シュレディンガー方程式は、暗記するものではない。1926年の発見を、自分の手でやり直そう。

量子力学の心臓 iℏ∂ψ/∂t=Ĥψ。教科書では天から降ってくるこの式は、実は「波を数式で書く」「波から運動量とエネルギーを取り出す」「エネルギー保存則に代入する」という、たった3手で組み上がる。このクエストでは、波の式・複素数・E=hνp=h/λ・微分と、必要な道具を一つずつそろえて、シュレディンガーが1926年にやったことを自分の手で再現する。そして組み上げた方程式を実際に解いて、エネルギーが「飛び飛び」になる瞬間まで見届ける。

クエストを選ぼう!

ステージ1から順番にクリアしよう(前のステージをクリアすると次が解放されます)

1
sin と波⏱ 約10分
波を数式で書く

方程式の主役は波。ならばまず、波そのものを数式にできなければ始まらない。sin の定義から、動く波の式まで一気に組み立てる。

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2
e⏱ 約10分
回る矢印 e

なぜ量子力学は複素数を使うのか。オイラーの公式で「波=回る矢印」と見抜くと、微分が驚くほど簡単になる。その仕掛けを先に手に入れる。

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3
E=hν・p=h/λ⏱ 約10分
光の粒と物質の波

プランクとアインシュタインが光に見つけ、ド・ブロイが電子に裏返した2本の翻訳ルール。粒の言葉と波の言葉をつなぐ辞書を用意する。

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4
∂/∂x・∂/∂t⏱ 約11分
微分という検出器

波を x で微分すると運動量が、t で微分するとエネルギーが飛び出してくる。導出の最大の山場、「演算子」の発見。

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5
E=p²/2m+V⏱ 約10分
方程式が生まれる瞬間

エネルギー保存則に、手に入れた検出器を代入する。3つの道具がカチリと噛み合い、シュレディンガー方程式が目の前で組み上がる。

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6
井戸型ポテンシャル⏱ 約11分
箱の中の電子

組み上げた方程式を、いちばん簡単な問題で実際に解く。ギターの弦と同じ理屈から、エネルギーの「飛び飛び」が自動的に出てくる。

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7
|ψ|²⏱ 約10分
ψ の正体

計算はできた。でも ψ とは何なのか。シュレディンガー本人も間違えたこの問いに、ボルンが出した答え――「確率の波」を検証する。

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8
定常状態⏱ 約10分
定常状態と時間発展

「時間に依存しない方程式」との関係を整理し、原子が安定な理由と、方程式が水素原子で成し遂げたことまで。旅の総まとめ。

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