Квантовая природа зеркального отражения света

Здравствуйте, товарищи ученые!

Тут в "Авиационном" ( Лучший военные самолёт? ) у нас с Shurik'ом возник вопрос, который мы договорились перенести сюда, а именно:

quote:

---

Darth:

Давно хотел узнать квантовое объяснение зеркального отражения света (если, разумеется, соблюдены необходимые для него условия). Про разные принципы разных Гюйгенсов понятно, а какое объяснение дает квантовая физика? А чтобы абстрагироваться от интерференции, представим себе световой поток такой интенсивности, что в каждый момент времени "в воздухе" находится только один фотон - предполагаю, что и в этом случае получим на регистрирующем приборе (фотопластинке какой-нибудь) такое распределение переизлученных отражающей поверхностью фотонов, главный максимум которого находится как раз там, где и должен при зеркальном отражении.

---

 

Ну дык какие есть идеи?

(Только, пожалуйста, не особо заумно, а то я физику забыл давно )

Darth>Давно хотел узнать квантовое объяснение зеркального отражения света (если, разумеется, соблюдены необходимые для него условия)....
Darth>(Только, пожалуйста, не особо заумно, а то я физику забыл давно )

Тоже основательно подзабыв физику могу сказать что ОТРАЖЕНИЕ как явление, по моему, НЕ ЯВЛЯЕТСЯ квантовым по сути, и данной частью физики рассматривается, как частный случай.
Или нет?
Ник

Shurik> Самый простой и классический опыт - дифракция фотонов на двух щелях. Или например при дифракционном рассеянии электронов наблюдается точно тот же эффект - они подвергаются дифракционному рассеянию даже пролетая через решетку по одному. Внешне это выглядит как разная вероятность попадания конкретного электрона в "светлые" и "темные" интерференционные полосы, и за достаточно большое время(количество электронов) рисуется реальная интерференционная картина!

Ну дык это-то можно объяснить соотношением неопределенностей Гейзенберга. В момент пролета (в той степени, в которой так можно выразиться в квантовой физике) сквозь достаточно узкую щель диаметром Dd неопределенность координаты фотона становится равной этому самому Dd. Тогда неопределенность импульса, а, следовательно, величины и направления вектора скорости... э-э-э-э... Ну про величину я загнул, пожалуй ... Так вот неопределенность импульса корректируется соответствующим образом (т.е. Dp >= h/Dd), что и приводит к описываемому Вами результату. А вот когда неопределенность координаты Dx практически бесконечна (т.к. фотон от ненаправленного источника может упасть в любое место отражающей поверхности), неопределенность импульса Dp стремится к нулю. Так вопрос-то, собственно, в том, почему этот самый импульс отраженного фотона направлен именно [i]туда[/i], а не еще куда-нибудь? На этой ноте переходим ко второму разделу.

> может рассматриваться как некий неделимый волновой пакет конечного размера, но без четких границ, с затуханием при удалении от "центра" частицы...

А вот это интересно... Но в таком случае мы опять уперлись лбом в волновую теорию. Корпускулярно-волновой дуализм, блин

P.S.: Кстати еще вопрос: даже если рассматривать объекты микромира (фотоны, электроны...) как описанные Вами волновые пакеты, это ж не объясняет феномена образования интерференционной картины в случае с двумя щелями и "одиночными полетами" С кем они там умудряются интерферировать-то, когда расстояние между щелями, думается, значительно превышает "ширину" этого волнового пакета (ну, скажем так, ширину по пренебрежимо малому уровню мощности, уж простите за каламбур )?

Shurik> Внешне это выглядит как разная вероятность попадания конкретного электрона в "светлые" и "темные" интерференционные полосы, и за достаточно большое время(количество электронов) рисуется реальная интерференционная картина!
Darth> Ну дык это-то можно объяснить соотношением неопределенностей Гейзенберга.

