¿Alguien puede dar una lista de la mayoría de los supuestos fundamentales de la mecánica cuántica en la llanura inglés ?
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Incierto Principios: 7 elementos esenciales de QM
Lo siento pero no puedo estar hecho más claro que en inglés. El enlace ha sido proporcionada por @user26143 , de la copia por @DeerHunter .
Publicado en: enero 20, 2010 11:13 AM, por Chad Orzel ( que pasa a ser un USUARIO de aquí, en la Física.SE).
1) las Partículas son ondas, y viceversa. La física cuántica nos dice que cada objeto en el universo tiene tanto de partículas y propiedades de onda. No es que todo lo que es realmente olas, y sólo a veces se ve como partículas, o de que todo está hecho de partículas que a veces nos engaña en el pensamiento son las ondas. Cada objeto en el universo es un nuevo tipo de objeto, la llamada "partícula cuántica" que tiene algunas características de ambas partículas y ondas, pero en realidad no.
Las partículas cuánticas se comportan como partículas, en los que son discretos y (en principio) contable. La materia y la energía vienen en diferentes trozos, y si usted está tratando de localizar a un átomo o detectar un fotón de luz, usted va a encontrar en un solo lugar, y en un sólo lugar.
Cuántica de las partículas se comportan como ondas, en la que se muestran los efectos como la difracción y la interferencia. Si usted envía un haz de electrones o de un haz de fotones a través de una estrecha rendija, que se extenderá en el lado lejano. Si usted envía la viga en dos estrechamente espaciados rendijas, se producirá un patrón de alternancia brillante y manchas oscuras en el lado lejano de las mismas, como si fueran ondas de agua que pasa a través de las dos rendijas a la vez y de interferir en el otro lado. Esto es cierto a pesar de que cada partícula individual es detectado en un solo lugar, como una partícula.
2) estados Cuánticos son discretos. El "quantum" en la física cuántica se refiere al hecho de que todo en la física cuántica viene en cantidades discretas. Un haz de luz que sólo puede contener números enteros de fotones-- 1, 2, 3, 137, pero nunca 1.5 o 22.7. Un electrón en un átomo sólo puede tener ciertos discreto de valores de energía-- -13.6 de voltios de electrones, o -3.4 de voltios de electrones de hidrógeno, pero nunca -7.5 de voltios de electrones. No importa lo que hagas, solo detectar un sistema cuántico en uno de estos estados permitidos.
3) la Probabilidad es todo lo que sé. Cuando los físicos utilizan la mecánica cuántica para predecir los resultados de un experimento, la única cosa de la que se puede predecir es la probabilidad de detección de cada uno de los posibles resultados. Dado un experimento en el que un electrón va a terminar en uno de dos lugares, podemos decir que hay un 17% de probabilidad de encontrarla en el punto a y un 83% de probabilidad de encontrarla en el punto B, pero nunca podemos decir con certeza que un solo electrón definitivamente va a terminar en Una o definitivamente terminan en B. No importa lo cuidadoso que hemos de preparar a cada electrón exactamente de la misma manera, no podemos decir nunca para definitiviely lo que el resultado del experimento será. Cada nuevo electrón es un nuevo experimento, y el resultado final es al azar.
4) Medición determina la realidad. Hasta el momento en que el estado exacto de una partícula cuántica es medido, que el estado es indeterminado, y de hecho puede ser considerado como que se extendió sobre todos los posibles resultados. Después de una medición, el estado de la partícula es absolutamente determinado, y todas las mediciones posteriores en que la partícula volverá producen exactamente el mismo resultado.
Esto parece imposible de creer-es el problema que inspiró a Erwin Schrödinger (in)famoso experimento sobre un gato que es a la vez viva y muerta, pero vale la pena reiterar que esto es absolutamente confirmada por el experimento. La doble rendija experimento mencionado anteriormente puede ser pensado como una confirmación de esta indeterminación, hasta que finalmente se mide en una sola posición en el lado más alejado de la corte, un electrón existe en una superposición de ambos caminos posibles. El patrón de interferencia observada cuando muchos electrones se registró una después de la otra, es una consecuencia directa de la superposición de múltiples estados.
