線形代数と関数解析における正規直交系の解説記事です。直交系、正規直交系、完全正規直交系の定義、性質、具体例、そしてグラム・シュミットの正規直交化法について、詳細な数学的説明と様々な例題を用いて分かりやすく解説します。1000文字以上の詳細な記事です。
正則行列とは、逆行列を持つ正方行列のことです。逆行列は、元の行列と掛け合わせると単位行列になる行列です。正則行列は線形代数において重要な役割を果たし、様々な応用があります。この記事では、正則行列の定義、性質、判定法、そして具体的な例を解説します。
数値解析における問題の解きやすさを示す指標である条件数について解説。行列の条件数、特に良条件と悪条件、特異値・固有値との関係、そして他の数値問題への条件数の拡張について詳細に説明します。
線形代数学における行列の標準形である有理標準形について解説します。固有値を用いない行列の相似性の判定方法、その理論的背景、具体的な計算アルゴリズムまでを詳細に説明します。ジョルダン標準形との違いにも触れ、理解を深めます。
線型代数学における線形変換の最小多項式について解説した記事です。最小多項式の定義、固有多項式との関係、対角化可能性との関連、計算方法、そして関連する概念について詳細に説明しています。線形代数学の学習に役立つでしょう。
数値解析ソフトウェアとその主要ライブラリ、アプリケーション、応用分野を網羅的に解説。フリーソフトと商用ソフト、様々な分野への応用事例を紹介し、数値解析ソフトウェアの全体像を理解できる記事です。
数値的安定性とは、数値計算におけるアルゴリズムの信頼性を示す重要な性質です。計算過程での誤差の拡大を防ぎ、正確な結果を得るためのアルゴリズムの安定性を解説します。前方安定性、後方安定性、A安定性など、様々な安定性の概念と、微分方程式の数値解法における安定性の重要性についても詳しく説明します。
線形代数学における一般化固有ベクトルの概念を解説。通常の固有ベクトルの定義を拡張し、対角化不可能な行列の性質や、微分方程式への応用まで詳細に説明します。ジョルダン標準形やジョルダン鎖、一般化固有空間といった関連概念も丁寧に解説します。
「射影」という数学用語を様々な分野で解説します。集合論、線形代数、位相幾何学、そしてデータベースにおける射影の概念を丁寧に説明し、関連する概念との関係性も明らかにします。初学者にも分かりやすいよう、具体的な例を交えながら解説します。投影図や写像との関連も踏まえ、射影の多様な側面を包括的に理解できる内容となっています。
対称代数の定義、構成法、対称テンソル空間との違い、多項式環との関係、アフィン空間への拡張、圏論的性質、外積代数との比較、加群への一般化、そして普遍包絡環としての側面を解説した数学記事です。
線形代数学における固有多項式について解説します。固有値を求めるための多項式、その性質、ケイリー・ハミルトンの定理、相似な行列との関係、そしてグラフ理論への応用までを詳細に説明します。固有多項式と行列式、トレース、最小多項式といった関連概念についても触れ、理解を深めます。
数値線形代数における固有値問題の高速・高精度な数値解法について解説。5次以上の行列では代数的な厳密解は存在せず、反復法が用いられる。固有値だけでなく固有ベクトルを求める方法、代表的な解法であるJacobi法、逆べき乗法、クリロフ部分空間法、Givens回転やHouseholder変換などを解説。疎行列への対処法や歴史的背景にも触れ、関連書籍も紹介。
線形代数学における固有値分解とは、行列を固有値と固有ベクトルを用いて分解する手法です。行列の冪乗計算や指数関数の計算を簡略化し、様々な工学的問題への応用が可能です。固有値分解は、行列の対角化可能性に密接に関連しており、固有ベクトルが線形独立であることが条件となります。
線形代数学における固有値と固有ベクトルの概念、その歴史、定義、計算方法、応用、そして量子力学への関与を詳細に解説した記事です。固有値問題の数値解法や関連するソフトウェアについても触れています。
