Кванттық механиканы ойлап тапқанға дейін болған классикалық физика табиғатты кәдімгі (макроскопиялық) масштабта сипаттайды. Классикалық физикадағы теориялардың көпшілігін біз үйренген масштабта жұмыс істейтін жуықтаулар ретінде шығаруға болады. Кванттық физиканың (ол да кванттық механика) классикалық ғылымнан айырмашылығы, қосылған жүйенің энергиясы, импульсі, бұрыштық импульсі және басқа шамалары дискретті мәндермен (кванттау) шектеледі. Нысандардың бөлшектер түрінде де, толқын түрінде де ерекше сипаттамалары бар (толқындық бөлшектердің екі жақтылығы). Сондай-ақ бұл ғылымда шамаларды өлшеуге болатын дәлдіктің шектеулері бар (белгісіздік принципі).
Нақты ғылымдарда кванттық физика пайда болғаннан кейін бұрын даусыз ақиқат деп саналған ескі заңдылықтардың барлығын қайта қарап, талдауға мүмкіндік беретін өзіндік революция болды деп айтуға болады. Бұл жақсы ма, әлде жаман ба? Мүмкін жақсы нәрсе, өйткені шынайы ғылым ешқашан бір орында тұрмауы керек.
Алайда «кванттық революция» болдыБұрын сенген нәрселердің тез арада қайта қарауды және жаңа шындыққа бейімделуді қажет ететін қате және архаикалық теориялар жиынтығы болып шыққанымен келісу керек болған ескі мектеп физиктері үшін өзіндік соққы.. Физиктердің көпшілігі белгілі ғылым туралы бұл жаңа идеяларды ынтамен қабылдап, оны зерттеуге, дамытуға және жүзеге асыруға үлес қосты. Бүгінгі таңда кванттық физика тұтастай алғанда барлық ғылымның динамикасын белгілейді. Оның арқасында озық тәжірибелік жобалар (үлкен адрон коллайдері сияқты) пайда болды.
Ашу
Кванттық физиканың негіздері туралы не айтуға болады? Ол 1900 жылы Макс Планктың шешімі және көптеген ғылыми мәселелердің сәулелену мәселесіне көзқарасы және 1905 жылғы мақаладағы энергия мен жиілік арасындағы сәйкестік сияқты классикалық физикамен үйлестіруге келмейтін құбылыстарды түсіндіруге арналған әртүрлі теориялардан бірте-бірте пайда болды. Альберт Эйнштейннің авторы, ол фотоэффектілерді түсіндірді. Кванттық физиканың алғашқы теориясын 1920 жылдардың ортасында Эрвин Шредингер, Вернер Гейзенберг, Макс Борн және т.б. Қазіргі теория әртүрлі арнайы әзірленген математикалық концепцияларда тұжырымдалған. Олардың бірінде арифметикалық функция (немесе толқындық функция) бізге импульстің орналасу ықтималдығының амплитудасы туралы жан-жақты ақпарат береді.
Манекендерге арналған кванттық физика негіздері
Толқынды ғылыми зерттеуЖарықтың мәні 200 жылдан астам уақыт бұрын, сол кездегі ұлы және танымал ғалымдар өздерінің тәжірибелік бақылаулары негізінде жарық теориясын ұсынған, дамытқан және дәлелдеген кезде басталды. Олар оны толқын деп атады.
1803 жылы атақты ағылшын ғалымы Томас Янг өзінің әйгілі қос экспериментін жүргізді, нәтижесінде ол «Жарық пен түстің табиғаты туралы» атақты еңбегін жазды, ол туралы заманауи идеяларды қалыптастыруда үлкен рөл атқарды. бұл таныс құбылыстар. Бұл эксперимент осы теорияны жалпы қабылдауда үлкен рөл атқарды.
Мұндай тәжірибелер әртүрлі кітаптарда жиі сипатталған, мысалы, «Мектептерге арналған кванттық физика негіздері». Элементар бөлшектердің үдеуімен заманауи эксперименттер, мысалы, Үлкен адрон коллайдеріндегі Хиггс бозонын іздеу (қысқаша LHC) көптеген таза теориялық кванттық теориялардың практикалық растауын табу үшін дәл жүзеге асырылады.
