Kvant mexanikasi ixtiro qilinishidan oldin mavjud bo'lgan klassik fizika tabiatni oddiy (makroskopik) miqyosda tasvirlaydi. Klassik fizikadagi ko'pgina nazariyalarni biz o'rganib qolgan shkalalar bo'yicha ishlaydigan yaqinlashishlar sifatida chiqarish mumkin. Kvant fizikasi (u ham kvant mexanikasi) klassik fandan shunisi bilan farq qiladiki, ulangan tizimning energiyasi, impulsi, burchak momenti va boshqa miqdorlari diskret qiymatlar (kvantlash) bilan chegaralanadi. Ob'ektlar zarracha shaklida ham, to'lqin shaklida ham o'ziga xos xususiyatlarga ega (to'lqin zarralarining ikkiligi). Shuningdek, ushbu fanda miqdorlarni o'lchash mumkin bo'lgan aniqlik chegaralari mavjud (noaniqlik printsipi).
Aytish mumkinki, aniq fanlarda kvant fizikasi paydo boʻlgandan keyin oʻziga xos inqilob sodir boʻldi, bu esa ilgari inkor etib boʻlmaydigan haqiqat deb hisoblangan barcha eski qonunlarni qayta koʻrib chiqish va tahlil qilish imkonini berdi. Bu yaxshimi yoki yomonmi? Balki yaxshi narsa, chunki haqiqiy fan hech qachon bir joyda turmasligi kerak.
Biroq, "kvant inqilob"ga aylandiEski maktab fiziklari uchun o'ziga xos zarba bo'lib, ular ilgari ishongan narsa zudlik bilan qayta ko'rib chiqish va yangi voqelikka moslashishga muhtoj bo'lgan noto'g'ri va arxaik nazariyalar to'plami bo'lib chiqdi.. Ko'pchilik fiziklar taniqli fan haqidagi bu yangi g'oyalarni ishtiyoq bilan qabul qilib, uni o'rganish, rivojlantirish va amalga oshirishga hissa qo'shishdi. Bugungi kunda kvant fizikasi butun fanning dinamikasini belgilab beradi. Uning sharofati bilan zamonaviy eksperimental loyihalar (masalan, Katta adron kollayderi) paydo bo'ldi.
Ochilish
Kvant fizikasi asoslari haqida nima deyish mumkin? U asta-sekin klassik fizika bilan kelisha olmaydigan hodisalarni tushuntirishga qaratilgan turli nazariyalardan paydo bo'ldi, masalan, 1900 yilda Maks Plankning yechimi va uning ko'plab ilmiy muammolarning nurlanish muammosiga yondashuvi, 1905 yilgi maqoladagi energiya va chastota o'rtasidagi muvofiqlik. fotoelektr effektlarini tushuntirgan Albert Eynshteyn tomonidan. Kvant fizikasining dastlabki nazariyasi 1920-yillarning oʻrtalarida Ervin Shredinger, Verner Geyzenberg, Maks Born va boshqalar tomonidan toʻliq qayta koʻrib chiqilgan. Zamonaviy nazariya turli xil maxsus ishlab chiqilgan matematik tushunchalarda shakllantirilgan. Ulardan birida arifmetik funksiya (yoki to‘lqin funksiyasi) bizga impulsning joylashish ehtimoli amplitudasi haqida to‘liq ma’lumot beradi.
Dummilar uchun kvant fizikasi asoslari
Toʻlqinni ilmiy oʻrganishYorug'likning mohiyati bundan 200 yil oldin, o'sha davrning buyuk va taniqli olimlari o'zlarining eksperimental kuzatishlari asosida yorug'lik nazariyasini taklif qilgan, ishlab chiqqan va isbotlagan paytdan boshlangan. Ular buni to‘lqin deb atashgan.
1803-yilda mashhur ingliz olimi Tomas Yang oʻzining mashhur qoʻsh eksperimentini oʻtkazdi, natijada u “Yorugʻlik va rang tabiati toʻgʻrisida” nomli mashhur asarini yozdi va u haqidagi zamonaviy gʻoyalarni shakllantirishda katta rol oʻynadi. bu tanish hodisalar. Ushbu tajriba ushbu nazariyani umumiy qabul qilishda katta rol o'ynadi.
