«Գեղեցկության գաղափարը տիեզերքի հիմքում է». ֆիզիկոսը բացատրում է դաշտի քվանտային տեսությունը: Դաշտի քվանտային տեսություն Հիմնադրվել է քվանտային տեսություն

Եվ ամենակարևորը, մենք հրաժարվում ենք նկատել, որ դրանք կիրառելի են միայն որոշ առօրյա իրավիճակներում, և Տիեզերքի կառուցվածքը բացատրելու համար պարզվում է, որ դրանք պարզապես սխալ են:

Թեև դարեր առաջ նման մի բան արտահայտվել է արևելյան փիլիսոփաների և միստիկների կողմից, սակայն Էյնշտեյնն առաջինն է այդ մասին խոսել արևմտյան գիտության մեջ։ Հեղափոխություն էր, որը մեր գիտակցությունը չընդունեց։ Խոնարհությամբ կրկնում ենք՝ «ամեն ինչ հարաբերական է», «ժամանակն ու տարածությունը մեկ են», միշտ նկատի ունենալով, որ սա ենթադրություն է, գիտական ​​վերացականություն, որը քիչ ընդհանրություններ ունի մեր սովորական կայուն իրականության հետ։ Իրականում, հենց մեր գաղափարներն են, որ վատ են կապվում իրականության հետ՝ զարմանալի և անհավատալի:

Այն բանից հետո, երբ ընդհանուր առմամբ հայտնաբերվեց ատոմի կառուցվածքը և առաջարկվեց նրա «մոլորակային» մոդելը, գիտնականները բախվեցին բազմաթիվ պարադոքսների, որոնք բացատրելու համար հայտնվեց ֆիզիկայի մի ամբողջ ճյուղ՝ քվանտային մեխանիկա: Այն արագ զարգացավ և մեծ առաջընթաց գրանցեց Տիեզերքի բացատրության հարցում: Բայց այս բացատրություններն այնքան դժվար են հասկանալ, որ մինչ այժմ քչերն են կարողանում հասկանալ դրանք գոնե ընդհանուր իմաստով։

Իսկապես, քվանտային մեխանիկայի ձեռքբերումների մեծ մասն ուղեկցվում է այնպիսի բարդ մաթեմատիկական ապարատով, որ այն պարզապես չի կարող թարգմանվել մարդկային որևէ լեզվով: Մաթեմատիկան, ինչպես երաժշտությունը, չափազանց վերացական առարկա է, և գիտնականները դեռևս պայքարում են պատշաճ կերպով արտահայտելու, օրինակ, ֆունկցիաների կամ բազմաչափ Ֆուրիեի շարքերի իմաստը: Մաթեմատիկայի լեզուն խիստ է, բայց քիչ առնչություն ունի մեր անմիջական ընկալման հետ:

Ավելին, Էյնշտեյնը մաթեմատիկորեն ցույց տվեց, որ ժամանակի և տարածության մասին մեր պատկերացումները պատրանքային են: Իրականում տարածությունն ու ժամանակը անբաժան են և կազմում են մեկ քառաչափ շարունակականություն: Դժվար թե դա պատկերացնել, քանի որ մենք սովոր ենք գործ ունենալ միայն եռաչափության հետ։

Մոլորակների տեսություն. Ալիք կամ մասնիկ

Մինչև 19-րդ դարի վերջը ատոմները համարվում էին անբաժանելի «տարրեր»։ Ճառագայթման հայտնաբերումը Ռադերֆորդին թույլ տվեց ներթափանցել ատոմի «կեղևի» տակ և ձևակերպել նրա կառուցվածքի մոլորակային տեսությունը. ատոմի հիմնական մասը կենտրոնացած է միջուկում: Միջուկի դրական լիցքը փոխհատուցվում է բացասական լիցքավորված էլեկտրոններով, որոնց չափերն այնքան փոքր են, որ դրանց զանգվածը կարելի է անտեսել։ Էլեկտրոնները պտտվում են միջուկի շուրջ Արեգակի շուրջ մոլորակների պտույտի նման ուղեծրերով։ Տեսությունը շատ գեղեցիկ է, բայց մի շարք հակասություններ են առաջանում։

Նախ՝ ինչո՞ւ բացասական լիցքավորված էլեկտրոնները չեն «ընկնում» դրական միջուկի վրա։ Երկրորդ, բնության մեջ ատոմները վայրկյանում միլիոնավոր անգամներ են բախվում, ինչը նրանց բոլորովին չի վնասում. ինչպե՞ս կարող ենք բացատրել ամբողջ համակարգի զարմանալի ուժը: Քվանտային մեխանիկայի «հայրերից» մեկի՝ Հայզենբերգի խոսքերով, «ոչ մի մոլորակային համակարգ, որը հնազանդվում է Նյուտոնի մեխանիկայի օրենքներին, երբևէ չի վերադառնա իր սկզբնական վիճակին մեկ այլ նմանատիպ համակարգի հետ բախումից հետո»։

Բացի այդ, միջուկի չափերը, որոնցում հավաքված է գրեթե ողջ զանգվածը, չափազանց փոքր են ամբողջ ատոմի համեմատ։ Կարելի է ասել, որ ատոմը դատարկ է, որի մեջ էլեկտրոնները պտտվում են ահռելի արագությամբ։ Այս դեպքում նման «դատարկ» ատոմը հայտնվում է որպես շատ պինդ մասնիկ։ Այս երեւույթի բացատրությունը դուրս է գալիս դասական ըմբռնումից: Փաստորեն, ենթաատոմային մակարդակում մասնիկի արագությունը մեծանում է այնքան, որքան ավելի սահմանափակ է այն տարածությունը, որտեղ այն շարժվում է: Այսպիսով, որքան էլեկտրոնը ավելի մոտ է ձգվում միջուկին, այնքան ավելի արագ է այն շարժվում և ավելի շատ է վանվում նրանից: Շարժման արագությունն այնքան մեծ է, որ «դրսից» ատոմը «պինդ է թվում», ճիշտ այնպես, ինչպես պտտվող օդափոխիչի շեղբերները նման են սկավառակի։

Տվյալները, որոնք լավ չեն տեղավորվում դասական մոտեցման շրջանակներում, հայտնվել են Էյնշտեյնից շատ առաջ։ Առաջին անգամ նման «մենամարտ» տեղի ունեցավ Նյուտոնի և Հյուգենսի միջև, ովքեր փորձեցին բացատրել լույսի հատկությունները։ Նյուտոնը պնդում էր, որ դա մասնիկների հոսք է, Հյուգենսը լույսը համարում էր ալիք: Դասական ֆիզիկայի շրջանակներում անհնար է հաշտեցնել նրանց դիրքորոշումները։ Ի վերջո, նրա համար ալիքը միջավայրի մասնիկների փոխանցվող գրգռում է, հասկացություն, որը կիրառելի է միայն շատ օբյեկտների համար: Ազատ մասնիկներից ոչ մեկը չի կարող շարժվել ալիքի նմանվող հետագծով: Բայց էլեկտրոնը շարժվում է խորը վակուումում, և նրա շարժումները նկարագրվում են ալիքային շարժման օրենքներով։ Ի՞նչն է հուզվում այստեղ, եթե չկա միջին: Քվանտային ֆիզիկան առաջարկում է սոլոմոնյան լուծում. լույսը և՛ մասնիկ է, և՛ ալիք:

Հավանական էլեկտրոնային ամպեր. Միջուկային կառուցվածքը և միջուկային մասնիկները

Աստիճանաբար ավելի ու ավելի պարզ դարձավ. ատոմի միջուկի շուրջ էլեկտրոնների պտույտը լիովին տարբերվում է աստղի շուրջ մոլորակների պտույտից: Ունենալով ալիքային բնույթ՝ էլեկտրոնները նկարագրվում են ըստ հավանականության։ Էլեկտրոնի մասին չենք կարող ասել, որ այն գտնվում է տարածության այսինչ կետում, կարող ենք միայն մոտավորապես նկարագրել, թե որ հատվածներում և ինչ հավանականությամբ այն կարող է տեղակայվել։ Միջուկի շուրջ էլեկտրոնները ձևավորում են նման հավանականությունների «ամպեր»՝ ամենապարզ գնդաձևից մինչև շատ տարօրինակ ձևեր, որոնք նման են ուրվականների լուսանկարներին:

Բայց ով ցանկանում է վերջապես հասկանալ ատոմի կառուցվածքը, պետք է դիմի դրա հիմքին՝ միջուկի կառուցվածքին։ Այն կազմող խոշոր տարրական մասնիկները՝ դրական լիցքավորված պրոտոնները և չեզոք նեյտրոնները, նույնպես ունեն քվանտային բնույթ, ինչը նշանակում է, որ նրանք ավելի արագ են շարժվում, այնքան փոքր է դրանց ծավալը: Քանի որ միջուկի չափերը չափազանց փոքր են նույնիսկ ատոմի համեմատությամբ, այս տարրական մասնիկները շտապում են շուրջը բավականին պատշաճ արագությամբ՝ լույսի արագությանը մոտ: Նրանց կառուցվածքի և վարքագծի վերջնական բացատրության համար մեզ անհրաժեշտ կլինի «խաչել». քվանտային տեսությունհարաբերականության տեսության հետ։ Ցավոք, նման տեսություն դեռ չի ստեղծվել, և մենք ստիպված կլինենք սահմանափակվել մի քանի ընդհանուր ընդունված մոդելներով։

Հարաբերականության տեսությունը ցույց է տվել (և փորձերն ապացուցել են), որ զանգվածը էներգիայի միայն մեկ ձև է։ Էներգիան դինամիկ մեծություն է, որը կապված է գործընթացների կամ աշխատանքի հետ: Ուստի տարրական մասնիկը պետք է ընկալվի որպես հավանական դինամիկ ֆունկցիա, որպես էներգիայի շարունակական փոխակերպման հետ կապված փոխազդեցություններ։ Սա անսպասելի պատասխան է տալիս այն հարցին, թե ինչպես են տարրական տարրական մասնիկները և արդյոք դրանք կարելի է բաժանել «նույնիսկ ավելի պարզ» բլոկների: Եթե ​​արագացուցչի մեջ երկու մասնիկ արագացնենք, հետո բախվենք, կստանանք ոչ թե երկու, այլ երեք մասնիկներ, այն էլ՝ բոլորովին նույնական։ Երրորդը պարզապես առաջանալու է նրանց բախման էներգիայից, այսպիսով նրանք կբաժանվեն և չեն բաժանվի միաժամանակ:

Դիտորդի փոխարեն մասնակից

Մի աշխարհում, որտեղ դատարկ տարածություն և մեկուսացված նյութ հասկացությունները կորցնում են իրենց նշանակությունը, մասնիկը նկարագրվում է միայն նրա փոխազդեցությունների միջոցով: Դրա մասին ինչ-որ բան ասելու համար մենք ստիպված կլինենք «պոկել» այն նախնական փոխազդեցություններից և պատրաստելով այն ենթարկել մեկ այլ փոխազդեցության՝ չափման։ Այսպիսով, ինչ ենք մենք չափում ի վերջո: Իսկ ընդհանուր առմամբ որքանո՞վ են օրինաչափ մեր չափումները, եթե մեր միջամտությունը փոխում է այն փոխազդեցությունները, որոնց մասնակցում է մասնիկը, և, հետևաբար, փոխում է հենց մասնիկը:

Տարրական մասնիկների ժամանակակից ֆիզիկայում ավելի ու ավելի շատ քննադատություն է առաջանում... հենց գիտնական-դիտորդի կերպարով։ Ավելի ճիշտ կլինի նրան անվանել «մասնակից»։

Դիտորդ-մասնակիցը անհրաժեշտ է ոչ միայն ենթաատոմային մասնիկի հատկությունները չափելու, այլ նաև հենց այս հատկությունները որոշելու համար, քանի որ դրանք կարող են քննարկվել միայն դիտորդի հետ փոխազդեցության համատեքստում: Երբ նա ընտրում է մեթոդը, որով նա կիրականացնի չափումներ, և կախված դրանից՝ հնարավոր հատկություններըմասնիկներ. Եթե ​​փոխեք դիտարկման համակարգը, կփոխվեն նաև դիտարկվող օբյեկտի հատկությունները։

Սա կարևոր կետբացահայտում է բոլոր իրերի և երևույթների խորը միասնությունը: Իրենք՝ մասնիկները, որոնք անընդհատ փոխվում են միմյանց և էներգիայի այլ ձևերի, չունեն հաստատուն կամ ճշգրիտ բնութագրեր. այս բնութագրերը կախված են այն ձևից, որով մենք ընտրում ենք դրանք տեսնել: Եթե ​​ձեզ անհրաժեշտ է չափել մասնիկի մեկ հատկությունը, ապա մյուսն անպայման կփոխվի: Նման սահմանափակումը կապված չէ սարքերի անկատարության կամ ամբողջովին ուղղվող այլ բաների հետ։ Սա իրականության հատկանիշ է։ Փորձեք ճշգրիտ չափել մասնիկի դիրքը, և դուք չեք կարողանա որևէ բան ասել նրա շարժման ուղղության և արագության մասին, պարզապես այն պատճառով, որ այն չի ունենա դրանք: Նկարագրեք մասնիկի ճշգրիտ շարժումը, դուք այն չեք գտնի տիեզերքում: Այսպիսով, ժամանակակից ֆիզիկան մեզ կանգնեցնում է միանգամայն մետաֆիզիկական բնույթի խնդիրների հետ։

Անորոշության սկզբունքը. Տեղ կամ իմպուլս, էներգիա կամ ժամանակ

Մենք արդեն ասել ենք, որ խոսքը ենթաատոմային մասնիկներԱնհնար է վարվել այն ճշգրիտ պայմաններով, որոնց մենք սովոր ենք, քվանտային աշխարհում մեզ մնում է միայն հավանականությունը. Սա, իհարկե, այն հավանականությունը չէ, որի մասին մարդիկ խոսում են ձիարշավների վրա խաղադրույք կատարելիս, այլ տարրական մասնիկների հիմնարար հատկություն։ Դա այն չէ, որ նրանք կան, այլ ավելի շուտ նրանք կարող են գոյություն ունենալ: Դա այն չէ, որ նրանք ունեն առանձնահատկություններ, այլ այն, որ նրանք կարող են ունենալ դրանք: Գիտականորեն ասած՝ մասնիկը դինամիկ հավանականական միացում է, և նրա բոլոր հատկությունները գտնվում են մշտական ​​շարժվող հավասարակշռության մեջ՝ հավասարակշռելով ինչպես Յինն ու Յանը հին չինական Տայ Չիի խորհրդանիշում:

Իզուր չէ, որ Նոբելյան մրցանակակիր Նիլս Բորը, բարձրացված ազնվականության աստիճանի, իր զինանշանի համար ընտրել է հենց այս նշանն ու նշանաբանը՝ «Հակառակները լրացնում են միմյանց»։ Մաթեմատիկորեն հավանականության բաշխումը ներկայացնում է անհավասար ալիքի տատանումները: Որքան մեծ է ալիքի ամպլիտուդը որոշակի վայրում, այնքան մեծ է այնտեղ մասնիկի գոյության հավանականությունը: Ավելին, դրա երկարությունը հաստատուն չէ. հարակից գագաթների միջև հեռավորությունները նույնը չեն, և որքան մեծ է ալիքի ամպլիտուդը, այնքան մեծ է նրանց միջև տարբերությունը: Թեև ամպլիտուդը համապատասխանում է տարածության մեջ մասնիկի դիրքին, ալիքի երկարությունը կապված է մասնիկի իմպուլսի հետ, այսինքն՝ նրա շարժման ուղղության և արագության հետ։ Որքան մեծ է ամպլիտուդը (այնքան ճշգրիտ մասնիկը կարող է տեղայնացվել տարածության մեջ), այնքան ավելի անորոշ է դառնում ալիքի երկարությունը (այնքան քիչ կարելի է ասել մասնիկի իմպուլսի մասին)։ Եթե ​​մենք կարողանանք որոշել մասնիկի դիրքը ծայրահեղ ճշգրտությամբ, ապա այն ընդհանրապես որոշակի թափ չի ունենա:

Այս հիմնարար հատկությունը մաթեմատիկորեն ստացվում է ալիքների հատկություններից և կոչվում է անորոշության սկզբունք։ Սկզբունքը վերաբերում է նաև տարրական մասնիկների այլ բնութագրերին։ Մեկ այլ նման փոխկապակցված զույգ է քվանտային գործընթացների էներգիան և ժամանակը: Որքան արագ է գործընթացը, այնքան ավելի անորոշ է դրա մեջ ներգրավված էներգիայի քանակը, և հակառակը, էներգիան կարող է ճշգրիտ բնութագրվել միայն բավարար տևողության գործընթացի համար:

Այսպիսով, մենք հասկանում ենք՝ մասնիկի մասին հստակ ոչինչ չի կարելի ասել։ Այն շարժվում է այս կողմ, կամ ոչ այնտեղ, ավելի ճիշտ՝ ոչ այստեղ, ոչ այնտեղ։ Նրա բնութագրիչները սա կամ այն ​​են, ավելի ճիշտ՝ ոչ այս կամ այն։ Այն այստեղ է, բայց կարող է լինել այնտեղ, կամ կարող է ոչ մի տեղ չլինել: Այսպիսով, այն նույնիսկ գոյություն ունի՞:

Դաշտի քվանտային տեսության հիմնական սկզբունքները. 1). Վակուումային վիճակ. Ոչ հարաբերական քվանտային մեխանիկան մեզ թույլ է տալիս ուսումնասիրել տարրական մասնիկների հաստատուն թվի վարքագիծը։ Դաշտի քվանտային տեսությունը հաշվի է առնում տարրական մասնիկների ծնունդը և կլանումը կամ ոչնչացումը։ Հետևաբար դաշտի քվանտային տեսությունը պարունակում է երկու օպերատոր՝ ստեղծման օպերատոր և տարրական մասնիկների ոչնչացման օպերատոր։ Դաշտի քվանտային տեսության համաձայն՝ անհնար է այն վիճակը, որտեղ չկա ոչ դաշտ, ոչ էլ մասնիկներ։ Վակուումը դաշտ է իր ամենացածր էներգետիկ վիճակում: Վակուումը բնութագրվում է ոչ թե անկախ, դիտելի մասնիկներով, այլ վիրտուալ մասնիկներով, որոնք հայտնվում են, իսկ հետո անհետանում որոշ ժամանակ անց։ 2.) Տարրական մասնիկների փոխազդեցության վիրտուալ մեխանիզմ. Տարրական մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ դաշտերի արդյունքում, բայց եթե մասնիկը չի փոխում իր պարամետրերը, այն չի կարող արտանետել կամ կլանել փոխազդեցության իրական քվանտ, այնպիսի էներգիա և իմպուլս և այնպիսի ժամանակի և հեռավորության համար, որոնք որոշվում են հարաբերություններ ∆E∙∆t≥ħ, ∆рх∙∆х≥ħ(քվանտային հաստատուն) անորոշության կապ. Վիրտուալ մասնիկների բնույթն այնպիսին է, որ նրանք հայտնվում են որոշ ժամանակ անց, անհետանում կամ ներծծվում։ Ամեր. Ֆիզիկոս Ֆեյնմանը վիրտուալ քվանտաների հետ տարրական մասնիկների փոխազդեցությունը պատկերելու գրաֆիկական եղանակ է մշակել.

Ազատ մասնիկի վիրտուալ քվանտի արտանետում և կլանում

Երկու տարրերի փոխազդեցություն. մասնիկներ մեկ վիրտուալ քվանտի միջոցով։

Երկու տարրերի փոխազդեցություն. մասնիկներ երկու վիրտուալ քվանտների միջոցով։

Նկ.-ի տվյալների վրա: Գրաֆիկական մասնիկների պատկերը, բայց ոչ դրանց հետագծերը:

3.) Սպինը քվանտային օբյեկտների ամենակարևոր հատկանիշն է։ Սա մասնիկի սեփական անկյունային իմպուլսն է, և եթե վերևի անկյունային իմպուլսը համընկնում է պտտման առանցքի ուղղության հետ, ապա պտույտը չի որոշում որևէ կոնկրետ նախընտրելի ուղղություն: Սփինը սահմանում է ուղղությունը, բայց հավանականական ձևով: Spin-ը գոյություն ունի այնպիսի ձևով, որը հնարավոր չէ պատկերացնել: Սպինը նշանակվում է s=I∙ħ, և ես վերցնում եմ և՛ I=0,1,2,..., և՛ I=0,1,2,..., և՛ I = ½, 3/2, 5/2, ամբողջ թվային արժեքները: .. Դասական ֆիզիկայում նույնական մասնիկները տարածականորեն տարբեր չեն, քանի որ զբաղեցնում են տարածության նույն շրջանը, տարածության ցանկացած հատվածում մասնիկ գտնելու հավանականությունը որոշվում է ալիքի ֆունկցիայի մոդուլի քառակուսիով։ Ալիքային ψ ֆունկցիան բնորոշ է բոլոր մասնիկներին։ ‌‌. համապատասխանում է ալիքային ֆունկցիաների համաչափությանը, երբ 1-ին և 2-րդ մասնիկները նույնական են, և նրանց վիճակները՝ նույնը։ ալիքային ֆունկցիաների հակահամաչափության դեպքը, երբ 1-ին և 2-րդ մասնիկները միմյանց հետ նույնական են, բայց տարբերվում են քվանտային պարամետրերից մեկով։ Օրինակ՝ պտտել։ Պողոսի բացառման սկզբունքի համաձայն՝ կես ամբողջ թվով սպին ունեցող մասնիկները չեն կարող լինել նույն վիճակում։ Այս սկզբունքը թույլ է տալիս նկարագրել ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը։ Այն մասնիկները, որոնք ունեն ամբողջ սպին, կոչվում են բոզոններ. I =0 Pi մեզոնների համար; I = 1 ֆոտոնների համար; I = 2 գրավիտոնների համար: Կիսաթվային սպին ունեցող մասնիկները կոչվում են ֆերմիոններ. Էլեկտրոնի համար պոզիտրոն, նեյտրոն, պրոտոն I = ½: 4) Իզոտոպիկ սպին. Նեյտրոնի զանգվածը միայն 0,1%-ով մեծ է պրոտոնի զանգվածից, եթե վերացնենք (անտեսենք) էլեկտրական լիցքը, ապա այս երկու մասնիկները կարող են համարվել նույն մասնիկի՝ նուկլեոնի երկու վիճակ. Նմանապես, կան մեզոններ, բայց դրանք երեք անկախ մասնիկներ չեն, այլ նույն մասնիկի երեք վիճակ, որոնք պարզապես կոչվում են Պի-մեզոն: Մասնիկների բարդությունը կամ բազմակարծությունը հաշվի առնելու համար ներդրվում է մի պարամետր, որը կոչվում է իզոտոպային սպին։ Այն որոշվում է n = 2I+1 բանաձեւից, որտեղ n-ը մասնիկների վիճակների թիվն է, օրինակ n=2 նուկլեոնի համար I=1/2։ Իզոսպինի պրոյեկցիան նշանակված է Iз = -1/2; Iz = ½, այսինքն. պրոտոնը և նեյտրոնը կազմում են իզոտոպային կրկնակի: Pi մեզոնների համար վիճակների թիվը = 3, այսինքն՝ n=3, I =1, Iз=-1, Iз=0, Iз=1։ 5) Մասնիկների դասակարգում. տարրական մասնիկների ամենակարևոր բնութագիրը հանգստի զանգվածն է, այս հիմքով մասնիկները բաժանվում են բարիոնների (տրանս. ծանր), մեզոնների (հունարենից՝ միջին), լեպտոնների (հունարենից՝ թեթև)։ Ըստ փոխազդեցության սկզբունքի, բարիոններն ու մեզոնները նույնպես պատկանում են հադրոնների դասին (հունարեն ուժեղից), քանի որ այդ մասնիկները մասնակցում են ուժեղ փոխազդեցությանը։ Բարիոնները ներառում են՝ պրոտոններ, նեյտրոններ, հիպերոններ, այս մասնիկներից, միայն պրոտոնն է կայուն, բոլոր բարիոնները ֆերմիոններ են, մեզոնները բոզոններ են, անկայուն մասնիկներ են, մասնակցում են բոլոր տեսակի փոխազդեցություններին, ինչպես բարիոնները, լեպտոնները ներառում են՝ էլեկտրոն, նեյտրոն, այս մասնիկները ֆերմիոններ են և չեն մասնակցում ուժեղ փոխազդեցությունների: Հատկապես աչքի է ընկնում ֆոտոնը, որը չի պատկանում լեպտոններին, ինչպես նաև չի պատկանում հադրոնների դասին։ Նրա սպինը = 1, իսկ հանգստի զանգվածը՝ 0։ Երբեմն փոխազդեցության քվանտները դասակարգվում են հատուկ դասի, մեզոնը թույլ փոխազդեցության քվանտ է, իսկ գլյուոնը՝ գրավիտացիոն փոխազդեցության քվանտ։ Երբեմն քվարկները դասակարգվում են հատուկ դասի, որոնք ունեն կոտորակային էլեկտրական լիցք, որը հավասար է էլեկտրական լիցքի 1/3-ին կամ 2/3-ին։ 6) Փոխազդեցության տեսակները. 1865 թվականին ստեղծվել է էլեկտրաէներգիայի տեսությունը մագնիսական դաշտ(Մաքսվել): 1915 թվականին Էյնշտեյնը ստեղծեց գրավիտացիոն դաշտի տեսությունը։ Ուժեղ և թույլ փոխազդեցությունների բացահայտումը սկսվում է 20-րդ դարի առաջին երրորդից: Նուկլոնները սերտորեն կապված են միջուկում ուժեղ փոխազդեցությունների միջոցով, որոնք կոչվում են ուժեղ։ 1934 թվականին Ֆերմետը ստեղծեց թույլ փոխազդեցությունների առաջին տեսությունը, որը բավականաչափ համարժեք էր փորձարարական հետազոտություններին։ Այս տեսությունը ծագեց ռադիոակտիվության հայտնաբերումից հետո, անհրաժեշտ էր ենթադրել, որ փոքր փոխազդեցություններ են առաջանում ատոմի միջուկներում, որոնք հանգեցնում են ծանր քիմիական տարրերի ինքնաբուխ քայքայմանը, ինչպիսիք են ուրանը, և ճառագայթներ են արտանետվում: Թույլ փոխազդեցության վառ օրինակ է նեյտրոնային մասնիկների ներթափանցումը գետնի միջով, մինչդեռ նեյտրոններն ունեն շատ ավելի համեստ ներթափանցելու ունակություն, դրանք պահվում են մի քանի սանտիմետր հաստությամբ կապարի թերթիկի միջոցով: Ուժեղ՝ էլեկտրամագնիսական: Թույլ՝ գրավիտացիոն = 1:10-2:10-10:10-38: Էլեկտրամագնիսականի տարբերությունը և գրավիտացիոն Փոխազդեցություններն այն են, որ դրանք սահուն կերպով նվազում են հեռավորության մեծացման հետ: Ուժեղ և թույլ փոխազդեցությունները սահմանափակվում են շատ փոքր հեռավորությունների վրա՝ թույլերի համար 10-16 սմ, ուժեղների համար՝ 10-13 սմ։ Բայց հեռավորության վրա< 10-16 см слабые взаимодействия уже не являются малоинтенсивными, на расстоянии 10-8 см господствуют էլեկտրամագնիսական ուժեր. Հադրոնները փոխազդում են քվարկների միջոցով: Քվարկների փոխազդեցության կրողները գլյուոններն են։ Ուժեղ փոխազդեցությունները հայտնվում են 10-13 սմ հեռավորության վրա, այսինքն՝ գլյուոնները կարճ հեռահարության են և կարողանում են հասնել այդպիսի հեռավորությունների։ Թույլ փոխազդեցություններն իրականացվում են Հիգսի դաշտերի միջոցով, երբ փոխազդեցությունը փոխանցվում է քվանտների միջոցով, որոնք կոչվում են W+, W- - բոզոններ, ինչպես նաև չեզոք Z0 - բոզոններ (1983 թ.): 7) Ատոմային միջուկների տրոհում և սինթեզ։ Ատոմների միջուկները բաղկացած են պրոտոններից, որոնք նշվում են Z-ով, իսկ նեյտրոնները՝ N-ով, նուկլոնների ընդհանուր թիվը նշվում է A. A = Z + N տառով: Միջուկից նուկլեոնը հեռացնելու համար անհրաժեշտ է էներգիա ծախսել, հետևաբար միջուկի ընդհանուր զանգվածը և էներգիան փոքր են նրա բոլոր բաղադրիչների էշի և էներգիաների գումարից։ Էներգիայի տարբերությունը կոչվում է կապի էներգիա՝ Eb=(Zmp+Nmn-M)c2 միջուկում նուկլոնների միացման էներգիա – Eb: Նուկլեոնի միջոցով անցնող կապի էներգիան կոչվում է հատուկ կապող էներգիա (Eb/A): Հատուկ կապող էներգիան հասնում է իր առավելագույն արժեքին երկաթի ատոմների միջուկների համար։ Երկաթին հաջորդող տարրերում նուկլոնների ավելացում է տեղի ունենում, և յուրաքանչյուր նուկլոն ավելի ու ավելի շատ հարևաններ է ձեռք բերում։ Ուժեղ փոխազդեցությունները կարճաժամկետ են, դա հանգեցնում է նրան, որ նուկլոնների աճի և նուկլեոնների զգալի աճի դեպքում քիմիական տարրը քայքայման միտում ունի (բնական ռադիոակտիվություն): Գրենք այն ռեակցիաները, որոնց ժամանակ էներգիա է անջատվում. 1. Մեծ թվով նուկլոններով միջուկների տրոհման ժամանակ n+U235→ U236→139La+95Mo+2n դանդաղ շարժվող նեյտրոնը կլանում է U235 (ուրանի) կողմից, որի արդյունքում ձևավորվում է U236, որը բաժանված է 2 միջուկների La(laptam) և Mo(molybdenum), որոնք հեռանում են առաջանում են բարձր արագություններ և 2 նեյտրոններ, որոնք կարող են առաջացնել 2 նման ռեակցիա։ Ռեակցիան ստանում է շղթայական բնույթ, որպեսզի սկզբնական վառելիքի զանգվածը հասնում է կրիտիկական զանգվածի։2. Թեթև միջուկների միաձուլման ռեակցիա.d2+d=3H+n, եթե մարդիկ կարողանան ապահովել միջուկների կայուն միաձուլում, ապա իրենք իրենց կփրկեին էներգետիկ խնդիրներից։ Օվկիանոսի ջրում պարունակվող դեյտերիումը էժանության անսպառ աղբյուր է միջուկային վառելիք, իսկ թեթեւ տարրերի սինթեզը չի ուղեկցվում ինտենսիվ ռադիոակտիվ երեւույթներով, ինչպես ուրանի միջուկների տրոհման ժամանակ։

Բարի գալուստ բլոգ: Ես շատ ուրախ եմ տեսնել ձեզ:

Երևի շատ անգամներ եք լսել քվանտային ֆիզիկայի և քվանտային մեխանիկայի անբացատրելի առեղծվածների մասին. Նրա օրենքները հիացնում են միստիցիզմով, և նույնիսկ իրենք՝ ֆիզիկոսներն են ընդունում, որ դրանք լիովին չեն հասկանում։ Մի կողմից հետաքրքիր է հասկանալ այս օրենքները, բայց մյուս կողմից՝ ժամանակ չկա ֆիզիկայի վերաբերյալ բազմահատոր ու բարդ գրքեր կարդալու համար։ Ես քեզ շատ եմ հասկանում, քանի որ ես նաև սիրում եմ գիտելիքն ու ճշմարտության որոնումը, բայց բոլոր գրքերի համար ժամանակն այնքան էլ չի բավականացնում։ Դուք մենակ չեք, շատ հետաքրքրասեր մարդիկ հավաքագրում են«Քվանտային ֆիզիկա խաբեբաների համար, քվանտային մեխանիկա դյումիների համար, քվանտային ֆիզիկա սկսնակների համար, քվանտային մեխանիկա սկսնակների համար, քվանտային ֆիզիկայի հիմունքներ, քվանտային մեխանիկայի հիմունքներ, քվանտային ֆիզիկա երեխաների համար, ինչ է քվանտային մեխանիկա»: Այս հրապարակումը հենց ձեզ համար է.