El Quantum Zeno Efecto es otro ejemplo de los efectos de la cuántica de la medición: hacer mediciones repetidas de un sistema cuántico puede impedir que el cambio de su estado. Entre las medidas, el sistema existe en una superposición de dos estados posibles, con la probabilidad de que una creciente y otra decreciente. Cada una de las mediciones pone el sistema en un único estado definido, y la evolución tiene que empezar de nuevo.
Los efectos de la medición puede ser interpretado en un número de diferentes maneras: como la física "colapso" de una función de onda, como la división del universo en muchos mundos paralelos, etc.-- pero el resultado final es el mismo en todos ellos. Una partícula cuántica puede y va a ocupar varios estados de la derecha hasta el instante en que se mide; después de la medición es en un solo estado.
5) correlaciones Cuánticas no son locales. Uno de los más extraños y más importante de las consecuencias de la mecánica cuántica es la idea de "enredos". Cuando dos partículas cuánticas interactuar de la manera correcta, sus miembros dependen uno del otro, no importa lo lejos que están. Usted puede tener una partícula en Princeton y enviar a la otra a París, y la medida de ellas a la vez, y el resultado de la medición en Princeton absolutamente y determinar de forma inequívoca el resultado de la medición en París, y viceversa.
La correlación entre estos estados no puede ser descrito por cualquier local de la teoría, en el que las partículas se han definido los estados. Estos estados son de crecimiento indeterminado, hasta el instante en que uno se mide, momento en el que los estados de ambas son absolutamente determinado, no importa lo lejos que están. Esto ha sido confirmado experimentalmente docenas de veces a lo largo de los últimos treinta años o así, con la luz y ni siquiera los átomos, y cada nuevo experimento tiene absolutamente de acuerdo con el quantum de la predicción.
Se debe señalar que este no proporciona un medio de envío de las señales más rápido que la luz-una medida en París determinar el estado de una partícula en Princeton, pero el resultado de cada medición es completamente aleatorio. No hay ninguna manera de manipular a la Parisina de partículas para producir un específico resultado en Princeton. La correlación entre las mediciones sólo será evidente después del hecho, cuando los dos conjuntos de resultados se comparan, y ese proceso ha de tener lugar en las velocidades más lentas que la de la luz.
6) Todo lo que no está prohibido es obligatorio. Una partícula cuántica moverse de un punto a a Un punto B, se llevará a absolutamente todas las rutas posibles de a a B, al mismo tiempo. Esto incluye las rutas que implican altamente improbable eventos como pares electrón-positrón que aparece de la nada, y desapareciendo de nuevo. Toda la teoría cuántica de electro-dinámica (QED) implica la colaboración de todos los procedimientos posibles, incluso el ridículamente improbable.
Vale la pena destacar que este no es un especulativa de pacotilla con la no aplicabilidad real. Un QED predicción de la interacción entre un electrón y un campo magnético describe correctamente la interacción con 14 decimales. Tan raro como la idea parece, es uno de los mejores-a prueba de las teorías en la historia de la ciencia.
7) la física Cuántica no es magia. [...] Tan extraño como la física cuántica es [...] no suspender todas las reglas del sentido común. El fundamento de los principios de la física siguen intactas: la energía se conserva, la entropía aumenta, nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. Usted no puede explotar los efectos cuánticos para construir una máquina de movimiento perpetuo, o para crear la telepatía o la clarividencia.
La mecánica cuántica tiene un montón de características que desafían nuestra clásica intuición-- indeterminado estados, probabilitistic mediciones, no-efectos locales, pero aún está sujeta a la regla más importante de todo: Si algo suena demasiado bueno para ser verdad, probablemente lo es. Que alguien esté tratando de vender una máquina de movimiento perpetuo o un místico cura con quantum palabras de moda es engañado en el mejor, o un artista de la estafa, en el peor.
mrigasira
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834
En un lugar de manera concisa, Shankar describe cuatro postulados de nonrelativistic la mecánica cuántica.