Bunday tajribalar ko'pincha turli kitoblarda tasvirlangan, masalan, "Dummiya uchun kvant fizikasi asoslari". Elementar zarrachalarni tezlashtirish bo'yicha zamonaviy tajribalar, masalan, Katta adron kollayderida Xiggs bozonini qidirish (qisqacha LHC) ko'plab sof nazariy kvant nazariyalarining amaliy tasdig'ini topish uchun aniq amalga oshiriladi.
Tarix
1838 yilda Maykl Faraday butun dunyoni xursand qilib, katod nurlarini kashf etdi. Ushbu shov-shuvli tadqiqotlardan so'ng Gustav Kirxgof tomonidan "qora tana" deb ataladigan radiatsiya muammosi haqidagi bayonot (1859), shuningdek, Lyudvig Boltsmanning har qanday jismoniy tizimning energiya holatlari ham mumkin degan mashhur taxmini paydo bo'ldi. diskret bo'ling (1877). Keyinchalik Maks Plank (1900) tomonidan ishlab chiqilgan kvant gipotezasi paydo bo'ldi. U kvant fizikasining asoslaridan biri hisoblanadi. Plankning jasur gipotezasi energiya diskret "kvantalarda" ham chiqarilishi, ham so'rilishi mumkin.(yoki energiya paketlari) qora tanli nurlanishning kuzatilgan namunalariga aynan mos keladi.
Jahonga mashhur Albert Eynshteyn kvant fizikasiga katta hissa qo'shgan. Kvant nazariyalaridan ta'sirlanib, u o'zinikini yaratdi. Umumiy nisbiylik nazariyasi - bu shunday deyiladi. Kvant fizikasidagi kashfiyotlar nisbiylikning maxsus nazariyasining rivojlanishiga ham ta'sir ko'rsatdi. O'tgan asrning birinchi yarmida ko'plab olimlar Eynshteyn taklifi bilan ushbu fanni o'rganishga kirishdilar. O'sha paytda u birinchi o'rinda edi, hamma uni yaxshi ko'rardi, hamma unga qiziqardi. Buning ajablanarli joyi yo'q, chunki u klassik fizika fanida juda ko'p "teshiklarni" yopdi (lekin u yangilarini ham yaratdi), vaqt sayohati, telekinez, telepatiya va parallel olamlarni ilmiy asoslashni taklif qildi.
Kuzatuvchining roli
Har qanday hodisa yoki holat bevosita kuzatuvchiga bogʻliq. Odatda, aniq fanlardan yiroq odamlarga kvant fizikasi asoslari qisqacha shunday tushuntiriladi. Biroq, haqiqat ancha murakkab.
Bu asrlar davomida odamlarning atrofidagi voqealarga ta'sir qilish qobiliyatini ta'kidlab kelgan ko'plab okkultizm va diniy an'analarga juda mos keladi. Bu qaysidir ma'noda ekstrasensor idrokni ilmiy tushuntirish uchun ham asos bo'lib xizmat qiladi, chunki hozirda shaxs (kuzatuvchi) jismoniy hodisalarga fikr kuchi bilan ta'sir o'tkazishga qodir degan gaplar bema'ni ko'rinmaydi.
Kuzatilgan hodisa yoki ob'ektning har bir xos holati mos keladikuzatuvchining xos vektori. Agar operator (kuzatuvchi) spektri diskret bo'lsa, kuzatilayotgan ob'ekt faqat diskret xos qiymatlarga erisha oladi. Ya'ni, kuzatish ob'ekti, shuningdek, uning xarakteristikalari aynan shu operator tomonidan to'liq aniqlanadi.
Kvant fizikasi asoslari murakkab so'zlarda
An'anaviy klassik mexanikadan (yoki fizikadan) farqli o'laroq, pozitsiya va impuls kabi konjugat o'zgaruvchilarni bir vaqtning o'zida bashorat qilish mumkin emas. Misol uchun, elektronlar (ma'lum bir ehtimollik bilan) koinotning ma'lum bir hududida joylashgan bo'lishi mumkin, ammo ularning matematik aniq joylashuvi aslida noma'lum.
Doimiy ehtimollik zichligi konturlari, odatda, "bulutlar" deb ataladi, elektronning eng ko'p joylashishi mumkin bo'lgan joyni tasavvur qilish uchun atom yadrosi atrofida chizilishi mumkin. Heisenberg noaniqlik printsipi zarrachaning konjugat momentini hisobga olgan holda aniq joylashishini isbotlab beradi. Ushbu nazariyaning ba'zi modellari sof mavhum hisoblash xarakteriga ega va qo'llaniladigan qiymatni anglatmaydi. Biroq, ular ko'pincha subatomik zarralar va boshqa nozik narsalar darajasidagi murakkab o'zaro ta'sirlarni hisoblash uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, fizikaning ushbu sohasi olimlarga ko'plab olamlarning haqiqiy mavjudligini taxmin qilish imkonini berdi. Ehtimol, biz ularni tez orada ko'ramiz.