По моему такое объяснение не подходит. Как я понимаю невозможно
объяснить дифракцию и интерференцию частиц не рассматривая их
волновые свойства.
Почему мы рассматриваем соотношение неопределенностей для
конкретной частицы "внутри" щели как-то по другому, чем
вне ее? Мы ведь рассматриваем отдельно взятый фотон, который
имеет вполне конкретный вектор импульса. Никакой "изначальной неопределенности"
от излучения во все стороны тут нет - каждый излученный фотон
летит в свою конкретную сторону. И откуда данный конкретный фотон
как "чисто квантовая" частица "знает" - пролетает он сейчас
"через щель", или нет? На каком основании он меняет вектор
импульса именно "внутри щели", а не в любой другой точке траектории?
Ведь "летящий" фотон не может изменить вектор своего импульса
ни с чем не взаимодействуя, только за счет квантовых флуктуаций
больше чем допускает соотношение неопределенностей.
А квантовые флуктуации усредняются уже на длинах порядка длины
волны, почему и продолжает наш фотон лететь себе прямолинейно
и равномерно.
Кроме того это предположение никак не объясняет интерференцию
одной частицы.

>Так вопрос-то, собственно, в том, почему этот самый импульс отраженного фотона направлен именно туда, а не еще куда-нибудь?

А черт его знает Меня тоже всегда мучил этот вопрос...
Я подозреваю, что поскольку отражение обеспечивают в основном
электроны, то решением уравнений взаимодействия фотона, как
порции электромагнитного поля с заряженной частицей в заданных
условиях по классической теории Максвелла как раз и будет
такое отражение... Блин.. даже вспотел
Все равно никуда не деться от того, что фотон это порция
электромагнитных волн.

Shurik> может рассматриваться как некий неделимый волновой пакет конечного размера, но без четких границ, с затуханием при удалении от "центра" частицы...

Darth>А вот это интересно... Но в таком случае мы опять
уперлись лбом в волновую теорию. Корпускулярно-волновой
дуализм, блин

Да в том-то и дело. И беда главным образом в том, что дуализм
этот кажется существует только в головах, а в природе его вовсе
и нету.
Т.е подобрана некая мат. модель более-менее адекватно описывающая
внешние проявления происходящего, но не объясняющая внутренней
сути явления. Собственно все теории этим грешат

>P.S.: Кстати еще вопрос: даже если рассматривать объекты микромира (фотоны, электроны...) как описанные Вами волновые пакеты, это ж не объясняет феномена образования интерференционной картины в случае с двумя щелями и "одиночными полетами" С кем они там умудряются интерферировать-то?

Как раз объясняет. Он умудрятся интерферировать сам с собой,
поскольку является(скорее представляется ) набором(пакетом,
суммой... а черт точно и не скажешь как это назвать) бесконечного
числа волн, занимающих определенный объем в пространстве.
А щели-то наши находятся близко! Порядка длины волны.
Вот он и пролетает ЧЕРЕЗ ОБЕ ЩЕЛИ ОДНОВРЕМЕННО!! Причем ладно
бы еще фотон, это можно еще как-то осмыслить. Так ведь и электрон!! И протон!!! Это собственно и есть квинтэссенция
данного парадокса.
К счастью(для меня по крайней мере ) хотя бы для протона такие
щели видимо физически нереализуемы. А то ведь протон это уже
штука вполне осязаемая - это водород.

Еще маленькое дополнение

Darth>С кем они там умудряются интерферировать-то, когда
расстояние между щелями, думается, значительно превышает "ширину" этого волнового пакета (ну, скажем так, ширину по пренебрежимо малому уровню мощности, уж простите за каламбур )?

Так в том-то и дело, что расстояние между щелями не может быть
больше.. гм.. ну величины этого волнового пакета, поскольку
он не имеет четкой границы, и на бесконечно малой мощности...
или скорее плотности энергии(хотя про какую малую плотность
энергии можно говорить, если это неделимый квант, блин!! )простирается
в бесконечность.
Т.е с существенным разнесением щелей интерференция тоже очень
быстро падает и вообще перестает быть обнаружимой. Равно как
и "плотность энергии" частицы на удалении больше нескольких
длинн волн.