Yo. El estado de la partícula es representado por un vector $|\Psi(t)\rangle$ en un espacio de Hilbert.
II. Las variables independientes $x$ $p$ de la mecánica clásica son representados por Hermitian operadores de $X$ $P$ con los siguientes elementos de la matriz en la eigenbasis de $X$
$$\langle x|X|x'\rangle = x \delta(x-x')$$
$$\langle x|P|x' \rangle = -i\hbar \delta^{'}(x-x')$$
Los operadores correspondientes a la variable dependiente $\omega(x,p)$ se dan Hermitian operadores
$$\Omega(X,P)=\omega(x\rightarrow X,p \rightarrow P)$$
III. Si la partícula se encuentra en un estado $|\Psi\rangle$, la medición de la variable (correspondiente) $\Omega$ se producen uno de los autovalores $\omega$ con una probabilidad de $P(\omega)\propto |\langle \omega|\Psi \rangle|^{2}$. El estado del sistema cambia de $|\Psi \rangle$$|\omega \rangle$, como resultado de la medición.
IV. El estado de vectores $|\Psi(t) \rangle$ obedece a la ecuación de Schrödinger
$$i\hbar \frac{d}{dt}|\Psi(t)\rangle=H|\Psi(t)\rangle$$
donde $H(X,P)=\mathscr{H}(x\rightarrow X, p\rightarrow P)$ es el Hamiltoniano cuántico operador y $\mathscr{H}$ es el Hamiltoniano para el correspondiente problema clásico.
Después de eso, Shankar se analizan los postulados y de las diferencias entre la mecánica cuántica y la mecánica clásica, es de esperar que en la llanura inglés. Probablemente quieras echar un vistazo a ese libro: Principios de la Mecánica Cuántica
Hay, por supuesto, otros conjuntos de equivalente postulados.
Jon Galloway
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320
Aquí están algunas maneras de mirar para un principiante absoluto. Es sólo un comienzo. No es la forma en que finalmente se mire, pero no hay nada realmente incorrecto aquí.
En primer lugar, la llanura inglés no es suficiente, usted va a necesitar un poco de matemáticas. ¿Sabe usted algo acerca de los números complejos? Si no, aprender un poco más antes de comenzar.
En segundo lugar, en la mecánica cuántica, no trabajamos con probabilidades, usted sabe, los números entre 0 y 1, que representan la probabilidad de que algo suceda. Por el contrario trabajamos con la raíz cuadrada de probabilidades, llamado "de las amplitudes de probabilidad", que son los números complejos. Cuando hayamos terminado, podemos convertir estas de vuelta a probabilidades. Este es un cambio fundamental; de manera que el número complejo amplitudes son tan importantes como las probabilidades. La lógica es, pues, diferente de lo que estamos acostumbrados.
En tercer lugar, en la mecánica cuántica, que no imaginamos que sabemos todo acerca de los objetos entre las mediciones, más bien, sabemos que no. Por lo tanto, sólo nos centramos en lo que podemos medir, y los posibles resultados de una medición en particular. Esto es debido a que algunas de las supuestas imaginado propiedades de los objetos entre las mediciones contradicen el uno al otro, pero podemos obtener una teoría donde siempre podemos trabajar con las propias mediciones de una manera coherente. Cualquier medición (medidor de lectura, etc.) o de la propiedad entre las mediciones sólo tiene una probabilidad de amplitud de producir un determinado resultado, y la propiedad sólo co-surge con la medición de la misma.
Cuarto, si tenemos varios mutuamente excluyentes posibilidades, la probabilidad de la amplitud de uno u otro sucediendo es sólo la suma de las amplitudes de probabilidad de cada sucediendo. Tenga en cuenta que esto no significa que las probabilidades aumentan, la forma en que se utilizan de forma clásica. Esto es nuevo y diferente.
