Tag Archives: cơ học lượng tử

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.
Tiếp tục đọc

Historical Origin of Quantum Mechanics

Trong phần này, 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.
Tiếp tục đọc

Cơ học lượng tử

Cơ học lượng tử (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. Và, 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. Thực sự.

Tiếp tục đọc

Nguyên tắc không chắc chắn

Các nguyên lý bất định là điều thứ hai trong vật lý mà đã chiếm được trí tưởng tượng của công chúng. (Người đầu tiên là E=mc^2.) Nó nói cái gì đó dường như đơn giản — bạn có thể đo hai thuộc tính miễn phí của một hệ thống chỉ với một độ chính xác nhất định. Ví dụ, nếu bạn cố gắng tìm ra nơi mà một electron là (đo vị trí của nó, đó là) hơn và chính xác hơn, tốc độ của nó dần dần trở nên bấp bênh hơn (hoặc, đo đà trở nên không chính xác).

Trường hợp nào nguyên tắc này đến từ? Trước khi chúng ta có thể hỏi câu hỏi đó, chúng ta phải kiểm tra những gì các nguyên tắc thực sự nói. Dưới đây là một vài cách diễn giải:

  1. Vị trí và động lượng của một hạt là bản chất liên kết với nhau. Như chúng ta đo lực chính xác hơn, các loại hạt “lây lan ra,” như nhân vật George Gamow, Ông. Tompkins, đặt nó. Nói cách khác, nó chỉ là một trong những điều; cách thế giới hoạt động.
  2. Khi chúng ta đo vị trí, chúng tôi làm phiền đà. Đầu dò đo của chúng tôi là “quá béo,” vì nó là. Như chúng ta tăng độ chính xác vị trí (bằng cách chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn, ví dụ), chúng tôi làm phiền đà hơn và nhiều hơn nữa (vì ánh sáng bước sóng ngắn có năng lượng / lực cao).
  3. Chặt chẽ liên quan đến việc giải thích này là một quan điểm cho rằng các nguyên lý bất định là một giới hạn về tri giác.
  4. Chúng ta cũng có thể nghĩ đến những nguyên tắc không chắc chắn như một giới hạn về nhận thức, nếu chúng ta xem xét rằng một lý thuyết trong tương lai có thể vượt qua các giới hạn.

Tất cả các quyền, hai cách giải thích cuối cùng là của riêng tôi, vì vậy chúng tôi sẽ không thảo luận chi tiết ở đây.

Quan điểm thứ nhất là phổ biến hiện nay và có liên quan đến cái gọi là trường phái Copenhagen của cơ học lượng tử. Nó là loại giống như các báo cáo kín của Ấn Độ giáo — “Đó là bản chất của Absolute,” ví dụ. Chính xác, có thể. Nhưng ít sử dụng thực tế. Hãy bỏ qua nó để nó không phải là quá mở để thảo luận.

Việc giải thích thứ hai thường được hiểu như là một khó khăn thực nghiệm. Nhưng nếu quan niệm về thiết lập thí nghiệm được mở rộng để bao gồm các quan sát của con người không thể tránh khỏi, chúng tôi đến điểm thứ ba của hạn chế về tri giác. Theo quan điểm này, nó thực sự có thể để “lấy được” nguyên lý bất định.

Giả sử rằng chúng ta đang sử dụng một chùm ánh sáng có bước sóng \lambda để quan sát các hạt. Độ chính xác ở vị trí chúng ta có thể hy vọng đạt được là số thứ tự của \lambda. Nói cách khác, \Delta x \approx \lambda. Trong cơ học lượng tử, đà của mỗi photon trong chùm ánh sáng tỉ lệ nghịch với bước sóng. Ít nhất một photon được phản ánh bởi các hạt để chúng ta có thể nhìn thấy nó. Vì vậy,, bởi các định luật bảo toàn cổ điển, động lực của hạt có thể thay đổi bởi ít nhất \Delta p \approx không thay đổi\lambda từ đó là gì trước khi đo. Do đó, thông qua đối số nhận thức, chúng tôi nhận được một cái gì đó tương tự như nguyên lý bất định Heisenberg \Delta x \Delta p = không thay đổi.

Chúng tôi có thể làm cho lập luận này chặt chẽ hơn, và nhận được một ước tính giá trị của các hằng số. Độ phân giải của kính hiển vi được cho bởi công thức kinh nghiệm 0.61\lambda/NA, ở đâu NA là khẩu độ số, trong đó có một giá trị tối đa của một. Do đó, độ phân giải không gian tốt nhất là 0.61\lambda. Mỗi photon trong chùm ánh sáng có một đà 2\pi\hbar/\lambda, đó là sự không chắc chắn trong lượng của hạt. Vì vậy, chúng tôi nhận được \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, khoảng một đơn đặt hàng của các cường độ lớn hơn giới hạn cơ học lượng tử. Thông qua đối số thống kê chặt chẽ hơn, liên quan đến việc phân giải không gian và động lực dự kiến ​​sẽ chuyển giao, nó có thể lấy được các nguyên lý bất định Heisenberg qua dòng này của lý luận.

Nếu chúng ta xem xét quan điểm triết học thực tế của chúng tôi là một mô hình nhận thức của các kích thích giác quan của chúng tôi (đó là quan điểm chỉ có ý nghĩa với tôi), diễn giải thứ tư của tôi về nguyên lý bất định là một hạn chế về nhận thức cũng giữ một chút nước.

Tài liệu tham khảo

Các phần sau của bài viết này là một đoạn trích từ cuốn sách của tôi, Unreal vũ trụ.