線形代数における回転行列について解説する記事です。2次元および3次元の回転行列、オイラー角、任意軸の回転、ケーリー・クラインのパラメータといった重要な概念を、数式を交えながら丁寧に解説します。コンピュータグラフィックスや物理学の分野における応用についても触れています。
反復法とは、数値解析において反復計算によって解を求める手法です。様々な関数に適用可能な単純なアルゴリズムであり、ニュートン法やハレー法など多くの手法が提案されています。本記事では、反復法のアルゴリズム、具体的な例、収束性に関する不動点定理、そして関連する参考文献について解説します。
線形代数学における双対空間と双対基底について解説する記事です。双対空間の定義、双対基底の存在条件、有限次元と無限次元空間における違い、そして双対基底の具体的な計算方法を、例を用いて分かりやすく説明します。
代数学における行列の単因子について解説します。単因子とは行列の標準形を定める不変量であり、その定義、性質、計算方法、そして関連する概念について詳しく説明します。具体的な例を用いて理解を深めます。
区分行列とは、複数の小行列をブロックとして並べた行列のこと。ブロック行列とも呼ばれ、行や列を分割して構成される。本記事では、区分行列の定義、積、逆行列の求め方、対称区分けについて解説する。線形代数における重要な概念である区分行列を理解することで、行列演算の効率化や複雑な問題へのアプローチが容易になる。
冪零行列とは、ある自然数乗すると零行列になる正方行列のことです。この記事では、冪零行列の定義、性質、標準形について詳細に解説します。具体的な例や計算方法、関連する線形代数学の概念についても触れ、理解を深めます。
余弦定理とは、三角形の内角の余弦と辺の長さの関係を表す定理です。第一余弦定理と第二余弦定理があり、第二余弦定理は一般的に余弦定理と呼ばれ、ピタゴラスの定理を一般化したものです。ユークリッド幾何学、三角測量、ベクトル解析など様々な分野で利用されています。
線形代数学におけるn次正方行列の余因子行列について解説する記事です。余因子行列の定義、性質、計算方法、逆行列との関係、固有多項式との関係、ヤコビの公式、ケイリー・ハミルトンの定理、高階余因子行列について具体例を交えながら丁寧に解説します。
線型代数学におけるヴァンデルモンド行列式について解説する記事です。ヴァンデルモンド行列、その行列式、公式、証明、そしてラグランジュ補間への応用まで詳しく説明します。18世紀の数学者、ヴァンデルモンドに因んだこの行列式は、数学の様々な場面で活用されています。
リチャード・バルガは、数値解析、数値線形代数、反復法、行列解析、複素解析に多大な貢献をしたアメリカ合衆国の数学者です。1950年代から2000年代にわたる多くの論文や書籍の著者であり、特にゲルシュゴリンの定理に関する研究で知られています。ハーバード大学で博士号を取得し、その後の研究生活で数値計算分野の発展に大きく貢献しました。
ユニモジュラ行列とは、整数行列で行列式が±1の行列のこと。逆行列も整数行列となる性質を持つ。全ユニモジュラ行列はそのすべての正方部分行列がユニモジュラ行列である行列で、線形計画問題において重要な役割を果たす。この記事では、ユニモジュラ行列と全ユニモジュラ行列の定義、性質、具体例、応用について解説する。
ユニタリ行列とは、複素正方行列の一種で、その随伴行列との積が単位行列となる行列です。ユニタリ行列は、線形代数学において重要な役割を果たし、量子力学など様々な分野に応用されています。本記事では、ユニタリ行列の定義、性質、関連する概念を詳しく解説します。
ヤコビ法は、実対称行列の固有値と固有ベクトルを同時に求める数値線形代数の解法です。ヤコビ回転行列を用いて、反復計算によって固有値と固有ベクトルを算出します。古典ヤコビ法、しきい値ヤコビ法、特別巡回ヤコビ法など様々な変種があり、現代においても固有値と固有ベクトルを同時に求めることができる有用な手法として利用されています。