Si sumamos las probabilidades (no el de las amplitudes de este tiempo, pero sus "plazas") de todos los posibles mutuamente excluyentes mediciones, conseguido por "cuadrar" la probabilidad de las amplitudes de cada mutuamente excluyentes posibilidades, siempre obtenemos 1 como de costumbre. Esto se llama unitarity.
Esta no es la imagen completa, pero debería ayudar un poco. Como referencia, intenta ver tres videos de algunas conferencias que Feynman una vez le dio en Cornell. Eso debería ayudar más.
Marc
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230
Realmente no entiendo exactamente a qué te refieres con suposiciones, pero supongo que se le pregunte acerca de la naturaleza física y el comportamiento de la quantistic mundo. Voy a ser muy imprecisos en el siguiente escrito, pero necesito un poco de espacio para conseguir que las cosas se entienden. Lo que vas a leer es una dura simplificación.
El primer supuesto es el hecho de que las partículas en el quantistic nivel no tienen una posición, como en la vida real de los objetos, que incluso no tiene una velocidad. Bueno, que suerte de tener, pero en realidad son "fuzzy". Difusa en el sentido de que realmente no se puede asignar una posición a ellos, o una velocidad.
Para ser justos, tú sabes perfectamente un mundo real escenario de caso donde usted tiene que renunciar a los conceptos de velocidad y posición de una entidad. Tomar una guitarra, y tira de una cadena. Donde es la "vibración" ? ¿En un punto específico de la cadena donde la "vibración" es, o lo rápido que esta vibración es viajar. Supongo que se podría decir que la vibración es "en la cadena" o "en el espacio entre uno de los extremos de la cadena, y la otra mano". Sin embargo, hay partes de la cadena que están vibrando más, y las partes que no están vibrando a todos, por lo que legítimamente podría decir que la mayor parte de la "vibración" está en el centro de la cadena, en una pequeña parte está en las partes laterales cerca de los extremos, y sin vibración es muy extremos. En cierto sentido, usted va a experimentar una mayor "presencia" de la vibración en el centro.
Con los electrones, que es exactamente la misma. Creo que "electrón" como de la "vibración" en el ejemplo anterior. Pronto, usted se dará cuenta de que realmente no se puede reclamar nada acerca de la posición de un electrón, por el hecho de que tiene la onda de la naturaleza. Usted está obligado a ver el electrón no como una carga balanceo de la bola de aquí y de allí, pero como una difusa entidad totalmente similar al concepto de "vibración". Como resultado, usted no puede decir nada acerca de la posición de un electrón, pero se puede decir que hay zonas en el espacio donde el electrón tiene "mayor presencia" y las zonas en las que tienen menor presencia". Estas zonas son probabilísticos en la naturaleza, y esta probabilidad se obtiene directamente por una descripción matemática llamada la función de onda.
La función de onda depende principalmente de la externa potencial, lo que significa que la presencia de los cargos, tales como los protones y los otros electrones, afectará el potencial percibido y tendrán un efecto sobre la distribución de probabilidad en el espacio de un electrón.
Una segunda hipótesis es la correspondencia entre cantidades físicas (tales como la energía o impulso) y quantistic operadores. Tomemos, por ejemplo, el impulso de un objeto cotidiano: está dada por su masa multiplicada por su velocidad. En el quantistic mundo, usted realmente no tiene el concepto de posición, por lo tanto, usted no tiene el concepto de velocidad, por lo tanto, usted tiene que reinterpretar toda la cosa, en términos de probabilidad (rememeber la cadena ?), lo que significa que lo que usted tiene acerca de un quantistic objeto es su función de onda, y usted tiene que extraer la información sobre el impulso de esta función de onda. ¿Cómo hacerlo ?
Bueno, no es un dogma de la mecánica cuántica, que si se aplica una magia "operador" para la función de onda, que le da la cantidad que usted quiere. Hay (simple) reglas para generar estos operadores, y se puede aplicar a una función de onda para la consulta de el impulso, o el total de la energía, la energía cinética y así sucesivamente.
