18. Квантовые эффекты в физических измерениях. Условия, когда классический подход становится неприменим.

ħ = 1,06× 10⁻³⁴ Дж·c

Поглощение фотонов

Энергия фотона ħω = 1,06× 10⁻³⁴ (Дж с)^* 0,5 * 10¹⁵ (Гц) = 5 * 10^-20 Дж.

При измерении излучения с мощностью ~ 10^-19 Вт будет чувствоваться дискретность фотонов. Будут срабатывать то одни детекторы, то другие.

Особенность квантовой теории заключается в том, что нельзя предсказать и проконтролировать передачу отдельного кванта (фотона).

Связь локализованности фотонов и дискретности поля: чем больше полевых осцилляторов возбуждено, тем сильнее локализован фотон и наоборот. Что-то типа преобразования Фурье.

Свойства квантовых измерений

В результате квантовых измерений происходит извлечении информации о наблюдаемых величинах (координата, импульс, энергия).

В результате квантовых измерений происходит возмущение другой наблюдаемой. То есть в отличии от классического случая в квантовом случае прибор всегда влияет на измеряемую систему и от этого влияния никуда не деться.

В квантовом измерении присутствует необратимый процесс на квантовом уровне. Например, часто информация передаётся посредством фотонов. При регистрации фотоны уничтожаются.

При повторных измерениях есть ошибка, связанная не только с соотношением неопределённостей, но и с обратным влиянием прибора в ходе первого измерения. Это приводит к возникновению стандартного квантового предела.

Есть соотношения неопределённостей, которые тоже нужно учитывать:

ΔpΔx ~ ħ; ΔEΔt ~ ħ

Формула Планка

Формула планка описывает вполне классические вещи (спектр излучения абсолютно чёрного тела), но при этом выводится из предположения, что энергия меняется квантами.

Красная граница фотоэффекта

Свет может выбивать из вещества электроны, которые при наличии разности потенциалов могут приводить к появлению электрического тока. Один фотон выбивает один электрон. Но чтобы выбить электрон нужно совершить работу выхода. Чем больше частота фотона (меньше длина волны) – тем больше у него энергия и тем проще ему выбить электрон. Существует минимальная частота (красная граница), при которой фотоэффект перестаёт наблюдаться. Квантовая сущность заключается в том, что эта частота не зависит от интенсивности, поскольку каждый электрон выбивается ровно одним фотоном (Герц и Столетов). Аналогичная картина наблюдается и с ионизацией газов.

Условия применимости

Квантовые масштабы, на которых всё точно квантовое:

Источники

С. П. Вятчанин Введение в квантовые и прецезионные измерения