Тарих
1838 жылы Майкл Фарадей бүкіл әлемді қуантып, катодты сәулелерді ашты. Бұл сенсациялық зерттеулерден кейін Густав Кирхгоф жасаған «қара дене» (1859) деп аталатын радиация мәселесі туралы мәлімдеме, сондай-ақ кез келген физикалық жүйенің энергетикалық күйлері де болуы мүмкін деген Людвиг Больцманның әйгілі жорамалымен жалғасты. дискретті болыңыз (1877). Кейінірек Макс Планк (1900) жасаған кванттық гипотеза пайда болды. Ол кванттық физиканың негіздерінің бірі болып саналады. Планктың энергияның дискретті «кванттарда» шығарылуы да, жұтылуы да мүмкін деген батыл гипотезасы.(немесе энергия пакеттері) қара дене сәулеленуінің байқалған үлгілеріне дәл сәйкес келеді.
Әлемге әйгілі Альберт Эйнштейн кванттық физикаға үлкен үлес қосты. Кванттық теориялардан әсер алған ол өзінің жеке теориясын жасады. Жалпы салыстырмалылық теориясы – осылай аталады. Арнайы салыстырмалылық теориясының дамуына кванттық физикадағы жаңалықтар да әсер етті. Көптеген ғалымдар өткен ғасырдың бірінші жартысында Эйнштейннің ұсынысымен бұл ғылымды зерттей бастады. Ол кезде ол алдыңғы қатарда болатын, оны бәрі ұнататын, бәрі оған қызығатын. Таңқаларлық емес, өйткені ол классикалық физика ғылымындағы көптеген «тесіктерді» жауып тастады (бірақ ол жаңаларын да жасады), уақытқа саяхат, телекинез, телепатия және параллель әлемдер үшін ғылыми негіздеме ұсынды.
Бақылаушының рөлі
Кез келген оқиға немесе күй тікелей бақылаушыға байланысты. Әдетте нақты ғылымдардан алыс адамдарға кванттық физиканың негіздері осылайша қысқаша түсіндіріледі. Дегенмен, шындық әлдеқайда күрделі.
Бұл адамдардың айналасындағы оқиғаларға әсер ету қабілетін ғасырлар бойы талап еткен көптеген оккульттік және діни дәстүрлерге өте жақсы сәйкес келеді. Қандай да бір түрде бұл экстрасенсорлық қабылдауды ғылыми тұрғыдан түсіндіруге де негіз болады, өйткені қазір адамның (бақылаушының) физикалық құбылыстарға ойлау күшімен әсер ете алады деген тұжырымы қисынсыз болып көрінбейді.
Байқалған оқиғаның немесе нысанның әрбір меншікті күйі сәйкес келедібақылаушының меншікті векторы. Оператордың (бақылаушының) спектрі дискретті болса, бақыланатын объект тек дискретті меншікті мәндерге жете алады. Яғни, бақылау объектісін, сондай-ақ оның сипаттамаларын дәл осы оператор толығымен анықтайды.
Күрделі сөздердегі кванттық физика негіздері
Кәдімгі классикалық механикадан (немесе физикадан) айырмашылығы, позиция және импульс сияқты конъюгаттық айнымалыларды бір уақытта болжау мүмкін емес. Мысалы, электрондар (белгілі бір ықтималдықпен) кеңістіктің белгілі бір аймағында орналасуы мүмкін, бірақ олардың математикалық нақты орны іс жүзінде белгісіз.
Тұрақты ықтималдық тығыздығының контурларын, әдетте, «бұлттар» деп аталады, электронның орналасу ықтималдығы жоғары болатынын концептуалдау үшін атом ядросының айналасында сызылады. Гейзенбергтің белгісіздік принципі конъюгаттық импульсті ескере отырып, бөлшекті дәл табу мүмкін еместігін дәлелдейді. Бұл теориядағы кейбір модельдер таза абстрактілі есептеу сипатына ие және қолданбалы мәнді білдірмейді. Дегенмен, олар көбінесе субатомдық бөлшектер деңгейінде және басқа да нәзік заттар деңгейінде күрделі әрекеттесулерді есептеу үшін қолданылады. Сонымен қатар, физиканың бұл саласы ғалымдарға көптеген әлемдердің шынайы өмір сүру мүмкіндігін болжауға мүмкіндік берді. Мүмкін біз оларды жақын арада көретін шығармыз.
