Квант. Путеводитель для запутавшихся

Джим Аль-Халили
100
10
(1 голос)
0 0

Аннотация: Квантовая механика – основа современной науки. И еще не было человека, который, познав ее, не испытал шок. Математически красивая, а на деле непредсказуемая теория по-настоящему расширяет сознание, разбивая в пух и прах наши бытовые представления о мире. Книга блестящего популяризатора физики Джима Аль-Халили простым и понятным языком расскажет о прошлом, настоящем и будущем квантовой механики. Читателей ждет увлекательное путешествие от философии, физики субатомных частиц и теорий больших размерностей к сегодняшнему технологичному миру лазеров и микрочипов и завтрашнему удивительному миру квантовой магии.

Книга добавлена:
17-03-2023, 00:46
0
416
105
Квант. Путеводитель для запутавшихся
Содержание

Читать книгу "Квант. Путеводитель для запутавшихся"



Квантовая хаология

Сэр Майкл Берри, Профессор Королевского общества, Бристольский университет

Казалось бы, квантовый мир существенно отличается от мира классической физики, который он отвергает. Квантовые энергетические уровни, волновые функции и вероятности кажутся несовместимыми с ньютонианскими частицами, движущимися по определенным орбитам. И все же две теории должны быть тесно связаны. Даже Луну можно считать квантовой частицей, так что должны быть обстоятельства – грубо говоря, большие, тяжелые объекты, – для которых квантовые и классические предсказания совпадают. Но «границы применимости классической теории» размыты, и существенное число современных исследований нацелено на то, чтобы их понять.

Сложности с границами применимости классической теории становятся особенно большими, когда ньютонианские орбиты хаотичны. Хаос – это длительная нестабильность, в которой движение, хотя и является четко определенным, столь чувствительно, что его предсказание на практике невозможно. В хаосе нет регулярных повторений. Знакомый всем пример – погода. Еще один – беспорядочное вращение одного из спутников Сатурна, Гипериона, огромной каменной картофелины размером с Нью-Йорк.

Хаос представляет собой проблему, так как развертывание квантовой волны во времени определяется соответствующими уровнями энергии. Математическим следствием существования энергетических уровней является тот факт, что квантовое развитие времени включает в себя лишь периодическое движение на определенной частоте – то есть противоположность хаосу. Следовательно, в квантовой механике нет хаоса, одна регулярность. Как же тогда может существовать хаос в нашем мире?

На этот вопрос два ответа. Первый заключается в том, что по достижении границ применимости классической теории – когда тела становятся больше и тяжелее – время, необходимое на подавление хаоса квантовой механикой, тоже становится больше и, строго говоря, стремится к бесконечности. Однако это объяснение не годится, так как «время подавления хаоса» часто бывает на удивление кратким – даже для Гипериона оно составляет всего несколько десятилетий, что в астрономических масштабах весьма немного.

Истинная причина существования хаоса заключается в том, что большие квантовые системы сложно изолировать от окружения. Даже «поток фотонов» с Солнца (вторичное излучение которого дает свет, благодаря чему мы видим Гиперион) разрушает деликатную интерференцию, лежащую в основе квантовой регулярности. Большие квантовые системы очень чувствительны к неконтролируемым внешним воздействиям – этот эффект называется декогеренцией. В границах применимости классической теории квантовое подавление хаоса само по себе подавляется декогенерцией, в результате чего хаос появляется снова в качестве знакомой черты крупномасштабного мира.

Квантовые системы меньшего размера, такие как атомы в сильных магнитных полях, сильно вибрирующие молекулы или заключенные в «квантовые точки» с несимметричными границами электроны, можно успешно изолировать от окружения. Следовательно, декогеренция в них не возникает, а потому не существует и квантового хаоса, хотя соответствующие им классические системы хаотичны. Тем не менее эти квантовые системы целым рядом способов отражают классический хаос, изучением чего и занимается квантовая хаология.

Энергетические уровни сильно возбужденных состояний формируют набор чисел, которые можно изучить статистически. Эта статистика (например, вероятность, определяющая расстояние между соседними уровнями) различна в условиях хаоса и в условиях регулярности. Точно так же различен и рисунок, описывающий состояния квантовых волн. Удивительным и даже загадочным открытием стало то, что расположение энергетических уровней в квантовой хаологии связано с одной из глубочайших проблем математики и свойствами простых чисел.


Скачать книгу "Квант. Путеводитель для запутавшихся" - Джим Аль-Халили бесплатно


100
10
Оцени книгу:
0 0
Комментарии
Минимальная длина комментария - 7 знаков.
Книжка.орг » Физика » Квант. Путеводитель для запутавшихся
Внимание