Основные постулаты квантовой теории

Содержание

Слайд 2

Лекция II
Основные постулаты
Квантовой теории

Лекция II Основные постулаты Квантовой теории

Слайд 3

Постулат - это
утверждение, обобщающее
экспериментальные факты и
не требующее дополнительного обоснования

Постулат - это утверждение, обобщающее экспериментальные факты и не требующее дополнительного обоснования

Слайд 4

Базовые постулаты

Что такое частица?

Базовые постулаты Что такое частица?

Слайд 5

I. Геометрия пространства и частиц

2. Частица представляет собой точку.
Положение частицы

I. Геометрия пространства и частиц 2. Частица представляет собой точку. Положение частицы
в момент времени t
определяется координатами (x,y,z)
однозначно

Пространство является эвклидовым.
Время всюду течет одинаково в независимости от системы отсчета

Слайд 6

I. Экспериментальные основания

На малых расстояниях , соответствующих размерам атомов эффектов кривизны

I. Экспериментальные основания На малых расстояниях , соответствующих размерам атомов эффектов кривизны
не наблюдается (?!)

2. Во всех экспериментах электрон ведет себя как точка!

3. Тяжелые частицы (протоны, нейтроны) имеют внутреннюю структуру, но обнаруживают в структуре точечные объекты - партоны

Слайд 7

Базовые постулаты

Что такое частица-волна?

Базовые постулаты Что такое частица-волна?

Слайд 8

II. Постулат Де Бройля

Состояние каждой частицы описывается однозначно комплексной волновой функцией,

II. Постулат Де Бройля Состояние каждой частицы описывается однозначно комплексной волновой функцией,
которая содержит всю информацию о структуре и динамике частицы

1

Слайд 9

2. Волновая функция свободной частицы
может быть представлена в виде
гармонической волны

II. Постулат

2. Волновая функция свободной частицы может быть представлена в виде гармонической волны
Де Бройля

2

Слайд 10

III. Статистический постулат Борна

1. Не возможно достоверно предсказать заранее (до эксперимента), где

III. Статистический постулат Борна 1. Не возможно достоверно предсказать заранее (до эксперимента),
частица будет обнаружена в момент времени t.
Поэтому закономерности движения квантовых частиц и других объектов носят вероятностный характер!

Носят вероятностный характер!

Слайд 11

III. Статистический постулат Борна

2. Величина |Ψ(x,y,z,t)|2 представляет собой плотность вероятности обнаружить частицу

III. Статистический постулат Борна 2. Величина |Ψ(x,y,z,t)|2 представляет собой плотность вероятности обнаружить
в точке с координатами (x,y,z) в момент времени t

3

Слайд 12

II. Экспериментальные основания

Дифракционный эксперимент Томсона - прохождение электронов через фольгу

II. Экспериментальные основания Дифракционный эксперимент Томсона - прохождение электронов через фольгу

Слайд 13

Большая экспозиция,
b) Малая экспозиция

http://www.college.ru/physics/courses/op25part2/content/chapter5/section/

Большая экспозиция, b) Малая экспозиция http://www.college.ru/physics/courses/op25part2/content/chapter5/section/

Слайд 14

Одна щель

Две щели

Одна щель Две щели

Слайд 15

Постулаты конструирования состояний

Как вычислить волновую функцию?

Постулаты конструирования состояний Как вычислить волновую функцию?

Слайд 16

I. С какой скоростью движется
частица-волна?

Фазовая скорость
волны Де Бройля

I. С какой скоростью движется частица-волна? Фазовая скорость волны Де Бройля

Слайд 17

Кафедра Теоретической физик, 2009

I. С какой скоростью движется
частица-волна?

Групповая скорость
волны

Кафедра Теоретической физик, 2009 I. С какой скоростью движется частица-волна? Групповая скорость
Де Бройля

Реальной частице необходимо сопоставлять групповую скорость волн
Де Бройля!!!

4

Слайд 18

Вывод:
Частицы – это волновые пакеты!!!

Вывод: Частицы – это волновые пакеты!!!

Слайд 19

II. Как устроен волновой пакет
частицы?

Постулат: принцип суперпозиции

Если частица в данной физической

II. Как устроен волновой пакет частицы? Постулат: принцип суперпозиции Если частица в
обстановке может находится в состояниях Ψ1(x,y,z,t) и Ψ2 (x,y,z,t), то она может в данной обстановке находится и в состоянии Ψ =C1Ψ1(x,y,z,t) + C2Ψ2 (x,y,z,t),

Вывод:
Волновую функцию можно собирать из отдельных “кубиков”!

