O mulţime de întrebări pentru mecanica cuantică

Rezumarea primului mesaj :


Știți cu toții că mecanica cuantică este tare ciudată. Ce ziceți, încercăm să răspundem la câteva întrebări?

Oficialii zic că în mecanica cuantică nu are sens să vorbim de poziția unei particule. Totuși, ei vorbesc din plin de această poziție atunci când folosesc detectoare sau când enunță principii precum cel al lui Heisenberg.

Să zicem că un electron lovește un ecran și formează acolo un punct luminos. Mai are sens să spunem că poziția electronului este acolo pe ecran? Și ce viteză are electronul acolo? Nu se poate determina viteza aia?

omuldinluna a scris:Tot ce-am scris mai sus a fost si este verificabil din punct de vedere experimental.

Și asta cum o dovedești? Trebuie să am încredere în ceea ce spui?

Nu. E suficient sa consulti literatura, sa vezi ce rol joaca relatia de incertitudine cand aplici teoria pentru diverse probleme fizice si daca acele concluzii au fost sau nu confirmate cand s-au efectuat experimentele.

Dl. Cavasi! Dumneata crezi ca ar fi posibil sa se raspunda la multimea de intrebari din mecanica acuantica, fara sa fie explicitata constanta (cuanta) de actiune h, pe baza careea s-a edificat toata mecanica cuantica?. Dumneata ai vre-o definitie, vre-o explicatie, pentru cuanta de actiune?.

Deocamdata sunt pe piata doar cateva intrebari. In schimb raspunsuri sunt o infinitate, care mai de care.
Pe cati fizicieni autori de carti ati gasit care sa spuna:
-Asta sau asta nu stiu, nu stim, vorbim sa ne dam mari.

Adrian Gheorghe a scris:Dl. Cavasi! Dumneata crezi ca ar fi posibil sa se raspunda la multimea de intrebari din mecanica acuantica, fara sa fie explicitata constanta (cuanta) de actiune h, pe baza careea s-a edificat toata mecanica cuantica?. Dumneata ai vre-o definitie, vre-o explicatie, pentru cuanta de actiune?.

Da, e importantă constanta lui Planck. Cred că apare și în Fizica elicoidală această constantă, ca fiind ceva legat de valoarea minimă a torsiunii pe care o poate avea traiectoria unui corp.

gafiteanu a scris:Pe cati fizicieni autori de carti ati gasit care sa spuna:
-Asta sau asta nu stiu, nu stim, vorbim sa ne dam mari.

Exact asta mă exasperează și pe mine la culme. Ei au explicați pentru toate. În loc să recunoască faptul că NU SE ȘTIE, ei se dau în stambă cu interpretări a la Copenhaga.

"Nu se stie" atunci cand n-ai solutie la problema. Dar cand solutia exista si e confirmata de experiment, inseamna ca stii care-i treaba.

Abel, sa nu cumva sa uiti sa ne dai „constanta de elicoidal-itate variabila”.  Este opera ta „Teoria elicoidalitatii”.

Cuanta nu este ceva constant, este ceva relativist chiar si dumneaei miticuta. Este un produs superior organizat al mediului si depinde total de el.  Dar pentru un mediu mediu (am scris corect, un mediu de valoare medie !), cuanta are o anumita valoare medie Eo zisa de repaus, cu toate ca nu e in repaus. Are viteza si moment zis gresit "de repaus".  Aici, intrun mediu de valoare medie trebuie sa-l cautam pe h, ce semnificatie fizica are sau ar putea sa aiba (constanta energetica minimala de actiune).
Sa nu uitam ca s-a definit de cineva "actiunea"  ca fiind energia x timpul.  La fel, putem defini Energia ca Actiunea supra Timp. Si Energia supra Timp da Puterea.
Deci ce e "actiunea" ? Si toate celelalte notiuni enigmatice ? Stie cineva ce e puterea, ce e forta, lucrul mecanic sau cel intelectual ?
Incurcate si incerte mai sunt lucraturile si caile elicoidale ale Domnului (Abel).
Totusi fizicienii si-au lasat o portita mare de scapare si au inventat "incertitudinea", pe unde se mai scapa si ei.
Dumnezeu a mai inventat un termen si anume CREATIA. (A nu se confunda cu "creata", asa cum e mintea si circumvolutiunile cerebrale.)

omuldinluna a scris:"Nu se stie" atunci cand n-ai solutie la problema. Dar cand solutia exista si e confirmata de experiment, inseamna ca stii care-i treaba.

