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量子物理学は、量子力学または量子理論とも呼ばれ、超低温での素粒子、光子、特定の物質のスケールでの物質とエネルギーの振る舞いと相互作用を記述する物理学の一分野です。量子ドメインは、粒子の「アクション」（または、モーメントまたは角運動）が、プランク定数と呼ばれる非常に小さな物理定数の数桁以内にある場所として定義されます。

手順

8のパート1：プランク定数

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   物理学におけるプランク定数の意味について学ぶことから始めます。 量子力学では、作用の量はプランク定数であり、通常は H。同様に、相互作用する素粒子については、 角運動量 は、次の式で示される縮小プランク定数（2πで除算）です。 ħ そしてディラック定数と呼ばれる。プランク定数の値は非常に小さく、その単位は角運動量の単位であり、作用の概念は最も一般的な数学的概念です。その名の通り 量子力学 角運動量などの特定の物理量は量のみが変化する可能性があることを示します 控えめな （有限）、連続的（類似）ではありません。
   • たとえば、原子または分子に結合している電子の角運動量は量子化され、縮小されたプランク定数の複数の値のみを持つことができます。この量子化は、一連の整数一次量子数の電子軌道を生じさせます。対照的に、近くにあるゆるい電子の角運動量は量子化されません。プランクの定数は、光の量が光子である光の量子理論でも役割を果たし、物質とエネルギーは原子に付着した電子の原子の電子遷移、つまり「量子跳躍」を通じて相互作用します。
   • プランク定数の単位は、エネルギーx時間の観点でも見ることができます。たとえば、粒子物理学の分野では、仮想粒子の概念は、ほんのわずかな時間だけ真空中に自然に現れ、粒子間の相互作用に役割を果たす粒子を指します。これらの仮想粒子の限界寿命は、粒子のエネルギー（質量）とその寿命の積です。量子力学は広い分野ですが、そのすべての数学にはプランク定数が含まれます。

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   質量のある粒子について学びます。 これらの粒子は、量子-古典的遷移を受けます。自由電子はいくつかの量子特性を持っていますが、 スピン、それが原子に近づき、（おそらく光子を放出することによって）減速すると、そのエネルギーがイオン化エネルギーを下回るにつれて、古典的振る舞いから量子的振る舞いに移行します。その後、電子は原子に結合し、原子の核に対するその角運動量は、電子が占有できる軌道の量子化された値に制限されます。遷移は突然であり、不安定な動作を示して安定する機械システムの遷移と比較できます。または、カオスになる単純な動作のシステム、またはロケットが脱出速度を下回って減速し、星または他の天体の軌道に入るシステム。対照的に、質量のない光子は、このような遷移を受けません。他の粒子と相互作用して消えるまで、変化を受けずに空間を移動します。夜の空を見ると、ある星からの光子が光の年の空間を変化せずに進み、網膜の分子内の電子と相互作用し、それらのエネルギーを転送して消滅しました。

8のパート2：新しいアイデア

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   量子論で提示された新しいアイデアに従ってください。 次のものを含む、それらに慣れる必要があります。
   1. 量子ドメインは、私たちが毎日経験する世界とは多少異なるルールに従います。
   2. アクション（または角運動量）は連続的ではありませんが、小さいが離散的な単位で提供されます。
   3. 素粒子は粒子と波の両方として振る舞います。
   4. 特定の粒子の動きは本質的にランダムであり、確率に関してのみ推定できます。
   5. プランク定数で許容される精度を超えて、粒子の位置と運動量を同時に測定することは物理的に不可能です。位置の測定が正確であればあるほど、現時点での精度は低くなり、逆もまた同様です。

8のパート3：波動粒子の双対性

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   波-粒子双対性または物質-エネルギー双対性とも呼ばれる波動粒子双対性の概念を研究します。 彼はすべての物質が波と粒子の性質を示すと仮定している。量子力学の中心的な概念であるこの双対性は、「粒子」や「波」などの古典的な概念では、量子スケールでのオブジェクトの動作を完全に説明できないことを指します。
   • 物質の二重性に関する完全な知識を得るためには、コンプトン効果、光電効果、物質波、黒体放射に関するプランクの公式の概念を知る必要があります。これらすべての効果と理論は、物質の二重の性質を証明しています。
   • 科学者によって行われた光のさまざまな実験は、光が二重の性質を持っていることを証明しています。つまり、光は粒子としても物質としても振る舞います。 1901年、マックスプランクは、明るい物体が発する観測可能な光のスペクトルを再現するための分析を発表しました。そのために、彼は数学的仮説を詳しく述べなければなりませんでした このために 放射線を放出する振動子（黒体原子）の量子化されたアクション。次に、アインシュタインは、電磁放射自体が光子で量子化されるものであると提案しました。

