KWANTY (mechanieka)
Powstała w 1926-1927 r. Filozoficzne problemy: 1)zasada nieoznaczoności Heisenberga 1927 r. Pomiar prędkości to jest operator, a nie funkcja. Położenie i prędkość - te wielkości komutują [x,px]=i h. Nie można dokładnie określić pędu i położenia jednocześnie. Heisenberg doszedł do zasady nieoznaczoności Δx*Δp≥h. Nie było to formalnie wyprowadzone przez Heisenberga, ktoś to zrobił w 1928 r. Można na nią patrzeć na 2 sposoby - tak jak Heisenberg - mówi o możliwościach pomiarowych, nie można dokładnie poznać świata - w strukturze mechaniki kwantowej leży ograniczenie. II sposób - interpretacja antologiczna: te wielkości nie są określone, a nie możemy ich zmierzyć, np. elektron wytwarza pole, elektron wysyła fotony, a wtedy traci energię, ale mówi się że elektron wysyła wirtualne fotony. Foton może przelecieć ΠC/2E. Elektron jest otoczony chmurą fotonów. Jeśli foton wirtualny złapie jakąś cząstkę, to mamy foton rzeczywisty, który zabiera energię elektronu. Obszary przestrzeni, w których nie można znaleźć cząstek, one powstają i znikają - próżnia. Zas. Heisenberga zmienia obraz przestrzeni, w której nic nie widzimy, nie jesteśmy w stanie zobaczyć co się w niej cały czas dzieje. Atom Rutherforda. Kwantowa teoria pola przypomina model atomu Bohra. Efekt Kazimierza - przybliżamy 2 płytki metalowe - krążą fotony, płytki zaczynają się przyciągać z pewną siłą - zmierzono ją. 2) Funkcja falowa - w sformułowaniu Schodingera mierzy się. Funkcji falowej nikt nie zmierzy- jest to funkcja o wartościach zespolonych. Fizycy nie wiedzieli co to jest funkcja falowa. Odnalazł to Marc Born i dostał nobla ok. 1950 r. Fizyka kwantowa na początku lat 30-tych miała równanie falowe - interpretacja statystyczna. Duży rozkład prawdopodobieństwa. Funkcja falowa opisuje ruch jednej cząsteczki - elektronu. Cząstka gazu ma określoną prędkość, a rozkład Boltzmana mówi o rozkładzie prędkości wielu cząsteczek. Byli tacy, którzy uważali że f. Falowa to wiedza fizyka. Powstała opozycja. Z jednej strony byli: Einstein, Podolski, Rozenberg, a z drugiej ......................... i Sarm. Kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej -świat kwantowy ma swoje procesy i prawa. 1905 r. Einstein i Schodinger atakowali, że mechanik kwantowa jest niedoskonała „Bóg nie gra w kości” f. Falowa nie jest dobrym opisem -przyroda jest jednoznaczna. 3) Zasada superpozycji. Mechanika kwantowa -formalizm operatorów w przestrzeni Hilberta- są tzw. stany własne. W układzie zamkniętym są stany własne. Można stworzyć inne stany, które są złożeniem stanów własnych. c1ψ1+ c2ψ2+ c3ψ3=|c1|2+|c2|2+|c3|2=1 Zasada superpozycji jest niezgodna z mechaniką klasyczną (nie można powiedzieć, że moneta jest w stanie 1/3 orła i 2/3 reszki. Kod Schodingera. Wynik pomiaru jest z góry ustalony. Obrona Bohra i Schodingera - nie ma problemu jeśli zapytamy jak to zmierzyć. Oni mówili jak zmierzyć i wynik był zgodny. Np. paradoks fali cząstki. Pokazywali, że mechanika kwantowa jest niespójna. F. Falową traktował jako proces fizyczny, tzn. fala leci i pokazuje drogę elektronowi. Einstein - teoria parametrów ukrytych- nie można ich odczytać, znaleźć, (ale dobrze jest mieć taki język) ale jest jakiś język opisujący w oparciu o niego istnieje f. Falowa ta idea upadłą w latach 30-tych. W 1951 r. David Bohm dobry fizyk- dla niego stała Plancka była tylko wielkością statystyczną. Przy pomocy par. ukrytych chciał wyjaśnić zasadę superpozycji. W 1946 J. Bell pokazał, że eksperymentalnie można teorię parametrów zwyczajnych od teorii par. ukrytych. Jak mamy cząstkę 2 elektrony lecą w przeciwnych kierunkach, i badamy ich spiny(można badać korelację między kierunkami ustawienia ich spinów. Ta cząstka dostosowuje się do kierunku pomiaru. Jak zmierzyć korelację? Elektron leciał ψ1 , kolejno mierzymy ψ2 żeby badać kierunek spinów protonów lub fotonów. Dośw. na fotonach wykonano w 1982. Bell wykazał, że są korelacje między wynikami pomiarów spinu. Pomiary muszą być niezależne. Jeżeli stan fotonu nie jest ustalony, to korelacje są inne niż gdy stan jest ustalony. Fizyka Kwantowa: 1) Zasada nieoznaczoności 2) Prowdopodobieństwo 3) Zasada superpozycji - nierówności Bella -kwantowa kryptografia, przekazywanie sygnału. Jeżeli ktoś ją podsłucha to o tym wiemy 4) Tory. Ciała poruszają się po ciągłych torach-tak jesteśmy przekonani. W mechanice kwantowej nie ma pojęcia toru. Cząsteczkom nie przypisuje się toru. Na tej podst. Feynmann w 1948 r. napisał pracę, w której równ. Schodingera da się odtworzyć zakładając, że cząstka porusza się po torach. Cząstce nie można przypisać toru (bez obserwacji nie można przewidzieć po jakim torze porusza się cząstka) 5) pojęcie tożsamości cząstki - Jeśli mamy układ złożony z pewnej takich samych mikrocząsteczek , np. elektronów to nie można powiedzieć, gdzie, który jest...dla np. 6 elektronów , każdy przebywa w innym miejscu przez 1/6. Każdy zachowuje swą tożsamość ale gubi ją w tłumie - artysymetryczna. Leibnitz - nie ma 2 takich samych obiektów. Tu inna podstawa: dwa protony są nierozróżnialne. Świat kwantowy trudno sobie wyobrazić. Koncepcje filozoficzne:
koncepcja kopenhaska - Heisenberg - mechanika kwantowa, cudowny formalizm
Einstein vs Bell
Fizyk doświadczalny musi sobie wyobrazić i rozumieć to co robi
Komputery kwantowe - konstruktorzy wiedzą, że proton może poruszać się w górę i w dół, w prawo i lewo a nie znają ∞ przestrzeni hilberta. Wszystkie operacje z mikroobiektami można sprowadzić do trzech. Konstruktorzy manipulują i rozumieją co się dzieje, ale teoria „głęboka” nie jest znana. Myśląoperacyjnie i praktycznie, ale bez paradoksów.
Złącze Jeffersona - zjawisko kwantowe - nadprzewodnictwo ciepła
Komputery kwantowe staną się makroskopowymi układami, urządzeniami w których będzie można manipulować skutkami kwantowymi.
Są próby zrozumienia zjawisk kwantowych.