МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ
ОБЛАСТИ
Государственное бюджетное
образовательное учреждение
среднего профессионального
образования
Доклад
На тему:
Принципы квантовой механики.
Принципы квантовой механики.
Ква́нтовая меха́ника — раздел теоретической физики, описывающий
физические явления, в которых действие сравнимо по величине с постоянной Планка. Предсказания
квантовой механики могут существенно
отличаться от предсказаний классической механики. Поскольку
постоянная Планка является чрезвычайно
малой величиной по сравнению с действием
повседневных объектов, квантовые эффекты
в основном проявляются только в микроскопических
масштабах. Если физическое действие системы
намного больше постоянной Планка, квантовая
механика органически переходит в классическую
механику. В свою очередь, квантовая механика
является нерелятивистским приближением
(то есть приближением малых энергий по
сравнению с энергией покоя массивных частиц
системы) квантовой теории поля.
Классическая механика, хорошо описывающая
системы макроскопических масштабов,
не способна описать все явления на уровне молекул, атомов, электронов и фотонов. Квантовая механика адекватно описывает
основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, конденсированных сред,
и других систем с электронно-ядерным
строением. Квантовая механика также способна
описывать поведение электронов, фотонов,
а также других элементарных частиц,
однако более точное релятивистски инвариантное
описание превращений элементарных частиц
строится в рамках квантовой теории поля.
Эксперименты подтверждают результаты,
полученные с помощью квантовой механики.
Основными понятиями квантовой кинематики
являются понятия наблюдаемой и состояния.
Всю квантовую
механику можно вывести исходя из 3 простых
принципов:
1. Принцип относительности
измерений. Результат измерения физической
величины зависит от процесса измерения.
Т.е. на языке операторов наблюдаемая физическая
величина - это собственное значение оператора
соответсвующей физ. величины.
2. Принцип неопределенности
Гейзенберга. Координаты и импульс невозможно
точно измерить одновременно.
3. Константа, определяющая
связь классических и квантовых
скобок Пуассона равна i/h, где i - мнимая
единица, h - циклическая постоянна
Планка. Этот принцип экспериментальный,
т.к. значение h может быть получено
путем сравнения собственных значений
оператора энергии на соответсвующих
уровнях.
Принцип неопределенности
Гейзенберга
Соотношение неопределённости
возникает между любыми квантовыми наблюдаемыми,
определяемыми не коммутирующими операторами.
Неопределенность
между координатой и импульсом
Пусть
— среднеквадратическое
отклонение координаты частицы
, движущейся вдоль оси
, и
— среднеквадратическое отклонение ее импульса. Величины
и
связаны следующим неравенством:
где
— постоянная Планка, а
Согласно соотношению неопределённостей,
невозможно абсолютно точно определить
одновременно координаты и импульс частицы.
С повышением точности измерения координаты,
максимальная точность измерения импульса
уменьшается и наоборот. Те параметры,
для которых такое утверждение справедливо,
называются канонически
сопряженными.
Неопределенность
между энергией и временем
Пусть ΔЕ — среднеквадратическое
отклонение энергии частицы, и Δt — время,
требуемое для обнаружения частицы.
Время Δt для обнаружения частицы с энергией
E±ΔЕ определяется следующим неравенством:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ
ОБЛАСТИ
Государственное бюджетное
образовательное учреждение
среднего профессионального
образования
Доклад
На тему:
Пространство-время и законы
сохранения
Пространство – время - физическая модель, дополняющая пространство равноправным временны́м измерением и таким образом создающая теоретико-физическую
конструкцию, которая называется пространственно-временным
континуумом. Пространство-время непрерывно и с математической точки зрения представляет
собой многообразие с лоренцевой метрикой.
В нерелятивистской классической механике использование Евклидова пространства,
не зависящего от одномерного времени,
вместо пространства-времени уместно,
так как время рассматривается как всеобщее
и неизменное, будучи независимым от состояния
движения наблюдателя. В случае релятивистских
моделей время не может быть отделено
от трёх измерений пространства, потому
что наблюдаемая скорость, с которой течёт
время для объекта, зависит от его скорости
относительно наблюдателя, а также от
силы гравитационного поля, которое может
замедлить течение времени.
В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре
измерения органически связаны в единое
целое, являясь почти равноправными и
в определенных рамках способными переходить
друг в друга при смене наблюдателем системы
отсчёта.
В рамках общей теории относительности пространство-время
имеет и единую динамическую природу,
а его взаимодействие со всеми остальными
физическими объектами (телами, полями)
и есть гравитация. Таким образом, теория гравитации в
рамках ОТО и других метрических теорий гравитации есть
теория пространства-времени, полагаемого
не плоским, а способным динамически менять
свою кривизну.
Термин пространство-время получил
широкое распространение далеко за пределами
трактовки пространства-времени с нормальными
3+1 измерениями. Это действительно соединение
пространства и времени. Другие предложенные
теории пространства-времени включают
дополнительные измерения, обычно пространственные,
но существуют некоторые умозрительные
теории, включающие дополнительные временные измерения,
и даже такие, которые включают измерения,
не являющиеся ни временными, ни пространственными
(например, суперпространство).
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ, физические законы, согласно
которым некоторое свойство замкнутой
системы остается неизменным при каких-либо
изменениях в системе. Самыми важными
являются законы сохранения
вещества и энергии. Закон сохранения
вещества утверждает, что вещество не
создается и не разрушается; при химических
превращениях общая масса остается неизменной.
Общее количество энергии в системе также
остается неизменным; энергия только преобразуется
из одной формы в другую. Оба эти закона
верны лишь приблизительно. Масса и энергия
могут превращаться одна в другую согласно
уравнению Е = тс2. Неизменным
остается лишь общее количество массы
и эквивалентной ей энергии. Еще один закон
сохранения касается электрического заряда:
его также нельзя создать и нельзя уничтожить.
В применении к ядерным процессам закон
сохранения выражается в том, что общая
величина заряда, спин и другие КВАНТОВЫЕ
ЧИСЛА взаимодействующих частиц должны
остаться такими же у частиц, возникших
в результате взаимодействия. При сильных
взаимодействиях все квантовые числа
сохраняются. При слабых взаимодействиях
некоторые из требований этого закона
нарушаются, особенно в отношении ЧЕТНОСТИ.
Зако́ны сохране́ния — фундаментальные физические
законы, согласно которым при определённых
условиях некоторые измеримые физические
величины, характеризующие замкнутую физическую
систему, не изменяются с течением времени.
Некоторые из законов сохранения выполняются
всегда и при всех условиях (например,
законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, массы, электрического заряда),
или, во всяком случае, никогда не наблюдались
процессы, противоречащие этим законам.
Другие законы являются лишь приближёнными
и выполняющимися при определённых условиях
(например, закон сохранения чётности выполняется для сильного и электромагнитного взаимодействия,
но нарушается в слабом взаимодействии).
Закон
сохранения импульса
Закон
сохранения момента импульса
Закон
сохранения электрического заряда
Закон
сохранения лептонного числа
Закон
сохранения барионного числа
Закон
сохранения чётности