ヤコビ法は、連立一次方程式や実対称行列の固有値問題を解く反復解法です。係数行列を上三角行列、下三角行列、対角行列に分解し、反復計算で解に収束させます。ガウス＝ザイデル法と比較して並列計算に向く反面、収束速度は遅いです。固有値問題への適用ではヤコビ対角化法と呼ばれます。
ペロン＝フロベニウスの定理は、線形代数学における重要な定理で、正方行列の固有値と固有ベクトルの性質を明らかにしています。正行列や非負行列に適用され、確率論、力学系、経済学など幅広い分野で応用されています。本記事では、定理の内容、証明、様々な応用例について詳しく解説します。
ベクトルのなす角と類似度について解説します。平面や空間だけでなく、一般的なベクトルにおけるなす角の定義、計算方法、そしてベクトルの類似度との関係を、コサイン類似度を例に詳細に説明します。内積やノルムといった数学的要素も分かりやすく解説します。
線形代数学におけるハウスホルダー変換とは、原点を通る超平面に関する鏡映を表す線形変換です。数値線形代数で広く用いられ、特にQR分解や行列の三重対角化に重要な役割を果たします。本記事では、その定義、性質、応用について詳しく解説します。幾何光学への応用についても触れます。
イギリスの数値解析学者ニコラス・ハイアムの業績を紹介する記事です。数値線形代数における彼の貢献、代表的な著書や論文、学会活動、講演内容などを詳細に解説しています。専門性の高い内容を含みますが、平易な言葉で記述し、理解しやすくなっています。
本記事では、数学におけるテンソル代数の概念を詳細に解説します。テンソル積を乗法とする多元環としての定義から、その普遍性、非可換多項式環との関連性、さらには外積代数や対称代数などとの関係、そして余代数構造についても丁寧に説明します。テンソル代数の理解を深めるための包括的な解説記事です。
ジーン・ゴラブは、数値解析、特に数値線形代数分野におけるアメリカの著名な数学者でした。数々の著書や論文を発表し、数値計算における様々なアルゴリズムの開発や改良に貢献しました。SIAMの代表も務めた彼の功績は、現代の数値計算学に多大な影響を与えています。
ジョルダン標準形とは、複素数体などの代数的閉体上の正方行列を、相似変換を用いて特定の標準形（ジョルダン標準形）に変換する手法です。固有値とジョルダン細胞を用いた表現行列は、行列の性質を分析する上で非常に役立ちます。線形変換への拡張や特性多項式・最小多項式との関連性、さらには具体的な計算アルゴリズムと存在証明についても解説します。
シルベスターの慣性法則とは、実二次形式の係数行列の基底変換によって不変となる性質を記述する線形代数学の定理です。正則行列による変換で得られる対角行列における正の成分数と負の成分数は、変換行列によらず一定であることを示します。この法則は、二次形式の性質を理解する上で重要な役割を果たします。
シューア補行列は、区分行列から定義される線形代数学の重要な概念です。数値解析、統計学、行列解析で広く用いられ、行列の逆行列計算や線形方程式系の解法、確率論における条件付き共分散の算出などに役立ちます。正定値対称行列の判定にも応用されます。
シュトラッセンのアルゴリズムは、行列の積を高速に計算するアルゴリズムです。従来のアルゴリズムより高速な計算を可能にし、大規模な行列計算において計算時間を大幅に削減します。本記事では、アルゴリズムの詳細な手順と、その計算効率の高さについて解説します。
3×3行列の行列式の計算方法であるサラスの公式について解説します。フランスの数学者サラスによって考案されたこの公式は、3×3行列の行列式を効率的に求めることができます。本記事では、公式の導出と具体的な計算例、そしてその応用についても詳しく説明します。
コーシー・シュワルツの不等式は、内積空間における2つのベクトルの関係を示す重要な不等式です。線形代数、関数解析、確率論など、幅広い分野で活用され、様々な数学的結果を導く基礎となっています。本記事では、その定理の内容、意義、証明方法、そして具体的な例を分かりやすく解説します。
コーシー・ビネの公式は、2つの行列の積の行列式を、元の行列の小行列式の積の和で表す公式です。線形代数学において重要な役割を果たし、様々な応用を持ちます。本記事では、公式の詳細な説明、証明、具体例、そして関連する概念について解説します。