Դուք կհասկանաք քվանտային ֆիզիկայի հիմնական հասկացությունները և պարադոքսները: Հոդվածից դուք կսովորեք.

• Ի՞նչ է միջամտությունը:
• Որո՞նք են պտույտը և սուպերպոզիցիան:
• Ի՞նչ է «չափումը» կամ «ալիքային ֆունկցիայի փլուզումը»:
• Ի՞նչ է «Քվանտային խճճվածությունը» (կամ «Քվանտային հեռահաղորդակցությունը խաբեբաների համար»): (տես հոդվածը)
• Ի՞նչ է Շրյոդինգերի կատվի մտքի փորձը: (տես հոդվածը)

Ի՞նչ է քվանտային ֆիզիկան և քվանտային մեխանիկա:

Քվանտային մեխանիկա քվանտային ֆիզիկայի մի մասն է։

Ինչու՞ է այդքան դժվար հասկանալ այս գիտությունները: Պատասխանը պարզ է՝ քվանտային ֆիզիկան և քվանտային մեխանիկան (քվանտային ֆիզիկայի մաս) ուսումնասիրում են միկրոաշխարհի օրենքները։ Եվ այս օրենքները բացարձակապես տարբերվում են մեր մակրոկոսմի օրենքներից։ Ուստի մեզ համար դժվար է պատկերացնել, թե ինչ է տեղի ունենում միկրոտիեզերքի էլեկտրոնների և ֆոտոնների հետ։

Մակրո և միկրոաշխարհների օրենքների տարբերության օրինակՄեր մակրոաշխարհում, եթե դուք գնդակ դնեք 2 տուփերից մեկի մեջ, ապա դրանցից մեկը դատարկ կլինի, իսկ մյուսը կունենա գնդակ: Բայց միկրոտիեզերքում (եթե գնդակի փոխարեն ատոմ կա), ատոմը կարող է միաժամանակ լինել երկու տուփի մեջ։ Սա բազմիցս հաստատվել է փորձարարական եղանակով։ Դժվար չէ՞ գլուխդ փաթաթել սրա շուրջը։ Բայց դուք չեք կարող վիճել փաստերի հետ:

Մեկ այլ օրինակ.Դուք լուսանկարել եք արագ մրցարշավային կարմիր սպորտային ավտոմեքենան և լուսանկարում տեսել եք մշուշոտ հորիզոնական շերտ, կարծես լուսանկարի պահին մեքենան գտնվում էր տարածության մի քանի կետերում: Չնայած այն ամենին, ինչ տեսնում եք լուսանկարում, դուք դեռ վստահ եք, որ մեքենան գտնվել է հենց այդ վայրկյանին, երբ այն լուսանկարել եք։ տարածության մեկ կոնկրետ վայրում. Միկրո աշխարհում ամեն ինչ այլ է։ Էլեկտրոնը, որը պտտվում է ատոմի միջուկի շուրջ, իրականում չի պտտվում, բայց գտնվում է միաժամանակ ոլորտի բոլոր կետերումատոմի միջուկի շուրջ։ Ինչպես փափկամազ բուրդից ազատ վերքված գունդ: Այս հասկացությունը ֆիզիկայում կոչվում է «էլեկտրոնային ամպ» .

Կարճ էքսկուրսիա դեպի պատմություն.Գիտնականներն առաջին անգամ մտածեցին քվանտային աշխարհի մասին, երբ 1900 թվականին գերմանացի ֆիզիկոս Մաքս Պլանկը փորձեց պարզել, թե ինչու են մետաղները փոխում գույնը տաքանալիս: Հենց նա ներկայացրեց քվանտ հասկացությունը։ Մինչ այդ գիտնականները կարծում էին, որ լույսն անընդհատ ճանապարհորդում է։ Առաջին մարդը, ով լրջորեն ընդունեց Պլանկի հայտնագործությունը, այդ ժամանակ անհայտ Ալբերտ Էյնշտեյնն էր: Նա հասկացավ, որ լույսը պարզապես ալիք չէ։ Երբեմն նա իրեն մասնիկի պես է պահում։ Էյնշտեյնը ստացել է Նոբելյան մրցանակնրա հայտնագործության համար, որ լույսն արտանետվում է չափաբաժիններով, քվանտաներով։ Լույսի քվանտը կոչվում է ֆոտոն ( ֆոտոն, Վիքիպեդիա) .

Որպեսզի ավելի հեշտ լինի հասկանալ քվանտային օրենքները ֆիզիկոսներԵվ մեխանիկա (Վիքիպեդիա), մենք պետք է ինչ-որ իմաստով վերացվենք դասական ֆիզիկայի օրենքներից, որոնք մեզ ծանոթ են։ Եվ պատկերացրեք, որ դուք Ալիսի պես սուզվել եք նապաստակի անցքի մեջ՝ Հրաշքների երկիր։

Եվ ահա մուլտֆիլմ երեխաների և մեծերի համար:Նկարագրում է քվանտային մեխանիկայի հիմնարար փորձը 2 ճեղքերով և դիտորդով։ Տևում է ընդամենը 5 րոպե։ Դիտեք այն նախքան քվանտային ֆիզիկայի հիմնարար հարցերն ու հասկացությունները սուզվելը:

Քվանտային ֆիզիկա խաբեբաների համար տեսանյութ. Մուլտֆիլմում ուշադրություն դարձրեք դիտորդի «աչքին». Դա լուրջ առեղծված է դարձել ֆիզիկոսների համար։

Ի՞նչ է միջամտությունը:

Մուլտֆիլմի սկզբում, օգտագործելով հեղուկի օրինակ, ցուցադրվեց, թե ինչպես են իրենց պահում ալիքները՝ հերթափոխով մուգ և բաց ուղղահայաց շերտերը հայտնվում են էկրանին ճեղքերով ափսեի հետևում։ Իսկ այն դեպքում, երբ դիսկրետ մասնիկները (օրինակ՝ խճաքարերը) «կրակում են» ափսեի վրա, նրանք թռչում են 2 ճեղքերով և վայրէջք կատարում էկրանի վրա՝ ուղիղ ճեղքերի դիմաց։ Եվ էկրանին «գծում» են ընդամենը 2 ուղղահայաց շերտ։

Լույսի միջամտություն- Սա լույսի «ալիքային» պահվածքն է, երբ էկրանին ցուցադրվում են բազմաթիվ փոփոխական վառ և մուգ ուղղահայաց շերտեր: Նաև այս ուղղահայաց շերտերը կոչվում է միջամտության օրինաչափություն.

Մեր մակրոկոսմում մենք հաճախ նկատում ենք, որ լույսն իրեն ալիքի նման է պահում: Եթե ​​ձեր ձեռքը դնեք մոմի առջև, ապա պատին ձեր ձեռքից ոչ թե հստակ ստվեր կլինի, այլ մշուշոտ ուրվագծերով:

Այսպիսով, ամեն ինչ այնքան էլ բարդ չէ: Մեզ համար այժմ միանգամայն պարզ է, որ լույսն ունի ալիքային բնույթ, և եթե 2 ճեղքերը լուսավորված են լույսով, ապա դրանց հետևի էկրանին մենք կտեսնենք միջամտության օրինաչափություն։

Հիմա նայենք 2-րդ փորձին։ Սա Stern-Gerlach-ի հայտնի փորձն է (որն իրականացվել է անցյալ դարի 20-ական թվականներին)։

Բայց... Արդյունքը ապշեցուցիչ էր. Գիտնականները տեսան միջամտության օրինակ՝ բազմաթիվ ուղղահայաց շերտեր: Այսինքն՝ էլեկտրոնները, ինչպես լույսը, նույնպես կարող են ունենալ ալիքային բնույթ և կարող են խանգարել։ Մյուս կողմից, պարզ դարձավ, որ լույսը ոչ միայն ալիք է, այլև մի փոքր մասնիկ՝ ֆոտոն. պատմական տեղեկատվությունհոդվածի սկզբում իմացանք, որ Էյնշտեյնը Նոբելյան մրցանակ է ստացել այս հայտնագործության համար):

Երևի հիշում եք, դպրոցում մեզ ասում էին ֆիզիկայից «ալիք-մասնիկ երկակիություն»? Դա նշանակում է, որ երբ մենք խոսում ենք միկրոտիեզերքի շատ փոքր մասնիկների (ատոմների, էլեկտրոնների) մասին, ապա. Դրանք և՛ ալիքներ են, և՛ մասնիկներ

Այսօր ես և դու այնքան խելացի ենք, և մենք հասկանում ենք, որ վերը նկարագրված 2 փորձերը՝ էլեկտրոններով կրակելը և լույսով ճեղքերը լուսավորելը, նույն բանն է։ Քանի որ մենք քվանտային մասնիկներ ենք կրակում ճեղքերի վրա։ Այժմ մենք գիտենք, որ թե՛ լույսը, թե՛ էլեկտրոնները քվանտային բնույթ ունեն, որ դրանք միաժամանակ և՛ ալիքներ են, և՛ մասնիկներ: Իսկ 20-րդ դարի սկզբին այս փորձի արդյունքները սենսացիա էին։

Ուշադրություն. Հիմա անցնենք ավելի նուրբ խնդրի.