Toʻlqin funksiyalari
Kvant fizikasi qonunlari juda katta hajmli va xilma-xildir. bilan kesishadito'lqin funktsiyalari haqida tushuncha. Ba'zi maxsus to'lqin funktsiyalari tabiatan doimiy yoki vaqtga bog'liq bo'lmagan ehtimollar tarqalishini yaratadi, masalan, energiyaning statsionar holatida vaqt to'lqin funktsiyasiga nisbatan yo'qolgandek tuyuladi. Bu kvant fizikasining asosiy ta'siridan biridir. Qizig'i shundaki, vaqt hodisasi ushbu noodatiy fanda tubdan qayta ko'rib chiqilgan.
Perturbatsiya nazariyasi
Biroq, kvant fizikasida formulalar va nazariyalar bilan ishlash uchun zarur boʻlgan yechimlarni ishlab chiqishning bir qancha ishonchli usullari mavjud. Odatda "bezovtalanish nazariyasi" deb nomlanuvchi shunday usullardan biri elementar kvant mexanik modeli uchun analitik natijadan foydalanadi. U soddaroq model bilan bog'liq bo'lgan yanada murakkab modelni ishlab chiqish uchun tajribalar natijalarini olish uchun yaratilgan. Rekursiya shunday chiqadi.
Bu yondashuv, ayniqsa, mikroskopik haqiqatdagi turli hodisalarni talqin qilishda juda mashhur boʻlgan kvant xaos nazariyasida muhim ahamiyatga ega.
Qoidalar va qonunlar
Kvant mexanikasi qoidalari asosiy hisoblanadi. Ularning ta'kidlashicha, tizimni joylashtirish maydoni mutlaqo asosiydir (u nuqta mahsulotiga ega). Yana bir bayonot shundaki, ushbu tizim tomonidan kuzatilgan effektlar bir vaqtning o'zida aynan shu muhitdagi vektorlarga ta'sir qiluvchi o'ziga xos operatorlardir. Biroq, ular bizga qaysi Hilbert fazosida yoki qaysi operatorlar mavjudligini aytmaydibu daqiqa. Ular kvant tizimining miqdoriy tavsifini berish uchun mos ravishda tanlanishi mumkin.
Ma'nosi va ta'siri
Ushbu g'ayrioddiy fanning boshidanoq kvant mexanikasini o'rganishning ko'plab antiintuitiv jihatlari va natijalari kuchli falsafiy munozaralar va ko'plab talqinlarni keltirib chiqardi. Turli amplitudalar va ehtimollik taqsimotlarini hisoblash qoidalari kabi fundamental savollar ham jamoatchilik va ko‘plab yetakchi olimlar tomonidan hurmatga sazovor.
Richard Feynman, masalan, bir marta afsus bilan ta'kidlaganidek, u olimlarning hech biri kvant mexanikasini umuman tushunmasligiga amin emas. Stiven Vaynbergning so'zlariga ko'ra, hozirda hamma uchun mos keladigan kvant mexanikasining yagona talqini yo'q. Bu shuni ko'rsatadiki, olimlar "yirtqich hayvon" yaratdilar, uning mavjudligini to'liq tushunish va tushuntirish uchun ular o'zlari qila olmaydilar. Biroq, bu hech qanday tarzda ushbu fanning dolzarbligi va ommabopligiga zarar keltirmaydi, balki haqiqatan ham murakkab va tushunarsiz muammolarni hal qilishni xohlaydigan yosh mutaxassislarni jalb qiladi.
Bundan tashqari, kvant mexanikasi koinotning ob'ektiv fizik qonunlarini to'liq qayta ko'rib chiqishga majbur qildi, bu yaxshi yangilik.
