質問:
シュレディンガー方程式とスピン量子数
lily
2017-03-05 00:15:58 UTC
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スピン量子数はシュレディンガー方程式から導き出すことができないため、反対の電子スピンを予測することはできません。この理論でそれについて話さないとき、どうやってスピン量子数によって伝えられる情報を得るのかを尋ねるつもりです。

私の知る限り、非相対論的量子力学では、スピンの存在は仮定です。つまり、スピンが存在すると仮定します(そして、スピンが存在すると仮定する理由は、[見た](https://en.wikipedia.org/wiki / Stern%E2%80%93Gerlach_experiment))。
あなたの編集に関して、あなたは正確にどのような情報について話しているのですか?スピンは量子数0、1 / 2、1、...の角運動量の形であると仮定するという考え方です。角運動量はシュレディンガー方程式によって非常によく説明されているトピックであり、スピンは角運動量の形式であるため、スピン量子数に適用されるすべての規則は、角運動量の理論から単純に導き出されます。これには、非相対論的画像でも導き出せるパウリの排他原理が含まれます。作成する必要がある唯一の仮定は、スピンの存在そのものです。
そして、(たとえば)電子がスピン1/2を持っていると仮定すると、角運動量の規則から、粒子に許容される$ m_s $の値のために、「上」と「下」の状態を持っていることが自動的に続きます。 $ s = 1/2 $の場合、正確に$ + 1/2 $(「上」)と$ -1/2 $(「下」)になります。角運動量の詳細については、Atkins * Molecular Quantum Mechanics * chpt 4を参照してください。ただし、適切なQM教科書にはセクションがあります。
1 回答:
jheindel
2017-03-05 12:13:07 UTC
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良い質問です。

これは、シュレディンガー方程式以上のものが必要であることを示しています。非常に迅速に認識された別の問題は、シュレディンガー方程式が特殊相対性理論の精神にない空間次元とは異なる方法で時間を処理したことです。したがって、ポールディラックは、現在ディラック方程式と呼ばれるものを構築しました。ディラック方程式をクーロンポテンシャルで解くと、スピン、つまり電場の水素原子エネルギー準位の微細構造が自然に落ちます。

これはかなり技術的であることがわかり、私はしません。このために数学のいずれかを実行しようとしますが(すべてを完全には理解していません)、いくつかの一般的なケースのディラック方程式の解をここで見つけることができます。

オルソクレゾールが指摘するように、私たちは最初にシュテルン・ゲルラッハ実験で電子の固有の角運動量を観察したので、人々はこれが最初はどのように見えるかを推測し(これはシュレディンガー方程式でどのように使用されたか)、ディラックがやって来て説明しました人々が正しく推測したこと。これは、非相対論的で低エネルギーの場合、ディラック方程式がシュレディンガー方程式に還元されるという事実からも見ることができます。

シュレディンガー方程式に非相対論的という用語を使い続けるのはなぜですか?
@lilyディラック方程式は、シュレディンガー方程式の相対論的バージョンと考えることができます。相対論とは、特殊相対性理論に関連することを意味します。つまり、粒子が光速に近づいているときに正確です。
それはばかげているように思えるかもしれませんが、私が理解している限り、電子は光の速度に近づくことはできません。それで、なぜ相対論的な画像が必要なのですか。
確かに、原子価殻の電子は一般に光速に近い速度で移動しませんが、核電子は光速に非常に近い速度で移動することがよくあります。一般に、重い元素の核電子はより速く移動します。たとえば、金が金に見える理由と水銀が液体(室温)である理由の一部は、相対論的効果によるものです。 [こちら](https://chemistry.stackexchange.com/questions/16633/why-is-gold-golden)および[こちら](https://chemistry.stackexchange.com/questions/13667/why-does-)を参照してください水銀-低-融点-沸点/ 13671#13671)。
ディラックはスピンについて説明しなかった。スピンはディラック方程式に導入されたため、ディラック方程式に含まれています。さらに、ディラック方程式は有効な相対論的波動関数方程式ではなく、それに基づいて一貫した相対論的量子論を構築する初期の試みは放棄されました。


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