Մենք ֆոտոնների (էլեկտրոնների) հոսք ենք շողում մեր ճեղքերի վրա և տեսնում ենք միջամտության նախշ (ուղղահայաց շերտեր) էկրանի ճեղքերի հետևում: Սա պարզ է. Բայց մեզ հետաքրքրում է տեսնել, թե ինչպես է էլեկտրոններից յուրաքանչյուրը թռչում անցքի միջով:

Ենթադրաբար, մի էլեկտրոն թռչում է դեպի ձախ բնիկ, մյուսը՝ աջ: Բայց այնուհետև 2 ուղղահայաց գծեր պետք է հայտնվեն էկրանին ուղղակիորեն հակառակ անցքերի: Ինչու՞ է առաջանում միջամտության օրինաչափություն: Գուցե էլեկտրոնները ինչ-որ կերպ փոխազդում են միմյանց հետ արդեն էկրանի վրա՝ ճեղքերով թռչելուց հետո: Եվ արդյունքը նման ալիքի օրինակ է. Ինչպե՞ս կարող ենք հետևել դրան:

Մենք էլեկտրոնները կնետենք ոչ թե ճառագայթով, այլ մեկ առ մեկ։ Գցենք, սպասենք, գցենք հաջորդը։ Այժմ, երբ էլեկտրոնը միայնակ է թռչում, այն այլևս չի կարողանա փոխազդել էկրանի մյուս էլեկտրոնների հետ: Մենք յուրաքանչյուր էլեկտրոն կգրանցենք էկրանին նետումից հետո: Մեկ-երկուսը, իհարկե, մեզ համար հստակ պատկեր չեն «նկարի»։ Բայց երբ մենք դրանցից շատերը մեկ առ մեկ ուղարկենք բացվածքների մեջ, մենք կնկատենք... ո՜վ սարսափ, նրանք կրկին «գծեցին» միջամտության ալիքի օրինաչափություն:

Կամաց-կամաց սկսում ենք խելագարվել։ Ի վերջո, մենք ակնկալում էինք, որ անցքերի դիմաց կլինեն 2 ուղղահայաց գծեր: Պարզվում է, որ երբ մեկ-մեկ ֆոտոններ էինք նետում, դրանցից յուրաքանչյուրը, ասես, միաժամանակ անցնում էր 2 ճեղքերով ու խանգարում ինքն իրեն։

Ֆանտաստիկ! Եկեք հաջորդ բաժնում վերադառնանք այս երեւույթի բացատրությանը:

Մենք հիմա գիտենք, թե ինչ է միջամտությունը: Սա միկրո մասնիկների՝ ֆոտոնների, էլեկտրոնների, այլ միկրոմասնիկների ալիքային վարքագիծն է (պարզության համար այսուհետ դրանք անվանենք ֆոտոններ)։

Փորձի արդյունքում, երբ մենք 1 ֆոտոն գցեցինք 2 ճեղքերի մեջ, հասկացանք, որ այն կարծես թռչում է միաժամանակ երկու ճեղքերով։ Հակառակ դեպքում, ինչպե՞ս կարող ենք բացատրել միջամտության օրինաչափությունը էկրանին:

Բայց ինչպե՞ս կարող ենք պատկերացնել, որ ֆոտոնը միաժամանակ թռչում է երկու ճեղքերով: Կա 2 տարբերակ.

• 1-ին տարբերակ.Ֆոտոնը, ինչպես ալիքը (նման ջուր) «լողում է» միաժամանակ 2 ճեղքերով
• 2-րդ տարբերակ.Ֆոտոնը, ինչպես մասնիկը, միաժամանակ թռչում է 2 հետագծով (ոչ թե երկու, այլ միանգամից)

Սկզբունքորեն այս հայտարարությունները համարժեք են։ Մենք հասանք «ուղիների ինտեգրալին»: Սա Ռիչարդ Ֆեյնմանի քվանտային մեխանիկայի ձևակերպումն է։

Ի դեպ, հենց Ռիչարդ Ֆեյնմանպատկանում է հայտնի արտահայտություն, Ինչ Վստահաբար կարող ենք ասել, որ քվանտային մեխանիկա ոչ ոք չի հասկանում

Բայց նրա այս արտահայտությունն աշխատեց դարասկզբին։ Բայց հիմա մենք խելացի ենք և գիտենք, որ ֆոտոնը կարող է իրեն պահել և՛ որպես մասնիկ, և՛ որպես ալիք: Որ նա կարող է մեզ համար անհասկանալի ինչ-որ կերպ թռչել միաժամանակ 2 ճեղքով։ Հետևաբար, մեզ համար հեշտ կլինի հասկանալ քվանտային մեխանիկայի հետևյալ կարևոր հայտարարությունը.

Խստորեն ասած, քվանտային մեխանիկա մեզ ասում է, որ այս ֆոտոնի վարքը կանոն է, ոչ թե բացառություն: Ցանկացած քվանտային մասնիկ, որպես կանոն, գտնվում է մի քանի վիճակներում կամ տարածության մի քանի կետերում միաժամանակ։

Մակրոաշխարհի օբյեկտները կարող են լինել միայն մեկ կոնկրետ վայրում և մեկ կոնկրետ վիճակում: Բայց քվանտային մասնիկը գոյություն ունի իր սեփական օրենքների համաձայն։ Եվ նրան նույնիսկ չի հետաքրքրում, որ մենք նրանց չենք հասկանում: Դա է կետը:

Պարզապես պետք է որպես աքսիոմ ընդունենք, որ քվանտային օբյեկտի «գերդիրքը» նշանակում է, որ այն կարող է լինել միաժամանակ 2 կամ ավելի հետագծերի վրա, միաժամանակ 2 կամ ավելի կետերում։

Նույնը վերաբերում է մեկ այլ ֆոտոնի պարամետրին՝ սպինին (իր սեփական անկյունային իմպուլսը): Spin-ը վեկտոր է: Քվանտային օբյեկտը կարելի է դիտարկել որպես մանրադիտակային մագնիս: Մենք սովոր ենք, որ մագնիսի վեկտորը (սպին) կամ ուղղված է դեպի վեր կամ վար: Բայց էլեկտրոնը կամ ֆոտոնը կրկին ասում է մեզ. «Տղե՛րք, մեզ չի հետաքրքրում, թե ինչի եք դուք սովոր, մենք կարող ենք լինել միանգամից երկու սպինային վիճակներում (վեկտոր վերև, վեկտոր ներքև), ճիշտ այնպես, ինչպես կարող ենք լինել 2 հետագծի վրա: միևնույն ժամանակ կամ 2 միավորով միաժամանակ:

Ի՞նչ է «չափումը» կամ «ալիքային ֆունկցիայի փլուզումը»:

Քիչ է մնացել, որպեսզի հասկանանք, թե ինչ է «չափումը» և ինչ է «ալիքային ֆունկցիայի փլուզումը»:

Ալիքային ֆունկցիաքվանտային օբյեկտի (մեր ֆոտոն կամ էլեկտրոն) վիճակի նկարագրությունն է։

Ենթադրենք, մենք ունենք էլեկտրոն, այն թռչում է դեպի իրեն անորոշ վիճակում նրա պտույտն ուղղված է միաժամանակ և՛ վերև, և՛ վար. Պետք է չափել նրա վիճակը։

Եկեք չափենք մագնիսական դաշտի միջոցով. էլեկտրոնները, որոնց սպինն ուղղված է դաշտի ուղղությամբ, կշեղվեն մի ուղղությամբ, իսկ էլեկտրոնները, որոնց սպինը ուղղված է դաշտի դեմ՝ մյուս ուղղությամբ: Ավելի շատ ֆոտոններ կարող են ուղղվել բևեռացնող ֆիլտրի մեջ: Եթե ​​ֆոտոնի սպինը (բևեռացումը) +1 է, այն անցնում է ֆիլտրով, իսկ եթե -1 է, ապա՝ ոչ։

Կանգ առեք Այստեղ դուք անխուսափելիորեն հարց կունենաք.Չափումից առաջ էլեկտրոնը չուներ սպինի կոնկրետ ուղղություն, չէ՞: Չէ՞ որ նա միաժամանակ բոլոր նահանգներում էր։

Սա քվանտային մեխանիկայի հնարքն ու զգացումն է. Քանի դեռ դուք չեք չափում քվանտային օբյեկտի վիճակը, այն կարող է պտտվել ցանկացած ուղղությամբ (ունենալ սեփական անկյունային իմպուլսի վեկտորի ցանկացած ուղղություն՝ սպին)։ Բայց այն պահին, երբ չափեցիր նրա վիճակը, նա կարծես որոշում է կայացնում, թե որ սպին վեկտորն ընդունի:

Այս քվանտային օբյեկտն այնքան հիանալի է, որ որոշումներ է կայացնում իր վիճակի վերաբերյալ:Եվ մենք չենք կարող նախապես կանխատեսել, թե ինչ որոշում կկայացնի այն, երբ թռչի այն մագնիսական դաշտը, որտեղ մենք չափում ենք այն: Հավանականությունը, որ նա կորոշի ունենալ սպին վեկտոր «վերև» կամ «ներքև», 50-ից 50% է: Բայց հենց որ որոշի, ինչ-որ վիճակի մեջ է՝ կոնկրետ պտույտի ուղղությամբ։ Նրա որոշման պատճառը մեր «չափն» է։

Սա կոչվում է « ալիքի ֆունկցիայի փլուզում». Չափումից առաջ ալիքի ֆունկցիան անորոշ էր, այսինքն. Էլեկտրոնի սպին վեկտորը միաժամանակ բոլոր ուղղություններով էր, էլեկտրոնը գրանցեց իր սպին վեկտորի որոշակի ուղղությունը.

Ուշադրություն. Հասկանալու հիանալի օրինակ է ասոցիացիան մեր մակրոկոսմից.

Սեղանի վրա մետաղադրամ պտտեք, ինչպես պտտվող գագաթը: Մինչ մետաղադրամը պտտվում է, այն չունի կոնկրետ նշանակություն՝ գլուխներ կամ պոչեր: Բայց հենց որ որոշեք «չափել» այս արժեքը և մետաղադրամը ձեռքով շփեք, հենց այդ ժամանակ դուք ստանում եք մետաղադրամի կոնկրետ վիճակը՝ գլուխներ կամ պոչեր: Հիմա պատկերացրեք, որ այս մետաղադրամը որոշում է, թե որ արժեքն է ձեզ «ցուցադրել»՝ գլուխներ, թե պոչեր: Մոտավորապես նույն կերպ է վարվում էլեկտրոնը։

Հիմա հիշեք մուլտֆիլմի վերջում ցուցադրված փորձը։ Երբ ֆոտոններն անցնում էին ճեղքերով, նրանք իրենց պահում էին ալիքի նման և էկրանին ցուցադրում միջամտության օրինաչափություն։ Եվ երբ գիտնականները ցանկացան գրանցել (չափել) ճեղքով թռչող ֆոտոնների պահը և էկրանի հետևում «դիտորդ» տեղադրեցին, ֆոտոնները սկսեցին իրենց պահել ոչ թե ալիքների, այլ մասնիկների նման։ Եվ էկրանին «գծեցին» 2 ուղղահայաց գծեր։ Նրանք. չափման կամ դիտարկման պահին քվանտային օբյեկտներն իրենք են ընտրում, թե ինչ վիճակում պետք է գտնվեն։

Ֆանտաստիկ! Ճիշտ չէ՞։

Բայց սա դեռ ամենը չէ: Վերջապես մենք Մենք հասանք ամենահետաքրքիր հատվածին.