Kopengagen talqini
Ushbu talqinga koʻra, klassik fizikadan bizga maʼlum boʻlgan sababiy bogʻliqlikning standart taʼrifi endi kerak emas. Kvant nazariyalariga ko'ra, biz uchun odatiy ma'nodagi nedensellik umuman mavjud emas. Ulardagi barcha fizik hodisalar eng kichik elementarning o'zaro ta'siri nuqtai nazaridan tushuntiriladisubatomik darajadagi zarralar. Bu hudud, ehtimolliksizdek tuyulganiga qaramay, juda istiqbolli.
Kvant psixologiyasi
Kvant fizikasi va inson ongi oʻrtasidagi munosabat haqida nima deyish mumkin? Bu Robert Anton Uilson tomonidan 1990 yilda yozilgan "Kvant psixologiyasi" kitobida ajoyib tarzda yozilgan.
Kitobda bayon etilgan nazariyaga ko'ra, miyamizda sodir bo'layotgan barcha jarayonlar ushbu maqolada bayon qilingan qonunlar tufayli sodir bo'ladi. Ya'ni, bu kvant fizikasi nazariyasini psixologiyaga moslashtirishga urinishning bir turi. Bu nazariya parailmiy hisoblanadi va akademik hamjamiyat tomonidan tan olinmaydi.
Uilsonning kitobi diqqatga sazovordirki, u unda oʻz farazini ozmi-koʻpmi isbotlovchi turli texnika va amaliyotlar toʻplamini taqdim etadi. Qanday bo'lmasin, o'quvchi matematik va fizik modellarni gumanitar fanlarda qo'llashga urinishlar hayotiyligiga ishonadimi yoki yo'qmi, o'zi qaror qilishi kerak.
Uilsonning kitobi ba'zilar tomonidan mistik tafakkurni oqlashga va uni ilmiy jihatdan isbotlangan yangi jismoniy formulalar bilan bog'lashga urinish sifatida ko'rilgan. Bu juda ahamiyatsiz va hayratlanarli ish 100 yildan ortiq vaqtdan beri talabga ega. Kitob butun dunyoda nashr etiladi, tarjima qilinadi va o'qiladi. Kim biladi deysiz, balki kvant mexanikasi rivojlanishi bilan ilmiy hamjamiyatning kvant psixologiyasiga munosabati ham o'zgaradi.
Xulosa
Tez orada alohida fanga aylangan ushbu ajoyib nazariya tufayli biz atrof-muhitni o'rganishga muvaffaq bo'ldik.subatomik zarralar darajasidagi haqiqat. Bu bizning idrok etishimiz mumkin bo'lmagan eng kichik darajadir. Bizning dunyomiz haqida fiziklar ilgari bilgan narsalarni zudlik bilan qayta ko'rib chiqish kerak. Bu fikrga mutlaqo hamma rozi. Turli zarralar bir-biri bilan aql bovar qilmaydigan masofalarda ta'sir qilishi aniq bo'ldi, biz buni faqat murakkab matematik formulalar bilan o'lchashimiz mumkin.
Bundan tashqari, kvant mexanikasi (va kvant fizikasi) koʻplab parallel voqeliklar, vaqt sayohati va tarix davomida faqat ilmiy fantastika deb hisoblangan boshqa narsalarning mavjudligini isbotladi. Bu, shubhasiz, nafaqat fanga, balki insoniyat kelajagi uchun ham ulkan hissadir.
Dunyoning ilmiy manzarasini sevuvchilar uchun bu fan ham doʻst, ham dushman boʻlishi mumkin. Gap shundaki, kvant nazariyasi parailmiy mavzu bo'yicha turli taxminlar uchun keng imkoniyatlar ochadi, bu allaqachon muqobil psixologik nazariyalardan biri misolida ko'rsatilgan. Ba'zi zamonaviy okkultistlar, ezoteriklar va muqobil diniy va ruhiy oqimlar tarafdorlari (ko'pincha psixokultlar) o'zlarining mistik nazariyalari, e'tiqodlari va amaliyotlarining mantiqiyligi va haqiqatini asoslash uchun ushbu fanning nazariy konstruktsiyalariga murojaat qilishadi.
Bu misli ko'rilmagan holat, nazariyotchilarning oddiy taxminlari va mavhum matematik formulalar haqiqiy ilmiy inqilobga olib keldi va ilgari ma'lum bo'lgan hamma narsani kesib tashlagan yangi fanni yaratdi. Ba'zilaridadarajada, kvant fizikasi Aristotel mantig'i qonunlarini rad etdi, chunki u "yoki-yoki" ni tanlashda yana bitta (va balki bir nechta) muqobil mavjudligini ko'rsatdi.
