Введение в квантовую механику

vvedenie-v-kvantovuju-mehaniku

 Первым вопросом, с которого мы начнем разбирать опрос конференции "Квантовая физика и природа реальности" (QPNR), станет проблема квантового измерения. Это даст нам возможность пролить свет на некоторые основные понятия в квантовая механике (КМ).
 В квантовой механике волновая функция объекта описывает все измеримые свойства этого объекта. Это полное описание того, что называется квантовым состоянием объекта. Волновая функция описывается знаменитым уравнением Шредингера, который, по слухам, написал его во время отдыха с любовницами в ответ на брошенный ему вызов со стороны светил науки. Уравнение описывает поведение волновой функции в ответ на проявления внешней среды.
 Математические детали сейчас не важны, за исключением одного: уравнение Шредингера линейно. Если вы сложите несколько разных решений в линейное уравнение, их сумма тоже будет решением. Это называется принципом суперпозиции и является не физическим результатом, а скорее свойством основной математической структуры в КМ. Суть в том, что существует класс волновых функций, который называется квантовыми суперпозициями, одновременно описывающие разные квантовые состояния объекта.
 Давайте поставим объект в суперпозицию, измерим его и посмотрим, что получится согласно стандарту КМ. Возьмем два одинаковых мяча: красный и синий. Заставим их вращаться с двумя квантами (один квант обозначает половину единицы) углового момента (который мы называем спином). У красного мяча спин будет верхним, у синего — нижним. Квантовое состояние двух мячей до того, как они столкнутся, будет красный-верх + синий-низ. Если вы измерите спин двух мячей, вы обнаружите, что у красного мяча спин всегда +1, а у синего всегда -1, а значит сумма двух будет равна нулю. Это важно, поскольку суммарный спин системы является константой в КМ.
 Теперь столкнем мячи. Если их поверхности обладают свойствами, похожими на те, которые нам известны, два мяча могут передать спин один другому. Самыми очевидными результатами будут такие: ничего не изменится (красный-верх + синий-низ, что мы обозначаем как [1 -1]); спин изменится (красный-низ + синий-верх, или [-1 1]); спин обнулится (красный-ноль + синий-ноль, или [0 0]). Поскольку может произойти любое из трех событий, до того, как мы измеряем состояние мячей, они находятся в состоянии запутанной суперпозиции. Их квантовое после столкновения и перед измерением будет [1 -1] + [-1 1] + [0 0].
 Для квантовых скептиков: если мы измерим разнонаправленные спины красного и синего мячей, теорема Белла говорит нам, что корреляция между результатами измерения будет сильнее, чем возможно в классической и вышеописанной системах. Этот теоретический результат наблюдается и экспериментально, доказывая, что спин каждого из шаров после столкновения не имеет определенного значения, пока не измеряется.
 Измерим спин красного мяча после столкновения. Если он равен 1, квантовое состояние двух мячей после измерения будет [1 -1] — две другие суперпозиции исчезают, поскольку не согласуются с измерением. То же самое, если результат измерения -1 или 0, соответственно, квантовое состояние будет [-1 1] и [0 0]. Любое возможное состояние, несовместимое с результатом измерения, исчезает, даже если оно существовало в исходной суперпозиции.

Парадоксы квантовой механики не дают физикам спать | Введение в квантовую механику | Проблема квантового измерения | Кот Шредингера и макроскопические суперпозиции | Случайность в квантовой механике. Наука или предубеждение?

Источник 

© 2013-2014 «Факты планетарных масштабов». Если вы цитируете наш сайт, не забывайте всегда указывать ссылку на planeta-faktov.ru
Использование материалов сайта в коммерческих целях запрещено. Для правообладателей - страница «контакты». Большая часть информации берётся из открытых
источников в интернете и является обзором средств массовой информации, не может претендовать на безусловную истину, предоставлена для ознакомления, анализа и обсуждения.
Карта сайта (категории: планета Земля, космические явления, космическая техника, исследования планет, человек в космосе, снимки Марса HD (HiRISE), авторские статьи)