正定値エルミート行列を下三角行列とその共役転置の積に分解するコレスキー分解について解説。様々なアルゴリズムやその応用、改良版である修正コレスキー分解、不完全コレスキー分解についても詳細に説明します。数値計算における重要な手法を理解するのに役立ちます。
ゲルシュゴリンの定理とは、正方行列の固有値の存在範囲を推定する際に用いられる重要な定理です。各行の非対角成分の絶対値の和を半径、対角成分を中心とする円板（ゲルシュゴリン円板）を考え、すべての固有値は少なくとも一つのゲルシュゴリン円板上に存在することを示します。数値計算の分野で広く活用されています。
ケイリー・ハミルトンの定理とは、正方行列がその固有多項式を満たすという線形代数学の基本定理です。この定理は、行列の冪乗をより低次の多項式で表現できることを示し、行列式や逆行列の計算、行列関数の簡略化などに幅広く応用されます。本記事では、定理の主張、証明、応用について詳細に解説します。
グラム・シュミットの正規直交化法は、線形独立なベクトル集合から正規直交基底を生成するアルゴリズムです。ベクトル空間における直交性と正規化の概念を理解する上で重要な手法であり、様々な数学的応用を持ちます。本記事では、そのアルゴリズムの詳細な解説と具体的な計算例を示します。
クリーブ・モラーは、数値解析と数値線形代数の第一人者として知られるアメリカの数学者、プログラマです。MATLABの開発や、数値計算ソフトウェアの開発への貢献で有名です。数々の賞を受賞しており、その業績は現代の数値計算の発展に大きな影響を与えています。
線形代数におけるクリロフ部分空間とは、行列とベクトルから生成される線形部分空間です。大規模な疎行列の固有値計算や連立一次方程式の解法に用いられるクリロフ部分空間法は、行列の疎性を活かした効率的な数値解法として知られています。ロシアの数学者アレクセイ・クリロフにちなんで名付けられました。
クラメルの法則とは、線形方程式系の解を、係数行列とその行列の列ベクトルを右辺ベクトルで置き換えた行列の行列式を用いて表す公式です。n個の未知数とn個の方程式からなる線形方程式系の一意解を求める際に有効で、特に低次元の線形方程式系では簡潔な解の表現を提供します。18世紀にクラメルによって発表され、その後コーシーらによって発展しました。
ギブンス回転とは、行列の線形変換において、特定の平面での回転操作を行う手法です。直交行列を用いたこの変換は、行列のQR分解などの数値計算において、効率的なアルゴリズムを実現するために利用されます。アメリカの数学者ウォレス・ギブンスにちなんで名付けられました。
ガウス＝ザイデル法は、連立一次方程式を反復的に解く数値解法です。ヤコビ法と比較して収束が速い反面、並列計算には不向きです。本記事では、ガウス＝ザイデル法の原理、アルゴリズム、収束条件、具体的な計算例、ヤコビ法との比較などを分かりやすく解説します。
ガウスの消去法は、連立一次方程式を解くための効率的なアルゴリズムです。拡大係数行列に行基本変形を繰り返し適用し、行階段形に変形することで解を求めます。前進消去と後退代入の2段階からなり、行列の階数計算や逆行列計算にも利用されます。計算量は変数の個数の3乗に比例しますが、効率的な解法として広く用いられています。
エルミート行列とは、複素数を成分とする正方行列で、自身の随伴行列と一致する行列です。実対称行列を複素数へ拡張した概念であり、固有値は常に実数という重要な性質を持ちます。量子力学など、理論物理学で広く利用されています。
べき乗法とは、行列の絶対値最大の固有値を求める数値計算手法です。反復計算により、初期ベクトルを繰り返し行列で変換することで、最大固有値に対応する固有ベクトルの方向に収束する性質を利用します。固有値は、ベクトルのノルムの比率から近似的に求めます。収束速度は固有値間の差に依存し、差が小さいと収束が遅くなります。逆べき乗法は、絶対値最小の固有値を求める類似の手法です。