Բայց... ինձ թվում է ինֆորմացիայի գերծանրաբեռնվածություն կլինի, ուստի առանձին գրառումներով կդիտարկենք այս 2 հասկացությունները.

• Ի՞նչ է պատահել։
• Ի՞նչ է մտքի փորձը:

Հիմա դուք ուզում եք, որ տեղեկատվությունը դասավորված լինի: Դիտեք Կանադայի Տեսական ֆիզիկայի ինստիտուտի պատրաստած վավերագրական ֆիլմը: Դրանում 20 րոպեից ձեզ շատ հակիրճ և ժամանակագրական կարգով կպատմեն քվանտային ֆիզիկայի բոլոր հայտնագործությունների մասին՝ սկսած 1900 թվականին Պլանկի հայտնագործությունից: Եվ հետո նրանք ձեզ կասեն, թե ներկայումս ինչ գործնական զարգացումներ են իրականացվում քվանտային ֆիզիկայի գիտելիքների հիման վրա՝ ամենաճշգրիտ ատոմային ժամացույցներից մինչև քվանտային համակարգչի գերարագ հաշվարկներ: Խիստ խորհուրդ եմ տալիս դիտել այս ֆիլմը։

Կհանդիպենք։

Մաղթում եմ բոլորին ոգեշնչում իրենց բոլոր ծրագրերի և նախագծերի համար:

P.S.2 Գրեք ձեր հարցերն ու մտքերը մեկնաբանություններում։ Գրեք, էլի ի՞նչ հարցեր են ձեզ հետաքրքրում քվանտային ֆիզիկայի վերաբերյալ։

P.S.3 Բաժանորդագրվեք բլոգին - բաժանորդագրության ձևը գտնվում է հոդվածի տակ:

Ֆիզիկան մեզ տալիս է օբյեկտիվ պատկերացում մեզ շրջապատող աշխարհի մասին, և նրա օրենքները բացարձակ են և կիրառվում են բոլոր մարդկանց համար առանց բացառության՝ անկախ սոցիալական կարգավիճակից և անձերից:

Բայց այս գիտության նման ըմբռնումը միշտ չէ, որ առկա է եղել: 19-րդ դարի վերջում առաջին անհիմն քայլերն արվեցին դասական ֆիզիկայի օրենքների վրա հիմնված սև ֆիզիկական մարմնի ճառագայթման տեսության ստեղծման ուղղությամբ։ Այս տեսության օրենքներից հետևեց, որ նյութը պետք է արձակի որոշակի էլեկտրամագնիսական ալիքներ ցանկացած ջերմաստիճանում, ամպլիտուդիան իջեցնի բացարձակ զրոյի և կորցնի իր հատկությունները։ Այլ կերպ ասած, ջերմային հավասարակշռությունը ճառագայթման և կոնկրետ տարրի միջև անհնար էր։ Սակայն նման հայտարարությունը հակասում էր իրական առօրյա փորձին։

Քվանտային ֆիզիկան կարելի է ավելի մանրամասն և հասկանալի բացատրել հետևյալ կերպ. Գոյություն ունի բացարձակ սև մարմնի սահմանում, որն ունակ է կլանել ցանկացած ալիքային սպեկտրի էլեկտրամագնիսական ճառագայթում։ Նրա ճառագայթման երկարությունը որոշվում է միայն նրա ջերմաստիճանով։ Բնության մեջ չեն կարող լինել բացարձակ սև մարմիններ, որոնք համապատասխանում են անցք ունեցող անթափանց փակ նյութին։ Երբ ջեռուցվում է, տարրի ցանկացած կտոր սկսում է փայլել, և աստիճանի հետագա աճով այն դառնում է կարմիր, այնուհետև սպիտակ: Գույնը գործնականում կախված չէ նյութի հատկություններից, բացարձակապես սև մարմնի համար այն բնութագրվում է բացառապես իր ջերմաստիճանով.

Ծանոթագրություն 1

Քվանտային հայեցակարգի զարգացման հաջորդ փուլը Ա.Էյնշտեյնի ուսմունքն էր, որը հայտնի է Պլանկի վարկածով։

Այս տեսությունը գիտնականին հնարավորություն է տվել բացատրել եզակի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի բոլոր օրենքները, որոնք չեն տեղավորվում դասական ֆիզիկայի սահմաններում։ Այս գործընթացի էությունը էլեկտրամագնիսական ճառագայթման արագ էլեկտրոնների ազդեցության տակ նյութի անհետացումն է։ Արտանետվող տարրերի էներգիան կախված չէ կլանված ճառագայթման գործակիցից և որոշվում է նրա բնութագրերով։ Այնուամենայնիվ, արտանետվող էլեկտրոնների թիվը կախված է ճառագայթների հագեցվածությունից

Կրկնվող փորձերը շուտով հաստատեցին Էյնշտեյնի ուսմունքները ոչ միայն ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի և լույսի, այլև ռենտգենյան ճառագայթների և գամմա ճառագայթների հետ: Ա.Կոմպտոնի էֆեկտը, որը հայտնաբերվեց 1923 թվականին, հանրությանը ներկայացրեց նոր փաստեր որոշակի ֆոտոնների գոյության մասին՝ ազատ, փոքր էլեկտրոնների վրա էլեկտրամագնիսական ճառագայթման առաձգական ցրման դասավորության միջոցով, որն ուղեկցվում է տիրույթի և ալիքի երկարության մեծացմամբ:

Դաշտի քվանտային տեսություն

Այս դոկտրինան թույլ է տալիս մեզ որոշել քվանտային համակարգերի ներդրման գործընթացը գիտության մեջ կոչվող ազատության աստիճաններ, որոնք ենթադրում են որոշակի թվով անկախ կոորդինատներ, որոնք չափազանց կարևոր են մեխանիկական հայեցակարգի ընդհանուր շարժումը ցույց տալու համար:

Պարզ խոսքերով, այս ցուցանիշները շարժման հիմնական բնութագրերն են: Հարկ է նշել, որ տարրական մասնիկների ներդաշնակ փոխազդեցության ոլորտում հետաքրքիր բացահայտումներ են արել հետազոտող Սթիվեն Վայնբերգը, ով հայտնաբերել է չեզոք հոսանքը, այն է՝ լեպտոնների և քվարկների փոխհարաբերությունների սկզբունքը։ 1979 թվականին իր հայտնագործության համար ֆիզիկոսը դարձավ Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր։

Քվանտային տեսության մեջ ատոմը բաղկացած է միջուկից և էլեկտրոնների հատուկ ամպից։ Այս տարրի հիմքը ներառում է բուն ատոմի գրեթե ամբողջ զանգվածը՝ ավելի քան 95 տոկոս: Միջուկն ունի բացառապես դրական լիցք, որը որոշում է քիմիական տարր, որի մասն է կազմում հենց ատոմը։ Ատոմի կառուցվածքի ամենաանսովոր բանն այն է, որ թեև միջուկը կազմում է նրա գրեթե ողջ զանգվածը, այն պարունակում է իր ծավալի միայն տասնհազարերորդ մասը: Այստեղից հետևում է, որ ատոմում իսկապես շատ քիչ խիտ նյութ կա, իսկ մնացած տարածքը զբաղեցնում է էլեկտրոնային ամպը։

Քվանտային տեսության մեկնաբանությունները՝ փոխլրացման սկզբունքը

Քվանտային տեսության արագ զարգացումը հանգեցրել է այնպիսի տարրերի վերաբերյալ դասական պատկերացումների արմատական ​​փոփոխության.

• նյութի կառուցվածքը;
• տարրական մասնիկների շարժում;
• պատճառականություն;
• տարածություն;
• ժամանակ;
• ճանաչողության բնույթը.

Մարդկանց գիտակցության նման փոփոխությունները նպաստեցին աշխարհի պատկերի արմատական ​​վերափոխմանը ավելի հստակ հասկացության։ Նյութական մասնիկի դասական մեկնաբանությունը բնութագրվում էր հանկարծակի բաժանմամբ միջավայրը, սեփական շարժման և տարածության մեջ որոշակի տեղակայման առկայությունը։

Քվանտային տեսության մեջ տարրական մասնիկը սկսեց ներկայացվել որպես համակարգի ամենակարևոր մաս, որում այն ​​ներառված էր, բայց միևնույն ժամանակ չուներ իր սեփական կոորդինատներն ու իմպուլսը։ Շարժման դասական ճանաչման մեջ առաջարկվել է տարրերի փոխանցում, որոնք նույնական են մնացել իրենց հետ՝ նախապես ծրագրված հետագծով։

Մասնիկների բաժանման ոչ միանշանակ բնույթը ստիպում էր հրաժարվել շարժման նման տեսլականից: Դասական դետերմինիզմը վիճակագրական ուղղությանը զիջեց առաջատար դիրքը։ Եթե ​​նախկինում տարրի ամբողջ ամբողջությունն ընկալվում էր որպես բաղադրիչ մասերի ընդհանուր քանակ, ապա քվանտային տեսությունը որոշում էր ատոմի անհատական ​​հատկությունների կախվածությունը համակարգից։

Ինտելեկտուալ գործընթացի դասական ըմբռնումն ուղղակիորեն կապված էր նյութական առարկայի՝ որպես ինքնին լիովին գոյություն ունեցող ընկալման հետ:

Քվանտային տեսությունը ցույց է տվել.

• օբյեկտի վերաբերյալ գիտելիքների կախվածություն;
• հետազոտական ​​ընթացակարգերի անկախություն;
• գործողությունների ամբողջականությունը մի շարք վարկածների վրա.

