角成分 微分方程式の解 2 2022/07/02 13:40
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
標的への斜方投射
-
-cosθがsin(θ-π/2)になる理由が...
-
電磁気の問題です
-
なぜ、θが微小なとき、tanθ≒θと...
-
格子定数の求め方,近似について
-
楕円振動の問題です
-
有限長ソレノイドコイルの中心...
-
中が中空の球の慣性モーメント...
-
【数学】梯子の角度はハシゴの...
-
大気の光学的厚さ(深さ)の計算
-
毛細管現象と表面張力について
-
文字説明になってしまうのです...
-
この問題を教えてください。(電...
-
合力の求め方
-
外挿法について
-
円錐の微小面積を教えて下さい。
-
くさび状態の2物体間のすべりの...
-
高校物理の問題について質問で...
-
重心について
-
材料力学のトラスの問題です
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
電磁気の問題です
-
なぜ、θが微小なとき、tanθ≒θと...
-
アインシュタインの縮約記法
-
機械設計のねじ
-
中が中空の球の慣性モーメント...
-
有限長ソレノイドコイルの中心...
-
-cosθがsin(θ-π/2)になる理由が...
-
高校物理の質問です。 【問題】...
-
標的への斜方投射
-
【数学】梯子の角度はハシゴの...
-
√3sinX−cosX≦√3 (0≦θ≦2π) のと...
-
太陽光の反射角の計算
-
くさび状態の2物体間のすべりの...
-
sinとcosの使い分けの仕方を教...
-
この問題を教えてください。(電...
-
フーリエ級数展開をExcelのFFT...
-
なぜsinθはθに近似できるのです...
-
変位と速度
-
格子定数の求め方,近似について
-
矩形波duty比を変えた場合のフ...
おすすめ情報