共有結合を複素数の概念で理解する手法はありますか

質問

電子が二つの原子核のあいだを行き来するような感じを複素数の概念で説明できるのでしょうか。

回答No.4

QCD2001 · ベストアンサー

Ｎｏ．１、３です。

もしかすると、質問の意図を私が誤解していたかもしれないので、もう一度コメントします。

共有結合を複素数の概念で理解する方法はありますか

というご質問でした。
共有結合の理解の仕方はいろいろあるかと思いますが、それらのうちで、
種々の他の方法ではなく

複素数の概念を用いた理解方法のみ

を抽出して提示してほしい
というご質問だと思ったのですが、
お礼コメントをみると、質問者さんが欲しいのは

共有結合を理解したい
そのための方法として複素数の概念を使うことは重要ではない

ということでしょうか？

複素数の概念を使うことが最も重要であって、
他の理解方法についは回答する必要がない

ということであるなら
そのような方法はない
というのが回答になります。

複素数の概念を使うことではなく
共有結合を理解すること
の方が重要であるのなら、

電子が右回りに自転している電子と、左回りに自転している電子とがペアを組んで2つの原子の間を行ったり来たりすると、引力が生じる。
と思ってください。
より正確には、エネルギーが低くなるので、引力になるのですが、
これにはエネルギーを計算する必要があるので、量子力学の本を読んでください。ということになります。

お礼

先のご教示でもエネルギーが低くなるので、結合が安定するということを教えていただきましたが、今回さらにそれが引力でもあるということで複素数などを用いないでも自分なりの理解ができるかもしれないと思うようになりました。しかし粒子と波動の対比で軌道はフィクションらしいので、この辺も勉強できればと思っています。

回答No.3

QCD2001

Ｎｏ．１です。

物理学の専門家になる人向けの入門書には、たいてい水素分子の共有結合の計算が解説してあります。
私は30年前に千葉大の物理科で、物理の学生向けの入門書であるShiffの量子力学を教科書として使い勉強しました。

量子論的な現象は、日常的な現象とは大きくかけ離れた性質があるため、日常的な現象を記述するための、日本語や英語や中国語やスワヒリ語などの「自然言語」では適切に表現することができません。
そこで、こういった現象を表現するために複素数とか群論とかいった「数理言語」を使います。
これは表現するための「道具」として数理言語を使って「表現」したというだけであって、その数理言語の「概念」を使って「説明」したのではありません。

質問者さんは

「電子が二つの原子の間を行き来する」

と英語でも中国語でもスワヒリ語でもなく、日本語という言語を使って表現しました。
では日本語で表現したのであるなら、「英語でも中国語でもスワヒリ語でもない日本語」の「概念」で「説明」ができるでしょうか？
というより「日本語の概念（日本語を使って表現した概念ではない）」とはいったい何でしょう？

「複素数の概念」とは何でしょう？

共有結合というのは、前の回答でも書いたように、2つの電子が2つの原子の間を行ったりきたりすると総エネルギーが小さくなることによります。エネルギーを計算する際に、確率振幅から計算しなければならないので、計算を簡便にする道具として複素数表現を使いますが、「複素数の概念」による「説明」はしていません。

複素数は表現のための道具に過ぎないので、その道具の「概念」は道具としての「利便性」とは関係がありません。

お礼

難しいお話ですが自分なりに理解できるようにしてみます。

回答No.2

leo-ultra

フィリップスという人が半導体の共有結合を複素数で表していたような気がします。
吉岡書店の半導体結合論という本をご覧下さい。

お礼

私の理解できないものかもしれませんが、さっそく探して読んでみたいと思います。

回答No.1

QCD2001

私が知る限りでは、そのような手法はありません。

複素数は２次元をＸ，Ｙといった座標を使わずに表現する手法です。
一方、共有結合は、２つの電子のエネルギーの総和を計算すると、それぞれが別の原子の周囲を回っているより、２つの原子の間を行き来する状態の方がエネルギーが少なくなることによるものです。

そもそも別の概念なので、複素数の概念で共有結合を説明できるとは思いません。

お礼

シュレーディンガー方程式に虚数が出てくることとは関係がないのでしょうか。