「よくわかる量子力学」を読むためのシミュレーション


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 このページでは、量子力学を理解するために必要なシミュレーションプログラムをまとめました。東京図書「よくわかる量子力学」の内容にリンクしています。

 以下のうち、(Java)とあるのはjavaアプレットによるプログラムのページ、(Java3D)とあるのは、特にjava3dを使ったアプレットのページ、(FLASH)とあるのはflash player10以上によるプログラムのページです。

(Java)のページのプログラムを実行するには、
  javaをインストールする必要があります(すでにインストールされているかもしれません)。
 うまく動かないという人はjava.comにいってjavaをダウンロードしてインストールしてみてください。

(Java3d)のページのプログラムを実行するには、
 ↑に書いたsunのjavaの他に、java3dをインストールする必要があります(java3dをすでにインストールしている人は少ないかもしれません)。
 ここで ダウンロードしてください。「1.5.1 API Download」(これより新しいバージョンがある時はそっちの方がいい)を選び、「Download」ボタンを押し、自分の使っているマシン (LinuxやWindowsなどを選んでください。x64は64ビットバージョンなので気をつけて)。
(FLASH)のページのプログラムを実行するには、
 flash player10以上をインストールする必要があります(すでにインストールされている場合が多いと思います)。
 まだの場合は、ここでダウンロードしてください。

このプログラムを、ネットにつながないで実行したい時、
 この頁内のファイル(実行ファイルとソースファイル)をLHAで圧縮・アーカイブしたファイルがありますのでダウンロードしてください。
 htmlファイル、もしくはswfファイルは、ブラウザで実行できます。
 javaを含むhtmlファイルは、javaの開発環境に含まれている、appletviewerを使って見ることもできます。

単スリットを通り抜けた光(JAVA)

「よくわかる量子力学」p20

ヤングの実験(JAVA)
 ヤングの実験をアニメーションで見せます。

黒体輻射のスペクトル(JAVA)
 プランクの黒体輻射の「色」とスペクトルの形を見せるプログラムです。
「よくわかる量子力学」p23

空洞放射の形(JAVA)

 空洞放射のいろんなモードと、その重ね合わせを見るプログラムです。

デルタ関数(JAVA)
 波をどんどん重ねていくことでデルタ関数ができあがる様子を見せます。

「よくわかる量子力学」p60
(ただし、ここでは波数を連続的に変化させていません)



フーリエ級数(JAVA)
 三角関数を足していくことで、矩形波ができる様子を見せます。


ボーア模型(JAVA)
 ボーアの水素原子模型が、波で表現するとどうなるのかを示します。

波束(JAVA)
 位相速度と群速度を説明するプログラムです。
「よくわかる量子力学」p68
屈折の法則(JAVA)
 屈折の法則を「波が強め合うところが残る」という原因だと説明するプログラムです。

「よくわかる量子力学」p51
屈折の法則2(JAVA)
 波束の運動も含めて屈折を説明し、群速度の変化も見ることができるプログラムです。
落体の運動と物質波(JAVA)
 放物運動を「物質波の屈折」と解釈した時、どのように見えるかを説明するプログラムです。
レンズによる集光(JAVA)
 レンズがどのように光を集めるのかを説明するプログラム。不確定性原理の説明の時、「なぜレンズの光を集める能力に限度があるのか」を説明するのに使えます。
箱に閉じ込められた波動関数(JAVA)

箱に閉じ込めれた光(JAVA)

↑と似ていますが、振動数と波長の関係が違います。

ポテンシャルの壁を通過する波動関数(JAVA)

有限深さの井戸に束縛された波動関数(JAVA)


有限深さの井戸で、束縛されていない波動関数(JAVA)


ポテンシャルの差を透過する波(JAVA)

周期的ポテンシャル内の波動関数(JAVA)
 1次元周期ポテンシャル内を進行する波が、特定の波長しか存在できなくなること(バンド構造)を示すプログラムです。

調和振動子の波動関数(JAVA)
 いろんなモード、およびその貸さな合わせの調和振動子の波動関数を描きます。

球面調和関数(JAVA)
 球面調和関数を、色で表現します。


 全てのファイルをLHAでまとめたものがこれ(QMJava.lzh)です。ダウンロードして解凍すると、ネットワークをつながなくてもパソコン上で以上のプログラムを使うことができます。

 プログラムを動かすには、ブラウザを使う方法と、appletviewer(javaの開発環境の中に入っています)を使う方法があります。どちらでもかまいませんが、appletviewerを使うとプログラムの窓の大きさなども自由に変えられる点が便利です。

 javaの開発環境は、SUNのこのページからダウンロードできます。JDKの「ダウンロード」とあるボタンを押して、後は環境(platform)を(WindowsかMacかLinuxか、自分の使っている環境を)選んで、「I agree to the following〜」とある文章の前のチェックボックスをチェックした後でcontinueを押してダウンロードしましょう。
 ダウンロードしたファイルを実行するとJavaの開発環境がインストールされます。
 Windowsの場合、appletviewerは、C:\Program Files\Java\jdkなんとか\bin\に入ります(なんとかの部分にはバージョン番号が入る)。これをダブルクリックしてもだめです。

 「コマンドプロンプト」を出して、

C:\Program Files\Java\jdkなんとか\bin\appletviewer なんとか.html

と入力する必要があります(なんとか.htmlは実行したいjavaアプレットを含むhtmlファイルです)。

 プログラムを動かすだけなら、開発環境は不要です。その場合は、SUNのjavaの広場のページにいってjavaをダウンロードしてインストールしてみてください。

 なお、このページのプログラムの利用・改造・再配布などは御自由になさってくだってかいまいません。