الوسم المحفوظات: ميكانيكا الكم

Quantum Field Theory

In this post on Quantum Mechanics (QM), we will go a bit beyond it and touch upon Quantum Field Theory – the way it is used in particle physics. In the last couple of posts, I outlined a philosophical introduction to QM, as well as its historical origin – how it came about as an ad-hoc explanation of the blackbody radiation, and a brilliant description of the photoelectric effect.
مواصلة القراءة

Historical Origin of Quantum Mechanics

في هذا القسم, we will try to look at the historical origin of Quantum Mechanics, which is usually presented succinctly using scary looking mathematical formulas. The role of mathematics in physics, as Richard Feynman explains (in his lectures on QED given in Auckland, New Zealand in 1979, available on YouTube, but as poor quality recordings) is purely utilitarian.
مواصلة القراءة

ميكانيكا الكم

ميكانيكا الكم (QM) is the physics of small things. How do they behave and how do they interact with each other? Conspicuously absent from this framework of QM is why. Why small things do what they do is a question QM leaves alone. و, if you are to make any headway into this subject, your best bet is to curb your urge to ask why. Nature is what she is. Our job is to understand the rules by which she plays the game of reality, and do our best to make use of those rules to our advantage in experiments and technologies. Ours is not to reason why. حقا.

مواصلة القراءة

مبدأ عدم اليقين

مبدأ عدم اليقين هو الشيء الثاني في الفيزياء التي أسرت مخيلة الجمهور. (أول واحد هو E=mc^2.) تقول شيئا ما يبدو مباشرة — يمكنك قياس خاصيتين مجانية للنظام فقط إلى دقة معينة. على سبيل المثال, إذا كنت في محاولة لمعرفة أين يكون الإلكترون (قياس موقفها, هذا هو) أكثر وأكثر دقة, تصبح سرعته تدريجيا أكثر غموضا (أو, قياس الزخم يصبح غير دقيق).

أين هذا المبدأ تأتي من? قبل أن نتمكن من طرح هذا السؤال, علينا أن نتفحص ما تقول حقا مبدأ. وفيما يلي بعض التفسيرات الممكنة:

  1. موقف وزخم الجسيمات مترابطة جوهريا. كما نقيس الزخم أكثر دقة, هذا النوع من الجسيمات “ينتشر خارج,” كما شخصية جورج جامو و, السيد. تومبكينز, يضعه. وبعبارة أخرى, انها مجرد واحدة من تلك الأشياء; الطريقة التي يعمل بها العالم.
  2. عندما نقيس الموقف, نحن تعكير صفو الزخم. تحقيقات القياس لدينا هي “الدهون جدا,” إذا جاز التعبير. ونحن زيادة دقة الموقف (بواسطة ضوء ساطع من موجات أقصر, على سبيل المثال), نحن تخل زخم أكثر وأكثر (لأن أقصر طول موجي ضوء ديها أعلى طاقة / قوة الدفع).
  3. ترتبط ارتباطا وثيقا هذا التفسير هو الرأي القائل بأن مبدأ عدم اليقين هو الإدراك الحسي الحد.
  4. يمكننا أيضا أن نفكر في مبدأ عدم اليقين كحد المعرفي إذا اعتبرنا أن نظرية المستقبلية قد تتجاوز هذه الحدود.

حسنا, التفسيرات الماضيين هي بلدي, لذلك نحن لن نناقشها بالتفصيل هنا.

القول الأول: شعبية حاليا ويرتبط ما يسمى تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم. هو نوع من مثل القوائم المغلقة الهندوسية — “هذه هي طبيعة المطلق,” على سبيل المثال. دقيقة, قد يكون. ولكن القليل من الاستخدام العملي. دعونا تجاهلها لأنها ليست مفتوحة للغاية في المناقشات.

ومن المفهوم التفسير الثاني عموما باعتباره صعوبة التجريبية. ولكن إذا تم توسيع مفهوم الإعداد التجريبية لتشمل المراقب البشري لا مفر منه, وصلنا إلى القول الثالث التقادم الإدراك الحسي. في هذا الرأي, من الممكن فعلا ل “استخلاص” مبدأ عدم اليقين.

دعونا نفترض أننا باستخدام شعاع من ضوء الطول الموجي \lambda لمراقبة الجسيمات. الدقة في موقف يمكننا أن نأمل في تحقيق هي من أجل من \lambda. وبعبارة أخرى, \Delta x \approx \lambda. في ميكانيكا الكم, زخم الفوتون في كل شعاع ضوء يتناسب عكسيا مع الطول الموجي. وينعكس فوتون واحد على الأقل من الجسيمات حتى نتمكن من رؤيته. هكذا, من قانون الحفاظ على الكلاسيكية, زخم الجسيمات يجب أن يتغير على الأقل \Delta p \approx ثابت\lambda عما كانت عليه قبل القياس. وهكذا, من خلال الحجج الإدراكية, نحصل على شيء مماثل لمبدأ الارتياب لهايزنبرج \Delta x \Delta p = ثابت.