Nick_Crak

Ой.... У меня, похоже, какие-то глюки с браузером... Или с глазами Короче, Ваш постинг:

quote:

---

Тоже основательно подзабыв физику могу сказать что ОТРАЖЕНИЕ как явление, по моему, НЕ ЯВЛЯЕТСЯ квантовым по сути, и данной частью физики рассматривается, как частный случай.
Или нет?

---

 

только что увидел!

А Вы, похоже, правы - по крайней мере мы с Shurik'ом к тому же выводу постепенно приходим

Shurik

> Почему мы рассматриваем соотношение неопределенностей для конкретной частицы "внутри" щели как-то по другому, чем вне ее?... И откуда данный конкретный фотон как "чисто квантовая" частица "знает" - пролетает он сейчас "через щель", или нет? На каком основании он меняет вектор импульса именно "внутри щели", а не в любой другой точке траектории?

Во-во. Только Вы это Гейзенбергу расскажите Когда я начал интересоваться квантовой физикой, у меня такие вопросы тоже постоянно возникали. Типа: "Не, ну какое дело этой частице до того, что мы в данный момент о ней знаем (в смысле, координаты, импульс, энергия...)?! Понапридумывали тут высосанных из пальца теорий, получили свои Нобелевские премии - а ты сиди разбирайся!" И только через пару лет появилось некоторое смутное понимание процессов, происходящих в микромире. Да нет, даже не "понимание", а какое-то чувство что ли. Сейчас, правда, это чувство снова куда-то ушло. Видимо, чтобы его вернуть, опять учебник доставать надо. А некогда....

В общем, я в целом так же, как и Вы, думаю. Но тут у меня еще вот какая мысль возникла. Отражение света металлами обусловлено, как Вы сказали, в основном свободными электронами. Однако некоторая часть "отраженных" фотонов, по идее, рождается в [i]атомах[/i], которые, будучи сначала возбужденными фотонами от источника света, переходят в основное энергетическое состояние. Так вот, я сейчас не помню, когда электрон меняет спин - при переходе в более высокое или в более низкое энергетическое состояние - но факт в том, что по завершении процесса этих "прыганий" спин меняется-таки на обратный. Это обстоятельство в принципе можно как-то притянуть за уши - ибо ничего другого, что можно было бы так же притянуть, я все равно не вижу Впрочем, это не снимает проблемы со свободными электронами - этим-то должно быть по барабану!

> Вот он и пролетает ЧЕРЕЗ ОБЕ ЩЕЛИ ОДНОВРЕМЕННО!!

Да, именно такой вывод напрашивается. Но в каждом учебнике, помню, очень твердо проводилась мысль о том, что этот парадокс ни в коем случае не следует пытаться объяснить прохождением частицы через обе щели "по частям", потому что это в корне неправильно.

> К счастью(для меня по крайней мере) хотя бы для протона такие щели видимо физически нереализуемы.

Хе-хе Так вроде бы проводились опыты по дифракции не то что протонов - молекул! По-моему, я даже теоретическое обоснование видел, через расчет комптоновской длины волны какой-то молекулы с последующей подстановкой результата в какое-то трехэтажное уравнение . Хотя, может, путаю чего...

> Т.е с существенным разнесением щелей интерференция тоже очень быстро падает и вообще перестает быть обнаружимой.

Да, а ведь это мысль...

Darth>Во-во. Только Вы это Гейзенбергу расскажите Когда я начал интересоваться квантовой физикой, у меня такие вопросы тоже постоянно возникали. Типа: "Не, ну какое дело этой частице до того, что мы в данный момент о ней знаем (в смысле, координаты, импульс, энергия...)?!

Ну тут немножко другое(ИМХО ) К соотношению неопределенностей
я как-то приучил себя, утешаясь тем, что просто таковы свойства
вакуума(а может самой частицы?), что частица может "занять"(или "отдать")
некоторую энергию, или импульс... как правильнее? неизвестно
откуда(неизвестно куда) в пределах некоторого малого объема на некое малое
время, с "возвратом".
А чем для "квантовой" частицы щель отличается от остального
пространства с точки зрения "заема" энергии.. хоть убей не понимаю...