Слайд 20

Кубики для принципа суперпозиции

Или как найти “простейшие” состояния?

Кубики для принципа суперпозиции Или как найти “простейшие” состояния?

Слайд 21

I. Состояния с фиксированным
значением динамической переменной

Состоянием с фиксированным значением Q0 динамической

I. Состояния с фиксированным значением динамической переменной Состоянием с фиксированным значением Q0
переменной Q называется такое состояние, для которого эксперимент по измерению Q
с вероятностью 1 дает дает значение
Q=Q0

Слайд 22

Состоянием с фиксированным значением динамической переменной Q
описывается одной волновой функцией
ΨQ(Q0,x,y,z,t).
Индекс внизу

Состоянием с фиксированным значением динамической переменной Q описывается одной волновой функцией ΨQ(Q0,x,y,z,t).
указывает имя фиксированной динамической переменной, а само значение указывается среди аргументов

Слайд 23

Пример

Состояние с фиксированным
импульсом

Пример Состояние с фиксированным импульсом

Слайд 24

Пусть {Q} - множество значений динамической переменной, которые могут появится в эксперименте.

Пусть {Q} - множество значений динамической переменной, которые могут появится в эксперименте.
Тогда состояние системы в этом эксперименте можно представить в виде суперпозиции

II. Суперпозиция состояний с фиксированным значением Q

5

Слайд 25

Комплексные числа CQ характеризуют вероятности появления в эксперименте значения Q. Эта вероятность

Комплексные числа CQ характеризуют вероятности появления в эксперименте значения Q. Эта вероятность
может быть вычислена по формуле:
P[Q=q]=|Cq|2

6

Слайд 26

III. Проекционный постулат

Сразу после эксперимента по измерению динамической переменной Q ,

III. Проекционный постулат Сразу после эксперимента по измерению динамической переменной Q ,
результатом которого было значение Q0 , волновая функция системы будет иметь вид
Ψ Q(Q0 ,x,y,z,t).

Слайд 27

Парадокс Шредингера

Парадокс Шредингера

Слайд 28

Эрвин Шрёдингер
Arvin Shredinger
( 12.08.1887 года - 04.01.1961 года )

Родился в Вене. В

Эрвин Шрёдингер Arvin Shredinger ( 12.08.1887 года - 04.01.1961 года ) Родился
1906 г. он поступил в Венский университет. В 1910 г.
защищает докторскую диссертацию. Во время первой мировой войны
Шрёдингер служил офицером-артиллеристом в захолустном гарнизоне,
расположенном в горах, вдали от линии фронта. По окончании войны он
возвращается во 2-й физический институт в Вене, В 1920 г. Шрёдингер
отправился в Германию, где стал ассистентом Макса Вина в Иенском
университете, но через четыре месяца становится адъюнкт-профессором
Штутгартского технического университета. Через один семестр он
покидает Штутгарт и переезжает в Швейцарию и становится преемником
Эйнштейна и Макса фон Лауэ и профессором кафедры физики Цюрихского университета. Он следит и за успехами квантовой теории, но не сосредоточивает свое внимание на этой области вплоть до 1925 г.,когда появился благоприятный отзыв Эйнштейна по поводу волновой теории материи Луи де Бройля.

Слайд 29

В закрытый ящик помещён кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро

В закрытый ящик помещён кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро
и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50 %. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно.

Слайд 30

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и
выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот становится либо мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Слайд 31

Состояние с фиксированным значением энергии E
в пустом одномерном пространстве описывается волновой

Состояние с фиксированным значением энергии E в пустом одномерном пространстве описывается волновой
функцией
ΨE(E0,x,y,z,t).

Пример. Суперпозиция состояний Де Бройля

Слайд 33

Плотность вероятности не зависит от времени! Такие состояния будем называть стационарными

Плотность вероятности не зависит от времени! Такие состояния будем называть стационарными

Слайд 35

Состояние с фиксированным значением энергии E
в пустом трехмерном пространстве

Состояние с фиксированным значением энергии E в пустом трехмерном пространстве

Слайд 36

Ортогональность состояний с фиксированным значением динамической переменной.
Поскольку результаты измерения Q со значениями

Ортогональность состояний с фиксированным значением динамической переменной. Поскольку результаты измерения Q со
q и q’(q≠q’) не совместны, то

Следовательно:

Слайд 37

Следующая лекция

Операторное изображение динамических переменных

Следующая лекция Операторное изображение динамических переменных
Имя файла: Основные-постулаты-квантовой-теории.pptx
Количество просмотров: 48
Количество скачиваний: 0