Z行列とは、非対角成分がすべて0以下の行列のことです。競争的力学系のヤコビ行列はZ行列となり、協力的な力学系ではそのヤコビ行列の-1倍がZ行列となります。L行列、M行列、P行列など、様々な関連する行列も存在し、それぞれの定義や性質は密接に関連しています。Z行列は、数学、特に数値解析の分野において重要な役割を果たしています。
SOR法（逐次加速緩和法）は、連立一次方程式を反復的に解く数値解法です。ガウス＝ザイデル法を改良し、収束速度を向上させる加速パラメータωを導入しています。ωの最適値を求める方法や、SOR法の収束性、近年の研究動向について解説します。
QR法は、行列の固有値を数値的に安定して求める反復アルゴリズムです。QR分解を用いて行列を相似変換し、固有値が対角要素に収束していく性質を利用します。対称行列の場合、三重対角行列へと収束し、計算効率が向上します。原点移動付きQR法は、収束を加速させる改良版です。
QR分解とは、行列を直交行列と上三角行列の積に分解する手法です。線形最小二乗問題やQR法といった数値計算において重要な役割を果たします。グラム・シュミット、ハウスホルダー変換、ギブンス回転といった様々なアルゴリズムが存在し、それぞれ計算効率や数値的安定性で特徴があります。本記事では、QR分解の定義、計算方法、線形逆問題への応用、固有値との関係などを解説します。
OpenBLASは、広く利用されている数値線形代数ライブラリです。BLASとLAPACKの機能を備え、様々なプロセッサアーキテクチャに最適化された高速な計算を提供します。GotoBLASをベースに開発され、Intel oneAPI Math Kernel Libraryに匹敵する性能を実現しています。様々なハードウェア環境で高性能な数値計算を必要とするアプリケーション開発に最適です。
Python数値計算ライブラリNumPyの詳細解説。開発経緯からMATLABとの比較、不規則配列への対応、関連ライブラリまで網羅。高速処理や利便性、そして関連ツールとの連携についても言及します。
正方行列を下三角行列と上三角行列の積に分解するLU分解について解説。LU分解の手法であるドゥーリトル法とクラウト法、連立一次方程式への応用、逆行列や行列式の計算方法、そしてLDU分解やLUP分解といった変種についても詳述します。数学、線形代数に関する専門的な知識を有する方を対象としています。
LAPACKは、線形代数問題を数値的に解くための高性能ソフトウェアライブラリです。FORTRANで実装され、C言語インターフェースも提供。LU分解、QR分解など様々な行列分解アルゴリズムを実装し、様々なプログラミング言語との連携も可能です。近年は、並列計算やGPU計算にも対応した拡張版も開発されています。
INTLABはS.M. Rump氏によって開発された、MATLAB/GNU Octave用の区間演算ライブラリです。Windows、Linux、macOSに対応し、数値計算の精度保証に貢献します。線形代数、常微分方程式の数値解法、最適化問題など幅広い機能を提供し、様々な分野で活用されています。1998年の初版公開から継続的にアップデートされ、現在も発展を続けています。
GMRES法は、連立一次方程式を解くための反復解法です。クリロフ部分空間内で残差を最小化することで近似解を求め、アーノルディ法を用いて効率的に計算します。正定値行列や条件数が小さい行列に対しては高速に収束する一方、収束が遅い場合もあります。前処理やリスタートなどの工夫により、実用的な問題への適用が可能です。
Basic Linear Algebra Subprograms (BLAS)は、数値線形代数の基礎演算を定義するAPIです。ベクトル・行列演算を効率的に実行するための関数群を提供し、科学技術計算、高性能計算において広く利用されています。様々なハードウェアベンダーが最適化された実装を提供しており、その性能は計算速度に直結します。