> Понапридумывали тут высосанных из пальца теорий, получили свои Нобелевские премии - а ты сиди разбирайся!"

Это уж точно

>Однако некоторая часть "отраженных" фотонов, по идее, рождается в атомах, которые, будучи сначала возбужденными фотонами от источника света, переходят в основное энергетическое состояние.

Это будет уже не отражение, а люминесценция т.е переизлучение
на некоторой определенной длине волны, т.е переизлучение уже с
другим спектром. В твердых тела кажется страшно сложный
процесс, гораздо сложнее чем в газах...

> Так вот, я сейчас не помню, когда электрон меняет спин - при переходе в более высокое или в более низкое энергетическое состояние - но факт в том, что по завершении процесса этих "прыганий" спин меняется-таки на обратный.

Там(при изменении спина) разница в энергетических состояниях
где-то в области радиоволн. А энергия возбуждающих квантов
для перехода необобщенных электронов на верхние уровни кажется
в области ультрафиолета для всех металлов. Так что вряд ли это
имеет отношение к отражению.

>равно не вижу Впрочем, это не снимает проблемы со свободными электронами - этим-то должно быть по барабану!

Да. А основной вклад их.

>> Вот он и пролетает ЧЕРЕЗ ОБЕ ЩЕЛИ ОДНОВРЕМЕННО!!
>Да, именно такой вывод напрашивается. Но в каждом учебнике, помню, очень твердо проводилась мысль о том, что этот парадокс ни в коем случае не следует пытаться объяснить прохождением частицы через обе щели "по частям", потому что это в корне неправильно.

Тогда совершенно необъяснима интерференция одной частицы на двух щелях...
Но это мы уже по второму кругу

>> К счастью(для меня по крайней мере) хотя бы для протона такие щели видимо физически нереализуемы.
>Хе-хе Так вроде бы проводились опыты по дифракции не то что протонов - молекул!

Мааать....! Ну надеюсь хоть не по одной?
Хотя интерференция двух молекул немногим лучше...
Вирус гриппа вон тоже молекула! Хотя.... чем массивнее частица, тем меньше ее длина волны, тем
меньше разнос щелей... фиг ли расстраиваться? Для вируса
гриппа разнос щелей, что-б ощутить интерференцию будет наверное
порядка планковской длины Даже если и немного больше, так не
страшно - его интерференционная каринка будет на множество
порядков меньше самой молекулы
А для нас грешных(как очень больших молекул требуемая для
обнаружения интерференции база будет пожалуй и меньше планковской
длины(можно посчитать кстати ), чего согласно современным
представлениям быть не может, следовательно нам, как макротелам
интерференция не грозит ни при каких условиях

Уф...Малость полегчало

Итак, продолжаем разговор.

Darth> (Только, пожалуйста, не особо заумно, а то я физику забыл давно )

Сам не хочу©

Изучение истории вопроса показало, что он, как и следовало
ожидать, рассматривается уже давно. Причем дело вовсе не
ограничивается отражением. Собственно само по себе отражение
тут оказалось и ни при чем. Точно тот же парадокс возникает
при любой дифракции любых волн. Самый простой и классический
опыт - дифракция фотонов на двух щелях. Или например при
дифракционном рассеянии электронов наблюдается точно тот же
эффект - они подвергаются дифракционному рассеянию даже
пролетая через решетку по одному. Внешне это выглядит как
разная вероятность попадания конкретного электрона в "светлые"
и "темные" интерференционные полосы, и за достаточно большое
время(количество электронов) рисуется реальная интерференционная
картина! Т.е электрон не только подвержен дифракции "сам по себе",
но еще и интерферирует "сам с собой". То же самое показывают
и реальные эксперименты с фотонами.
Объясняется теоретически это следующим образом:
Фотон(и любая другая частица) не является "твердым шариком"
а скорее может рассматриваться как некий неделимый волновой
пакет конечного размера, но без четких границ, с затуханием
при удалении от "центра" частицы. Соответственно частица
может быть представлена неким спектром, причем непрерывным.
То есть частица представляется суммой бесконечного числа
волн с некоторым распределением спектральной плотности.
Вот эти волны и дифрагируют и интерферируют в щели или на
зеркале. Правда результатом этой дифракции и интерференции
одной частицы является не реальная интерференционная картина,
а вероятность изменения траектории частицы.

Darth>Хе-хе, это Вы про туннельный эффект?

Да вообще. Туннельный эффект только одно из проявлений.

> Так с возвратом - это еще куда ни шло, а если без
возврата? Или с таким возвратом, который совершенно неочевиден?

Ого! А это как??!
Т.е летела себе частица, никого не трогала... Вдруг - бац, сама по себе полетела
в другую сторону? Не... про такое не слыхал. Уж и до этого наука дошла?
А как же всякие законы сохранения?? Тоже частным случаем чего-то оказались?
Полный кошмар...

>Я вообще уже ни фига не понимаю в современной теории.
>Какие-то 12 измерений (пространство Калаби-Яу), какие-то суперструны... Мрак, в общем.

12 это еще гуманно. Я и про большее слыхал, правда вникать и не пытался

>Про дифракцию молекул: здесь, как я уже говорил, по поводу молекул могу ошибаться.
> Но про протоны точно.

Да про протоны и я в курсе. Что и смущает немало

>Но, есть более простой способ - непосредственное наблюдение. Вот Вам пример:

>Стою как-то в час-пик в переходе с одной станции метро на другую. Один из двух эскалаторов
не работает, вследствие чего на первый образовалась большая очередь....
Вот Вам интерференция на макроуровне! А Вы еще о молекулах гриппа, о планковской

Да, хороший пример
Но нас-то интересует в данном случае как будет интерферировать
на эскалаторе отдельно взятый мужик без свидетелей? Каковы будут
при этом его волновые свойства? Возможно ли его прохождение через
оба эскалатора одновременно и какова будет траектория и вероятность
попадания в поезд после выхода?

Ладно, подождем, может еще кто чего по существу скажет.

Ребята, вы это...помоему заплутали
Если речь идет о КВАНТОВОЙ механике(я так называл раздел сексологии о особенностях секса у влюбленных пар -в отличии от сексотношений вообще, которые называл - ЗАБАВНАЯ механика ) то :
1. ЭлЧастица однозначно в любой момент времени находится ВЕЗДЕ, т.е. во ВСЕХ точках пространства ОДНОВРЕМЕННО.
2. И посему мы исследуем ВЕРОЯТНОСТЬ проявления свойств ЭЧ(или их группы)в данной точке пространства в данный момент времени.
3. И следовательно -НЕЛЬЗЯ уподоблять ЭЧ неким объктам, имеющим СВОЙСТВА - они имеют лишь вероятность проявления.Тем более описывать их как некие "бильярдные шары":) или группы плоских волн.

Ник

Nick_Crak>Ребята, вы это...помоему заплутали

Это несомненно. С того и начали

>2. И посему мы исследуем ВЕРОЯТНОСТЬ проявления свойств ЭЧ(или их группы)в данной точке пространства в данный момент времени.

Однако если(в том месте, в тот момент...) частица не проявляет
своих свойств, то она(опять же в том месте, в тот момент...)
неспособна ни с чем взаимодействовать и необнаружима. Собственно
ее "там" и "тогда" просто нет ни для кого.
Собственно какая разница тогда для внешнего наблюдателя появляется
сама частица или только проявляются ее свойства?
Результат будет один и тот же - некое взаимодействие.

>3. И следовательно -НЕЛЬЗЯ уподоблять ЭЧ неким объктам, имеющим СВОЙСТВА

Что же тогда проявляется, если сама частица не имеет свойств?
Да и вообще... объекты без свойств как бы не сущестуют в нашей
вселенной, поскольку причинно с ней не связаны, т.е не могут
ни с чем взаимодействовать...

>- они имеют лишь вероятность проявления.Тем более описывать их как некие "бильярдные шары":) или группы плоских волн.

Ну, мы с Darth-ом интуитивно пришли к тому же выводу.
Но основной наш вопрос так и без ответа - каким образом одна
частица ухитряется интерферировать на двух щелях??

