2024年度/1AJF011002

【水2】量子力学1 （2組） <前期>

量子力学は現代科学の核をなす重要な学問体系であり、主として電子や原子など微視的な物理現象を記述する学問である。電子物理工学では磁性・超伝導、半導体エレクトロニクス、結晶物理工学など多彩な量子現象や、それらを利用した量子デバイス・ナノエレクトロニクスについて学習する。本講義で学ぶ量子力学はそれらの学習の出発点にして重要な要素を担う。講義では量子力学の世界観を理解することを主な目標とし、また解析的に解ける問題を通して具体系への応用力を養う。

担当教員氏名

余越 伸彦

科目ナンバリング

AJFPHY21011-J1 (公大) / BEPHY2510-J1 (府大)

授業管轄部署

工学部

授業形態

講義

開講キャンパス

中百舌鳥

開講区分

週間授業

配当年次

2年 (公大) / カリキュラムにより異なります。 (府大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。学年指定なしの表記は、要覧等を確認してください。

単位数

2単位 (公大) / 2単位 (府大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

量子力学のフレームワークは古典力学のそれとは全く異なり、ときに古典的な直感に合わない概念を必要とする。そのため、その習得は非常に困難である。講義では、数学的処方箋にとどまらず、それらの概念について演繹的な理解の仕方を習得できるようにする。具体的には以下の５点の習得を目標とする。 １. 古典論の破綻と量子論の必要性を理解すること。 ２. 量子論における状態、物理量、測定値の概念を理解すること。 ３. 定常状態の概念と一般的性質を理解し、計算できるようになること。 ４．物理量の非可換性と不確定性関係の意味を理解すること。 ５. １次元定常問題の計算が解けること。

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	量子力学の概要と特徴（１）
第2回	量子力学の概要と特徴（２）	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第3回	光の粒子性とド・ブロイ波	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第4回	ブラケット記号, 固有値, 固有ベクトル, 射影演算子	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第5回	エルミート演算子と観測量・期待値	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第6回	偏光, スピン系	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第7回	演算子の交換関係と不確定性関係	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第8回	量子論と局所実在論	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第9回	時間発展とシュレディンガー方程式	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第10回	連続固有値の取り扱い	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第11回	時間に依存しないシュレディンガー方程式	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第12回	無限に深い井戸型ポテンシャル	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第13回	有限の深さの井戸型ポテンシャル	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第14回	１次元系波動関数の一般的性質	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第15回	トンネル効果	前回の講義ノートを勉強し、理解しておくこと。
第16回	定期試験

成績評価方法

授業目標 (達成目標) の1〜５の達成度で成績評価を行う。C (合格) となるためには1〜５の全ての項目について基礎的な事項を説明できることが必要である。 試験（７０点）と課題点（３０点）の総合点により評価する。

履修上の注意

量子力学の理論体系は古典力学のものとは大きく異なり、非常に抽象的なもののように思えるかもしれない。古典力学とのつながりや決定的な相違点について、講義を聞くだけで深く理解することは困難である。そのため到達目標を達成するには、自発的な授業時間外学習が不可欠である。随時レポート課題を課すが、それに限ることなく様々な問題演習を行うことは非常に有効である。また、講義ノートを自分なりに清書するだけでも理解を深めることにつながる。

教科書

「量子論の基礎」　清水明（サイエンス社）

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参考文献

現代の量子力学(上)　J．J．サクライ（吉岡書店） よくわかる量子力学　前野昌弘　（東京図書） 詳解理論応用量子力学演習　後藤 憲一など編（共立出版）

オフィスアワー

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