17. Соотношение неопределенностей и квантово-волновой дуализм

Корпускулярно-волновой дуализм — теория в квантовой механике, гласящая, что в зависимости от системы отсчета поток электромагнитного излучения можно рассматривать и как поток частиц (корпускул), и как волну. В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.[1]. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может[источник не указан 167 дней] быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

"СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ" — один из принципов квантовой механики, сформулированный Гей-зенбергом в 1927. Этот принцип устанавливает невозможность вследствие противоречивой, корпускулярно-волно-вой природы микрообъектов (Кор-пускулярно-волновой дуализм) одновременного точного определения их координаты и импульса. С. н. выражается в виде количественных соотношений между т. наз. неопределенностями сопряженных переменных: координаты и импульса, а также времени и энергии. Чем меньше неопределенность координаты частицы, тем больше неопределенность ее импульса, и наоборот. Аналогичное соотношение существует между определениями момента времени и энергии частицы. С. н. есть объективная характеристика статистических закономерностей движения микрочастиц, связанная с их корпускулярно-волновой природой; "неопределенности" присущи реальному состоянию микрообъекта (Дополнительности принцип). Из С. н. нек-рыми физиками и философами были сделаны философские выводы в духе позитивизма — отрицание причинной обусловленности состояний элементарной частицы и отрицание объективности микромира, его независимости от познавательной деятельности (т. наз. "приборный" идеализм (Прибор).

18. Квантовая инженерия в наномире.

Нанотехнологии – это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы невидимые обычным глазом. Нанотехнологии впитали в себя самые новые достижения физики, химии и биологии. Нанотехнологии - это очередная технологическая революция - переход от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами.Базовая концепция нанотехнологии, подразумевает сознательное манипулирование атомами и молекулами, в результате которого каждая из них занимает в конечной структуре то место, которое ей определено человеком, что позволяет, полностью изменить отношения человека и природы.

Квантовая механика — это раздел теоретической физики, описывающий квантовые законы движения и свойства вещества в наномасштабе. Поведение и свойства многих наночастиц и наноструктур описываются законами квантовой механики.

Ученые обнаружили, что многие явления наномира не происходят в макромире. Именно по этой причине нанотехнологии захватывают воображение. Исследования наномира могут привести к новым удивительным открытиям.

Производство

Нанотехнологии позволяют использовать совершенно новые способы промышленного производства. С середины XX в. (и по сей день) для создания сверхмалых электрических схем и материалов было необходимо применять сверхточные инструменты и сверхчистые помещения. Даже сегодня полученные результаты не всегда абсолютно идеальны.

Инженеры стремились создавать как можно более легкие и быстрые компьютеры с максимально большой мощностью и объемом памяти. Для этого до сих пор используется нисходящий подход, или подход сверху вниз (top down): большой исходный материал разбивается на все более мелкие фрагменты, которые становятся частями единого механизма. Этот подход напоминает работу гениального скульптора Микеланджело Буонарроти, который для создания шедевра отсекал от глыбы мрамора все лишнее. Современные микротехнологии действуют аналогично: например электрические схемы создаются за счет отсечения всего лишнего с постепенным созданием нужной структуры.

НИСХОДЯЩИЙ И ВОСХОДЯЩИЙ ПОДХОДЫ

Многие наночастицы и микрокапсулы генерируются за счет самосборки, то есть на основе самоорганизации и без прямого вмешательства инженеров и ученых. Этот подход получил название восходящего, или подхода снизу вверх (bottom up). Атомы и молекулы самостоятельно собираются в наноструктуры под действием химических и каталитических реакций. Современные ученые и инженеры мечтают, чтобы в будущем все компьютеры и другие электронные приборы собирались именно таким образом. В таком случае даже самые мощные нанокомпьютеры смогут уместиться на ноготке мизинца или даже имплантироваться под кожу человека. Ваш мобильный телефон всегда будет буквально под рукой!

Современные компьютеры создаются на основе нисходящего подхода. Все более мелкие и мелкие детали формируются с помощью сложных макро- и микроинструментов, химикалий, шаблонов и т. п.

Наномасштабные технологии обработки поверхностей позволяют создавать товары с улучшенными механическими, термическими, биологическими, электронными, оптическими и химическими свойствами. Ниже перечислены некоторые перспективные области их применения:

• защита от износа инструментов и машин;

• защита мягких материалов (например, полимерных, деревянных и текстильных);

• антивандальные и необрастающие покрытия;

• самоочищающиеся поверхностные пленки для текстиля и керамики;

• антикоррозийная защита для инструментов и машин;

• термостойкие покрытия для турбин и двигателей;

• термоизоляция для оборудования и строительных материалов;

• биологически совместимые имплантанты;

• антибактериальные медицинские материалы и инструменты;

• сверхтонкие компоненты для транзисторов;

• магниторезистивные сенсоры и элементы памяти;

• фотохромные и электрохромные окна;

• антибликовые экраны;

* более эффективные солнечные батареи.