Nick_Crak>3. И следовательно -НЕЛЬЗЯ уподоблять ЭЧ неким объктам, имеющим СВОЙСТВА - они имеют лишь вероятность проявления.Тем более описывать их как некие "бильярдные шары":) или группы плоских волн.

Вот именно!
А если уж и говорить про волны, то про волны вероятности.

Shurik>Но основной наш вопрос так и без ответа - каким образом одна
Shurik>частица ухитряется интерферировать на двух щелях??

Интерферирует не сама частица, а вероятности. Частица лишь попадает туда, где есть какя-то вероятность попасть. Где больше вероятность, туда больше частиц и попадает.

Пару слов по поводу неопределённостей
Их (базовых) две: импульс/координаты и энергия/время (dE*dt<h). Первое ещё в школе разжёвывали до оскомины, а вот второе интереснее. Суть в том, что энергию системы мы знаем или точно, но за большой временной отрезок, или в короткий отрезок, но неточно. Энергию же в "точечный" временной отрезок мы знать вообще не можем.

Кроме того, стоит напомнить, что закон сохранения энергии применим только для статистических закрытых конечных макросистем. И то с определённой вероятностью.

Между прочим, по одной из весьма популярных теорий, мы как раз живём в одном из таких нарушений закона сохранения - в макрокосмосе возможны случайные флюктуации сколь угодно большого объёма сколь угодно большой длительности...

Да, похоже, одним лишь умозрительным методом задача зеркального отражения света на квантовом уровне не решается. Это Вам не ЭПР считать!

KRoN> в макрокосмосе возможны случайные флюктуации сколь угодно большого объёма сколь угодно большой длительности...

Точно. Сие ощутил на себе в полном объеме, изучая наше налоговое законодательство - там ТАКИХ "флюктуаций" за последние 10 лет произошло...

Shurik> просто таковы свойства вакуума(а может самой частицы?), что частица может "занять"(или "отдать") некоторую энергию, или импульс... как правильнее? неизвестно откуда(неизвестно куда) в пределах некоторого малого объема на некое малое время, с "возвратом".

Хе-хе, это Вы про туннельный эффект? Так с возвратом - это еще куда ни шло, а если без возврата? Или с таким возвратом, который совершенно неочевиден?

Я вообще уже ни фига не понимаю в современной теории. Какие-то 12 измерений (пространство Калаби-Яу), какие-то суперструны... Мрак, в общем.

> А чем для "квантовой" частицы щель отличается от остального пространства с точки зрения "заема" энергии.. хоть убей не понимаю...

Точно, и я туда же. Это в нас говорит неспособность человеческого мозга абстрагироваться от законов макроскопического мира

> Там(при изменении спина) разница в энергетических состояниях где-то в области радиоволн. А энергия возбуждающих квантов для перехода необобщенных электронов на верхние уровни кажется в области ультрафиолета для всех металлов.

Да? Жаль. Такая идея была!


Про дифракцию молекул: здесь, как я уже говорил, по поводу молекул могу ошибаться. Но про протоны точно.

А по поводу интерференции людей, так, во-первых, это действительно легко посчитать, только это надо взять уче-е-е-ебник, бума-а-а-ажку, калькуля-я-я-ятор... И когда же все это делать?

Но, есть более простой способ - непосредственное наблюдение. Вот Вам пример:

Стою как-то в час-пик в переходе с одной станции метро на другую. Один из двух эскалаторов не работает, вследствие чего на первый образовалась большая очередь (дву-, а в общем случае, n-мерный массив ). Тут вдруг включают второй. Происходит следующий процесс. Часть элементов массива, находящихся преимущественно в его начале, устремляется на второй эскалатор. Тут надо отметить, что люди, когда они собираются в большом количестве, становятся бозонами, т.е. любят накапливаться в одном квантовом состоянии ("Куда все, туда и я") . Так вот в данном случае отток некоторых бозонов в начальный момент времени в направлении "второй щели" вызывает лавинообразный процесс перехода других бозонов во вторую очередь (во-первых, психологический момент - вроде "О! Свободная касса!"; во-вторых, объективное изменение направления результирующего вектора - здесь, собственно, и возникает интерференция. Еще до прохода через щели! ). В результате в очереди во вторую "щель" моментально образуется "инверсия населенностей", в то время как в первой - разрежение. Поняв это, некоторое, но уже значительно меньшее количество элементов массива совершает обратный переход (из метастабильного состояния ) - иными словами, наблюдается быстро затухающий волновой процесс.

Вот Вам интерференция на макроуровне! А Вы еще о молекулах гриппа, о планковской длине...

TheFreak>Вот именно!
TheFreak>А если уж и говорить про волны, то про волны вероятности.

"Волны вероятности" это тоже "опасная" АБСТРАКЦИЯ. Ее именно за это критиковал Гезенберг -ПРЕДСТАВЛЯТЬ таким образом - можно, НО понимая, что это лишь представление -на самом деле, ФИЗИЧЕСКИ никаких "волн вероятности" не существует.
Вообще это ..как дифуравнения Смог понять-почувствовать -будешь физиком, не смог...пойдешь в медицинский

Ник

=KRoN=>Пару слов по поводу неопределённостей
=KRoN=>Их (базовых) две: импульс/координаты и энергия/время (dE*dt<h).

Их намного больше -бесконечно много, если быть точным

=KRoN=>Кроме того, стоит напомнить, что закон сохранения энергии применим только для статистических закрытых конечных макросистем. И то с определённой вероятностью.

"Последнее прибежище идеалистов":)

=KRoN=>Между прочим, по одной из весьма популярных теорий, мы как раз живём в одном из таких нарушений закона сохранения - в макрокосмосе возможны случайные флюктуации сколь угодно большого объёма сколь угодно большой длительности...

Извините за настойчивость -все эти СЛУЧАЙНОСТИ, ГИГАНСКИЕ ФЛУКТУАЦИИ,СТРАННИКОВ и т.п. и т.п я (только для краткости )предпочитаю называть БОГ.
Я здесь уже устал немного пропагандировать теорию Эверетта Странно, потому как по сравнению с ней ВСЕ фантастические произведения - домыслы детей с сильной педагогической запущенностью

Ник

Nick_Crak>"Волны вероятности" это тоже "опасная" АБСТРАКЦИЯ.

Может, конечно, и опасная... Только как можно назвать решение уравнения Шредингера, распространяющееся в пространстве как плоская волна?

=KRoN=>Пару слов по поводу неопределённостей
=KRoN=>Их (базовых) две: импульс/координаты и энергия/время (dE*dt<h).

Ну, вообще говоря, любые две некоммутирующие физические величины (имеется в виду, что не коммутируют их операторы) связаны соотношением неопределенности, поэтому неопределенностей можно выдумать сколько угодно.

> Суть в том, что энергию
системы мы знаем или точно, но за большой временной отрезок, или в короткий отрезок, но неточно.

Это попросту означает, что в КМ энергия не сохраняется, но в замкнутых системах может сохраняться среднее значение энергии - измеряемая величина.

Nick_Crak>"Волны вероятности" это тоже "опасная" АБСТРАКЦИЯ. Ее именно за это критиковал Гезенберг -ПРЕДСТАВЛЯТЬ таким образом - можно, НО понимая, что это лишь представление -на самом деле, ФИЗИЧЕСКИ никаких "волн вероятности" не существует.

Физически, вообще, непонятно, что существует, а что нет. Это вопрос интерпретации КМ, который на данный момент не решен.

По поводу "волн вероятности". Когда был жив Гейзенберг, еще не было толковой квантовой теории поля (КТП). В ней движение частиц можно представить как распространение неких волн в соответствующем поле. В том числе, это относится к фотонам, являющимся квантами ЭМП. Так что же: ЭМП физически существует или нет?

Понятие "волн вероянтости" само по себе не сташно, просто в КМ любыми понятиями нужно оперировать с большой осторожностью.