8のパート4：不確実性

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   不確実性の原理を研究します。 彼は、非常に高い精度で同時に決定することは不可能であり、同時に、位置やモーメントなどの特定の物理特性のペアを決定することは不可能であると述べています。量子物理学では、粒子はこの現象を発生させる波束として記述されます。粒子の位置の測定について考えてみましょう。どこでもかまいません。パーティクルの波束の振幅はゼロではありません。つまり、その位置は不明です。波束のどこにでもある可能性があります。位置の正確な読み取り値を取得するには、このウェーブパケットを可能な限り「圧縮」する必要があります。つまり、正弦波の数を増やして形成する必要があります。粒子の運動量は、これらの波のいずれかの波数に比例しますが、任意の波にすることができます。したがって、位置のより正確な測定、より多くの波を追加することは、モーメントの測定がより正確でなくなることを意味し、逆もまた同様です。

8のパート5：波動関数

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   波動関数について学びます。 これは、粒子または粒子のシステムの量子状態を記述する量子力学の数学ツールです。これは通常、波動粒子の双対性に関連する粒子特性として適用され、where（位置、時間）と呼ばれ、|ψ|これは、特定の時間と位置で粒子を見つける可能性と同じです。
   • たとえば、水素やイオン化されたヘリウムなど、単一の電子を持つ原子では、電子波動関数がその振る舞いを完全に説明します。これは、可能な波動関数の基礎を形成する一連の原子軌道に分解できます。複数の電子を含む原子または複数の粒子を含むシステムの場合、基礎となる空間はすべての電子の可能な構成であり、波動関数はこれらの構成の確率を表します。
   • 波動関数に関する問題を解決するには、複素数に精通している必要があります。その他の前提条件には、線形代数、完全な分析のためのオイラーの公式、およびブラケット表記法が含まれます。

8のパート6：シュレーディンガーの方程式

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   シュレーディンガー方程式を理解する。 物理システムの量子状態が時間とともにどのように変化するかを説明します。ニュートンの法則が古典力学の中心であるのと同様に、量子力学の中心でもあります。この方程式の解は、分子、原子、原子以下のシステムだけでなく、巨視的なシステム、さらには宇宙全体をも表します。
   • 最も一般的な形式は、時間依存のシュレーディンガー方程式であり、時間の経過に伴うシステムの進化を表します。
   • 定常状態のシステムでは、この方程式で十分です。彼女の近似解は、エネルギーレベルや原子や分子の他の特性を計算するためによく使用されます。

8のパート7：量子オーバーレイ

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   量子重ね合わせを理解する。 これは、シュレディンガー方程式の解の量子力学の性質を指します。方程式は線形であるため、特定の方程式の解の線形結合もその解になります。この線形方程式の数学的特性は、重ね合わせの原理として知られています。量子力学では、これらの解は通常、電子のエネルギーレベルのように垂直に変換されます。したがって、状態の重ね合わされたエネルギーはキャンセルされ、演算子（任意の重ね合わせ状態）の期待値は、個々の状態における演算子の期待値に、その状態にある重ね合わせ状態の割合を掛けたものになります。

8のパート8：クラシックパノラマを無視する

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   物理学の古典的な概念を放棄します。 量子力学では、粒子の経路はまったく異なる方法で考えられており、古い量子理論は原子仮説を理解するためのモデルにすぎません。
   • 古典力学では、粒子の経路はその軌道によって決まりますが、量子力学では、粒子が移動できる経路がいくつかあります。この真実は、電子が波動粒子の双対性に従って振る舞う二重スリット実験に隠されており、その考えはファインマンの経路積分の定式化によって明確に説明されています。
   • 量子力学では、正規化定数は、粒子を見つける確率が1であることを保証します。
   • 最高レベルの量子力学を理解するには、ボーアモデルを完全に無視してください。その理由は簡単です。さまざまな軌道レベルでの電子の正確な経路を決定することは不可能です。
   • 量子力学が古典的な極限に近づく場合、たとえばhがゼロになる傾向がある場合、結果は古典理論に最も近いものに近似します。
   • 量子力学では、古典的な結果は期待値を使用して取得され、最良の例はエーレンフェストの定理です。演算子メソッドを使用して導出されます。

チップ

• 量子物理学の前提条件には、古典力学の概念、ハミルトニアン、干渉、回折などのさまざまな波動特性が含まれます。適切な教科書や参考書を参照するか、物理学の先生に聞いてください。高校の物理学とその前提条件を理解する必要があります。また、大学レベルで少し数学を学ぶ必要があります。
• 高校で数値物理学の問題を解いて、量子物理学の数学的問題を解決するために必要な概念を実践します。
• YouTubeでこのテーマに関する一連の講義があります。