Толқын функциялары
Кванттық физика заңдары өте көлемді және алуан түрлі. Олар қиылысадытолқындық функциялар туралы түсінік. Кейбір арнайы толқындық функциялар табиғи түрде тұрақты немесе уақытқа тәуелсіз ықтималдықтардың таралуын жасайды, мысалы, энергияның стационарлық күйінде толқындық функцияға қатысты уақыт жоғалып кеткен сияқты. Бұл кванттық физиканың негізгі әсерлерінің бірі. Бір қызығы, уақыт феномені осы ерекше ғылымда түбегейлі қайта қаралды.
Пертурбация теориясы
Алайда кванттық физикада формулалар мен теориялармен жұмыс істеу үшін қажетті шешімдерді әзірлеудің бірнеше сенімді жолдары бар. Мұндай әдістердің бірі, әдетте, «бұзу теориясы» деп аталады, қарапайым кванттық механикалық модель үшін аналитикалық нәтижені пайдаланады. Ол қарапайым модельге қатысты одан да күрделі модельді әзірлеу үшін эксперименттердің нәтижелерін алу үшін жасалған. Рекурсия осылай болады.
Бұл тәсіл әсіресе микроскопиялық шындықтағы әртүрлі оқиғаларды түсіндіру үшін өте танымал кванттық хаос теориясында маңызды.
Ережелер мен заңдар
Кванттық механиканың ережелері негізгі болып табылады. Олар жүйенің орналастыру кеңістігі абсолютті іргелі (оның нүктелік өнімі бар) деп мәлімдейді. Басқа мәлімдеме мынада, бұл жүйеде байқалатын әсерлер бір уақытта дәл осы ортадағы векторларға әсер ететін ерекше операторлар болып табылады. Дегенмен, олар бізге қандай Гильберт кеңістігінде немесе қандай операторлар бар екенін айтпайдыосы сәт. Оларды кванттық жүйенің сандық сипаттамасын беру үшін дұрыс таңдауға болады.
Мағынасы мен әсері
Осы ерекше ғылымның басынан бастап кванттық механиканы зерттеудің көптеген антиинтуитивті аспектілері мен нәтижелері қатты философиялық пікірталастарды және көптеген түсіндірулерді тудырды. Түрлі амплитудалар мен ықтималдық үлестірімдерін есептеу ережелері сияқты іргелі сұрақтардың өзі жұртшылық пен көптеген жетекші ғалымдардың құрметіне лайық.
Мысалы, Ричард Фейнман бірде ғалымдардың ешқайсысының кванттық механиканы мүлде түсінетініне мүлде сенімді емес екенін өкінішпен атап өтті. Стивен Вайнбергтің айтуынша, қазіргі уақытта барлығына сәйкес келетін кванттық механиканың бірде-бір түсіндірмесі жоқ. Бұл ғалымдар «құбыжықты» жасағанын, олардың бар екенін толық түсіну және түсіндіру үшін өздері жасай алмайтынын көрсетеді. Дегенмен, бұл бұл ғылымның өзектілігі мен танымалдығына ешқандай зиян келтірмейді, бірақ шын мәнінде күрделі және түсініксіз мәселелерді шешкісі келетін жас мамандарды тартады.
Сонымен қатар кванттық механика Әлемнің объективті физикалық заңдарын толығымен қайта қарауға мәжбүр етті, бұл жақсы жаңалық.