Și chiar nu te-ai gândit deloc că ceea ce numești tu „soluție” să nu fie astfel? Eu consider că o soluție rezolvă TOATE dilemele pe care le ridică problema respectivă. Ai tupeul să susții că mecanica cuantică dă toate răspunsurile?

gafiteanu a scris:Cuanta nu este ceva constant, este ceva relativist chiar si dumneaei miticuta.

Aia nu mai e constantă. Ceva ce este minim, este minim în sensul că aceeași valoare o găsește orice observator. În liceu, după ce am aflat de teoria relativității și de legea de compunere a vitezelor care lasă invariantă viteza luminii (valoarea mare), mă jucam cu o lege de compunere care să lase invariantă constanta lui Planck (valoarea mică).

Inca odata, problema e incheiata atunci cand experimentul confirma teoria. Acolo, treaba fizicianului s-a terminat, mai departe e loc numai de palavre. O teorie care sa explice toate aspectele fizice ale lumii in care traim inca nu exista. Cea mai buna teorie pe care o avem este in prezent mecanica cuantica, dar evident ca nu ofera raspunsuri la toate intrebarile. In viitor, va fi la randul ei cuprinsa intr-o teorie mai vasta, care ne va duce cu un pas mai aproape de intelegea lumii in care existam.

În celălalt subiect

omuldinluna a scris: Problemele pe care le ridica sunt de natura filozofica, nu fizica, iar teoriile alternative care incearca sa rezolve aceste probleme filozofice gresesc atunci cand vine vorba de fizica.

Aici cred că are dreptate din punctul meu de vedere, în funcție de cum interpretez eu informațiile pe care le am despre ce implică fizica cuantică.

Spre exemplu, percepția și conștientul sunt niște stări cuantice ale materiei, altfel mi se pare foarte ciudat, aproape imposibil, cum din niște reacții chimice și fenomene electromagnetice apar senzațiile și conștientizarea lor.

O altă paralelă la manifestarea cuantică a materiei este efectul Placebo.
Spre exemplu, așa cum procesul de observare influențează rezultatul experimentului, așa anumite gânduri influențează fenomene la nivelul creierului și al organismului.

Consider totuși că tot ceea ce definește viața la nivel superior dincolo de forma și componența materiei, nu mai poate fi explicat complet din punct de vedere fizic, așa cum o înțelegem clasic.
Senzațiile și conștientul sunt aspecte ale naturii care depășesc limita existenței materiale și devin niște stări cuantice.

Nu știu în ce măsură m-am exprimat coerent, dar senzațiile, percepțiile și conștientul nu pot fi explicate fizic printr-o sumă de reacții chimice și fenomene electromagnetice. Este ceva dincolo de toate acestea, iar pentru a le explica este nevoie de o astfel de fizică cuantică, sau cel puțin de acceptarea unei stări de existență diferită a materiei.

Suntem ca de la cer la Pământ de o teorie care să explice toate aspectele lumii în care trăim, fiindcă teoria cuantică nu explică nimic! E bezna minții științificilor ...

Deci nu ʺo mulțime de întrebăriʺ, că toată e numai întrebări!

Mai sa fie, asa atent studiat-ai teoria asta cuantica, de-ai ajuns la concluzia ca nu e buna de nimic. Bine ca vorbesti in cunostinta de cauza si nu ca sa te afli in treaba!

Eu am spus că nu poate să explice nimic, legat de aspectele lumii în care trăim, nu că nu e bună de nimic, ce e cu totul altceva. Sau poate că n-am găsit eu explicații și tu le ai, atunci îmi cer scuze.

Poți să explici valoarea masei electronului, din punctul de vedere al fizicii cuantice, ca să fie o întrebare ușoară și la obiect?

Și ca să vorbim în cunoștință de cauză, nu numai ca să ne aflăm în treabă.

