Порог квантовой механики

Ньютоновская физика, как правило, является хорошим приближением к проблеме, если любые существенные различия в действии, связанном с проблемой, намного больше, чем постоянная Планка (в противном случае потребуется квантовая механика ), скорости, связанные с проблемой, намного меньше, чем постоянная Планка. скорость света (если нет, то потребуется специальная теория относительности ), и до тех пор, пока радиус Шварцшильда любого гравитирующего объекта в задаче намного меньше, чем радиус объекта (если нет, потребуется общая теория относительности ). Кроме того, если проблема удовлетворяет критериям необходимости применения как квантовой механики, так и специальной теории относительности, то квантовая теория полянеобходим.

Квантовая механика обычно подходит для анализа электронов внутри атомов, но квантовая теория поля обычно необходима для любого другого типа субатомных частиц .

Вышеизложенное на самом деле просто эмпирические правила. Например, существуют макроскопические квантовые явления , в которых квантовые явления проявляются в макроскопическом масштабе.

Никакие другие пороги, сравнимые с квантово-классическими, неизвестны, и в настоящее время нет никаких причин подозревать их.

Точная граница между квантовой и классической физикой на самом деле довольно проста: это невежество (квантовая) и знание (классическая).

Точнее, независимо от задействованных размеров, масс или масштабов, квантовые правила всегда применяются, когда нигде во Вселенной нет абсолютно никаких следов информации о том, что происходит. В таких случаях истинного и абсолютного невежества скрытая сущность будет странным и вероятностным образом пытаться исследовать каждую возможную историю, оставленную открытой для того, что совместимо с законами физики и «оболочкой невежества», которую видит остальная часть вселенной. для системы.

Результат этого исследования всех доступных вариантов называется интегралом всех возможных историй , и он является прямым источником всего волнообразного и вероятностного поведения, которое мы находим столь странным в квантовой механике. Например, отдельная частица начинает выглядеть как волна, потому что в своей оболочке невежества она вынуждена (это не вариант) исследовать бесконечное количество плавно сходных и близких путей.

Напротив, как только какая-либо информация о том, что происходит, покидает систему и необратимо становится частью внешней вселенной, этот аспект сущности перестает следовать квантовым правилам и становится частью классической физики, которая позволяет исследовать только одно возможное будущее. вовремя.

Основная причина, по которой никакие другие квантово-классические пороги кажутся вероятными, заключается в том, что приведенные выше правила на самом деле являются просто различными аспектами одного и того же явления. То есть информация по определению есть потеря квантового значения по умолчанию неограниченного исследования всех открытых вариантов, заставляющая какую-то часть вселенной стать конкретной, реальной и исторической. Без этой глубокой и по существу тавтологической связи между квантовой общностью и классической специфичностью такие понятия, как история и информация, потеряли бы смысл. В конце концов, вселенная, в которой все происходит одновременно, в конце концов ничем не отличается от вселенной, в которой вообще ничего не происходило.

Ответ зависит от термодинамической температуры среды этих объектов, силы взаимодействия, с которой они связываются с этой средой, и времени их жизни.

Самые большие в пространстве и, следовательно, самые долгоживущие наблюдаемые квантовые эффекты, о которых я знаю, — это интерференционные полосы света, исходящие от галактик, удаленных от нас на миллионы световых лет. Причина, по которой эти фотоны не пострадали от декогеренции, заключается в том, что они очень долгоживущие (в теории время жизни фотона бесконечно), а Вселенная одновременно очень холодная и малонаселенная атомами, которые могли бы рассеять эти фотоны. В результате свет, излученный так давно, по-прежнему когерентный и будет отражать точно такие же условия интерференции, которые можно было бы ожидать от источника света, находящегося всего в нескольких футах от нас в лаборатории.

Ну, технически и ньютоновская физика, и теория относительности, и квантовая механика все время работают в тандеме. Однако некоторые абстракции не работают — например, когда вы имеете дело с изолированным электроном, он ведет себя хорошо в соответствии с ньютоновской физикой. Точно так же, даже если этот электрон движется со скоростью, равной половине скорости света, с точки зрения электрона он все равно ведет себя классически. Взаимодействия — это интересная часть, и именно здесь лежат воспринимаемые «ограничения».

Теперь даже вы, как макроскопический объект, подчиняетесь квантовой физике. Однако классическое приближение настолько близко к реальности, что добавление квантовой механики к уравнению на самом деле мало что меняет. Подумайте об этом так же, как, например, об электромагнитном заряде атома — ни один атом не является по-настоящему нейтральным. Просто малюсенькое электромагнитное легко теряется в массе других взаимодействий атома и его составных частей - в этом случае простые тепловые эффекты гораздо сильнее по величине, чем момент.

