Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






И статистическими закономерностями



Квантовой механики

Понятие состояния в квантовой физике включает в себя характеристики макроокружения, которые приготавливают объект определенным образом для исследования.

Вследствие фундаментальной особенности явлений мик­ромира, математическим выражением которой является со­отношение неопределенностей Гейзенберга, фиксирующее на­личие у частиц как корпускулярных, так и волновых свойств, в квантовой механике можно говорить лишь о вероятности того или иного значения динамической переменной и о сред­нем значении динамической переменной, а не об ее опреде­ленном числовом значении в данный момент времени. По­этому классическое описание движения частиц в квантовой механике теряет смысл. Весь анализ явлений микромира про­водится на языке понятий классической физики, таких как волна и частица, постольку, поскольку мы не обладаем ины­ми понятиями. Ирония здесь состоит в том, что эти клас­сические понятия отражают свойства объектов микромира неполно и односторонне. В квантовой механике вектором состояния является волновая функция \|/. Великий австрий­ский физик Э. Шредингер, проникшись идеей Л. де Бройля о волнах материи, создал теорию, в которой дискретные ста­ционарные состояния энергии уподоблялись стоячим волнам какой-либо системы. В аппарат квантовой теории прочно вошло в качестве ее основного уравнения уравнение Шредингера относительно волновой функции \|/. Сам Шредингер интерпретировал \|/ - функцию как реальный волновой процесс в пространстве и во времени, который, в конечном счете, I должен приводить к отрицанию дискретных состояний и квантовых скачков. Однако дальнейшее развитие теории показало неадекватность подобных представлений, и волновая функция стала интерпретироваться как волна вероятности, а квадрат её модуля — как мера вероятности обладания микрообъектом определенной координаты или в другой, дополнительной к цервой' физической ситуации — определенного импульса. И так, волновая функция получила статус волны вероятности, чем еще раз подчеркивается статистический, вероятностный характер поведения микрообъектов. Казалось бы, что о при­чинно-следственном описании движения объектов следует за­быть. Однако это не так. Уравнение Шредингера описывает эволюции \|/-функции с течением времени, является детер­минированным и обратимым. Детерминированность и обра­тимость уравнения Шредингера определяют ситуацию в кван­товой механике, аналогичную ситуации в классической меха­нике, однако квантовая механика обладает важным отличием, состоящим в том, что в квантовой теории предсказуемы только вероятности, а не отдельные события. Волновая функция представляет собой полную характеристику состояния: зная волновую функцию \|/,можно вычислить вероятность обнару­жения определенного значения физической величины и сред­ние значения физических величин. Существует важное раз­личие между описанием состояния в статистической физике и в квантовой механике. Статистические закономерности в классической физике являются результатом взаимодействия большого числа частиц, поведение каждой из которых опи­сывается законами классической механики. Если система состоит из малого числа частиц, то статистические законо­мерности перестают действовать, соответствующие ста­тистические понятия теряют смысл. В квантовой же механи­ке, согласно экспериментам, статистические закономернос­ти отражают свойства каждой отдельной микрочастицы.



 

41. Релятивистская квантовая физика. Античастицы и виртуальныечастицы

В 1927 г. английский физик П.Дирак, рассматривая урав­нение Шрёдингера, обратил внимание на его нереляти­вистский характер. При этом квантовая механика описывает объекты микромира, и хотя к 1927 г. их было известно толь­ко три: электрон, протон и фотон (даже нейтрон был экспе­риментально обнаружен только в 1932 г.), было ясно, что движутся они со скоростями, весьма близкими к скорости света или равными ей, и более адекватное описание их пове­дения требует применения специальной теории относительности. Дирак составил уравнение, которое описывало движение электрона с учетом законов и квантовой механи­ки, и теории относительности Эйнштейна, и полупил фор­мулу для энергии электрона, которой удовлетворяли два ре­шения: одно решение давало известный электрон с положи­тельной энергией, другое — неизвестный электрон-двойник, но с отрицательной энергией. Так возникло представление о частицах и соответствующих им античастицах, о мирах и антимирах. К этому же времени была разработана квантовая электродинамика. Суть ее состоит в том, что поле более не рассматривается как континуалистская непрерывная среда. Дирак применил к теории электромагнитного поля правила квантования, в результате чего получил дискретные значе­ния поля. Обнаружение античастиц углубило представление о поле. Считалось, что электромагнитного поля нет, если нет квантов этого поля — фотонов. Следовательно, в этой области пространства должна быть пустота. Ведь специальная теория относительности «изгнала» из теории эфир, можно сказать, что победила точка зрения о вакууме, о пустоте. Но пуст ли вакуум, — вот вопрос, который вновь возник в связи с открытием Дирака. Сейчас хорошо известны эффекты, доказывающие, что вакуум пуст только в среднем. В нем постоянно рождается и исчезает огромное количество виртуальных частиц и античастиц. Даже если мы меряем заряд электрона, то, как оказалось, голый заряд электрона равнялся бы бесконечности. Мы же измеряем заряд электрона в «шубе» окружающих его виртуальных частиц.



Собственно представление о вакууме как непрерывной ак­тивности содержащихся в нем виртуальных частиц содержится в принципе неопределенности Гейзенберга. Принцип неопределенности Гейзенберга имеет, кроме приведенного выше, еще и такое выражение:

Е . t > h.

Согласно этому, квантовые эффекты могут на время нару­шать закон сохранения энергии. В течение короткого времени t энергия, взятая как бы «взаймы», может расходоваться на рождение короткоживущих частиц, исчезающих при возвраще­нии «займа» энергии. Это и есть виртуальные частицы. Воз­никая из «ничего», они снова возвращаются в «ничто». Так что вакуум в физике оказывается не пустым, а представляет собой море рождающихся и тут же гасящихся всплесков.

 

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!