Faptul ca masa electronului e nenula se datoreaza asa-numitului mecanism Higgs, a carui corectitudine a fost confirmata de descoperirea bosonului care poarta acelasi nume acum cativa ani la CERN. De ce valoarea respectiva este cat este, acesta ramane in continuare un mister, alaturi de altele. Pe de alta parte, ca sa raman la exemplul electronului, teoria cuantica prezice o valoare a momentului dipolar magnetic anomal al acestei particule egala pana la a 10-a zecimala cu masuratorile experimentale, aceasta fiind si una dintre cele mai bune predictii din istoria fizicii.  

Desigur, daca esti pus pe pozitia de gica contra poti sa alegi selectiv numai informatiile care-ti satisfac punctul de vedere, dar adevarul este intotdeauna mai vast ca ambitiile sau interesele noastre individuale.

Eu am vorbit acolo de explicații ale aspectelor lumii în care trăim, așa cum explici lumea asta la suprafață. Principiile de bază ale mecanicii cuantice, nonlocalizarea, entanglementul, colapsul funcției de undă, etc., îți cam taie ptiscuitul explicațiilor clasice, se gată.

Nu tare mai este loc și pentru masă și pentru câmp, singura realitate rămânând câmpul, iar o particulă materială cum ar fi electronul, este o mică regiune a câmpului electric în care intensitatea câmpului atinge valori enorme, indicând faptul că o cantitate mare de energie este concentrată într-un spațiu foarte restrâns.

Adevărul e dincolo de explicații, nu mult mai vast, iar pentru explicatori rămâne pururi un mister. Poți să te agăți cât vrei de explicații, fiindcă habar nu ai ce vrei să explici la nivel cuantic. Mai bine rămâi tu la mișcările de acum 300 de ani, lasă mecanica cuantică poeților, că îi ieși mai bine.

Daca electronii ar avea masa, o masa pozitiva ponderala, atunci s-ar atrage intre ei gravitational.  Dar ei se resping cand sunt statici, deci au masa negativa.
Natura masei electronului este cuantica-energetica, nu gravitationala. Electronul fenteaza gravitatia. Electronul nu e atras gravitational si nici nu face gravitoni-gravitatie. Protonul si neutronul au masa gravitationala, fac de toate cele anterior enumerate.
Exista si stele electronice, dar sa nu abordam astfel de lucruri mult prea sfinte.

Bordan, nici nu trebuie sa fie vorba de explicatii clasice, din moment ce fenomenele de care se preocupa mecanica cuantica nu sunt clasice. Electronul nu e o manifestare a campului electromagnetic, ci a campului Dirac, precum toti ceilalti fermioni cu spin semiintreg. Cuanta campului electromagnetic este fotonul.

Câmpul dirac a apărut tot din dorința de explicații a anomaliilor stărilor cuantice de energie negativă, iar pozitronul fiind antiparticula asociată electronului, prin ciocnire, are loc procesul de anihilare, generându-se doi fotoni din spectrul radiațiilor gamma. Până la urmă tot la câmpul electromagnetic ajungi și la cuanta lui, fotonul.

Natura masei electronului și valoare ei nu pot fi explicate, sunt în categoria misterelor. Mai spun odată, poate nu ai înțeles, că mecanica cuantică nu poate explica lumea asta în care trăim. Încercările tale legate de fizica cuantică nu sunt explicații, sunt poezii pe care le-ai învățat pe de rost de la alții.

Numai că doare să recunoști că nu știi nimic ...

Natura masei este explicata de mecanismul Higgs, lucru dovedit experimental prin descoperirea bosonului prezis de teorie. Ca este posibila reactia de anihilare electron-pozitron care rezulta in fotoni, asta este foarte adevarat, dar este la fel de adevarat ca fotoni de energii inalte pot fluctua intr-o pereche fermion-antifermion, fie ea electron-pozitron sau quark-antiquark. Ce sa mai spui atunci, ca faci ce faci, tot la campul Dirac ajungi? Astfel de afirmatii chiar nu isi au rostul.

omuldinluna a scris:Faptul ca masa electronului e nenula se datoreaza asa-numitului mecanism Higgs, a carui corectitudine a fost confirmata de descoperirea bosonului care poarta acelasi nume acum cativa ani la CERN. De ce valoarea respectiva este cat este, acesta ramane in continuare un mister, alaturi de altele. Pe de alta parte, ca sa raman la exemplul electronului, teoria cuantica prezice o valoare a momentului dipolar magnetic anomal al acestei particule egala pana la a 10-a zecimala cu masuratorile experimentale, aceasta fiind si una dintre cele mai bune predictii din istoria fizicii.  

