Квантовая физика

1. Основные отличительные свойства квантовых систем и физических величин, характеризующих такие системы.

Квантовые системы – системы, в рамках которых изучается поведение и свойства частиц, из которых они состоят. Так, квантовыми системами являются молекула, атом, ядро и др. элементы, состояние и свойства которых можно описать свойствами частиц, из которых они состоят.

[возможные свойства]

• Физика микромира дискретна: у величин есть ряд фиксированных значений , которые они могут принимать. Если пытаться вообразить такую ситуацию в макромире, то можно представить, например, что предметы имеют температуру, которая выражается только целым числом градусов. То есть 10, 20, 31, 36 градусов - может быть, а вот 36,6 - просто невозможно. Нагревать и охлаждать предметы можно, но при этом температура будет скакать туда-сюда сразу на градус.

• энергия излучается только в виде дискретных неделимых порций, называемых квантами

• кванты могут проявлять свойства как частиц, так и волн (поэтому мы можем говорить и о свете как об электромагнитной волне, и о частицах света - фотонах)

• Частицы-волны обладают недоступной для макрообъектов способностью "находиться в нескольких местах одновременно". Говоря точнее, описать местонахождение не наблюдаемой непосредственно частицы в некотором месте можно только с некоторой вероятностью.

• На наблюдения и измерения в микромире есть существенное ограничение: принцип неопределенности Гейзенберга. нельзя точно измерить одновременно скорость и координаты частиц. Чем точнее мы измеряем скорость, тем больше будет ошибка в измерении координат, и наоборот.

• Принцип суперпозиции (случай, когда квантовая система может находиться в нескольких состояниях и неизвестно, в каком именно она находится, пример – кот Шредингера)

• квантовая запутанность, она же спутанность, сцепление, иногда связанность. О запутанности говорят, когда состояние двух (или более) квантовых систем должно описываться во взаимосвязи друг с другом, даже если сами системы разнесены в пространстве

• Некоторые свойства квантовых систем кажутся непривычными (невозможность одновременно измерить координату и импульс, несуществование определённой траектории частицы, вероятностное описание, дискретность средних значений наблюдаемых величин). Это вовсе не значит, что они неверны: это означает, что наша повседневная интуиция никогда не сталкивалась с таким поведением, т. е. в данном случае «здравый смысл» не может быть критерием, поскольку он годится только для макроскопических систем. Квантовая механика — самосогласованная математическая теория, предсказания которой согласуются с экспериментами

[величины]

- Спин — это внутренняя, исключительно квантовая характеристика, которую нельзя объяснить в рамках релятивистской механики. Если представлять частицу (например, электрон) как вращающийся шарик, а спин как момент, связанный с этим вращением, то оказывается, что поперечная скорость движения оболочки частицы должна быть выше скорости света, что недопустимо с позиции релятивизма.

- постоянная Планка.

Квантовая гипотеза Планка состояла в том, что для элементарных частиц, любая энергия поглощается или испускается только дискретными порциями. Эти порции состоят из целого числа квантов с энергией таких, что эта энергия пропорциональна частоте ν с коэффициентом пропорциональности, определённым по формуле:

где h — постоянная Планка, и .