Класична і квантова механіка

Квантова механіка – велика область фізики, що вивчає закони природи, які проявляються на малих відстанях і при невеликих енергіях атомів і субатомних частинок.

Принцип відповідності між класичною і квантовою механікою. Автор24 – інтернет-біржа студентських робіт

Даний напрямок послідовно випливає з ідей Макса Планка, який в 1900 році продовжив вивчати завдання випромінювання чорної речовини і роботи Альберта Ейнштейна. Таким чином вчений запропонував використовувати теорію квантів для пояснення фотоефекту. Рання квантова гіпотеза була повністю переосмислена в середині 1920-х років.

Класична фізика – це особливий розділ науки, який виник ще до квантової механіки і виступає в якості граничного переходу, справедливого тільки при глобальних масштабах.

Квантова механіка відрізняється від класичної фізики тим, що імпульс, енергія та інші показники, часто обмежуються тільки дискретними значеннями (квантування), предмети мають властивості і хвиль, і частинок (корпускулярно-хвильовий дуалізм), і існують якісь обмеження на встановлення точності, з якою ці величини визначаються.

Переосмислена теорія квантів характеризується наданням нових розроблених математичних формализмов, де хвильова функція дає інформацію про амплітуду ймовірності положення фізичних тіл і інших характеристик речовин.

Основними областями використання квантової гіпотези є: надпровідні магніти, молекулярна хімія, світловипромінюючі діоди, транзистор, лазер і напівпровідникові пристрої та електронна мікроскопія.

Зв’язок квантової механіки з класичною механікою

Пророцтва квантової механіки були давно підтверджені експериментально з високим ступенем точності. Відповідно до принципу загального відповідності між класичної та квантової механіками, всі предмети підкоряються закономірностям дії квантів, а механіка допомагає тільки наблизити об’єкти до великих систем.

Таким чином, закони класичної механіки в основному випливають з теорій квантової механіки як:

  • статистичне середнє при визначенні великого граничного значення числа елементів системи;
  • загальних значень квантових показників;
  • зв’язок між числами квантів і описами цих систем.

Квантова когерентність вважається найвагомішим відмінністю між класичним і квантовим навчаннями, добре ілюструє парадокс Ейнштейна-Подольського-Розен.

Дана концепція стала першим випадом проти відомої філософської трактування квантової механіки шляхом прямого звернення до локального реалізму.

Квантова інтерференція має на увазі складання діючих амплітуд імовірності, в той час як класичні “хвилі” припускають тільки складання інтенсивностей. Принципи побудови механіки квантів зазвичай не проявляються в макроскопічних масштабах, це можливо виявити у відповідності з наступними спостереженнями: багато макроскопічні властивості класичної гіпотези виступають в якості прямих наслідків квантового поведінки всіх частин, а “екзотичне” поведінку матерії, постулируемое методами квантовою механікою і гіпотезою відносності, стає більш зрозумілим при роботі з елементарними частинками або при переміщенні зі швидкостями, які можна уподібнити до швидкості світла.

Відмінність квантової механіки від класичної
Квантова і класична механіка сильно відрізняються тим, що застосовують кардинально різні кінематичні опису. На думку дослідників, для дослідження квантово-механічних процесів потрібне проведення експериментів, з повним і детальним описом усіх пристроїв концепції.

Правильна подача інформації подаються в макроскопічних поняттях, виражених простою мовою, доповнених визначеннями класичної механіки. Початкові умови і підсумкове стан системи описується загальним положенням в конфигурационной середовищі. Квантова механіка не може самостійно точно описати дію фізичних процесів, як з боку імпульсу, точного детермінованого передбачення кінцевого умови, так і з точки зору положення матеріальних речовин.

У цьому сенсі, квантове явище – це універсальний і поступовий процес переходу від початкового до підсумкового станом, а не миттєва «трансформація» в класичному розумінні цього слова.

Вчені виділяють два види процесів в квантовій механіці: перехідні і стаціонарні, для яких початковий і кінцевий положення елементів буде однаковим. Для перехідних – вони є різні.

Очевидно по самому терміну, що явище неможливо визначити, якщо відомо тільки одне положення. З огляду на всі обставини і фактори, передбачення кінцевого стану можливо, але тільки, якщо хвильова функція повністю описує систему в імовірнісному сенсі.

У багатьох наукових дослідженнях можна приймати відразу два стану системи за одну частку. При проведенні деяких експериментів вдалося встановити, що існує кілька просторово-потенційних траєкторій, за якими матеріальне тіло може змінювати свою початкову позицію. Ключовою особливістю квантового опису є те, що воно не дає можливості однозначно визначити, який з цих шляхів використовувати при переході між заданими станами.

У кожному конкретному випадку, для якого потрібно кінематична трактування, завжди є вагома причина такого обмеження квантової точності, адже для експериментального знаходження найменшого елемента в певному положенні цей показник повинен бути нерухомим; для теоретичного визначення частки з конкретним імпульсом параметр стабільності знаходиться у вільному русі; ці дві вимоги абсолютно несумісні. З самого початку свого виникнення класична кінематика не вимагала експериментального підтвердження її явищ.

Це дозволяє вченим точніше описати миттєве стан концепції становищем речовини в фазовому просторі. Такий опис просто має на увазі положення елементів як фізичну особливість, що не переживаючи з приводу її вимірності. Трактування даного явища разом з закономірностями руху Ньютона дозволяє точно зробити причинно-слідче і детерміноване пророкування кінцевого стану разом з певною позицією еволюції системи. Для цього часто застосовується гамільтоновскіх динаміка.

Класична механіка також допомагає описати процес, подібно опису двох станів, які використовуються в квантовій фізиці. Для явищ, в яких потрібно враховувати величину дії порядку декількох постійних констант, механіка квантів не підходить; тут необхідно використовувати принципи класичної механіки.

Незважаючи на те, що головні постулати гіпотез загальної відносності і квантової механіки Ейнштейна в цілому підкріплюються повторюваними і строгими емпіричними фактами, які не суперечать один одному теоретично, проте їх вкрай важко інтегрувати в одну єдину модель.

Гравітацією можливо іноді знехтувати в багатьох сферах фізики елементарних частинок, так що взаємодія досліджуваних теорій не є головним питанням в наукових програмах. Однак, відсутність правильної гіпотези квантової гравітації вважається важливим питанням у фізичній космології і виявленні вченими елегантною “Теорії походження всього живого на Землі”. Багато дослідників тривають працювати в надії відкрити ідею, що лежить в основі всього.

Така теорія зможе об’єднати різні моделі атомної фізики і вивести чотири фундаментальні сили природи:

  • сильне взаємодія;
  • електромагнетизм;
  • слабка взаємодія;
  • гравітацію.

Отже, рішення існуючих невідповідностей між теорією квантової механіки і класичної механікою є однією з основних цілей для фізики 21 століття, хоча ці наукові течії мають загальну теорію відносності.

ПОДІЛИТИСЯ: