Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности - Манжит Кумар

Квантовая механика. Физическая теория атомного и субатомного мира, заменившая ту искусственно придуманную мешанину из классической механики и квантовых представлений, которая появилась между 1900 и 1925 годами. Совсем не похожие друг на друга матричная механика Гейзенберга и волновая механика Шредингера являются математически эквивалентными теориями, представляющими собой квантовую механику.

Квантовый прыжок (квантовый скачок). Переход электрона с одного энергетического уровня на другой внутри атома или молекулы благодаря испусканию или поглощению фотона.

Квантовый спин. Фундаментальное свойство частиц, не имеющее прямого аналога в классической физике. Любая попытка сравнить для наглядности “вращение” электрона с вращением волчка обречена на неудачу и не позволяет уяснить это квантовое понятие. Квантовый спин нельзя представить себе, используя термины, описывающие классическое вращение, поскольку он может принимать только строго определенные значения, равные либо целому, либо полуцелому числу постоянных Планка h деленных на 2π (величину ħ = h/2π называют h перечеркнутое). Говорят, что квантовый спин направлен либо вверх (по часовой стрелке), либо вниз (против часовой стрелки) относительно направления, в котором он измеряется.

Квантовое число. Числа, задающие квантованные физические величины, такие как энергия, квантовый спин или угловой момент. Например, квантованные уровни энергии атома водорода обозначаются набором чисел, начинающимися от n = 1 для основного состояния, где n — главное квантовое число.

Квант света. Название, впервые использованное Эйнштейном в 1905 году для обозначения частицы света, позднее получившей название фотон.

Кинетическая энергия. Энергия, связанная с движением тела. У покоящегося тела, планеты или частицы кинетической энергии нет.

Классическая механика. Название области физики (другое название — ньютоновская механика), восходящей к трем законам движения Ньютона), где такие свойства частицы, как координата и импульс, в принципе могут быть измерены одновременно и сколь угодно точно.

Классическая физика. Словосочетание, используемое в применении к любой неквантовой физике, такой как электромагнетизм и термодинамика. Хотя общую теорию относительности Эйнштейна физики считают “новой” физикой XX столетия, это, тем не менее, “классическая” теория.

Коллапс волновой функции. Согласно копенгагенской интерпретации, до тех пор, пока над микроскопическим объектом, например электроном, не выполнено наблюдение, он не существует нигде. Между двумя последовательными измерениями объект существует только как абстрактные возможности, описываемые волновой функцией. При наблюдении или измерении одно из “возможных” состояний электрона становится его “реальным” состоянием, а вероятности всех других состояний становятся равными нулю. Это неожиданное скачкообразное изменение волновой функции в результате акта измерения называется “коллапсом волновой функции”.

Коммутативность. Говорят, что переменные А и В коммутируют, если А x В = В x А. Например, если А и B — числа 5 и 4, то 5 x 4 = 4 x 5. Перемножение чисел коммутативно, поскольку порядок, в котором они перемножаются, не имеет значения. Если же А и В — матрицы, то A x В не обязательно равно В x А. Когда такое происходит, говорят, что A и B не коммутируют.

Комплексное число. Число вида а + ib, где а и b — обычные, известные из арифметики, числа. Буква i обозначает квадратный корень из -1. Величина b называется мнимой частью комплексного числа.

Комптона эффект. Рассеяние фотонов электронами атомов, открытое американским физиком Артуром X. Комптоном в 1923 году.

Конденсационная камера (камера Вильсона). Прибор, изобретенный Ч.Т.Р. Вильсоном около 1911 года. Позволяет регистрировать частицы, наблюдая трек, оставленный ими в камере, заполненной перенасыщенным паром.

Копенгагенская интерпретация. Интерпретация квантовой механики, формулировка которой принадлежит главным образом жившему в Копенгагене Нильсу Бору. Противоречия между Бором и другими известными сторонниками копенгагенской интерпретации, например Вернером Гейзенбергом, сохранялись многие годы. Однако все соглашались с ее основными постулатами: принципом соответствия Бора, принципом неопределенности Гейзенберга, вероятностной интерпретацией волновой функции Борна, принципом дополнительности Бора и коллапсом волновой функции. Нет квантовой реальности кроме той, которая открывается нам при акте измерения или наблюдения. Поэтому бессмысленно говорить, что, например, электрон где-то существует, независимо от реального наблюдения. Бор и его сторонники утверждали, что квантовая механика — полная теория. Эйнштейн подвергал это утверждение сомнению.

Корпускулярно-волновой дуализм. В зависимости от эксперимента электроны и фотоны, материя и излучение могут вести себя как волны либо как частицы.

Кот Шредингера. Мысленный эксперимент, придуманный Эрвином Шредингером, суть которого состоит в том, что если справедливы положения квантовой механики, кот, до того как на него посмотрят, существует в суперпозиции состояний “мертвый” и “живой”.

Локальность. Требование, чтобы причина и вызванное ею следствие были привязаны к одному и тому же месту. Не допускается мгновенное действие на расстоянии. Если событие А является причиной события В, между этими двумя событиями должно пройти достаточно времени для того, чтобы сигнал от А, двигающийся со скоростью света, мог достичь В. Любая теория, в которой выполняется требование локальности, называется локальной. См. нелокальность.

Матрицы. Таблицы чисел (или других элементов, таких как переменные), с которыми следует оперировать по особым алгебраическим правилам. Матрицы очень удобны для записи информации о физической системе. Квадратная матрица n x n имеет n столбцов и n рядов.

Матричная механика. Вариант квантовой механики, сформулированный Гейзенбергом в 1925 году, а затем развитый совместно с Максом Борном и Паскуалем Йорданом.

Мысленный эксперимент. Идеализированный, воображаемый эксперимент, цель которого — проверить непротиворечивость или границы применимости физической теории или концепции.

Наблюдаемая величина. Относящаяся к системе или телу динамическая переменная, которая в принципе может быть измерена. Так, координата, импульс и кинетическая энергия электрона — это наблюдаемые величины.

Нанометр (нм). Один нанометр равен одной миллиардной метра.

Нейтрон. Незаряженная частица, масса которой порядка массы протона.

Нелокальность. Возможность мгновенной передачи влияния от одной системы или частицы другой со скоростью, превосходящей предельное значение, равное скорости света. Это подразумевает, что причина может вызвать немедленное следствие в другом, находящемся на некотором расстоянии, месте. Любая теория, допускающая нелокальность, называется нелокальной. См. локальность.

Неравенство Белла. Математическое условие, выведенное Джоном Беллом в 1964 году и накладывающее ограничение на степень корреляции квантовых спинов перепутанных частиц. Это неравенство должно удовлетворяться в рамках любой теории с локальными скрытыми параметрами.

Общая теория относительности. Теория гравитации Эйнштейна, объясняющая гравитационные эффекты деформацией пространства-времени.

Основное состояние. Самое низкое энергетическое состояние атома. Все другие состояния атома называются возбужденными. В атоме водорода, находящемся в самом низком энергетическом состоянии, электрон занимает самый низкий энергетический уровень. Если электрон занимает любой другой энергетический уровень, атом водорода находится в возбужденном состоянии.