位相空間 (物理)

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物理学における位相空間（いそうくうかん、Phase space）とは、粒子（質点）の位置及び運動量を座標（直交軸）とする空間のことである。数学における位相空間（topological space）と区別するために、相空間と呼ぶ流儀もある。

N 個の粒子系（質点系）では、6N 次元の空間（位置、運動量ともそれぞれ x, y, z の 3 次元分あるため 6N ）となる。粒子（質点）の運動状態は、その位相空間の 1 つの点（状態点）に対応し、時間の経過によりその状態点は軌跡を描く。

例-- 一次元調和振動子：　一次元で粒子が一つなので、位相空間上の点は、x を位置、p を運動量とおくと、(x, p) であらわされる。

ハミルトニアンは、k をばね係数とすれば、

であらわされるから、エネルギーが一定の条件下で振動する場合、位相空間での一次元調和振動子の描く軌跡は（楕）円形となる。

量子力学では、不確定性原理のため位置と運動量を同時に決めることはできないので、量子（粒子に相当）の状態は位相空間上の点の替わりに測定値の確率分布を与える波動関数で表現されることになる。