Sex và Vật lý — Theo Feynman

Vật lý đi qua một tuổi mãn một lần trong một thời gian. Mãn bắt nguồn từ một ý thức đầy đủ, một cảm giác rằng chúng tôi đã phát hiện ra tất cả mọi thứ có biết, con đường rõ ràng và các phương pháp được hiểu rõ.

Trong lịch sử, những cơn mãn được theo sau bởi sự phát triển nhanh chóng mà cách mạng hóa cách vật lý được thực hiện, cho chúng ta thấy làm thế nào sai chúng tôi đã. Đây bài học khiêm nhường của lịch sử có lẽ là những gì nhắc nhở Feynman nói:

Độ tuổi này tự mãn tồn tại vào đầu thế kỷ 19. Personas nổi tiếng như Kelvin nhận xét rằng tất cả những gì còn lại để làm là làm cho các phép đo chính xác hơn. Michelson, người đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc cách mạng theo, được khuyên không nên nhập “chết” lĩnh vực như vật lý.

Ai có thể nghĩ rằng trong vòng chưa đầy một thập kỷ vào thế kỷ 20, chúng tôi sẽ hoàn thành thay đổi cách chúng ta nghĩ về không gian và thời gian? Ai trong tâm trí của họ sẽ nói bây giờ chúng ta sẽ một lần nữa thay đổi quan niệm của chúng ta về không gian và thời gian? Tôi làm. Sau đó, một lần nữa, ai có bao giờ bị buộc tội tôi về một tâm trí!

Một cuộc cách mạng đã diễn ra trong quá trình của thế kỷ trước — Cơ học lượng tử, mà đã bỏ đi khái niệm của chúng ta về định mệnh và giáng một đòn nghiêm trọng cho các mô hình hệ thống quan sát vật lý. Cuộc cách mạng tương tự sẽ xảy ra một lần nữa. Chúng ta không giữ cho khái niệm của chúng tôi là bất biến; họ không. Đừng nghĩ của các bậc thầy cũ của chúng tôi là không thể sai lầm, cho họ không. Như Feynman mình sẽ chỉ ra, vật lý một mình nắm giữ các ví dụ về sai lầm của các bậc thầy cũ. Và tôi cảm thấy rằng một cuộc cách mạng hoàn toàn trong suy nghĩ quá hạn tại.

Bạn có thể tự hỏi những gì tất cả điều này đã làm với quan hệ tình dục. Cũng, Tôi chỉ nghĩ rằng quan hệ tình dục sẽ bán tốt hơn. Tôi đã đúng, không phải tôi? Tôi có nghĩa là, bạn vẫn đang ở đây!

Feynman cũng cho biết,

Ảnh: "Caveman Chuck" Coker cc

Einstein về Chúa và Dice

Mặc dù Einstein được biết đến với các lý thuyết tương đối của ông, ông cũng là động lực chính đằng sau sự ra đời của cơ học lượng tử (QM). Công việc đầu tiên của ông có hiệu lực mở đường ảnh voltaic cho sự phát triển trong tương lai của QM. Và ông đã giành được giải thưởng Nobel, không cho các lý thuyết tương đối, nhưng đối với công việc sớm này.

Sau đó nó sẽ đến như là một bất ngờ đối với chúng ta rằng Einstein đã không hoàn toàn tin tưởng vào QM. Ông đã dành phần cuối của sự nghiệp của mình để thử nghiệm thiết bị ý nghĩ rằng sẽ chứng minh rằng QM là không phù hợp với những gì ông tin là quy luật tự nhiên. Tại sao là nó mà Einstein không thể chấp nhận QM? Chúng tôi sẽ không bao giờ biết chắc chắn, và tôi đoán có lẽ là tốt như bất cứ ai khác là.

Rắc rối của Einstein với QM được tóm tắt trong câu nói nổi tiếng này.

Nó thực sự là khó khăn để hòa giải các khái niệm (hoặc ít nhất là một số giải thích) của QM với một cái nhìn từ trong đó một Thiên Chúa có quyền kiểm soát tất cả mọi thứ. Trong QM, quan sát là xác suất trong tự nhiên. Đó là để nói, nếu chúng ta làm cách nào đó để gửi cho hai electron (trong cùng một trạng thái) xuống chùm cùng và quan sát chúng sau một thời gian, chúng tôi có thể có được hai tính chất quan sát khác nhau.

Chúng tôi có thể giải thích sự không hoàn hảo này trong quan sát của chúng tôi là không có khả năng để thiết lập trạng thái ban đầu giống hệt nhau, hoặc thiếu chính xác trong các phép đo của chúng tôi. Điều này giải thích đưa đến cái gọi là lý thuyết biến số ẩn — coi là vô hiệu vì nhiều lý do. Việc giải thích phổ biến hiện nay là không chắc chắn là một thuộc tính vốn có của thiên nhiên — cái gọi là giải thích Copenhagen.

Trong bức ảnh Copenhagen, hạt có vị trí chỉ khi quan sát. Tại các thời điểm khác, họ nên được coi là loại lây lan ra trong không gian. Trong một thí nghiệm khe đôi can thiệp bằng electron, ví dụ, chúng ta không nên hỏi liệu một electron đặc biệt có trên khe hay khác. Miễn là có sự can thiệp, nó loại mất cả.

Điều đáng lo ngại đối với Einstein trong việc giải thích này sẽ được rằng ngay cả Thiên Chúa sẽ không thể làm cho các electron mất một khe hay khác (mà không làm ảnh hưởng đến hình ảnh giao thoa, đó là). Và nếu Thiên Chúa không thể đặt một electron nhỏ là nơi Ngài muốn, thế nào là ông sẽ kiểm soát toàn bộ vũ trụ?