Принцип суперпозиции состояний в квантовой механике

Принцип дополнительности- очень широкий методологический принцип науки вообще: «всякое истинно глубокое явление природы не может быть однозначно определено с помощью слов нашего языка и требует для своего определения по крайней мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий».

Физическая картина явления и его строгое математическое описание дополнительны: создание наглядной физической картины требует пренебрежения многими деталями и уводит от математической точности; и, наоборот, попытка точного математического описания настолько усложняет картину, что затрудняет физическое понимание.

Н.Бор: «понятию «истинность» дополнительно понятие «ясность»».

Принципиально важной стала концептуальная идея о возможности изменения физических величин, характеризующих микрообъект, лишь в рамках определенного набора «разрешенных значений» этих величин:

· h стали рассматривать как величину, определяющую масштаб изменения квантующихся характеристик микрообъектов, как своеобразную порцию воздействия в микромире – квант действия;

· через h выражаются все характеристики, которыми обмениваются взаимодействующие объекты, если хотя бы один из них относится к микромиру;

· в классической физике непрерывное изменение физических величин воспринимается как само собой разумеющееся, при описании микрообъектов – неприемлемо; нет принципиального различия между малым и большим, т.к. отсутствует объективный критерий;

· в квантовой физике критерий связан с квантом действия: малыевоздействия по порядку величины сравнимы с h, малые объекты (объекты микромира) реагируют на малые воздействия.

Принцип инвариантности скорости света привнёс в физику абсолютную меру скорости: позволил объективно разграничить большие и малые скорости, сравнивая их со скоростью света в вакууме. Квантовая концепция дала критерий малой и большой частицы, малого и большого воздействия.

3. Концепция неконтролируемого воздействия окружения.

В микромире окружение постоянно оказывает случайные неконтролируемые воздействия, влияющие на поведение микрообъекта; объект рассматривается лишь по отношению к целостной системе, свойства которой и обусловливают конкретный характер проявлений микрообъекта.

При неклассическом подходеобъект исследуется не сам по себе, а с учетом результата неконтролируемого воздействия окружения. Неконтролируемое и неустранимое случайное воздействие окружения учитывается в понятии микросостояния, а также в неклассической концепции измерения:

· прибор является макроскопическим окружением микрообъекта и источником некоторого состояния микрообъекта, которое обнаруживается в измерении;

· благодаря взаимодействию с макроскопическим измерительным прибором характеристики квантовых объектов претерпевают неконтролируемое изменение;

· речь идет не об ошибках измерений, а о принципиальном ограничении на информацию о квантовом объекте, выраженную языком классической физики.

4. Квантовая механика. Концепция моделирования состояний микрообъектов.

Квантовая механика изучает законы поведения микрочастиц.

Квантовая физика – вся совокупность областей физики, посвященных теоретическому и экспериментальному изучению явлений микромира.

1926 год – австрийский физик Шрёдингер нашёл основное уравнение квантовой механики – волновое уравнение, описывающее поведение микрочастиц:

- _(x,y,z,t) = ih, где U_(x,y,z,t) – потенциальная энергия микрочастицы, описывает её взаимодействие с окружением; m – масса частицы; – волновая функция – основная величина, характеризующая состояние микрообъекта квантовой системы, соответствует амплитуде трёхмерного волнового процесса.

||² – плотность вероятности обнаружения микрочастицы в окрестностях точки с координатами x,y,z в момент времени t; чем больше | |² в данной пространства, тем больше вероятность обнаружения частицы здесь в данный момент времени.

Таким образом:

· с помощью уравнения Шрёдингера в квантовой механике моделируется не объект, а его состояние,

· оно задается вероятностями значений характеристик микрообъекта – суть концепции моделирования состояния объекта.

· уравнение Шрёдингера в квантовой механике играет ту же роль, что и основной закон динамики в классической механике F=ma (F – мера воздействия, выражает контролируемое воздействие окружения)

· но, в отличие от последнего, определяет вероятностное, статистическое поведение объектов микромира.

В классической физике принцип суперпозиции является приближенным, а не универсальным, фундаментальным. Это скорее следствие линейности уравнений движения соответствующих систем и служит достаточно хорошим приближением, когда линейные эффекты незначительны.

В квантовой механике принцип суперпозиции является фундаментальным, одним из основных постулатов, определяющих структуру математического аппарата теории.

Дата добавления: 2014-01-11