Armadilloは、C++数値線形代数ライブラリとして、高速な行列演算を実現するツールです。LAPACKとの統合、テンプレートメタプログラミング、遅延評価といった高度な技術により、従来のライブラリを凌駕するパフォーマンスを発揮します。MATLABライクなAPIも特徴です。オーストラリア、CSIRO Data61のConrad Sanderson氏によって開発されました。
完全活性空間摂動理論（CASPTn）とは、特に重原子を含む分子系の電子状態を精密に計算するための量子化学的手法です。単一参照法では困難な複雑な系にも適用でき、遷移金属錯体などの研究に広く用いられています。本記事ではCASPTnの原理、歴史、適用範囲について解説します。
完全活性空間（CAS）とは、量子化学計算において、分子の電子状態を記述する手法の一つです。電子配置を効率的に選択することで、化学結合の解離過程などを正確に計算できます。ただし、計算コストの増加に注意が必要です。CASSCFやCASPT2などの関連手法と合わせて、正確な分子シミュレーションを実現します。
量子化学における多参照配置間相互作用法(MRCI法)について解説する記事です。MRCI法の原理、計算方法、参照行列式の選択、歴史、応用例などを詳しく説明し、関連手法との比較も行います。量子化学計算手法に関心のある研究者や学生にとって有益な情報が満載です。
変分法は、汎関数の微分を扱う数学的手法で、物理学や工学における様々な問題の近似解を求めるために用いられます。最小作用の原理やディリクレの原理など、重要な原理の導出や、多体問題における波動関数の近似計算などに広く応用されています。本記事では、変分法の基本概念、計算例、そしてヘリウム原子への応用について解説します。
量子化学計算における基底関数系について解説する記事です。最小基底系から高度な基底関数系まで、様々な種類と特徴、そして計算化学における役割を詳細に説明します。平面波基底や実空間基底についても触れ、基底関数系の選び方が計算結果にどう影響するかを理解するのに役立ちます。
ロンドン分散力とは、分子や原子に一時的に生じる電気双極子間の弱い引力のこと。無極性分子間の主要な分子間力であり、物質の状態変化に影響を与える重要な要素です。ヘリウムのような希ガスの液体状態や、ハロゲンの沸点の違いを説明する上で重要な役割を果たします。量子論的な効果に基づき、分子サイズや表面積に依存した複雑な相互作用を示します。
量子化学におけるポストハートリーフォック法とは、電子相関エネルギーを考慮することでハートリーフォック法の精度を高めるための計算手法群のこと。計算コストは増加するものの、より正確な結果が得られるため、様々な改良手法が開発されています。分子構造や反応性の精密な予測に役立ちます。
ボルン-オッペンハイマー近似とは、分子の電子と原子核の運動を分離して考える近似法です。原子核の質量が電子に比べて非常に大きいため可能になり、電子状態と核の運動を別々に計算することで、分子の性質を効率的に解明します。この近似は、分子の振動・回転状態や励起状態を理解する上で非常に重要です。
多電子系の波動関数を求める近似法であるハートリー近似について解説します。ハートリー方程式、ハートリー軌道、近似の波動関数、問題点、改良されたハートリー・フォック近似との比較などを詳しく説明します。
スレイター行列式とは、フェルミ粒子からなる多粒子系の状態を記述する際に用いられる行列式です。パウリの排他原理を満たし、量子化学計算において重要な役割を果たします。本記事では、その定義、性質、ハートリー積との比較、そして第二量子化との関係について詳しく解説します。
コーン・シャム方程式とは、密度汎関数理論において用いられる、電子などの相互作用のある粒子系を記述する方程式です。相互作用のない仮想的な粒子系を導入することで、複雑な多電子系の問題を扱いやすくします。この方程式は、コーンとシャムによって1965年に提唱され、量子化学計算において重要な役割を果たしています。
1934年にウィグナーが予言したウィグナー結晶について解説。電子間の相互作用によって生じる結晶構造や、実験による観測例、そして物質における存在可能性について詳細に説明します。
