Tag Archives: meccanica quantistica

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.
Continua a leggere

Historical Origin of Quantum Mechanics

In questa sezione, 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.
Continua a leggere

Meccanica Quantistica

Meccanica Quantistica (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. E, 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. Davvero.

Continua a leggere

Incerta Principio

Il principio di indeterminazione è la seconda cosa in fisica che ha catturato l'immaginazione del pubblico. (Il primo è E=mc^2.) Dice qualcosa di apparentemente semplice — è possibile misurare due proprietà complementari di un sistema solo in una certa precisione. Per esempio, se si tenta di capire dove un elettrone è (misurare la sua posizione, distante) più precisamente, la sua velocità diventa progressivamente più incerto (o, la misurazione della quantità di moto diventa imprecisa).

Da dove viene questo principio viene da? Prima di poter chiedere che la domanda, dobbiamo esaminare ciò che il principio dice davvero. Qui ci sono alcune possibili interpretazioni:

  1. Posizione e quantità di moto di una particella sono intrinsecamente interconnesso. Come si misura la quantità di moto in modo più accurato, il tipo di particella “diffonde fuori,” come il personaggio di George Gamow, Sig.. Tompkins, mette. In altre parole, è solo una di quelle cose; il modo in cui funziona il mondo.
  2. Quando misuriamo la posizione, di non disturbare lo slancio. Le nostre sonde di misura sono “troppo grasso,” per così dire. Come si aumenta la precisione di posizione (da splendente luce di lunghezze d'onda più corte, per esempio), di non disturbare il momento più (perché la luce di lunghezza d'onda più corta ha una maggiore energia / momento).
  3. Strettamente correlata a questa interpretazione è una visione che il principio di indeterminazione è un limite percettivo.
  4. Possiamo anche pensare al principio di indeterminazione come un limite cognitivo se si considera che una futura teoria potrebbe superare tali limiti.

Bene, le ultime due interpretazioni sono mie, così noi non li discuteremo in dettaglio qui.

Il primo punto di vista è più popolare ed è legato alla cosiddetta interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica. E 'un po' come le dichiarazioni chiusi di Induismo — “Tale è la natura della Absolute,” per esempio. preciso, può essere. Ma di scarsa utilità pratica. Ignoriamo per esso non è troppo aperto alle discussioni.

La seconda interpretazione è generalmente inteso come una difficoltà sperimentale. Ma se la nozione di setup sperimentale è espanso per includere l'osservatore umano inevitabile, arriviamo al terzo punto di vista della limitazione percettiva. In questa visione, in realtà è possibile “derivare” il principio di indeterminazione.

Supponiamo che stiamo usando un fascio di luce della lunghezza d'onda \lambda per osservare la particella. La precisione nella posizione possiamo sperare di raggiungere è dell'ordine di \lambda. In altre parole, \Delta x \approx \lambda. In meccanica quantistica, la quantità di moto di ciascun fotone nel fascio di luce è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda. Almeno un fotone è riflessa dalla particella modo che possiamo vedere. Così, dalla legge classica di conservazione, la quantità di moto della particella deve cambiare almeno \Delta p \approx costante\lambda da quello che era prima della misura. Così, attraverso argomenti percettivi, otteniamo qualcosa di simile al principio di indeterminazione di Heisenberg \Delta x \Delta p = costante.

Possiamo fare questo ragionamento più rigoroso, e ottenere una stima del valore della costante. La risoluzione di un microscopio è dato dalla formula empirica 0.61\lambda/NA, dove NA è l'apertura numerica, che ha un valore massimo di un. Così, la migliore risoluzione spaziale è 0.61\lambda. Ciascun fotone nel fascio di luce ha una quantità di moto 2\pi\hbar/\lambda, che è l'incertezza nella quantità di moto delle particelle. Così otteniamo \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, circa un ordine di grandezza maggiore del limite quantistico. Attraverso argomenti statistici più rigorosi, legato alla risoluzione spaziale e lo slancio atteso trasferito, potrebbe possibile ricavare il principio di indeterminazione di Heisenberg attraverso questa linea di ragionamento.

Se consideriamo la visione filosofica che la nostra realtà è un modello cognitivo dei nostri stimoli percettivi (che è l'unica che ha senso per me), la mia quarta interpretazione del principio di indeterminazione di essere una limitazione cognitiva anche in possesso di un po 'd'acqua.

Riferimento

L'ultima parte di questo post è un estratto dal mio libro, L'Unreal Universe.

Sesso e Fisica — Secondo Feynman

Fisica attraversa un'epoca di compiacenza di tanto in tanto. Compiacimento nasce da un senso di completezza, una sensazione che abbiamo scoperto tutto quello che c'è da sapere, il percorso è chiaro e metodi ben capito-.

Storicamente, questi attacchi di compiacimento sono seguiti da rapidi sviluppi che hanno rivoluzionato il modo in cui la fisica è fatta, mostrandoci come sbagliato siamo stati. Questa lezione umiliante della storia è probabilmente ciò che ha spinto Feynman dire:

Tale età di compiacimento esisteva a cavallo del 19 ° secolo. Personaggi famosi come Kelvin osservato che tutto ciò che restava da fare era di effettuare misurazioni più precise. Michelson, che ha giocato un ruolo cruciale nella rivoluzione da seguire, è stato consigliato di non entrare in un “morto” campo come la fisica.

Chi avrebbe mai pensato che in meno di un decennio nel 20 ° secolo, vorremmo completare cambiare il modo di pensare di spazio e tempo? Chi sano di mente direbbe ora che ci sarà di nuovo cambiare i nostri concetti di spazio e tempo? Faccio. Poi di nuovo, nessuno mi ha mai accusato di una mente!

Un'altra rivoluzione è avvenuta nel corso del secolo scorso — Meccanica Quantistica, che ha fatto via con la nostra nozione di determinismo e inferto un duro colpo al paradigma sistema-osservatore della fisica. Rivoluzioni simile accadrà di nuovo. Cerchiamo di non tenere ai nostri concetti come immutabile; non sono. Non pensiamo dei nostri vecchi maestri come infallibile, perché non sono. Come Feynman stesso osservo, la fisica da sola detiene più esempi della fallibilità dei suoi antichi maestri. E sento che una completa rivoluzione nel pensiero è in ritardo ora.

Ci si potrebbe chiedere che cosa tutto questo ha a che fare con il sesso. Bene, Ho solo pensato che il sesso avrebbe venduto meglio. Avevo ragione, Non ero io? Voglio dire, siete ancora qui!

Feynman ha anche detto,

Foto di "Caveman Chuck" Coker 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. In QM, observations are probabilistic in nature. Vale a dire, 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, per esempio, 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, distante). And if God cannot place one tiny electron where He wants, how is he going to control the whole universe?