http://habrahabr.ru/post/171489/> Квантовая механика возникла задолго до Солнца, планеты Земля или человеческой цивилизации.
Квантовая механика возникла в конце XIX века. Квантовая механика - создание человеческой мысли. Она идеальна. И потому, как всякая идея, нематериальна. Нельзя говорить о том, что квантовая механика есть в природе. Можно говорить о том, что природа в определённых границах может быть описана с применением квантовой механики.
> я буду высмеивать интуицию за несоответствие реальности
Высмеивать что-то в курсе учебных статей - бессмысленная трата сил.
> давать студентам в руки сложный математический аппарат только для того, чтобы они могли проанализировать простой опыт — это уже чересчур
Либо математика, либо мракобесие.
> Программистов, например, сначала учат складывать две переменные, а только потом — писать многопоточные приложения; и плевать на то, что вторые «ближе к реальной жизни».
Пример некорректен. Квантовая механика не похожа на программирование. Начинать обучение квантмеху нужно с линейной алгебры. С неё и начинают.
> классическая механика находится на гораздо более высоком уровне
Квантовая механика невозможна без классических тел. Взаимодействие классических тел с квантовыми является важнейшей частью квантовой механики. Так называемые "измерения" - основа всего. Непонятно, что такое уровни и как один уровень может быть выше другого. И классическая механика, и квантовая - всего лишь алгебра.
> Хоть я и не собираюсь уделять внимание каким-либо другим теориям прямо сейчас, я чувствую себя обязанным упомянуть о том, что они есть.
И на том спасибо.
> два детектора фотонов
Внезапно. Что такое фотон, откуда он взялся? Как можно изучать фотон, не дав ему определения?
> В начале программы мы объявляем переменную, хранящую в себе определённый математический объект — конфигурацию.
Какого типа эта переменная?
> Она представляет некое описание состояния мира
Что такое мир? Что такое состояние мира? Что такое описание состояния мира?
> один фотон летит в точку А
Автор не объяснил, что такое фотон. Непонятно, как он может лететь.
> Пусть это будет (-1 + 0i).
Почему мы вправе выбрать произвольное число?
> В дальнейшем мы будем называть число, соответствующее конфигурации, её амплитудой.
OK. Автор вправе выбирать термины самостоятельно. Не мешало бы упомянуть, что эти термины не аналогичны терминам, которые используются в популярных учебниках физики.
> Посчитать амплитуды можно, применив правило, по которому работает зеркало, к начальной конфигурации. Не вдаваясь в подробности, можно считать, что правило выглядит так: «умножить на 1, когда фотон пролетает; умножить на i, когда фотон отражается».
Автор не объясняет, почему так. Это уничтожает ценность его статьи.
> В принципе, можно считать «первый детектор регистрирует фотон» и «второй детектор регистрирует фотон» отдельными конфигурациями, но это ничего не меняет; их амплитуды будут равны амплитудам двух предыдущих конфигураций соответственно.
Почему?
> (На самом деле их ещё надо домножить на множитель, равный расстоянию от A до детекторов, но мы просто предположим, что все расстояния в нашем эксперименте являются множителями единицы.)
Почему?
> множителями единицы
Какой единицы? Действительной, мнимой? Непонятный термин.
> волшебная измерительная штуковина
> На протяжении всего этого цикла я буду говорить о квантовой механике как о самой обычной теории
Гм.
> „бильярдной” теории
Неясно, что такое бильярдная теория.
> потому что от угла, под которым этот фотон приходит в D
Как определён угол?
> полу-зеркала
Где определение полу-зеркала?
> А во-вторых, я могу придумать другой опыт, который опровергнет и эту альтернативную теорию.
Опыт, проведённый только в голове, - не опыт.
> Дело в том, что об амплитуде нельзя думать, как о вероятности.
Естественно. По авторскому определению, амплитуда - это комплексное число, соответствующее конфигурации. Определения вероятности автор не давал. "Вероятность события" и просто "вероятность" - это, вообще, разные термины.
> И в самом деле, фотоны же не телепортируются из одного места в другое мгновенно
Уместно вспомнить философский вопрос. Пусть мы видим летящий мяч. Видим ли мы один и тот же мяч, перемещающийся сквозь пространство, или же видим похожие друг на друга, но всё же различные неподвижные мячи, существующие в разных точках пространства на протяжении малого отрезка времени?
Заявленная цель статьи не достигнута. Автор не сумел понятно объяснить, что такое квантовая механика. Он не только не упомянул об основных принципах, он даже не дал определений "квантовой механики", "механики" и "квантов".
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
> Нет. Тут нет интерференции, ибо фотон-то летит ОДИН! С чем же ему интерфрировать? Тут просто работает квантовая механика. Это невозможно понять, приходится верить.
Что - это? Чему (во что) верить? Где смысл в этом комментарии?
> Совершенно обычное явление в нашем мире. Если угодно — со своими клонами из параллельных миров Эверетта (в момент слияния этих миров).
Параллельные миры, интерференция-поляризация... А абстрактной алгеброй, похоже, ни один не занимался. Ещё бы, главное - напустить на себя умный вид.
> В реальности нет комплексных чисел, уж извините.
Смотря что понимать под "в реальности". Комплексные числа как продукт нашего мышления существуют в бытии. Комплексные числа не существуют как материальное тело, да. Но и действительные числа не существуют как материальное тело. Даже натуральные числа не существуют как материальное тело. Тем не менее, реальность может быть успешно описана с применением и натуральных чисел, и действительных чисел, и комплексных чисел, и кватернионов, и иже с ними.
> Чего же тут непонятного? Моток колючей проволки обладает и свойствами ежа, и свойствами ужа. При этом не является в чистом виде ни тем, ни другим. Вот и с фотоном то же самое. Но как часть комплекснозначной функции он, конечно, нагляднее, чем как ёж.