Ծանոթագրություն 2

Այս հասկացությունների իմաստը ի սկզբանե հեռու էր պարզ լինելուց, և, հետևաբար, քվանտային տեսության հիմնական դրույթները միշտ ստացել են տարբեր մեկնաբանություններ, ինչպես նաև տարբեր մեկնաբանություններ:

Քվանտային վիճակագրություն

Քվանտային և ալիքային մեխանիկայի զարգացմանը զուգահեռ արագ զարգանում էին քվանտային տեսության այլ բաղադրիչներ՝ քվանտային համակարգերի վիճակագրությունը և վիճակագրական ֆիզիկան, որը ներառում էր հսկայական քանակությամբ մասնիկներ։ Հատուկ տարրերի շարժման դասական մեթոդների հիման վրա ստեղծվել է դրանց ամբողջականության վարքագծի տեսություն՝ դասական վիճակագրություն։

Քվանտային վիճակագրության մեջ բացարձակապես հնարավոր չէ տարբերակել նույն բնույթի երկու մասնիկները, քանի որ այս անկայուն հայեցակարգի երկու վիճակները միմյանցից տարբերվում են միայն նույնական ազդեցության սկզբունքի վրա նույնական ազդեցության մասնիկների վերադասավորմամբ։ Ահա թե ինչպես են քվանտային համակարգերը հիմնականում տարբերվում դասական գիտական ​​համակարգերից։

Քվանտային վիճակագրության հայտնաբերման կարևոր արդյունքը այն պնդումն է, որ ցանկացած համակարգի մաս կազմող յուրաքանչյուր մասնիկ նույն տարրին նույնական չէ: Սա ենթադրում է համակարգերի որոշակի հատվածում նյութական օբյեկտի առանձնահատկությունները որոշելու առաջադրանքի կարևորությունը:

Տարբերությունը քվանտային ֆիզիկայի և դասականի միջև

Այսպիսով, քվանտային ֆիզիկայի աստիճանական հեռանալը դասական ֆիզիկայից բաղկացած է ժամանակի և տարածության մեջ տեղի ունեցող առանձին իրադարձությունների բացատրությունից հրաժարվելուց և վիճակագրական մեթոդի կիրառումից իր հավանականության ալիքներով:

Ծանոթագրություն 3

Դասական ֆիզիկայի նպատակն է նկարագրել առանձին առարկաներ որոշակի ոլորտում և ձևակերպել օրենքներ, որոնք կարգավորում են այդ առարկաների փոփոխությունը ժամանակի ընթացքում:

Քվանտային ֆիզիկան գիտության մեջ առանձնահատուկ տեղ է գրավում ֆիզիկական գաղափարների գլոբալ ըմբռնման մեջ։ Մարդկային մտքի ամենահիշարժան ստեղծագործություններից է հարաբերականության տեսությունը՝ ընդհանուր և հատուկ, որը ուղղությունների բոլորովին նոր հայեցակարգ է, որը միավորում է էլեկտրադինամիկան, մեխանիկա և ձգողականության տեսությունը:

Քվանտային տեսությունը կարողացավ վերջապես խզել կապերը դասական ավանդույթների հետ՝ ստեղծելով նոր, ունիվերսալ լեզու և մտածելակերպի անսովոր ոճ՝ թույլ տալով գիտնականներին ներթափանցել միկրոաշխարհ իր էներգետիկ բաղադրիչներով և տալ դրա ամբողջական նկարագրությունը՝ ներմուծելով առանձնահատկություններ, որոնք բացակայում էին դասական ֆիզիկայում: Այս բոլոր մեթոդները, ի վերջո, հնարավորություն տվեցին ավելի մանրամասն հասկանալ բոլորի էությունը ատոմային գործընթացներ, և միևնույն ժամանակ հենց այս տեսությունն էր, որ գիտության մեջ մտցրեց պատահականության և անկանխատեսելիության տարր։

Ֆոկ տարածություն՝ նկարագրելով քվանտային դաշտի բոլոր հնարավոր գրգռումները։ QFT-ում քվանտային մեխանիկական ալիքի ֆունկցիայի անալոգը դաշտային օպերատոր է (ավելի ճիշտ՝ «դաշտը» օպերատորի արժեքով ընդհանրացված ֆունկցիա է, որից միայն հիմնական ֆունկցիայի հետ կոնվուլյացիայից հետո մենք ստանում ենք Հիլբերտի վիճակի տարածքում գործող օպերատոր) , կարող է ազդել Ֆոքի տարածության վակուումային վեկտորի վրա (տես վակուում ) և առաջացնել քվանտային դաշտի մեկ մասնիկային գրգռումներ։ Ֆիզիկական դիտելիներն այստեղ նույնպես համապատասխանում են դաշտային օպերատորներից կազմված օպերատորներին [ ոճը!] .

Դաշտի քվանտային տեսության վրա է հիմնված բոլոր տարրական մասնիկների ֆիզիկան:

Դաշտի քվանտային տեսությունը կառուցելիս առանցքային կետը վերանորմալացման ֆենոմենի էությունը հասկանալն էր։

Ծագման պատմություն

Քվանտային մեխանիկայի հիմնական հավասարումը` Շրյոդինգերի հավասարումը, հարաբերականորեն ոչ ինվարիանտ է, ինչպես երևում է հավասարման մեջ ժամանակի և տարածական կոորդինատների ասիմետրիկ ընդգրկումից: 1926 թվականին առաջարկվեց ազատ (առանց սպին կամ զրոյական սպին) մասնիկի հարաբերականորեն անփոփոխ հավասարումը (Քլայն-Գորդոն-Ֆոկ հավասարումը): Ինչպես հայտնի է, դասական մեխանիկայում (ներառյալ ոչ հարաբերական քվանտային մեխանիկա) էներգիան (կինետիկ, քանի որ պոտենցիալը ենթադրվում է զրոյական) և ազատ մասնիկի իմպուլսը կապված են . Էներգիայի և իմպուլսի միջև հարաբերական հարաբերությունն ունի ձև. Ենթադրելով, որ ռելյատիվիստական ​​դեպքում իմպուլսի օպերատորը նույնն է, ինչ ոչ հարաբերական տարածաշրջանում, և օգտագործելով այս բանաձևը հարաբերական Համիլտոնյան անալոգիայի միջոցով կառուցելու համար, մենք ստանում ենք Քլայն-Գորդոնի հավասարումը.

կամ

կամ, հակիրճ, բնական միավորների օգտագործումը հավելյալ.

, որտեղ է D'Alembert օպերատորը:

Այնուամենայնիվ, այս հավասարման խնդիրն այն է, որ ալիքի ֆունկցիան այստեղ դժվար է մեկնաբանել որպես հավանականության ամպլիտուդ, թեկուզ միայն այն պատճառով, որ, ինչպես կարելի է ցույց տալ, հավանականության խտությունը դրական որոշակի մեծություն չի լինի:

Նրա կողմից 1928 թվականին առաջարկված Դիրակի հավասարումը մի փոքր այլ հիմնավորում ունի։ Դիրակը փորձեց ստանալ առաջին կարգի դիֆերենցիալ հավասարում, որում ապահովված էր ժամանակի կոորդինատի և տարածական կոորդինատների հավասարությունը։ Քանի որ իմպուլսի օպերատորը համաչափ է առաջին ածանցյալին կոորդինատների նկատմամբ, Դիրակ Համիլտոնյանը պետք է գծային լինի իմպուլսի օպերատորում։

և հաշվի առնելով էներգիայի և իմպուլսի միջև կապի բանաձևը, սահմանափակումներ են դրվում այս օպերատորի քառակուսու վրա, հետևաբար և «գործակիցների» վրա՝ դրանց քառակուսիները պետք է հավասար լինեն մեկին և փոխադարձաբար հակակոմուտատիվ լինեն: Այսպիսով, դրանք հաստատ չեն կարող թվային հավանականություններ լինել: Այնուամենայնիվ, դրանք կարող են լինել մատրիցներ՝ առնվազն 4 չափսերով, իսկ «ալիքի ֆունկցիան» չորս բաղադրիչից բաղկացած օբյեկտ է, որը կոչվում է բիսփինոր: Այս դեպքում Դիրակի հավասարումը պաշտոնապես ունի Շրյոդինգերի հավասարման նույնական ձև (Դիրակ Համիլտոնյան):

Այնուամենայնիվ, այս հավասարումը, ինչպես Կլայն-Գորդոնի հավասարումը, ունի բացասական էներգիաներով լուծումներ։ Այս հանգամանքը պատճառ դարձավ հակամասնիկների կանխատեսման համար, որը հետագայում հաստատվեց փորձարարական ճանապարհով (պոզիտրոնի հայտնաբերումը)։ Հակամասնիկների առկայությունը էներգիայի և իմպուլսի միջև հարաբերական հարաբերությունների հետևանք է։

Միևնույն ժամանակ, մինչև 20-ական թվականների վերջը, մշակվեց բազմամասնական համակարգերի (ներառյալ փոփոխական թվով մասնիկներով համակարգերի) քվանտային նկարագրության ֆորմալիզմը, որը հիմնված էր մասնիկների ստեղծման և ոչնչացման օպերատորների վրա։ Պարզվում է, որ դաշտի քվանտային տեսությունը նույնպես հիմնված է այս օպերատորների վրա (դրանց միջոցով արտահայտված)։

Քլայն-Գորդոնի և Դիրակի հավասարումները պետք է դիտարկել որպես Շրյոդինգերի հավասարումը բավարարող քվանտային դաշտերի համակարգի վիճակի վեկտորի վրա գործող դաշտային օպերատորի ֆունկցիաների հավասարումներ։

Դաշտի քվանտային տեսության էությունը

Լագրանժյան ֆորմալիզմ

Դասական մեխանիկայի մեջ շատ մասնիկներով համակարգերը կարելի է նկարագրել՝ օգտագործելով Լագրանժյան ֆորմալիզմը։ Բազմամասնական համակարգի Լագրանժականը հավասար է առանձին մասնիկների Լագրանժի գումարին։ Դաշտի տեսության մեջ նմանատիպ դեր կարող է խաղալ Լագրանժյան խտությունը (Լագրանժյան խտությունը) տարածության տվյալ կետում։ Համապատասխանաբար, համակարգի (դաշտի) Լագրանժականը հավասար կլինի եռաչափ տարածության վրա Լագրանժյան խտության ինտեգրալին։ Գործողությունը, ինչպես դասական մեխանիկայում, ենթադրվում է, որ ժամանակի ընթացքում հավասար է Լագրանժի ինտեգրալին։ Հետևաբար, դաշտի տեսության մեջ գործողությունը կարելի է համարել որպես Լագրանժյան խտության ինտեգրալ քառաչափ տարածություն-ժամանակի վրա։ Համապատասխանաբար, կարելի է կիրառել նվազագույն (ստացիոնար) գործողության սկզբունքը այս քառաչափ ինտեգրալի նկատմամբ և ստանալ դաշտի շարժման հավասարումներ՝ Էյլեր-Լագրանժի հավասարումներ։ Լագրանժի (Լագրանժյան խտություն) նվազագույն պահանջը հարաբերական ինվարիանտությունն է։ Երկրորդ պահանջն այն է, որ Լագրանժը չպետք է պարունակի դաշտային ֆունկցիայի առաջին աստիճանից բարձր ածանցյալներ, որպեսզի շարժման հավասարումները լինեն «ճիշտ» (համապատասխանում է դասական մեխանիկային): Կան նաև այլ պահանջներ (տեղայնություն, միատարրություն և այլն): Համաձայն Նոյթերի թեորեմի՝ k-պարամետրային փոխակերպումների ներքո գործողության անփոփոխությունը հանգեցնում է k դաշտի դինամիկ ինվարիանտների, այսինքն՝ պահպանման օրենքների։ Մասնավորապես, թարգմանությունների (տեղաշարժերի) նկատմամբ գործողության անփոփոխությունը հանգեցնում է 4-ի մոմենտումի պահպանմանը։

Օրինակ՝ Սկալար դաշտ Լագրանժյանով

Տվյալ դաշտի շարժման հավասարումները հանգեցնում են Քլայն-Գորդոնի հավասարմանը: Այս հավասարումը լուծելու համար օգտակար է Ֆուրիեի փոխակերպման միջոցով անցնել իմպուլսի ներկայացմանը: Կլայն-Գորդոնի հավասարումից հեշտ է տեսնել, որ Ֆուրիեի գործակիցները կբավարարեն պայմանը.

