Откуда мы знаем, что некоторые аспекты УК непознаваемы?

В курсе современной физики мы начинаем вникать в амплитуды вероятностей и присущее некоторым вещам неизвестное, скажем, положение электрона на орбите.

Откуда мы знаем, что эти вещи нельзя точно вычислить? Может ли быть так, что существует явление или связь, о которых мы просто не знаем?

Такие вещи, как законы термодинамики и магнитные диполи, не могут быть выведены математически, но считаются повсеместно истинными, потому что никогда не было найдено контрпримера. Амплитуды вероятности одинаковы?

Ответы (2)

Дело не в том, что положение электрона неизвестно, а в том, что у электрона просто нет положения.

Идея о том, что у объекта есть положение, настолько интуитивно понятна, что трудно поверить, что это может быть неправдой. Но положение в смысле точно определенного места, где мы можем найти объект, — это макроскопическое понятие, которого просто не существует для квантовых объектов. Электрон в атоме водорода делокализован, и нам не известно его положение.

На заре КМ предполагалось, что такие параметры, как положение, действительно существуют, но мы не можем их знать. Это было известно как теория скрытых переменных . Однако, как предлагает Робин в комментарии, теорему Джона Стюарта Белла можно использовать для проверки того, согласуются ли скрытые переменные с наблюдениями, и на сегодняшний день результаты показывают, что теория скрытых переменных не согласуется с экспериментом.

Что касается вашего последнего абзаца: квантовая механика — это математическая модель, которая, кажется, очень хорошо описывает реальный мир. Необыкновенно хорошо на самом деле. Если вы спрашиваете, действительно ли распределения вероятностей описывают частицы, вам придется спросить философа, что на самом деле означает это слово. Все, что мы знаем, это то, что предсказания, которые мы делаем с помощью квантовой механики, совпадают с экспериментом.

Спасибо! Это трудно понять, но вы ответили на все мои вопросы. Итак, верно ли сказать, что электрон по-прежнему имеет массу и существует как сущность, а не как явление или комбинация других происходящих вещей, но он никогда не находится где-то одновременно?
@BoddTaxter: электрон описывается его волновой функцией. Вы спрашиваете, находится ли электрон где-нибудь одновременно , но опять задаете неправильный вопрос. Вероятность обнаружения электрона описывается его волновой функцией, а волновые функции часто имеют бесконечную протяженность. Но это означает только то, что электрон имеет ненулевую вероятность быть найденным где угодно, а не то, что он существует везде .
Значит, есть вероятность иметь позицию, но не позицию?
@BoddTaxter: что означает позиция для элементарной частицы? Обычно это означает, что если мы взаимодействуем с частицей, например, рассеивая от нее другую частицу, то это взаимодействие может быть локализовано в пределах некоторого небольшого объема пространства. д В . Мы склонны говорить, что это означает, что положение частицы находится где-то внутри этого д В , но это довольно расплывчатая манера говорить и на самом деле не соответствует действительности. Это просто означает, что частица взаимодействовала в этом маленьком объеме. д В .
Однако если говорить грубо и считать это положением, то вероятность найти положение частицы в пределах д В дан кем-то | ψ | 2 д В т.е. по распределению вероятностей.

Один интересный аспект, связанный с этим вопросом, заключается в том, почему мы вообще хотим говорить о положении и импульсе электрона (для соответствующих явлений, где квантовые эффекты становятся важными). Одним из мотивов копенгагенской интерпретации является то, что нас в конечном итоге интересуют результаты измерений, и эти результаты (или, по крайней мере, их постоянная запись) должны быть описаны в классических терминах. Это также означает, что мы должны ввести разрез Гейзенберга где-то между квантовой областью (где происходят явления) и классической областью (где регистрируются измерения).

Вы могли бы попытаться избежать необходимости в разрезе Гейзенберга , вынеся его за пределы физического домена и внутрь сознания наблюдателя, но это, вероятно, упускает из виду практически важные моменты. Лучше использовать разрез Гейзенберга, чтобы область, которую необходимо рассматривать квантово-механически, была небольшой.

Позвольте мне попробовать добавить пример, основанный на практическом моделировании.перспектива. Скажем, я хочу смоделировать формирование изображения в низковольтном сканирующем электронном микроскопе, классически отслеживая входящие электроны (и генерируемые вторичные электроны), когда они пересекают образец, но рассматривая их взаимодействие с веществом образца квантово-механически. Давайте теперь сосредоточимся на событии рассеяния с электроном внутренней оболочки. Положение электрона внутренней оболочки относительно хорошо известно, так как он находится близко к ядру. Следовательно, его импульс менее известен, т. е. его распространение широкое. Но его импульс влияет как на новый импульс и направление влетающего электрона, так и на импульс и направление генерируемого вторичного электрона. И дальнейшее отслеживание как входящего, так и вторичного электрона теперь происходит классически в том смысле, что их положение и импульс считаются известными. (Обратите внимание, что электрону внутренней оболочки присваивается классический импульс и положение после квантово-механического взаимодействия.)

Вы могли бы возразить, что разрез Гейзенберга был сделан слишком рано и что электроны тоже должны отслеживаться квантово-механически между событиями взаимодействия. Но это было бы ошибкой, потому что точность моделирования ограничена другими, более важными факторами.

Откуда мы знаем, что некоторые аспекты УК непознаваемы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v