Привлечение лишних сущностей. Часть комплексно-значной функции, похожая на ежа с ужом, сложнее, чем просто часть комплексно-значной функции. Нет нужды усложнять теорию и привлекать бесполезные аналогии. Если изучаемые свойства физического объекта выражаются математически, то их нужно выражать именно математически, а не "на пальцах" и не на ежах.
> Весь научный мир уже давно считает, что неопределенность КМ состоит в неопределенности энергии того, что принято считать за частицы, а не в самих частицах.
А также всё цивилизованное человечество, все образованные анонимусы, все либеральные СМИ, все демократические государства и все умные люди.
> Расколупаем хотя-б точное количество измерений на планковских величинах
Соревнование "кто больше знает страшных слов"?
> Есть теория эфира которой более 4000 лет
Лол. "Теории" эфира в том смысле, что вкладывают в него комментаторы, нет. Есть набор голословных утверждений. Единственная исторически существовавшая теория эфира была опровергнута экспериментально. Ну а 4000 лет - просто смешно. Физика на порядок моложе.
> есть ли еще какие нибудь доказательства истинности этих утверждений (существования фотонов, электронов как частиц)? Какие еще были опыты, теории, все что угодно, ужасно интересно. Или теория фотонов основана только на одном фотоэффекте?
Ещё есть
ruwiki://Эффект_Комптона . Ну и до кучи современная техника вроде мобильников.
> эта статья — наиболее запутанная из прочитанного
Резонно.
> А по поводу комплексных чисел там говорилось, что отрицательная вероятность ничем не хуже, чем мнимая единица (по мне так тоже — отрицательная вероятность не удивительнее мнимой единицы)
Искренне не понимаю, почему мнимую единицу считают удивительной. Обычный базисный элемент векторного пространства размерности два над полем действительных чисел, ничего более.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Теперь я прогрессивным методом копипаста, не претендуя на права, сформулирую основные постулаты квантовой механики.
Пусть есть система частиц с k степенями свободы (определение частиц, системы частиц, степеней свободы и прочих используемых ниже терминов можно найти в первом и третьем томах Ландафшица, "Обыкновенные дифференциальные уравнения" Арнольда и "математические основы квантовой механики" Демидовича.
Согласно классической механике (Ландафшиц#1) эта система в любой момент времени t может быть описана значениями её канонических обобщённых координат
q_1, ... ,q_k
и сопряжённых им импульсов
p_1, ..., p_k
.
Действительное пространство Ω = (q
1, ... , qk) всех возможных значений обобщённых координат называется конфигурационным пространством данной системы.(Арнольд)
Постулат 1. Любое состояние механической системы полностью описывается некоторой комплексно-значной волновой функцией
Ψ(q_1, ..., q_k, t)
, где -INF < t < +INF и
(q_1, ... ,q_k) ∈ Ω
, называемой функцией состояния системы.
Для механической системы в каждый момент времени t известен закон распределения её координат
q=(q_1, ... ,q_k)
, причём для данного момента времени t квадрат модуля нормированной волновой функции |Ψ(q,t)|^2 представляет собой плотность вероятности этого распределения.
Постулат 2. Каждой динамической переменной a (например, координате частицы, скорости, действующей силе) ставится в соответствие некоторый линейный эрмитов оператор ^A
(^AΨ1, Ψ2) = (Ψ1, ^AΨ2)
, определённый на множестве волновых функций Ψ, причём тождественных соотношениям между динамическими переменными соответствуют аналогичные тождественные соотношения между их операторами.
Постулат 3. Функция состояния системы
Ψ(q,t)
удовлетворяет уравнению Шредингера, содержащему время.
Постулат 4. Динамическая переменная имеет строго определённое постоянное значение лишь в своём собственном состоянии, причём это значение совпадает с собственным значением оператора, соответствующим волновой функции данного состояния.
Постулат 5. Вероятность того, что в состоянии, описываемом нормированной волновой функцией Ψ, динамическая переменная a имеет значением
a_n
, равна квадрату модуля соответствующего коэффициента Фурье (квадрату модуля амплитуды собственного состояния
Ψ_n
) (Демидович).
Теорема 1. Если две динамические переменные a и b имеют общее состояние Ψ, то их эрмитовы операторы ^A и ^B коммутируют для этого состояния. Обратно, если операторы ^A и ^B коммутируют для всех собственных функций одного из них, соответствующих одному и тому же собственному значению, то эти операторы имеют общие собственные функции и, следовательно, их динамические переменные a и b обладают общим собственным состоянием. Доказательство - (Демидович, с.141).
По принципу 4 получаем важный результат: две механические величины могут быть точно измерены в состоянии Ψ тогда и только тогда, когда их операторы коммутируют для этого состояния.
Принцип неопределённости. Рассмотрим каноническую координату q и сопряжённый с ней импульс p. Согласно постулату 2, отвечающие им операторы есть
^q = q, p = (h/2ipi)(δ/δq)
(Демидович)
Отсюда
^p * ^q * Ψ = (h/2ipi)(δ/δq)(qΨ) = (h/2ipi)(Ψ + qδΨ/δq)
и
^q * ^p * Ψ = (h/2ipi)(qδΨ/δq)
.
Следовательно,
(^p * ^q - ^q * ^p)Ψ = (h/2ipi)Ψ
.
Так как
Ψ≠0
, то
^p * ^q ≠ ^q * ^p
, то есть операторы импульса ^p и сопряжённой координаты ^q не коммутируют между собой. По теореме 1 координата q и сопряжённый импульс p не могут быть точно измерены ни в каком состоянии Ψ.
Обратите внимание, принцип неопределённости - это
не постулат.