Если смотреть на отражение света с точки зрения принципа Гюйгенса, то в квантовой теории мало что меняется. Если вникать в детали, то нужно учесть, что зеркало - объект в общем-то макроскопический, это огромное количество электронов, которые колеблются в поле падающей волны и излучают волну отраженную. Бесконечно тонким оно быть не может. Но это сути не меняет. Электромагнитная волна остается электромагнитной волной, даже если это один фотон. Каждый электрон рассеивает "свою" часть, они интерферируют и получается отраженная волна. Главное отличие от классической физики - энергия ЭМ поля может иметь только ряд определенных значений, кратных частоте (умноженной на постоянную Планка). Еще одно отличие, о котором редко пишут в популярных книгах - все характерные физические величины в квантовом поле (напряженности и потенциалы электрического и магнитного полей, фаза, сама энергия, число фотонов наконец) являются или могут быть неопределенными. В однофотонном (как и в двух-, трехфотонном) напряженности полей "размазаны" как координата электрона в потенциальной яме.

Если поперечный размер пучка (или пакета) меньше, чем расстояние между щелями, никакой интерференции не будет, разумеется. Также как и в классической волновой теории, надо же обе дырки сразу осветить, а то какая интерференция?

Размер пакета может быть любым, но если мы хотим иметь определенный импульс, то придется рассматривать бесконечно широкий пакет. Точно так же, и в классической теории - волновой пакет 5 длин волн шириной не будет переть прямо вперед, он будет расходиться в стороны. Если ширина 100 длин волн, то будет. Почти. Края все равно расплывуться. Только бесконечный волновой фронт не расплывается. Поэтому приходится иметь дело с идеализациями типа бесконечной во всех измерениях волны. Если в такой волне конечное число фотонов, то плотность энергии будет бесконечно малой.

Отражение света металлами происходит за счет свободных электронов, конечно. Зачем тут нужно спин приплетать - не понимаю.

С интерференцией атомов и молекул все почти так же, как и с фотонами. И с интерференцией "по одной" тоже. Может, если вы будете представлять, что В ПЕРВУЮ очередь это волны, а лишь во вторую - частицы, вам легче будет понять.

Интерферируют волновые функции, а не вероятности. Волновую функцию иногда называют амплитудой вероятности, но это уже другой вопрос.

"Базовых" неопределнностей не две. Соотношение неопределенностей определяется для обобщенной координаты (величины, которая как-то характеризует систему) и обобщенного импульса (определяемой по особым правилам "сопряженной" обобщенной координате величины). Например, если обобщенная координата - угол поворота, то обобщенный импульс - момент импульса. Для них тоже верно соотношение неопределенностей, такое же "базовое".

Закон сохранения энергии применим для замкнутых систем безусловно и без оговорок.

Случайности и флуктуации отличаются от Бога тем, что у них нет личности, сознания, свободы воли, всемогущества и т.д.

Две величины с некоммутирующими операторами не обязательно связаны соотношением неопределенности типа гейзенберговского. Это уже понятно из того, что произведение размерностей в левой части неравенства Гейзенберга должно быть равно размерности постоянной Планка в правой части. Некоммутирующие величины просто не могут иметь определенные значения вместе, а какое там соотношение - это уже другой вопрос.

В замкнутых системах сохраняется не только среднее значение энергии, но и все вероятности иметь то или иное значение энергии, и т.д. Энергия может быть неопределена, но безусловно сохраняется, включая и все промежуточные этапы.

Когда был жив Гейзенберг, квантовая теория поля уже была, и он принимал активное участие в ее создании.

K_gornik

Ну это-то все понятно, но обратите внимание на еще одно условие задачи, поставленное мной как раз для избежания ссылки на интерференцию:

quote:

---

А чтобы абстрагироваться от интерференции, представим себе световой поток такой интенсивности, что в каждый момент времени "в воздухе" находится только один фотон - предполагаю, что и в этом случае получим на регистрирующем приборе (фотопластинке какой-нибудь) такое распределение переизлученных отражающей поверхностью фотонов, главный максимум которого находится как раз там, где и должен при зеркальном отражении.

---

 

Или мое предположение о том, что угол отражения не зависит от интенсивности потока, неверно? (нелинейную оптику не рассматриваем)