– Three quarks for Muster Mark!
Sure he hasn't got much of a bark
And sure any he has it's all beside the mark.

— Итак господа, меня зовут Никита и давайте поговорим о квантовой механике! Это первая часть моего рассказа, и в ней я конкретно до квантовой механики не дошёл... Но я рассказал об очень важных вещах из классической механики, которые мне будут нужны далее для разговора о квантах!

Сразу оговорю, что в классической физике самым основным и базовым разделом является механика - она изучает самые простые формы движения, вводит базовые понятия о скорости, ускорении, и применяет геометрию для описания этого движения. Все остальные классические разделы физики так или иначе опираются на механику. Так и квантовая физика состоит из большого числа направлений и штукенций, но её основа - именно квантовая механика. Так вот! Хочу быстренько пробежаться и рассказать вам, в чем основные отличия между классической и квантовой механикой!

Простейшая механическая система - это материальная точка! И это уже идеализация. Как известно, материальная точка - это модель, согласно которой какому-то реальному физческому объекту со своими размерами и осязаемой геометрической формой мы ставим в соответствие одну единственную "математическую" точку. Когда можно применять эту модель? Когда размеры тела достаточно малы для того, чтобы ими можно было пренебречь в рамках рассматриваемой задачи. Физика должна давать нам предсказания будущего! Представим, что материальная точка существует в одномерном мире (размерность - в геометрическом смысле, т. е. она живёт в 1D-измерении - на прямой). Можно в этом одномерном мире провести ось OX, и поставить соответствие нашей точке координату x. По значению координаты x мы всегда можем посмотреть на ось, найти деление соответственной величины и сопоставить с реальным положением точки. Другими словами, от визуального слежения за точкой мы переходим к координате x, численное значение которой даёт нам ТОЧНУЮ информацию о том, где точка находится. Офизичили! То же самое можно сделать со скоростью - вместо визуального наблюдения за движением начнем оперировать физической величиной v - скоростью материальной точки. В эти моменты мы предполагаем, что у нас существуют идеальные измерительные приборы, которые позволяют абсолютно точно измерить и координату, и скорость нашей точки, НЕ ВЛИЯЯ НА САМУ ТОЧКУ. Условно, если у нас протянута длинная линейка под точкой, то от взгляда на линейку частице ни холодно ни жарко.

Теперь обратимся ко второму закону Ньютона!

ma = F.

Рассматриваемая нами система - это материальная точка в 1D-пространстве. И всё. Сил никаких нет, следовательно, ma = 0, и, соответственно, a = 0. Вспоминаем кинематический закон движения! Запускаем секундомер: в данное мгновение у нас на часах время t = 0 секунд! И в это же мгновение измеряем координату x0 и скорость v0 нашей точки. В одномерном случае: x = x0 + v0t + at^2 / 2. У нас ускороения нет, и для простоты положим, что в начальный момент времени точка имела координату x0 = 0 (мы всегда можем передвинуть нашу линейку-рулетку так, чтобы там был ноль). Имеем:

x(t) = v0 t

Что здесь важно? Это закон движения, и в любой момент времени t мы согласно этому закону можем узнать положение частицы. Другими словами, теперь мы предсказываем будущее! Хотим узнать, где будет эта частица через миллион лет? Не беда! Подставляем t = 10^6 лет в наш закон, и вуаля! Кстати, он позволяет полностью восстановить и прошлое частицы: нам нужно лишь подставить отрицательное время (оно соответствует отсчету времени в обратную сторону с того момента, как мы включили секундомер).

Какие нам важно сделать выводы? Если для какого-то произвольного момента времени t мы измерим положение и скорость материальной точки, то это нам позволит полноценно предсказать будущее и прошлое на сколь угодно далёкие времена от настоящего. Круто!

Вот шото мне кажется уже многовато вышло, напишите пожалуйста как вам... Понятно ли? Может, есть какие вопросы? На все отвечу в комментариях! Если будет положительная реакция, дальше про квантусы квантики квантовичи расскажу!

#квантфиз #механика

— Вторая часть серии постов о квантовой механике! Ссылка на первую часть для понимания:
https://t.me/physicsconf/6531

В квантовой же механике подход к описанию эволюции систем во времени другой. Вместо того, чтобы следить за координатами и скоростями материальной точки (а это величины, которые мы измеряем физическими приборами), мы ставим в соответствие системе так называемый вектор состояния. Он не существует в реальности! Это математический объект, есть строгие правила, по которым с этим вектором надо обходиться (то есть это не как таро или астрология, это сугубо строгая математическая техника).

Еще раз: мы говорим, что существует некоторый математический объект, который соответствует исследуемой системе. В этом объекте "зашифрована" вся информация, характеризующая систему. Если система меняется (в ней происходят какие-то процессы, например, движение материальной точки может быть примером такого процесса), то меняется и вектор состояния, который ей соответствует.

Наверное, самое главное, что всегда ломает мозг и интуицию людям - то, что конкретные значения физических величин с точки зрения квантовой механики существуют не всегда. В классической механике мы всегда можем измерить координату материальной точки линейкой. В квантовой механике мы тоже можем "измерить координату линейкой", но важно вот что: при процедуре измерения физической величины система ВСЕГДА переходит в состояние, в котором измеряемая величина СУЩЕСТВУЕТ. Это происходит скачкообразно и мгновенно.

Явление, при котором вектор состояния при измерении физической величины мгновенно становится таким, что у такого состояния системы, которое соответствует новому вектору, измеряемая величина заведомо существует, называется коллапсом волновой функции. Возможно, читателя удивит внезапно появившийся термин "волновая функция", но это название просто исторически такое сложилось.

И так как это происходит мгновенно и при любом измерении, мы никогда не можем восстановить то, каким был вектор состояния до начала измерения: то есть в квантовой механике мы никак не можем рассчитать прошлое, в отличие от классической.

Мы можем приготовить какое-то конкретное состояние и предсказывать эволюцию такой системы только при условии, что никто и никак не будет "вмешиваться" в неё, потому что любое внешнее воздействие приведет к новому скачкообразному коллапсу. Хотя это, наверное, похоже на классическую механику: кинематический закон движения не подразумевает, что движущуюся материальную точку внезапно шандарахнут так, что она сменит свою траекторию.

Уже все читая это наверное подумали про кота Шрёдингера, который одновременно "и жив, и мёртв". Так вот на самом деле пока ящик не открыт (пока мы не произвели измерение физической величины), они не жив и не мёртв (не существует конкретного значения физической величины в состоянии до проведения измерения).

Может потом будет третий пост ыыыыыыыы) комментарии и вопросы приветствуются

#квантфиз