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量子化された電磁場 : ミニ英和和英辞書
量子化された電磁場[りょうしか]
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〔語彙分解〕的な部分一致の検索結果は以下の通りです。

: [りょう]
 1. amount 2. volume 3. portion (of food) 4. basal metabolic rate, quantity
量子 : [りょうし]
 (n) quantum
量子化 : [りょうしか]
 【名詞】 1. quantization 2. quantisation
: [こ, ね]
 (n) first sign of Chinese zodiac (The Rat, 11p.m.-1a.m., north, November)
: [か]
 (suf) action of making something
電磁 : [でんじ]
 (n) electromagnetic (physics)
電磁場 : [でんじば]
 (n) electromagnetic field
磁場 : [じば]
 【名詞】 1. magnetic field 
: [ば]
 【名詞】 1. place 2. field (physics) 

量子化された電磁場 ( リダイレクト:電磁場の量子化 ) : ウィキペディア日本語版
電磁場の量子化[でんじばのりょうしか]

電磁場の量子化(でんじばのりょうしか)とは、電磁場量子化することである。量子化によって電磁場は光子の集まりであることがわかる。つまり、光子の状態を表す電磁ポテンシャルの時間微分が電場、空間微分が磁場である。
電磁場の量子化には2通り考えられる。1つ目の方法は、場の量子論の知識によって古典的な電磁場を量子化して、量子化された電磁場を得る方法である。
2つ目の方法は、古典電磁気学解析力学によって「古典的な電磁場は、無限個の古典的な調和振動子の集まりと等価である」ことを示し、その調和振動子を量子力学の知識によって量子化する。すると無限個の量子的な調和振動子を得られるが、それを量子化された電磁場と考える。以下ではこちらの方法について述べる。
==古典的な電磁場と調和振動子==
体積''V'' = ''L''3の立方体に閉じ込められた電磁場を考える。この電磁場は、電場E(r,''t'')と磁場B(r,''t'')という2つのベクトル場からなり、マクスウェル方程式を満たす。
真空中では電磁ポテンシャルであるベクトルポテンシャルA(r,''t'')とスカラーポテンシャル''Φ''(r,''t'')を導入することで以下のように表せる。
:
\begin
\mathbf(\mathbf, t) &= \boldsymbol\times \mathbf(\mathbf, t)\\
\mathbf(\mathbf, t) &= - \boldsymbol \phi (\mathbf, t) - \frac, \\
\end

ここで ×AA回転である。A(r,''t'')と''Φ''(r,''t'')の取り方には任意性があるが、今回はクーロンゲージ\boldsymbol\cdot \mathbf(\mathbf,t) = 0を採用する。つまり横波のみを扱う。
このような電磁ポテンシャルを用いてマクスウェル方程式を書き換えると、ベクトルポテンシャルは波動方程式を満たさなければならないことがわかる。よってEBの成分が実数であることを考慮すると、
ベクトルポテンシャルは平面波e^を基底にして次のようにフーリエ展開することができる(
*は複素共役を示している)。
:
\mathbf(\mathbf, t) = \sqrt \sum_\mathbf\sum_ \mathbf^(\mathbf) \left(
a^_\mathbf(t) \, e^
+ a^_\mathbf(t) \, e^
\right)

:a^_\mathbf(t)=|a^_\mathbf|e^
ただし|a^|\thetaは初期条件から決まる任意定数。よってベクトルポテンシャルの時間依存性は、調和振動子と同じ形になっている。
また波動方程式とクーロンゲージを満たさなければならないので
:\omega=c|\bold|
:\mathbf^(\mathbf)\cdot\mathbf=0
またAは箱の反対側の壁と同じ値を持つという周期的境界条件の結果、波数ベクトルkの成分は離散値を持つ。
:
\bold = \frac(n_x, n_y, n_z)\qquad
n_x,\;n_y,\;n_z = 0,\, \pm1,\, \pm2,\, \ldots

このkを1つ決めると、それと垂直な2つの単位ベクトル(偏光ベクトル)\mathbf^と、時間依存性を表す\omegaが決まりベクトルポテンシャルが1つ定まる。
古典的な電磁場のハミルトニアンは次のような形になる。
:
H = \frac\epsilon_0\iiint_V \left( E(\mathbf,t)^2 + c^2 B(\mathbf,t)^2 \right) \mathrm^3 \mathbf

ここでQ_(t)\equiv a^_\mathbf(t)+a^_\mathbf(t)を導入し、これまでの結果を代入すると
:
H = \sum_ \frac(\dot^2_(t) + \omega^2 Q^2_(t))
これは電磁場のエネルギーが無限個の1次元調和振動子の和であることを示している。ここで一般化運動量P_=\epsilon_0 \dot_を導入すると
:
H = \sum_ (\fracP^2_(t) + \frac\omega^2 Q^2_)

抄文引用元・出典: フリー百科事典『 ウィキペディア(Wikipedia)
ウィキペディアで「電磁場の量子化」の詳細全文を読む

英語版ウィキペディアに対照対訳語「 Quantization of the electromagnetic field 」があります。




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