Care este relatia de legatura intre magnetonul Bohr si momentul magnetic anomal pentru electron?

Magnetonul Bohr este o constanta fizica si nimic mai mult, utila pentru a exprima momentul magnetic al electronului. Definitia sa in S.I. este , cu q sarcina electronului, hbar constanta lui Planck redusa si m_e masa de repaus a electronului.

Momentul magnetic este marimea fizica ce caracterizeaza cuplul de forte resimtit de un corp aflat intr-un camp magnetic extern. In cazul particulelor elementare, momentul magnetic apare datorita faptului ca acestea poseda sarcina electrica si moment cinetic, fie in miscarea lor orbitala (in atom sau nucleu), fie datorita momentului cinetic intrinsec pe care il poseda (spinul). Momentul magnetic anomal al unei particule reprezinta o contributie la momentul ei magnetic total ce isi are originea in interactia electronului cu campul electromagnetic cuantic.

Momentul magnetic anomal al unei particule reprezinta o contributie la momentul ei magnetic total ce isi are originea in interactia electronului cu campul electromagnetic cuantic.

La ce camp electromagnetic cuantic te referi aici? Cum se calculeaza momentul magnetic anomal al unui electron?

E vorba de interactia cu vidul electromagnetic, cel care din punct de vedere clasic nu este altceva decat spatiul liber (vid in sens clasic). Calculand momentul magnetic al electronului numai din ecuatia Dirac, obtii o valoare apropiata de cea experimentala. Diferenta dintre experiment si teorie este mai departe acoperita de adaugarea acestui cuplaj dintre electron si vidul electromagnetic, ce permite reproducerea valorii experimentale cu o precizie exceptionala.

omuldinluna a scris:E vorba de interactia cu vidul electromagnetic, cel care din punct de vedere clasic nu este altceva decat spatiul liber (vid in sens clasic). Calculand momentul magnetic al electronului numai din ecuatia Dirac, obtii o valoare apropiata de cea experimentala. Diferenta dintre experiment si teorie este mai departe acoperita de adaugarea acestui cuplaj dintre electron si vidul electromagnetic, ce permite reproducerea valorii experimentale cu o precizie exceptionala.

Ma intereseaza calculul propriuzis, daca ai un link cu acest calcul?

Link nu am, dar pot sa-ti trimit literatura (in limba engleza) in care este prezentata amanuntit problema si solutia ei. Din pacate, din punct de vedere tehnic este o chestiune dificila, dar fizic nu e vorba de altceva decat de felul in care interactioneaza electronii cu fotonii.

omuldinluna a scris:Link nu am, dar pot sa-ti trimit literatura (in limba engleza) in care este prezentata amanuntit problema si solutia ei. Din pacate, din punct de vedere tehnic este o chestiune dificila, dar fizic nu e vorba de altceva decat de felul in care interactioneaza electronii cu fotonii.

Tocmai interactiunea dintre fotoni si electroni nu este simpla, deoarece fotonii nu interactioneaza cu electronii aflati in stare libera. Fotonii interactioneaza numai cu electronii legati in atom, deoarece diferenta de spin dintre foton si electron este preluata de nucleul atomic. In stare libera fotonul ocoleste electronul avand lungimea de unda mult mai mare decat dimensiunile presupuse ale electronului, caqre sunt considerate zero. Ma interesau calculele pentru ca sa vad exact ce valori sunt implicate, si ce relatii. Multumesc pentru buna intentie dar literatura in emgleza imi este greu accesibila.

Interactie electron-foton este posibila si pentru electroni liberi, din moment ce campul electromagnetic clasic actioneaza prin forta Lorentz asupra oricarei particule incarcate. Cand faci tratarea cuantica apar niste fenomene noi datorita faptului ca un camp electromagnetic se manifesta sub forma fotonilor, iar fenomenele acestea explica diferentele mici intre rezultatele teoretice care rezulta din tratarea "electrodinamica clasica + mecanica cuantica" si valorile experimentale observate (fie ca vorbesti de proprietati ale electronului, ale spectrelor atomice sau nucleare).

Problemele astea sunt simple din punct de vedere conceptual, dar din pacate cand e vorba sa faci socoteli concrete devin destul de complicate.

