Введение в квантовую физику. Квантовую физику

а Как | Как понять квантовую физику?

1 шаг

Первый шаг: вы должны понять, что такое СУПЕРПОЗИЦИЯ.

Суперпозиция – такое состояние частицы, при котором она находится в двух и более состояниях одновременно. Представьте, что вы одновременно вдыхаете и выдыхаете, одновременно живы и мертвы, одновременно тянете и толкаете… Что, сложно? Еще бы. Именно поэтому квантовая физика и суперпозиция в частности собой опровергают классическую физику (с точки зрения последней суперпозиция ни в каких вариациях невозможна). Итак, вот у нас есть частица (возьмем для рассмотрения обычный электрон). У него может быть два состояния (по-научному – спИна), вроде двух состояний его вращения. Когда он находится в суперпозиции, он крутится и туда и обратно и как объект нашего мира просто не существует. Читайте следующий шаг, чтобы лучше понять суперпозицию.

2 шаг

Следующий шаг: понимание КВАНТОВОГО ЗАПУТЫВАНИЯ.

Квантовое запутывание тоже крайне удивительно. Оно, естественно, встречается на атомном-субатомном уровнях, но мы разберем более понятный пример на уровне нашего понимания.

Представьте, что рядом с вами лежит ваш телефон (этот телефон выпущен только белого и черного цвета), но вы его не видите. В соседнем доме (в Антарктиде, на другом конце Вселенной) лежит точно такой же телефон и его опять же, не наблюдают. Таково условие. Мы создаем между телефонами квантовое запутывание – особый тип связи, где от состояния одного объекта зависит состояние другого объекта. Пока ни вы, ни ваш сосед (или кто там обитает на другом конце Вселенной) не наблюдаете телефоны, они находятся в суперпозиции – одновременно и белые и черные (но никак не серые!) и запутывание сохраняется. Но стоит только вам взглянуть на телефон, он выбирает один из двух возможных вариантов – становится, к примеру, белым. В тот же миг телефон на столе у вашего соседа становится черным. Если ваш телефон становится черным, то другой телефон сразу становится белым! Запутывание разрушено.

Вот так же происходит и с частицами атомов – стоит одной принять какое-либо определенное состояние (выйти из суперпозиции), как тут же другая частица примет противоположное ей состояние. Эта связь квантового запутывания была названа сверхсветовой, потому что состояния меняются сразу же, без задержки. В этом удивительность запутывания – можно послать сообщение на другой конец Вселенной за мгновение.

3 шаг

И следующее явление, которое сложит ваше представление о квантовой физике в единое целое – ДЕКОГЕРЕНЦИЯ.

Декогеренция квантовых состояний в настоящий момент – серьезная проблема. Суть декогеренции в том, что стоит только повлиять на частицу, находящуюся в суперпозиции, как она сразу же принимает одно из состояний. Квантовые состояния разрушаются при измерениях частицы или даже просто при наблюдении ее! Защитить квантовые состояния от декогеренции – вот одна из приоритетных задач квантовой физики. Тогда станет возможным создавать сверхбыстрые системы связи (мгновенные), квантовые компьютеры (которые своим обычным процессором превзойдут по показателям огромные машины, занимающие комнаты), телевизоры (сверхвысокой четкости).

4 шаг

Последнее, что вы должны изучить – опыт, которым открыли квантовую физику. Сейчас я его вам подробно опишу.

Итак, есть электронная пушка. Она выпускает электрон в заданном направлении. Электрон, пролетев какое-то расстояние сталкивается с препятствием, имеющим две щели. Он может пройти только в одну из них. Далее он врезается в электроноуловительный экран, который покажет, в какую из щелей прошел электрон. Все вроде бы просто. Загвоздка лишь в том, что электрон, когда его не наблюдают и не ставят измерительного оборудования, проходит в обе щели! Это значит, что в момент, когда его не наблюдают, он находится в суперпозиции. Так и было положено начало квантовой физике.

