量子力学について教えてください

質問

振動、回転、並進の分配関数の導き方を教えてください。また良い解説書があったら教えていただけませんか？　初心者ですが，量子力学って理論物理ですか、実験物理ですか？　難しい式がいっぱい出てくるので最初、理論物理だとばかり思っていましたが，ホントは実験物理ではないのですか？　光が波動性と粒子性を持っているって、実験でわかったことですよね。それで、この事実に合わせるために、波動方程式をいじり、エネルギーは運動のエネルギーとポテンシャルエネルギーの和に等しいというニュートンの方程式に重ね合わせただけではないのですか？　結果，その方程式がいまのところ成功しているので、みんないつの間にかこれは純粋な理論物理だと思い込んでいるということはないですかね？　もしそうならこの理論？の将来って心細いですよね。将来この理論？に反する事実が見つかったらあっというまにお話がひっくりかえるということはありませんか？

回答No.6

noname#69788

バーロー物理化学を参考にしてみたらどうでしょう。

回答No.5

DC1394

振動の分配関数は以前ここで導きました。
http://okweb.jp/kotaeru.php3?q=922244

並進については、無限に深い井戸型ポテンシャルのシュレーディンガー方程式、
-h^2/(8π^2*m)d^2ψ(x)/dx^2 = Eψ(x)
を解き、基準エネルギーを0として、ボルツマン分布を使い、同様に各エネルギー順位の和を取ればいいだけです。
ただし、和を積分で近似する必要がありますが・・・

回転も同様にできます。

回答No.4

shiara

純粋な理論物理とはどういうものを言われているのか分かりませんが、全ての理論は、現実を説明するために苦労して作り上げたものです。極端な話、つじつまが合えばいいのです。その結果、人類に役に立つことがあれば、それで良いのではないでしょうか。
　現実をうまく説明するというのは、並大抵の努力では出来ません。そうやって、大勢の人にもまれた理論は、簡単にはひっくり返りません。量子力学がひっくり返ることは、まずないでしょう。

回答No.3

Yumikoit

物理は、理論物理と実験物理に分かれますが、力学や統計力学、電磁気学と同様、量子力学にも理論からなる部分と実験によって検証される部分があります。

現状をうまく説明するために、理論を組み立て、それによって説明される新しい事象を実験によって検証する…の繰り返しです。

また、ニュートン力学が量子力学や相対性理論などによって覆されるのではなく、ニュートン力学の範囲で説明されることは今でもニュートン力学の範囲で説明されます。
そういう意味において、古い理論が(全くの間違いでない限り)新しい理論によって根底から覆されるのではなく、新しい近似によってもっと別の事象が説明されるようになった、というだけの話です。

以上、量子加速器に携わる実験の研究室に、大学時代に所属していて、修士時代に統一場理論に関する研究をしていた立場からの意見でした。

回答No.2

noname#11476

>振動、回転、並進の分配関数の導き方を教えてください。
統計熱力学の教科書を読んでください。簡単に説明は難しいです。

>量子力学って理論物理ですか、実験物理ですか？
そういう区分けは、、、お聞きしたいのが実験につじつまを合わせるだけの概念のないものかどうかという問いであれば、概念があって成立しています。現象のつじつまを合わせただけではありません。

＞光が波動性と粒子性を持っているって、実験でわかったことですよね。
いえ。違います。あえて言うならば、、、プランクがすでに示唆していました。
光が波動、電磁波であることはすでにわかっていましたから、粒子性があるかどうかが焦点ですが、有名なのはアインシュタインによる光電効果の実験です。でもアインシュタインは量子力学の考え方に最後まで反対していた一人です。

＞波動方程式をいじり、エネルギーは運動のエネルギーとポテンシャルエネルギーの和に等しいというニュートンの方程式に重ね合わせただけではないのですか？
いえ。波動方程式とその後出てきたハイゼンベルグ表示の計算で、マクロにはニュートンの運動方程式そのほかに一致することが証明されました。それは後の話です。
（量子力学－＞ニュートン力学の計算は比較的簡単ですよ。大学時代に私も導出したことがあります。）

＞将来この理論？に反する事実が見つかったらあっというまにお話がひっくりかえるということはありませんか？
現実に多くのことがこれで説明できるから、ニュートン力学があくまである条件でしか成立しない（ミクロの世界では成立しない）ことがわかってもいまだに使うことが出来るように、量子力学はその適用限界を踏まえて使われ続けるでしょう。
ちなみに量子力学で証明されていないのはハイゼンベルグの不確定性原理です。
これはそう考えると説明がつくというだけで証明できていません。故にアインシュタインは反対していました。事実かどうかは不明ですが「神はさいころを振らない」といったとかいわないとか。

あ、実験的に導き出された話といえば量子力学の発端となった、プランクの熱放射式はまさに実験から導出した式です。この式の解釈をめぐってボーアさんその他の科学者がモデルを作っていったのです。
で、だんだんと話が複雑怪奇な理論先行の話しになっていくと、言いだしっぺだったプランクさんも量子力学の考え方には反対する人物の一人になりましたね。

では。

回答No.1

パんだ パンだ（@Josquin）

直接の答えではありませんが、
小出昭一郎著「量子論」「量子力学〈1〉」（裳華房　基礎物理学選書）
は他の本に書いてない歴史的なこと、量子論の考え方などが書いてあり、参考になると思います。

おっしゃるとおり、波動方程式は、ニュートンの運動方程式と同様に、実験結果に合うから使われているにすぎません。でも、ここまで実験結果の記述に成功してきているのですから、完全にお話がひっくり返ることはありえません（修正が入る可能性はありませすが）。