Один интересный «предел» для КМ, о котором я читал, можно резюмировать следующим образом: квантово-механические эффекты важны, когда физические границы «частицы» значительно больше, чем длина волны этой «частицы». Так, например, отдельные электроны будут вести себя менее классически в ЭМ-взаимодействиях, потому что большая часть ЭМ-заряда электрона сосредоточена в радиусе, значительно меньшем, чем длина волны электрона. С другой стороны, ваше тело намного больше, чем длина волны вашего тела в целом, поэтому вы в целом склонны вести себя довольно классически, даже если ваши составные части этого не делают. Взяв в качестве примера ЦП, каждый отдельный транзистор зависит от квантовой физики (в частности, от квантового туннелирования).не вести себя «квантово».

Конечно, все это зависит от признания квантовой реальности более фундаментальной или «более близкой к территории», чем ньютоновская физика. Это может быть так, а может и не быть, и есть много споров по поводу специфики, а также основных моментов (см., например, различные интерпретации квантовой физики).

(Отказ от ответственности: я не являюсь экспертом в этом вопросе и не имею специального образования в области квантовой физики.)

Это не та частица. Это действие. В КМ есть такое понятие, как континуальный интеграл. Это суммирует все возможные пути с фазовым коэффициентом, экспоненциальным из i (квадратный корень из -1), умноженным на действие. Действие задается через лагранжиан, что дает вам обычный принцип наименьшего действия для классической механики. Классический путь — это путь наименьшего действия. К каждому другому пути добавляется это комплексное число, умножающее его, что фактически означает, что его фаза сдвинута на эту величину. Сумма всех этих путей дает вероятность того, что сделает частица.

Таким образом, вы можете игнорировать квантовые эффекты, когда классический путь доминирует в поведении системы. Обычно это происходит, когда частиц много, так что неклассические траектории усредняются почти до нуля. Это связано с тем, что экспоненциальная функция очень быстро изменяется при изменении аргумента. Поэтому, когда частиц много, она меняется намного быстрее. Единственный путь, где все частицы будут иметь тенденцию складываться, будет классическим путем, а другие будут иметь тенденцию выстраиваться случайным образом относительно друг друга и, таким образом, иметь тенденцию к размыванию.

Примечание: Стремитесь, не делайте этого абсолютно. Есть несколько хорошо известных макроскопических систем, которые могут показывать квантовые явления. Например, есть фотоумножитель, который, в принципе, может обнаруживать один фотон и, таким образом, преобразовывать его в макроскопический объект, видимый человеческому глазу. Кроме того, существуют некоторые кристаллические структуры, которые можно использовать для обнаружения одиночных фононных состояний, особенно при криогенных температурах. А МРТ отчетливо показывает некоторые феномены КМ. Я думаю, что есть и другие, но я их сейчас плохо помню.

Классический предел важен, потому что он означает, что КМ восстановит все результаты классической физики. Он по-прежнему сохраняет, например, принцип наименьшего действия для больших масс, состоящих из большого числа частиц.

Ключевой порог — https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_decoherence#Loss_of_interference_and_the_transition_from_quantum_to_classical_probabilities . По существу выше этого предела части системы получают термодинамическую информацию от других частей, выступая в качестве наблюдателей, нарушая когерентность и вызывая необратимое изменение энтропии https:/ /phys.org/news/2013-03-decoherence-quantum.html

Увеличение предела декогеренции является ключевой задачей квантовых вычислений. https://hackernoon.com/decoherence-quantum-computers-greatest-obstacle-67c74ae962b6 И исправление ошибок может компенсировать некоторую потерю информации https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_computing#Quantum_decoherence

Существуют особые обстоятельства, когда квантовое поведение может проявляться в больших масштабах. https://en.wikipedia.org/wiki/Macroscopic_quantum_phenomena Есть интересный случай создания квантовой суперпозиции чего-то (просто) видимого невооруженным глазом https://physicsworld.com/a/quantum-effect-spotted-in -видимый-объект/

Отредактировано, чтобы добавить:

Существуют ли другие подобные пороги в физике?

Это немного расплывчато. Что значит быть «подобным» порогу квантовой декогеренции? Но я думаю, что можно дать утвердительный ответ.

По сути, у вас есть более сложные уравнения с несколькими членами в квантовом мире, которые сводятся к более простым уравнениям в классическом мире. Во многом это связано с размером и энергиями носителей информации, таких как фотоны и состояния тепловых колебаний, но это не жесткая граница.

У нас также есть более сложные уравнения из общей теории относительности, которые упрощаются при более низких скоростях, энергиях и массах. Такое поведение свидетельствует о том, что время является измерением наряду с пространством.

Есть и другие эвристические деления, основанные на масштабе действия различных фундаментальных сил, где они преобладают, а другими силами можно пренебречь.

Предполагается, как вы предполагаете, что другой набор поведений будет обнаружен в более низких масштабах и более коротких временах, шкале планка. Возможно, именно здесь проявляются дополнительные измерения, объединяющие квантовое поведение, которое всегда обратимо во времени, с ожидаемым квантовым поведением времени и пространства. Область теории суперстрин, или квантовая петлевая гравитация, или что-то еще.