Наиболее распространенное заблуждение относительно HUP, по-видимому, состоит в том, что это ограничение знаний о системе или частице, а не описание поведения самой системы. Например, электрон полностью описывается волновой функцией на водородной орбитали, а не имеет определенного положения внутри орбитали, которое мы обнаруживаем путем измерения.
Хотя это кажется интуитивно простым для понимания при рассмотрении электронов и отдельных частиц, я затрудняюсь понять, как концептуализировать это «полностью описываемое волновой функцией» существование сложных объектов, таких как протоны, ядра и молекулы, которые должны поддерживать строгие геометрические отношения друг с другом.
Перефразируй:
Я могу себе представить, что электрон ЯВЛЯЕТСЯ волновой функцией, описывающей поле электрона в эксперименте с двумя щелями, поэтому и наблюдаются интерференционные эффекты.
Для составного объекта, такого как молекула, которая все еще проявляет интерференционные эффекты, мне трудно согласовать принцип неопределенности, который ограничивает локализацию этих тесно связанных атомов, но допускает интерференционные эффекты.
Как HUP допускает строго геометрически ограниченные конфигурации атомов внутри молекул и одновременно делокализации больших сложных объектов, таких как молекулы, до такой степени, что они могут проявлять интерференционные эффекты в установке с двумя щелями?
Предположим, вы берете два груза, помещаете их между двумя стенами и прикрепляете все пружинами. Итак, стена, пружина, вес, пружина, вес, пружина, стена. Эта система будет иметь две моды колебаний, и эти две моды колебаний могут возбуждаться независимо. Если мы упростим ситуацию и скажем, что гири имеют одинаковую массу, а все пружины имеют одинаковую жесткость, то гири могут колебаться взад и вперед синхронно (так что расстояние между ними остается одинаковым) или они могут колебаться по направлению друг к другу и вдали друг от друга (поэтому положение их центра масс остается постоянным). Каждое колебание системы можно представить в виде линейной комбинации этих двух колебаний. Множество возможных колебаний представляет собой векторное пространство, и эти два колебания составляют основу пространства. Таким образом, мы можем анализировать систему как «атом» двух весов, и у атома есть амплитуда возбуждения, и внутри «атома» есть независимая амплитуда возбуждения; две амплитуды независимы и могут быть проанализированы отдельно.
Точно так же, когда у вас есть атом водорода, будет пространство квантовых состояний, в которых может находиться система. Мы можем выбрать базис для этой системы, в котором все возбуждения внутри атома (то есть электронные орбитали) являются элементарными векторами . Тогда мы можем рассматривать всю систему как состояние всего атома в сочетании с состоянием внутри атома; эти два типа состояний можно разделить на два линейно независимых пространства. Когда у нас есть целая молекула, количество внутренних состояний увеличивается, но основной принцип остается. Продолжу обсуждение атома водорода, точнее молекулы, так как анализ проще
Поскольку атом водорода можно разделить на внешние и внутренние состояния, вполне возможно, что неопределенность положения будет достаточно высокой для внешнего состояния и довольно низкой для внутреннего состояния. То есть вполне возможно, что мы очень слабо представляем, где находится протон, и очень слабо представляем, где находится электрон, но все же очень хорошо представляем, какое расстояние между ними.является. Несмотря на то, что протон — это «размытие», а электрон — это «размытие», они не являются отчетливыми размытиями. Это сильно коррелированные размытия; измерение положения протона сильно локализует положение электрона, и наоборот. Две частицы запутаны; не существует позиции одной частицы, независимой от позиции другой. Ни одна из частиц не имеет собственной волновой функции; система из двух частиц имеет общую волновую функцию, и эта волновая функция имеет часть «где находится атом» и часть «где находятся две частицы по отношению друг к другу».
Обратите внимание, что если бы у вас были свободный электрон и свободный протон, две частицы составили бы систему, которая по-прежнему имела бы общую волновую функцию, но эту общую волновую функцию можно было бы разделить на «электронную часть» и «протонную часть», которые быть во многом отличным. Как только они образуют атом, волновую функцию больше нельзя аппроксимировать, рассматривая ее как простое разложение на две волновые функции, каждая из которых имеет дело только с одной частицей.
Ядра в молекуле действительно демонстрируют нулевое движение относительно своего положения равновесия. Амплитуда этого нулевого движения зависит от формы потенциала и массы ядра. Я считаю, что при комнатной температуре большинство малых молекул находятся в своем основном колебательном состоянии, так что энергия . Если потенциал имеет мягкую форму, это движение нулевой точки может быть большим. Например, он может быть достаточно большим, чтобы метастабильная молекула спонтанно распалась. В аммиаке молекула может туннелировать из одной ориентации в другую, как выворачивание зонтика наизнанку на ветру, но скорость туннелирования низкая. В общем, визуализация ядер с классическими позициями и траекториями является лучшим приближением, чем визуализация электронов таким же образом. Это из-за большей массы.
То же самое происходит и в ядерной физике. Ядра не являются жесткими сферами. Они могут иметь различные равновесные формы, и эти формы могут колебаться. Например, существуют изомеры деления, представляющие собой метастабильные, сильно деформированные состояния ядер, которые могут распадаться либо путем флуктуации до более экстремальной деформации и деления, либо путем флуктуации до нормальной деформации и гамма-распада.