5 шаг

Ну вот и все! Ничего особо заумного (наподобие сложных формул или теорем) тут нет. Теперь вы можете спокойно умничать на тему квантовой физики, так как вероятность встретить человека, хорошо знакомого с этой областью физики достаточно мала! И помните, что квантовая физика сейчас очень нуждается в светлых умах, здесь предстоит сделать еще непаханное поле открытий. Независимо от того, просто запомните ли вы эту инструкцию или же пойдете помогать этой науке, вы восхитительны!

akak.ru

Квантовая физика - это... Что такое Квантовая физика?

Квантовая физика Коллайдер Теватрон и кольца Главного инжектора

Ква́нтовая фи́зика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Основные законы квантовой физики изучаются в рамках квантовой механики и квантовой теории поля и применяются в других разделах физики.

История

Квантовая физика и её основные теории — квантовая механика, квантовая теория поля — были созданы в первой половине XX века многими учёными, среди которых Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Артур Комптон, Луи де Бройль, Нильс Бор, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак, Вольфганг Паули.

Подразделы

Квантовая физика объединяет несколько разделов физики, в которых принципиальную роль играют явления квантовой механики и квантовой теории поля, проявляющиеся на уровне микромира, но и имеющие следствия на уровне макромира.

Сюда относятся:

См. также

Ссылки

Разделы квантовой физики

Категория:

Квантовая физика

Wikimedia Foundation. 2010.

Оптика
Специальная теория относительности

Смотреть что такое "Квантовая физика" в других словарях:

квантовая физика — kvantinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quantum physics vok. Quantenphysik, f rus. квантовая физика, f pranc. physique quantique, f … Fizikos terminų žodynas
Стационарное состояние (квантовая физика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Стационарное состояние. Стационарным состоянием (от лат. stationarius стоящий на месте, неподвижный) называется состояние квантовой системы, при котором её энергия и другие динамические … Википедия
Состояние (квантовая физика) — … Википедия
Квантовая теория — имеет следующие подразделы (список неполный): Квантовая механика Алгебраическая квантовая теория Квантовая теория поля Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая термодинамика Квантовая гравитация Теория суперструн См. также… … Википедия
Квантовая система — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение ... Математическая формулировка ... Основа … Википедия
ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия
Физика гиперядер — Физика гиперядер раздел физики на стыке ядерной физики и физики элементарных частиц, в котором предметом исследования выступают ядроподобные системы, содержащие кроме протонов и нейтронов другие элементарные частицы гипероны. Также… … Википедия
Физика ускорителей — раздел физики, изучающий динамику частиц в ускорителях, а также многочисленные технические задачи, связанные с сооружением и эксплуатацией ускорителей частиц. Физика ускорителей включает в себя вопросы, связанные с получением и накоплением частиц … Википедия
Физика твердого тела — Физика кристаллов Кристалл кристаллография Кристаллическая решётка Типы кристаллических решёток Дифракция в кристаллах Обратная решётка Ячейка Вигнера Зейтца Зона Бриллюэна Структурный фактор базиса Атомный фактор рассеяния Типы связей в… … Википедия
Квантовая логика — Квантовая логика раздел логики, необходимый для рассуждения о предложениях, которые учитывают принципы квантовой теории. Эта область исследований была основана в 1936 году работой Гарита Бирхофа и Джона фон Неймана, которые пытались… … Википедия

Книги

Квантовая физика, Леонид Мартинсон. Подробно изложен теоретический и экспериментальный материал, лежащий в основе квантовой физики. Большое внимание уделено физическому содержанию основных квантовых понятий и математическому… Подробнее Купить за 590 руб электронная книга
Квантовая физика, Мартинсон Леонид Карлович, Смирнов Евгений Васильевич. Подробно изложен теоретический и экспериментальный материал, лежащий в основе квантовой физики. Большое внимание уделено физическому содержанию основных квантовых понятий и математическому… Подробнее Купить за 536 руб
Квантовая физика, Мартинсон Л.К.. Подробно изложен теоретический и экспериментальный материал, лежащий в основе квантовой физики. Большое внимание уделено физическому содержанию основных квантовых понятий и математическому… Подробнее Купить за 505 руб

Другие книги по запросу «Квантовая физика» >>

med.academic.ru

Введение в квантовую физику — FFWiki

Материал из FFWiki.