DEfusion
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2793
Dirac parece haber pensado que la mayoría de la hipótesis fundamental de la Mecánica Cuántica es el Principio de Superposición, que leí en alguna parte, tal vez un obituario, que comenzó cada año en su conferencia del curso sobre QM por tomar un trozo de tiza, colocar sobre la mesa, y decir, ahora parafraseo:
Un posible estado de la pieza de tiza es que es aquí. Otro posible estado que está más allá (señala a otra tabla). Ahora de acuerdo a la Mecánica Cuántica, no hay otro posible estado de la tiza en el que se parte aquí, y en parte no.
En su libro explica más acerca de lo que esta "parte" significa: significa que las propiedades de un pedazo de tiza que en parte está en el estado 1 (aquí) y en parte en el estado 2 (no), están entre las propiedades de estado 1 y el estado 2.
EDIT: me parece que he recopilado las explicaciones dadas por Dirac en la primera edición de su libro. Por desgracia, es relativista, pero no voy a volver a escribir todo.
"debemos considerar los fotones como ser controlado por las olas, de alguna manera, que no puede ser entendido desde el punto de vista de la mecánica ordinaria. Esta íntima conexión entre las ondas y las partículas es de muy gran generalidad en la nueva mecánica cuántica. ...
"Las ondas y las partículas deben ser considerados como dos abstracciones que son útiles para describir la misma realidad física. Uno no debe de imagen a esta realidad como que contiene tanto las ondas y las partículas entre sí y tratar de construir un mecanismo que, actuando de acuerdo a las leyes clásicas, que se describe correctamente su conexión y cuenta para el movimiento de las partículas.
"Correspondiente para el caso de los fotones, lo que decimos es que en un estado determinado de polarizationn cuando ha sido pasada a través adecuado de polarización del aparato, podemos decir que cualquier sistema atómico está en un determinado estado cuando se ha preparado de una manera dada, que puede ser repetido de forma arbitraria, a voluntad. El método de preparación puede ser tomado como la especificación del estado. El estado de un sistema, en el caso general, a continuación, incluye cualquier información que pueda ser conocido acerca de su posición en el espacio de la manera en que se prepara, así como cualquier información acerca de su estado interno.
"Ahora debemos imaginar los estados de cualquier sistema relacionado de tal manera que cuando el sistema está definitivamente en un estado, se puede igualmente considerar como parte de la programación en cada uno de dos o más estados. El estado original debe ser considerada como el resultado de una especie de superposición de dos o más estados, de una manera que no pueden ser concebidos en las ideas clásicas.
...
"Cuando un estado está formado por la superposición de dos estados, va tienen propiedades que son en cierto modo intermedia entre las de los dos estados originales y que se acercan más o menos de cerca a los de cualquiera de ellos de acuerdo a la mayor o menor "peso" adjunta a este estado en el proceso de superposición.
"Debemos considerar el estado de un sistema como una referencia a su condición a lo largo de un período de tiempo indefinido y no a su condición en un momento determinado, ... Un sistema que, una vez preparado en un determinado estado, permanece en ese estado por el tiempo que permanezca inalterado.....A veces es puramente una cuestión de comodidad, si vamos a considerar un sistema como ser molestado por una cierta influencia del exterior, de modo que su estado cambia, o si estamos respecto a la influencia externa como la formación de una parte y que viene en la definición del sistema, de modo que, con la inclusión de los efectos de esta influencia es aún simplemente ejecutando a través de su curso en un estado en particular. Sin embargo, hay dos casos que son, en general, obligados a considerar la perturbación que causan un cambio en el estado del sistema, es decir, cuando la perturbación es una observación y cuando consiste en la preparación del sistema, así como para estar en un determinado estado.
"Con el nuevo espacio-tiempo de significado de un estado necesitamos un espacio correspondiente en tiempo de significado de una observación. [, Dirac de hecho, no ha mencionado nada acerca de la "observación" hasta este punto...]