Копенгаген түсіндірмесі
Бұл түсіндірмеге сәйкес, бізге классикалық физикадан белгілі себептіліктің стандартты анықтамасы енді қажет емес. Кванттық теорияларға сәйкес, біз үшін әдеттегі мағынадағы себептілік мүлде жоқ. Олардағы барлық физикалық құбылыстар ең кіші элементардың өзара әрекеттесу тұрғысынан түсіндіріледісубатомдық деңгейдегі бөлшектер. Бұл аймақ, мүмкін емес болып көрінгенімен, өте перспективалы.
Кванттық психология
Кванттық физика мен адам санасының байланысы туралы не айтуға болады? Бұл Роберт Антон Уилсонның 1990 жылы жазған «Кванттық психология» кітабында әдемі жазылған.
Кітапта келтірілген теорияға сәйкес, миымызда болып жатқан барлық процестер осы мақалада сипатталған заңдарға байланысты. Яғни, бұл кванттық физика теориясын психологияға бейімдеу әрекетінің бір түрі. Бұл теория парағылыми деп саналады және оны академиялық қауымдастық мойындамайды.
Уилсонның кітабында оның гипотезасын азды-көпті дәлелдейтін әртүрлі әдістер мен тәжірибелер жиынтығы берілгенімен ерекшеленеді. Қалай болғанда да, оқырман математикалық және физикалық үлгілерді гуманитарлық ғылымдарға қолдану әрекетінің өміршеңдігіне сенетін-сенбейтінін өзі шешуі керек.
Уилсонның кітабын кейбіреулер мистикалық ойлауды негіздеу және оны ғылыми дәлелденген жаңа физикалық тұжырымдармен байланыстыру әрекеті ретінде қарастырды. Бұл өте тривиальды емес және таң қалдыратын жұмыс 100 жылдан астам уақыт бойы сұранысқа ие болды. Кітап дүние жүзінде басылып, аударылып, оқылады. Кім біледі, бәлкім, кванттық механиканың дамуымен ғылыми қауымдастықтың кванттық психологияға деген көзқарасы да өзгеретін шығар.
Қорытынды
Жақында жеке ғылымға айналған осы тамаша теорияның арқасында біз қоршаған ортаны зерттей алдық.субатомдық бөлшектер деңгейіндегі шындық. Бұл барлық мүмкін болатын ең кіші деңгей, біздің қабылдауымыз үшін мүлдем қол жетімсіз. Физиктердің біздің әлем туралы бұрын білгендері шұғыл қайта қарауды қажет етеді. Мұнымен барлығы келіседі. Әртүрлі бөлшектер бір-бірімен мүлде ойланбайтын қашықтықта әрекеттесе алатыны белгілі болды, біз оны тек күрделі математикалық формулалар арқылы ғана өлшей аламыз.
Сонымен қатар, кванттық механика (және кванттық физика) көптеген параллель шындықтардың, уақытқа саяхаттың және тарих бойы тек ғылыми фантастиканың материалы болып саналатын басқа нәрселердің мүмкіндігін дәлелдеді. Бұл ғылымға ғана емес, адамзаттың болашағына қосылған орасан зор үлес екені сөзсіз.
Әлемнің ғылыми суретін сүйетіндер үшін бұл ғылым дос та, жау да бола алады. Өйткені, кванттық теория парағылыми тақырып бойынша әртүрлі болжамдарға кең мүмкіндіктер ашады, бұл балама психологиялық теориялардың бірінің мысалында көрсетілгендей. Кейбір қазіргі оккультистер, эзотериктер және альтернативті діни және рухани ағымдарды жақтаушылар (көбінесе психокульттар) өздерінің мистикалық теорияларының, сенімдері мен тәжірибесінің ұтымдылығы мен ақиқаттығын негіздеу үшін осы ғылымның теориялық конструкцияларына жүгінеді.
Бұл теоретиктердің қарапайым жорамалдары мен абстрактілі математикалық формулалар нағыз ғылыми төңкеріске әкеліп, бұрын белгілі болғанның бәрін сызып тастаған жаңа ғылымды тудырған бұрын-соңды болмаған жағдай. Кейбіреулеріндедәрежеде кванттық физика аристотельдік логика заңдарын жоққа шығарды, өйткені ол «немесе-немесе» таңдау кезінде тағы бір (және бірнеше) балама бар екенін көрсетті.