يمكننا أن نجعل هذه الحجة أكثر صرامة, والحصول على تقدير لقيمة ثابت. ونظرا لقرار المجهر بواسطة الصيغة التجريبية 0.61\lambda/NA, حيث NA هي الفتحة العددية, الذي لديه الحد الأقصى لقيمة واحدة. وهكذا, أفضل قرار المكاني هو 0.61\lambda. كل فوتون في شعاع ضوء لديه زخم 2\pi\hbar/\lambda, وهو عدم اليقين في زخم الجسيمات. حتى نحصل على \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, ما يقرب من أمر من حجم أكبر من الحد الكم الميكانيكية. من خلال الحجج الإحصائية أكثر صرامة, يتعلق القرار المكانية والزخم المتوقع نقل, فقد أمكن استخلاص مبدأ الارتياب لهايزنبرج من خلال هذا الخط من التفكير.

إذا اعتبرنا أن وجهة النظر الفلسفية واقعنا هو نموذج المعرفي للمؤثرات الحسية لدينا (وهو الرأي الوحيد الذي من المنطقي بالنسبة لي), تفسيري الرابع من مبدأ عدم اليقين كونه الحد المعرفي أيضا يحمل قليلا من الماء.

إشارة

الجزء الأخير من هذا المنصب مقتطف من كتابي, غير واقعي الكون.

الجنس والفيزياء — وفقا لفاينمان

الفيزياء يمر عصر الرضا من حين الى حين. الرضا تنبع من الشعور اكتمالها, شعور بأن اكتشفنا كل شيء هناك هو معرفة, الطريق واضح وأساليب مفهومة جيدا.

تاريخيا, يتم اتباع هذه نوبات من الرضا بسبب التطورات السريعة التي تحدث ثورة في الطريقة التي يتم الفيزياء, تبين لنا كيف خطأ كنا. هذا الدرس بتواضع التاريخ هو على الارجح ما دفع فاينمان يقول:

هذا عصر الرضا موجودا في مطلع القرن 19th. ولاحظ شخصيات الشهيرة مثل كيلفن أن كل ما تبقى القيام به هو جعل قياسات أكثر دقة. نيكلسون, الذي لعب دورا حاسما في الثورة لمتابعة, وينصح بعدم إدخال “قتلى” المجال مثل الفيزياء.

من كان يظن أن في أقل من عقد من الزمن في القرن 20, كنا إكمال تغيير الطريقة التي نفكر في المكان والزمان? ان الذين لهم الحق في اعتبارها القول الآن بأننا سوف يتغير مرة أخرى أفكارنا المكان والزمان? أفعل. ثم مرة أخرى, لا أحد من أي وقت مضى واتهم لي من العقل الصحيح!

أخذت ثورة أخرى المكان خلال القرن الماضي — ميكانيكا الكم, التي تلغي لدينا فكرة الحتمية ووجه صفعة قوية إلى نموذج نظام المراقبة الفيزياء. سوف ثورات مماثلة يحدث مرة أخرى. دعونا لا الابقاء على مفاهيمنا وغير قابل للتغيير; فهي ليست. دعونا لا نفكر سادة القديمة لدينا ومعصوم, لأنهم ليسوا. كما فاينمان نفسه أن أشير إلى, الفيزياء يحمل وحده على مزيد من الأمثلة للعصمة من سادة القديمة. وأشعر أن ثورة كاملة في الفكر قد تأخر الآن.

هل يمكن أن يتساءل ما لديه كل هذا له علاقة بالجنس. جيد, أنا فقط يعتقد أن الجنس بيع أفضل. كنت على حق, لم يكن لي? أعني, كنت لا تزال هنا!

وقال فاينمان أيضا,

الصورة من قبل "رجل الكهف تشاك" كوكر cc

Einstein on God and Dice

Although Einstein is best known for his theories of relativity, he was also the main driving force behind the advent of quantum mechanics (QM). His early work in photo-voltaic effect paved way for future developments in QM. And he won the Nobel prize, not for the theories of relativity, but for this early work.

It then should come as a surprise to us that Einstein didn’t quite believe in QM. He spent the latter part of his career trying to device thought experiments that would prove that QM is inconsistent with what he believed to be the laws of nature. Why is it that Einstein could not accept QM? We will never know for sure, and my guess is probably as good as anybody else’s.

Einstein’s trouble with QM is summarized in this famous quote.

It is indeed difficult to reconcile the notions (or at least some interpretations) of QM with a word view in which a God has control over everything. في إدارة الجودة, observations are probabilistic in nature. وهذا هو القول, if we somehow manage to send two electrons (in the same state) down the same beam and observe them after a while, we may get two different observed properties.

We can interpret this imperfection in observation as our inability to set up identical initial states, or the lack of precision in our measurements. This interpretation gives rise to the so-called hidden variable theories — considered invalid for a variety of reasons. The interpretation currently popular is that uncertainty is an inherent property of nature — the so-called Copenhagen interpretation.

In the Copenhagen picture, particles have positions only when observed. At other times, they should be thought of as kind of spread out in space. In a double-slit interference experiment using electrons, على سبيل المثال, we should not ask whether a particular electron takes on slit or the other. As long as there is interference, it kind of takes both.

The troubling thing for Einstein in this interpretation would be that even God would not be able to make the electron take one slit or the other (without disturbing the interference pattern, هذا هو). And if God cannot place one tiny electron where He wants, how is he going to control the whole universe?