Виртуальные частицы/квантовое туннелирование - сохранение энергии?

Я не понимаю, как могут происходить вышеперечисленные явления, ведь они не нарушают закон сохранения энергии (пусть даже временно)?

«Туннелирование» вполне реально даже в классической физике. Третий закон термодинамики гласит, что температура системы должна быть больше 0К (мы просто продолжаем умышленно пренебрегать этим в классической механике). Каждая реальная система совершает небольшие флуктуации вокруг своего классического вектора фазового пространства. Энергия для этих колебаний исходит от температурной ванны, которая соединяется с системой. При достаточно больших температурах это может привести к тому, что потенциальная энергия системы окажется выше горба. В квантовой механике механизмом, обеспечивающим эти флуктуации, является неопределенность.
@CuriousOne Я бы не назвал то, что вы описываете, туннелированием. Энергия всегда сохраняется в вашей картине. Я не думаю, что туннелирование разрешено в классической механике.
@garyp: единственная разница между классическим случаем и квантово-механическим состоит в том, что классическая физика — это случайное блуждание в реальном времени, а КМ — это случайное блуждание в мнимом времени. Последствия преодоления потенциального горба очень похожи. Энергия для флуктуаций одночастичной системы, конечно, исходит из вакуума, что становится очевидным в теории поля. То, что в КМ одиночных частиц нет микроскопического объяснения, то же самое, что и в классической механике без температурной бани: мы упускаем половину картины.
Я не понимаю. Кроме того, классическая система никогда не проходит через «энергетически запрещенные» состояния, чтобы преодолеть барьер, в то время как квантовая система существует в запрещенных состояниях. Вот почему я называю одно туннелированием, а другое нет.
Вот что... Я сделаю из этого вопрос, тогда и объяснишь.

Ответы (4)

Конечно, одна обычная интерпретация квантового туннелирования состоит в том, что частица будет заимствовать некоторую энергию у вакуума, чтобы в противном случае преодолеть непреодолимый барьер, а затем вернуть ее как можно скорее после пересечения барьера.

Как говорили многие другие, это верная интерпретация. Хотя я не уверен, что это необходимо.

На самом деле, что действительно отличается от классической физики в квантовом туннелировании, так это не сохранение энергии (в конце концов, предполагается, что энергия сохраняется, а квантовое туннелирование в молекуле NH3 происходит, например, при фиксированной энергии), а преодоление барьера.

Единственное, что говорит нам квантовое туннелирование, это то, что это не тот случай, когда квантовая частица с энергией Е не может преодолеть барьер высоты В > Е , период. Все остальное, я думаю, дело вкуса и интерпретации.

Как же частица может преодолеть барьер, если у нее недостаточно энергии, чтобы его перепрыгнуть? Ответ заключается, на мой взгляд, в том факте, что квантовая частица редко имеет определенное положение, даже если ее энергия точно определена. Поэтому предположить, что такой неуловимый объект может всегда оставаться по одну сторону конечного барьера, было бы странно наблюдать, а не наоборот.

«это то, что частица будет заимствовать некоторую энергию у вакуума», это странно, потому что даже без квантования вакуума происходит туннелирование. В то время как, например, спонтанное излучение - нет.

Прежде всего, что вам нужно понять о квантовой физике, так это то, что это теория вероятности, а не реалистическая классическая вероятность, но это все же теория вероятности. Второе, что вам нужно понять, это то, что реализм неверен.

Сохранение энергии в квантовой физике просто означает, что гамильтониан не зависит от времени. Вот и все. Отсюда следует, что математическое ожидание энергии не меняется во времени. Вы также не должны представлять себе, как частица движется, а затем волшебным образом появляется какая-то энергия, и частица может перепрыгнуть через какой-то потенциал. Это неверный взгляд на квантовую физику, и теорема Белла — яркое тому доказательство. Частицы не обладают четко определенными классическими свойствами до измерения. Чем раньше вы это поймете, тем лучше.

В квантовой механике допускаются временные нарушения закона сохранения энергии. Система может перейти в состояние, нарушающее сохранение энергии на величину Δ Е пока он остается в этом состоянии в течение времени, меньшего, чем Δ т где Δ Е Δ т ≤ ℏ / 2 . Это форма принципа неопределенности Гейзенберга.

Неопределенность в измерении энергии — это не то же самое, что «кратковременное» нарушение закона сохранения энергии. Нельзя отдавать измеренное число «назад». Он остается в вашей лабораторной книге до тех пор, пока вы ее храните.

Вы правы, что вас смущают, потому что эти процессы не сохраняют энергию , если рассматривать их по отдельности . Если вам повезет, рядом с вами может оказаться пара частиц, и вы сможете бесплатно собрать их энергию. Однако равновероятно и обратное . Представьте, что вы тратите некоторое количество энергии и сохраняете ее в паре частиц, тогда есть шанс, что они аннигилируют, и вы потеряете свою энергию.

На уровне отдельных квантовых процессов энергия не сохраняется, но как только вы усредняете несколько процессов, прирост и потеря энергии выравниваются, и с миром снова все в порядке.

В этом нет экспериментального противоречия, потому что энергия, которую вы можете получить в результате случайных квантовых процессов, ничтожно мала. Если вы попытаетесь сделать это снова, пока не накопите значительное количество энергии, вы потеряете столько же, сколько и приобретете.

Никакую энергию из виртуальных частиц нельзя собрать ни в отдельном процессе, ни в среднем. Действительно, виртуальные частицы возникают только потому, что мы настаиваем на описании квантовой системы как локализованной в процессе ее эволюции, и единственная причина, по которой мы это делаем, заключается в том, что мы еще не нашли способ описать физику без фоновой метрики.
Виртуальные частицы/квантовое туннелирование - сохранение энергии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v