Որտեղ կա կամայական գործառույթ

Դելտա ֆունկցիան կապ է հաստատում հաճախականության (էներգիայի), ալիքի վեկտորի (մոմենտի վեկտոր) և պարամետրի (զանգվածի) միջև. Ըստ այդմ, երկու հնարավոր նշանների համար մենք ունենք երկու անկախ լուծում իմպուլսի ներկայացման մեջ (Ֆուրիեի ինտեգրալ)

Կարելի է ցույց տալ, որ իմպուլսի վեկտորը հավասար կլինի

Հետևաբար ֆունկցիան կարելի է մեկնաբանել որպես զանգվածով, իմպուլսով և էներգիայով մասնիկների միջին խտություն։ Քվանտացումից հետո այս արտադրատեսակները վերածվում են օպերատորների, որոնք ունեն ամբողջ թվային սեփական արժեքներ:

Դաշտի քվանտացում. Քվանտների ստեղծման և ոչնչացման օպերատորներ

Քվանտացում նշանակում է դաշտերից անցում դեպի վիճակի վեկտորի (ամպլիտուդի) վրա գործող օպերատորներ. Φ . Պայմանական քվանտային մեխանիկայի անալոգիայով վիճակի վեկտորն ամբողջությամբ բնութագրում է քվանտացված ալիքային դաշտերի համակարգի ֆիզիկական վիճակը։ Պետական ​​վեկտորը վեկտոր է որոշ գծային տարածության մեջ:

Ալիքային դաշտերի քվանտացման հիմնական պոստուլատն այն է, որ դինամիկ փոփոխականների օպերատորներն արտահայտվում են դաշտային օպերատորներով այնպես, ինչպես դասական դաշտերում (հաշվի առնելով բազմապատկման կարգը)

Քվանտային ներդաշնակ տատանվողի համար ստացվել է էներգիայի քվանտացման հայտնի բանաձև։ Համիլտոնյան նշված սեփական արժեքներին համապատասխանող սեփական գործառույթները, պարզվում է, կապված են միմյանց հետ որոշակի օպերատորների կողմից՝ աճող օպերատոր, նվազող օպերատոր: Հարկ է նշել, որ այս օպերատորները ոչ կոմուտատիվ են (դրանց կոմուտատորը մեկին հավասար) Աճող կամ նվազող օպերատորի օգտագործումը մեծացնում է n-ի քվանտային թիվը մեկով և հանգեցնում է օսլիլատորի էներգիայի հավասար աճի (սպեկտրի համաչափություն), որը կարող է մեկնաբանվել որպես նորի ծնունդ կամ դաշտային քվանտի ոչնչացում։ էներգիայով։ Հենց այս մեկնաբանությունն է թույլ տալիս օգտագործել վերը նշված օպերատորները, ինչպես ստեղծման և ոչնչացման օպերատորներտվյալ դաշտի քվանտա: Հարմոնիկ օսլիլատորի Համիլտոնյանն արտահայտվում է նշված օպերատորների միջոցով հետևյալ կերպ. քվանտային թվերի օպերատորդաշտերը. Հեշտ է ցույց տալ, այսինքն՝ այս օպերատորի սեփական արժեքները՝ քվանտների քանակը: Ցանկացած n-մասնիկ դաշտի վիճակ կարելի է ստանալ վակուումի վրա ստեղծման օպերատորների գործողությամբ

Վակուումային վիճակի դեպքում ոչնչացման օպերատորի կիրառման արդյունքը զրո է (սա կարելի է ընդունել որպես վակուումային վիճակի պաշտոնական սահմանում):

N տատանվողների դեպքում համակարգի Համիլտոնյանը հավասար է առանձին տատանվողների Համիլտոնյանների գումարին։ Յուրաքանչյուր նման օսլիլատորի համար կարելի է սահմանել իր ստեղծման օպերատորները: Հետևաբար, նման համակարգի կամայական քվանտային վիճակը կարելի է նկարագրել օգտագործելով լրացրեք համարները- վակուումի վրա գործող տվյալ k տիպի օպերատորների թիվը.

Այս ներկայացուցչությունը կոչվում է լրացման համարների ներկայացում. Այս ներկայացման էությունն այն է, որ կոորդինատների ֆունկցիայի (կոորդինատների ներկայացում) կամ որպես իմպուլսների ֆունկցիայի (զարկերակային ներկայացում) ֆունկցիա նշելու փոխարեն, համակարգի վիճակը բնութագրվում է գրգռված վիճակի թվով՝ լրացման համարով։ .

Կարելի է ցույց տալ, որ, օրինակ, Կլայն-Գորդոնի սկալյար դաշտը կարող է ներկայացվել որպես տատանվողների հավաքածու։ Ընդլայնելով դաշտի ֆունկցիան եռաչափ իմպուլսի վեկտորի մեջ անվերջ Ֆուրիեի շարքի մեջ, կարելի է ցույց տալ, որ Քլայն-Գորդոնի հավասարումից հետևում է, որ ընդլայնման ամպլիտուաները բավարարում են պարամետրով (հաճախականություն) տատանումների դասական երկրորդ կարգի դիֆերենցիալ հավասարումը։ ) Եկեք դիտարկենք սահմանափակ խորանարդը և յուրաքանչյուր կոորդինատի վրա պարբերության պայման պարտադրենք:

Դաշտային օպերատորներ, դինամիկ փոփոխական օպերատորներ

Ֆոքի ներկայացուցչությունը

Բոզ-Էյնշտեյն և Ֆերմի-Դիրակ քվանտացում. Միացում պտույտի հետ:

Բոզե-Էյնշտեյն կոմուտացիոն հարաբերությունները հիմնված են սովորական կոմուտատորի վրա (օպերատորների «ուղիղ» և «հակառակ» արտադրյալի տարբերությունը), իսկ Ֆերմի-Դիրակ կոմուտացիոն հարաբերությունները հիմնված են հակակոմուտատորի վրա («ուղղակի» և «ուղիղների» գումարը: օպերատորների «հակադարձ» արտադրյալ): Առաջին դաշտերի քվանտները ենթարկվում են Բոզե-Էյնշտեյնի վիճակագրությանը և կոչվում են բոզոններ, իսկ երկրորդ դաշտերի քվանտները ենթարկվում են Ֆերմի-Դիրակի վիճակագրությանը և կոչվում են ֆերմիոններ։ Բոզե-Էյնշտեյնյան դաշտերի քվանտացումը համահունչ է ամբողջ թվով սպին ունեցող մասնիկների համար, իսկ կես-ամբողջ թվով սպին ունեցող մասնիկների դեպքում Ֆերմի-Դիրակի քվանտացումը պարզվում է, որ համահունչ է: Այսպիսով, ֆերմիոնները մասնիկներ են՝ կիսով չափ սպինով, իսկ բոզոնները՝ ամբողջ թվով սպինով մասնիկներ։

S-մատրիցային ֆորմալիզմ. Ֆեյնմանի դիագրամներ

Տարաձայնությունների խնդիրը և դրանց լուծման ուղիները

Աքսիոմատիկ դաշտի քվանտային տեսություն

Տես նաև

գրականություն

• Դաշտի քվանտային տեսություն - Ֆիզիկական հանրագիտարան (գլխավոր խմբագիր Ա. Մ. Պրոխորով):
• Ռիչարդ Ֆեյնման, «Ֆիզիկական օրենքների բնույթը» - Մ., Նաուկա, 1987, 160 էջ.
• Ռիչարդ Ֆեյնման, «QED - լույսի և նյութի տարօրինակ տեսություն» - M., Nauka, 1988, 144 p.
• Բոգոլյուբով Ն.Ն., Շիրկով Դ.Վ.Քվանտացված դաշտի տեսության ներածություն. - M.: Nauka, 1984. - 600 p.
• Վենցել Գ.Ներածություն ալիքային դաշտերի քվանտային տեսությանը: - M.: GITTL, 1947. - 292 p.
• Itsikson K., Zuber J.-B.Դաշտի քվանտային տեսություն. - M.: Mir, 1984. - T. 1. - 448 p.
• Ռայդեր Լ.Դաշտի քվանտային տեսություն. - Մ.: Միր, 1987. - 512 էջ.

Հիմնական բաժինները	Ընդհանուր (ֆիզիկական) ակուստիկա. Կիրառական ակուստիկա Ճարտարապետական ​​ակուստիկա (շենքերի ակուստիկա) Աերոակուստիկա Երաժշտական ​​ակուստիկա Տրանսպորտային ակուստիկա Բժշկական ակուստիկա Թվային ակուստիկա Հարակից ուղղություններ Ակուստո-օպտիկա
Կիրառական ֆիզիկա	Պլազմայի ֆիզիկա Մթնոլորտային ֆիզիկա Լազերային ֆիզիկա Արագացուցիչի ֆիզիկա
Հարակից գիտություններ	Ագրոֆիզիկա Ֆիզիկական քիմիա Մաթեմատիկական ֆիզիկա Տիեզերագիտություն Աստղաֆիզիկա Երկրաֆիզիկա Կենսաֆիզիկա Չափագիտություն Նյութագիտություն
Տես նաև