銅酸化物超伝導体は、酸化銅を含む特殊な化合物で、超伝導現象を示す物質です。液体窒素温度以上での超伝導を実現した画期的な物質であり、送電線やリニアモーターカーなどへの応用が期待されていますが、線材化の難しさから実用化には時間を要しました。近年、REBCO線材などの開発により、実用化が進みつつあります。
量子電磁力学をはじめとする現代素粒子物理学の基礎を支える重要な概念である繰り込みについて解説します。無限大の発散問題の解決策として考案された繰り込みは、理論の枠組みそのものにも深く関わっており、その歴史的背景や、くりこみ可能性、くりこみスケールといった重要な概念についても丁寧に解説します。
力学系理論における相空間とは、システムの状態を包括的に表現する抽象空間です。本記事では、相空間の定義、種類、性質、そして解析力学における相空間との関連性について詳細に解説します。力学系、状態変数、軌道、相図といった関連概念についても丁寧に説明します。
自然科学における現象論とは、事象の表面的な現れから普遍的な法則性を見出す研究手法です。ミクロな視点ではなく、マクロな視点から現象を捉え、本質的な構造を解明します。物理学、化学、そして熱力学など様々な分野で応用され、複雑な現象をシンプルに記述する強力なツールとなっています。
原子核を構成する陽子と中性子のことを総称して核子と呼びます。核子はクォークから構成され、励起状態では質量が増加し、寿命が短くなります。この記事では、核子の種類、構成、励起状態について解説します。ハイペロンやハイパー核についても触れ、核物理学の基本的な概念を理解できるよう努めます。
本記事では、物理学における散乱断面積について解説します。古典論的な散乱と量子論的な散乱、微分断面積と全断面積、そして弾性散乱における散乱断面積の算出方法まで、詳細な説明と数式を用いて分かりやすく解説します。
1987年ノーベル物理学賞受賞者、ヨハネス・ゲオルク・ベドノルツ博士の伝記。ドイツ出身の物理学者・鉱物学者であるベドノルツ博士は、カール・アレクサンダー・ミュラー博士と共に酸化物高温超伝導体の発見で世界的な称賛を受けました。本記事では、彼の研究経歴や受賞歴、そして高温超伝導体研究における歴史的貢献について詳述します。
理想ボース気体の熱力学特性を解説。ボース＝アインシュタイン凝縮、トーマス＝フェルミ近似、基底状態の組み入れ、熱力学関数などを詳細に記述。低温・高温極限における振る舞い、臨界温度、多重対数関数などを用いた数式表現も網羅。
1998年ノーベル物理学賞受賞者、ホルスト・L・シュテルマー博士の生涯と功績について解説します。分数量子ホール効果の発見、研究者としてのキャリア、受賞歴など詳細な情報を分かりやすくまとめました。ドイツ生まれのアメリカ合衆国の実験物理学者である彼の輝かしい足跡をたどります。
量子力学におけるフェルミの黄金律は、量子系のあるエネルギー固有状態から別の状態への遷移確率を計算する手法です。時間依存摂動論に基づき、摂動ハミルトニアンと状態密度、遷移モーメントを用いて遷移確率を導出します。この法則は量子現象の理解に不可欠で、様々な物理現象の解明に役立っています。
ファインマンダイアグラムは、素粒子物理学における反応過程を視覚的に表現する図式です。リチャード・ファインマンによって考案され、量子電磁力学をはじめとする場の量子論の計算に不可欠なツールとなっています。この記述では、ファインマンダイアグラムの基本要素、摂動論、ファインマンルール、そして具体的な計算例を解説します。
スイスの物理学者ハインリッヒ・ローラーは、走査型トンネル顕微鏡の開発における貢献により、ゲルト・ビーニッヒと共に1986年にノーベル物理学賞を受賞しました。少年時代から研究者としての道を歩み、様々な研究機関で経験を積み重ねた彼の生涯と受賞歴を紹介します。
ダニエル・C・ツイは、1998年、分数量子ホール効果の発見によりノーベル物理学賞を受賞した中国系アメリカ人の実験物理学者です。河南省生まれで、香港を経てアメリカで学びました。その後、ベル研究所で研究を行い、プリンストン大学教授として活躍しています。彼の業績は、現代物理学に大きな貢献を果たしました。
