Γιατί είναι η χρήση της εξίσωσης κύματος για να περιγράψει τη θέση ένα σωματίδιο πολύ διαφορετικό από την περιγραφή που λαμβάνεται κλασική φυσική;
Κλασική φυσική:
* σωματίδια ως αντικείμενα που μοιάζουν με σημεία: Η κλασική φυσική θεωρεί τα σωματίδια ως μικροσκοπικά, τοπικά αντικείμενα με ορισμένες θέσεις και στιγμές. Αυτό είναι το θεμέλιο της Newtonian Mechanics, όπου μπορούμε να εντοπίσουμε την ακριβή θέση και την ταχύτητα ενός σωματιδίου ανά πάσα στιγμή.
* ντετερμινιστική: Η κλασική φυσική είναι ντετερμινιστική, που σημαίνει ότι εάν γνωρίζουμε τις αρχικές συνθήκες ενός συστήματος (θέση και ορμή όλων των σωματιδίων), μπορούμε να προβλέψουμε με ακρίβεια τη μελλοντική συμπεριφορά του.
Quantum Mechanics:
* Διπλότητα κύματος-σωματιδίου: Η κβαντική μηχανική εισάγει την έννοια της δυαδικότητας των κυμάτων-σωματιδίων, που σημαίνει ότι τα σωματίδια παρουσιάζουν ιδιότητες που μοιάζουν με κύματα. Η φύση κύματος των σωματιδίων περιγράφεται από μια συνάρτηση κύματος, που συχνά υποδηλώνεται από ψ.
* Ερμηνεία πιθανότητας: Η συνάρτηση κύματος ψ της ίδιας δεν είναι φυσική ποσότητα. Αντ 'αυτού, το τετράγωνο μέτρο του, ψ | ², αντιπροσωπεύει την πυκνότητα πιθανότητας για την εύρεση του σωματιδίου σε μια δεδομένη θέση.
* Αρχή αβεβαιότητας: Αυτή η αρχή δηλώνει ότι δεν μπορούμε ταυτόχρονα να γνωρίζουμε τόσο τη θέση όσο και την ορμή ενός σωματιδίου με απόλυτη βεβαιότητα. Αυτός είναι ένας θεμελιώδης περιορισμός της κβαντικής μηχανικής και αντιπαραβάλλεται απότομα με την ντετερμινιστική φύση της κλασσικής φυσικής.
* υπέρθεση: Η κβαντική μηχανική επιτρέπει στα σωματίδια να υπάρχουν σε μια υπέρθεση πολλαπλών καταστάσεων ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι ένα σωματίδιο μπορεί να είναι σε πολλαπλές θέσεις ταυτόχρονα, με την πιθανότητα να βρεθεί σε κάθε θέση που καθορίζεται από τη λειτουργία κύματος.
Βασικές διαφορές:
* Τοποθεσία: Στην κλασσική φυσική, ένα σωματίδιο έχει μια σαφή, σαφώς καθορισμένη θέση ανά πάσα στιγμή. Στην κβαντική μηχανική, η θέση ενός σωματιδίου περιγράφεται από μια κατανομή πιθανότητας, που σημαίνει ότι μπορούμε να μιλήσουμε μόνο για την πιθανότητα εύρεσης του σωματιδίου σε ένα συγκεκριμένο σημείο.
* ντετερμινισμός έναντι πιθανότητας: Η κλασική φυσική είναι ντετερμινιστική, ενώ η κβαντική μηχανική είναι πιθανοτική. Η λειτουργία κύματος στην κβαντική μηχανική παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις πιθανότητες εύρεσης σωματιδίου σε διαφορετικές τοποθεσίες και όχι την ακριβή θέση του.
* Συμπεριφορά που μοιάζει με κύματα: Η κλασική φυσική αντιμετωπίζει τα σωματίδια ως αντικείμενα που μοιάζουν με σημεία χωρίς ιδιότητες που μοιάζουν με κύματα. Η κβαντική μηχανική αναγνωρίζει ότι τα σωματίδια μπορούν να εμφανίζουν συμπεριφορά που μοιάζει με κύματα και τα περιγράφει χρησιμοποιώντας λειτουργίες κύματος.
αναλογία:
Σκεφτείτε να ρίξετε ένα βράχο σε μια λίμνη. Κλασικά, μπορούμε να παρακολουθήσουμε την τροχιά του βράχου και να προβλέψουμε τη θέση του ανά πάσα στιγμή. Κβαντικά μηχανικά, μπορούμε μόνο να πούμε ότι υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα εύρεσης των κυματισμών του βράχου σε ορισμένες περιοχές της λίμνης, όχι στην ακριβή θέση του.
Στην ουσία, η εξίσωση κύματος στην κβαντική μηχανική δεν μας δίνει μια ακριβή θέση ενός σωματιδίου όπως η κλασική φυσική. Αντ 'αυτού, παρέχει μια πιθανοτική περιγραφή, αποκαλύπτοντας την πιθανότητα να βρεθεί ένα σωματίδιο σε διαφορετικές θέσεις. Αυτό αλλάζει θεμελιωδώς τον τρόπο κατανόησης της φύσης των σωματιδίων και της συμπεριφοράς τους.