Рождение квантовой физики

Конец 19 века. Физики латали пробелы в своей науке, подправляли и подчищали неточности, уточняли константы. Было скучно, потому что казалось: все законы природы уже открыты. И тут вдруг 30-летняя, по меркам науки совсем стремительная, революция: мир-то оказался квантовым. Началась она с изучения спектра абсолютно чёрного тела и эмпирической формулы Вина, под которую Планк пытается подогнать теорию. И у него выходит, что энергия должна квантоваться, потому что он получил сходящийся ряд - бесконечную сумму дискретных значений энергий! Это при том, что тогда даже сам Планк не верил в дискретность вещества - атомарное строение, а считал его континуальным.

Рэлей-Джинс параллельно с Планком строят свою теорию излучения черного тела - излучение классических гармонических осцилляторов. И у них спектр уходит кубической параболой вверх, что вообще с практикой на высоких частотах не согласуется, и поэтому получает прозвище "ультрафиолетовая катастрофа". Классика оказалась бессильна.

Эйнштейн развивает квантовые представления, толкуя с их помощью фотоэффект, фотолюминесценцию и фотоионизацию в 1905. За фотоэффект он потом получит Нобелевку. Фотоэффект до этого исследовали Герц и наш Столетов. Фотоэффект-то и убедил всех окончательно, что природа микромира квантовая. Вообще, законы квантовой физики применимы на любом уровне, но в масштабах человека (когда величина действие много больше постоянной планка) они органично переходят в классические законы (принцип соответствия). (Проблемы пока с квантовой гравитацией).

Все пока верили в атомарную модель пудинга с изюмом Томсона. Но в 1909 Гейгер и Марсден, ученики британца Резерфорда, провели эксперимент по рассеянию альфа-частиц на атомах золота, выводы из которого сделал Резерфорд к 1911: крохотные ядра с положительным зарядом расположены в центре атома, а электроны вращаются вокруг, и очень много пустого пространства.

Но тогда раз заряженные электроны вращаются, почему же они не излучают? И почему спектр возбуждения-излучения атомов состоит из нескольких пиков? Бор догадался: электроны находятся на дискретных энергетических уровнях - орбиталях, на которых их угловой момент равен целому числу постоянных Планка. Оттуда следует, что на длине таких круговых орбит электрона укладывается целое число длин волн де Бройля электронов, и поэтому те не излучают. Бор в 1913 вводит свои постулаты для атома водорода. А дальше физики доказывают, что и для ему подобных атомов постулаты вроде не противоречат.

Дальше развитие физики шло более степенно.

Курс введения в квантовую физику на физфаке

Введение в кванты проходят рано, уже на 2 курсе. Сделано это было для того, чтобы юные головы, еще не потерявшие способность фантазировать, смогли понять ее "не здравый" смысл. Например, фотон избирает себе путь не в месте разделения пути, а в момент своей регистрации прибором, то есть в конце пути; другими словами, выбор прошлого системы происходит в будущем! Точечная частица не находится в некоторой единственной точке пространства в любой момент времени. Измерение нельзя провести с любой наперед заданной точностью. Измерения над двумя абсолютно одинаковыми системами могут дать различные результаты. Наблюдателя нельзя исключать из рассмотрения системы. Состояние системы изменяется, даже если взаимодействие направлено не на эту систему. Состояния подсистем не определяют состояния целой системы.

Кратко о содержании курса

Последние лекции будут посвящены квантовой информации - новейшему, почти передовому краю физики, созревавшему в 80-90 годах прошлого века. Вы получите теоремы, интерпретировать которые можно будет двояко: либо в квантовой механике нельзя ничего локализовать, либо что всё абсолютно случайно.