半導体の微細化における重要な概念であるデナード則と、物質の相転移現象を記述する臨界指数について解説します。これらの概念は、半導体の性能向上と限界を理解する上で不可欠です。微細化技術の進歩と、その限界に迫る物理現象について詳細に探ります。
ゲージ理論とは、物理学における場の理論の一種で、局所変換に対してラグランジアンが不変となる性質を持つ理論です。電磁気学や素粒子物理学の標準模型、一般相対性理論など、現代物理学の基礎をなす多くの理論において重要な役割を果たしています。ゲージ理論の数学的な枠組み、歴史、物理現象への応用、そして量子化などについて詳しく解説します。
ゲルト・ビーニッヒは、走査型トンネル顕微鏡の発明によりノーベル物理学賞を受賞したドイツの物理学者です。原子レベルの表面観察を可能にした走査型プローブ顕微鏡の開発者として知られ、科学技術の発展に大きく貢献しました。10代のバンド活動から科学への転身、IBM研究所での研究、そして起業家としての活動など、波乱に満ちた生涯を辿っています。
ケネス・G・ウィルソンは、1982年にノーベル物理学賞を受賞したアメリカ合衆国の物理学者です。相転移における臨界現象の研究で知られ、繰り込み群や格子ゲージ理論といった分野にも貢献しました。ハーバード大学卒業後、カリフォルニア工科大学、コーネル大学、オハイオ州立大学などで研究活動を行い、数々の賞を受賞しています。彼の業績は現代物理学に大きな影響を与え続けています。
グリーン関数は、微分方程式や偏微分方程式を解くための強力な数学的ツールです。物理学、数学、工学の様々な分野で応用され、特に量子物理学では重要な役割を果たします。本記事では、グリーン関数の定義、性質、そして具体的な応用例について解説します。
スイスの物理学者カール・アレクサンダー・ミュラーは、ヨハネス・ベドノルツとの共同研究で、従来より高い温度で超伝導現象を示す酸化物材料を発見し、1987年にノーベル物理学賞を受賞しました。バーゼル生まれで、スイス連邦工科大学で学位を取得後、IBMチューリッヒ研究所で研究。Nb3Geの臨界温度23Kをはるかに超えるLaBaCuOの35Kという画期的な成果は、世界中の物理学者による高温超伝導物質研究のブームを巻き起こしました。
ウムクラップ散乱とは、結晶格子のフォノン（格子振動）同士の衝突において、運動量保存則が成り立たない特殊な散乱現象のことです。通常のフォノン散乱では運動量が保存されますが、ウムクラップ散乱では、逆格子ベクトルと呼ばれる特殊なベクトル分の運動量変化が伴います。この現象は、物質の熱伝導や電気伝導といった物性と深く関わっており、高温領域での熱伝導率の低下に大きく寄与します。 デバイ温度以上では頻繁に発生し、物質の熱力学的性質を理解する上で重要な役割を果たしています。
アイヴァー・ジェーバーは、ノルウェー出身の物理学者で、超伝導体におけるトンネル効果の研究で1973年のノーベル物理学賞を受賞しました。ゼネラル・エレクトリック勤務を経て、レンセラー工科大学教授などを歴任。地球温暖化懐疑論者としても知られ、その見解は多くの論争を呼んでいます。彼の生涯と業績、そして地球温暖化問題への関与について詳しく解説します。
GW近似とは、量子力学における近似計算手法の一つです。電子の挙動を正確に記述するために、グリーン関数と遮蔽されたクーロンポテンシャルの積を自己エネルギーとすることで、電子励起状態を計算します。LDAよりも正確なスペクトル計算を可能にし、実験結果との整合性を高める工夫が凝らされています。計算コストは高いものの、物質の電子状態解明に重要な役割を果たす手法です。
化学における電子対の概念、その性質、役割、そして関連する現象について解説します。ルイスの理論や共有結合、超伝導といった重要な概念との関連性にも触れ、電子対の化学における多様な側面を詳細に説明します。1916年の画期的な論文から始まる電子対の科学史もひもときます。
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