Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

10.1: Природа квантової механіки

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    29727

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Квантова механіка дивна. Здається, немає ніякого способу зробити так, щоб це виглядало інакше. Багато його прогнозів - це не те, що можна було б очікувати від повсякденного досвіду з предметами розміру, який зазвичай зустрічається.

    Квантова механіка загадкова навіть для дуже хороших фізиків. Основна філософія та інтерпретація її рівнянь і прийомів є суперечливими.

    Квантова механіка складна у використанні. Необхідні відносно просунуті математичні навички. Основне рівняння, хоча і лінійне, є рівнянням з частинними похідними, яке не може бути розв'язано аналітично, за винятком дуже кількох простих ситуацій. Зазвичай необхідні числові рішення.

    Квантова механіка, як і інші фізичні теорії, вимагає навичок і судження як в моделюванні, так і в математиці. Це, як правило, не викладається в будь-якій глибині до випускника або просунутого рівня бакалаврату.

    Квантова механіка буває різних форм. Він має безліч альтернативних складів. Як правило, вони еквівалентні в тому сенсі, що вони передбачають однакові результати експериментів, але не однаково легко навчитися або використовувати для певних цілей.

    У світлі цих недоліків, чому квантова механіка важлива? Тому що це працює. Це ЄДИНА фундаментальна фізична теорія, яка працює над таким широким спектром ситуацій. Його прогнози були перевірені експериментально раз за разом. Він відноситься і до предметів повсякденного розміру, і до астрономічних предметів (хоча зазвичай це їм не потрібно). Це стосується об'єктів атомного розміру, електромагнітних хвиль та субатомних об'єктів. Існує версія, сумісна з теорією особливої відносності. Про єдине фізичне явище, яке погано обробляється в цей час, - це гравітація; квантова механіка ще не була розширена, щоб бути сумісною з теорією загальної теорії відносності.

    У цих примітках ми не можемо охопити квантову механіку значно глибше. З метою вивчення обробки інформації у фізичних системах нам потрібно лише зрозуміти деякі загальні риси, якими повинні володіти такі системи. Зокрема, потрібна модель фізичних систем, в якій існує безліч можливих станів, кожен зі своєю ймовірністю бути тією, в якій насправді знаходиться система (тобто стан «зайнятий»). Всі ці стани мають пов'язані з ними фізичні властивості, і енергія - одна з них. Квантова механіка виправдовує цю модель.

    Ми будемо використовувати цю модель в двох ситуаціях. Перший (нижче) - це один з багатьма станами, де метою є розуміння того, як інформація, пов'язана із заповненням цих станів, впливає на потік енергії. Другий (в більш пізній главі цих заміток) - це одне з дуже невеликою кількістю станів, де інформація представлена за допомогою заповнення цих станів, і мета полягає в тому, щоб зрозуміти як межі, так і можливості в обробці інформації, що надаються квантовою механікою.

    Наступні два розділи, розділ 10.2 «Вступ до квантової механіки» та розділ 10.3 «Стаціонарні стани», можуть бути пропущені читачами, які готові прийняти державну модель без обґрунтування. Вони можуть перейти безпосередньо до розділу 10.4 «Багатодержавна модель». Інші читачі можуть отримати з наступних двох розділів деякі вказівки на те, як квантові міркування призводять до цієї моделі, і в процесі можуть знайти деякі аспекти квантової механіки менш загадковими.