суперпозиция это в физике
Автор Good men30 задал вопрос в разделе Естественные науки
Кто сможет обьяснить суперпозицию в квантовой физике? В моск пока не влазеет. желательно, на упрощенных примерах. и получил лучший ответ
Ответ от саня даньшин[гуру]
в классической физике исследуемый объект находится лишь в каком-то одном или в другом состоянии. К примеру, учащийся может бегать на улице или кушать в столовой. Однако он не может быть в этих двух местах в одно и то же время, что могло бы соответствовать суперпозиции этих состояний.
Тем не менее в природе для микрочастиц имеет место и совершенно другая ситуация, когда объект находится в суперпозиции состояний. Иными словами, происходит наложение двух или большего числа состояний друг на друга без какого-либо взаимного влияния. Например, экспериментально доказано, что одна частица может как бы одновременно проходить через две щели в непрозрачном экране. Частица, проходящая через первую щель, - это одно состояние, та же частица, проходящая через вторую, - другое. И эксперимент показывает, что наблюдается сумма этих состояний. В таком случае говорят о суперпозиции состояний, или о чисто квантовом состоянии. Речь идет о квантовой суперпозиции, т. е. о суперпозиции состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения. Состояния квантовой частицы описываются посредством так называемой волновой функции. Можно сказать, что волновая функции описывает «программу» поведения электронов. Как в компьютере есть «железо» и программа, так и в квантовом мире электрон (частица) играет роль «железа» , а волновая функция - программы. Программа описывает, что можно делать электрону, а что нельзя. Существуют различные программы его поведения, они зависят от условий наших наблюдений. Когда меняется прибор наших наблюдений, меняется и программа. Можно сравнить это с воздействием красного или зеленого сигнала на автомобилиста. Это не физическое воздействие, однако оно задает действие водителя. В соответствии с программой, которая задается водителю светофором, он едет дальше или останавливается.
Для того чтобы разобраться в этих понятиях, можно рассмотреть классический двухщелевой эксперимент, который был описан Фейнманом. Из него следует, что когда наблюдатель смотрит на электрон и фиксирует его состояние, то электрон ведет себя как обычная частица. А когда наблюдатель на него не смотрит, электрон проявляет волновые свойства. (Действительно, электрон ведет себя как волна, но это не обычная, физическая волна, а комплексная волна вероятности, которую невозможно увидеть. )
Так, электрон как бы «чувствует» , что за ним смотрят, и ведет себя в соответствии с действиями наблюдателя. Выходит, наблюдение как бы «вырывает» объект из совокупности неопределенных квантовых состояний и переводит его в проявленное, наблюдаемое состояние.
Оказывается, если измерение, проведенное над классической системой, может и не оказать никакого влияния на ее состояние, для квантовой системы это не так.
саня даньшин
Мастер
(1435)
отож. нефик туда вааще суваться.
Зачем?
Квантовый компьютер делаешь из берёзы?
И с моим Моском та же проблема: пока никак не влазеет.
Саня Даньшин прекрасно объяснил научную точку зрения на самом ярком и доступном примере.
В реальном макромире для макротел и макропроцессов (факторы: большие промежутки времени, расстояния, массы, энергии, малые силы, скорости и ускорения) существует принцип суперпозиции, то есть принцип наложения, суммирования перечисленных факторов, который всегда оправдывается.
Суперпозиция кажется реально действующей не только для единого направления движения, скорости, ускорения, но и для взаимодействия, хотя мы знаем, что сил приложено несколько, мы всегда можем заменить их суммой .
В микромире же суперпозиция может определяться только через вероятности событий.
Принцип неопределённости говорит о том, что для тех микрочастиц, внутренность которых нам неизвестна (мы не имеем микро-микроскопа и микроскальпеля) , их микровзаимодействия нам неизвестны (мы не имеем микроприборов и подавляем влияние всех микросил своим присутствием) , мы не можем исследовать поведение частицы иначе, как через статистику, через определение вероятности событий.
Теоретики предсказывают событие на кончике пера, экспериментаторы проделывают миллиарды опытов.
Если в двух отдельных опытах получен разных результат, приходится развести руками и надеяться на миллиарды других опытов.
Сама вероятность есть конечное отдельное число и она символизирует сам квант, она не связана с непрерывностью процессов, наоборот, она может быть подтверждена только если опыт будет прерван, начальные условия восстановятся и опыт будет повторён.
Вероятность тем точнее вычисляется, чем короче опыт во времени и пространстве,
но тут точность ограничивается принципом неопределённости. Итак, в науке мы имеем не микрочастицу реальную, а квант вероятности, по сути.
Наука никак не связана с реальностью, она лишь есть совокупность идеалистических теорий, абстрактных математических фактов. Теории всегда могут быть заменены, все вычисления перевычислены в другой системе координат, представлений.
То есть и в реальном макромире принцип суперпозиции есть не реальность, а абстракция (понятие о равнодействующей силе это ясно подчеркивает) .
Квантовая механика есть наука весьма отделённая от обычных человеческих понятий.
Один из её основателей, Эйнштейн, отказался ею заниматься, так как считает мир непрерывным, подчиняющимся не законам случайности, а законам дифференциально-интегрального исчисления.
Но квантовая механика возникла не случайно, она должна была возникнуть на пороге недостижимого. И с её помощью экспериментаторы через макропроцессы постигают многие явления микромира, учатся через большие энергии извлекать новые микрочастицы из "вакуума".
То что фотон существует в двух или нескольких местах не противоречит теории. Если в одном месте вероятность его появления 0,5, то эт оавтоматически означает, что за рассмотренный период времени он побывает ещё где-то. Это как школьник, поздно вернувшийся из школы. Если он вернулся очень быстро, значит нигде не был, бежал прямо домой. Если поздно вернулся, значит куда -то ходил, или по пути надолго останавливался. Всё очень понятно, если быть точным.
Опыт с фотоном говорит о том, что размеры фотона не могут быть ограничены, ибо он не есть частица, а есть поле. Поле как вода, проникает не через одну дырочку в сите, и не через все, а через множество.
В хорошем решете при определённых условиях воду носить всё-таки можно. Суть в самих условиях и в том, точно ли экспериментатор учитывает эти условия.