Interactie electron-foton este posibila si pentru electroni liberi, din moment ce campul electromagnetic clasic actioneaza prin forta Lorentz asupra oricarei particule incarcate.

Forta Lorentz presupune interactiunea dintre magnetonul Bohr a electronului si campul magnetic exterior. Intre aceste campuri nu cred ca au loc schimburi de fotoni, desi teoria spune acest lucru, eu nu cred pentru simplul motiv ca spinul fotonului este 1, iar spinul electronului este 1/2. Cum poate un electron sa emita singur un foton in aceste conditii? Orice emisiune electromagnetica se produce de un corp si nu de un electron liber.

Orice sarcina electrica aflata in miscare interactioneaza cu un camp magnetic, conform termenului din forta Lorentz. Aici nu intervine nici un moment magnetic al particulei incarcate.

Pe de alta parte, interactiile electron-foton nu se rezuma numai la absorbtie sau emisie. Ai si fenomene de imprastiere, cum este efectul Compton, si procese de creare-anihilare. Toate trebuie sa respecte legile de conservare cunoscute, pentru energie, impuls, sarcina si moment cinetic.

omuldinluna a scris:Orice sarcina electrica aflata in miscare interactioneaza cu un camp magnetic, conform termenului din forta Lorentz. Aici nu intervine nici un moment magnetic al particulei incarcate.

Pe de alta parte, interactiile electron-foton nu se rezuma numai la absorbtie sau emisie. Ai si fenomene de imprastiere, cum este efectul Compton, si procese de creare-anihilare. Toate trebuie sa respecte legile de conservare cunoscute, pentru energie, impuls, sarcina si moment cinetic.

Si daca inlocuiesc sarcina din magnetonul Bohr cu;  μ_B=  (e∙h)/(4π∙m_e );  e=(4π〖∙m〗_e∙μ_B)/(m_e∙c∙r)=4π∙μ_B/(c∙r);  
e=4π∙μB/(c∙r)    ;       F=[4π∙μB/(c∙r)]*V*B;
In acest caz obtin aceiasi forta fara sa am de a face cu o sarcina electrica. De altfel, liniile de camp electric ale electronului nu interactioneaza in nici un fel cu liniile de camp magnetic ale campului exterior, asa ca alta explicatie nu este pentru aparitia fortei Lorentz.

Ai de-a face cu sarcina electrica in continuare, deoarece termenul din paranteza patrata e tocmai sarcina electrica pe care ai exprimat-o in functie de celelalte marimi din constanta numita magnetonul Bohr (desi nu mi-e clar de unde au aparut c si r si cum a disparut h).

Forta Lorentz nu apare datorita momentului magnetic al particulei, ci dintr-un motiv mult mai profund, anume necesitatea invariantei legilor fizicii la schimbarea sistemului de referinta. In limita in care viteza v a particulei tale este mica relativ la viteza luminii in vid, acea expresie a fortei electromagnetice pastreaza fizica invarianta la trecerea intr-un alt sistem de referinta inertial.

Consimt la explicaţia omuluidinlună şi îţi ofer mai jos şi explicaţia relativistă a fenomenului. Din păcate este în engleză, dar dacă ai neclarităţi foloseşti şi tu google translate.

Electromagnets  

Magnetism is a relativistic effect, and if you use electricity you can thank relativity for the fact that generators work at all.

If you take a loop of wire and move it through a magnetic field, you generate an electric current. The charged particles in the wire are affected by the changing magnetic field, which forces some of them to move and creates the current.

But now, picture the wire at rest and imagine the magnet is moving. In this case, the charged particles in the wire (the electrons and protons) aren't moving anymore, so the magnetic field shouldn't be affecting them. But it does, and a current still flows. This shows that there is no privileged frame of reference.  

Thomas Moore, a professor of physics at Pomona College in Claremont, California, uses the principle of relativity to demonstrate why Faraday's Law, which states that a changing magnetic field creates an electric current, is true.  "Since this is the core principle behind transformers and electric generators, anyone who uses electricity is experiencing the effects of relativity," Moore said.  

Electromagnets work via relativity as well. When a direct current (DC) of electric charge flows through a wire, electrons are drifting through the material. Ordinarily the wire would seem electrically neutral, with no net positive or negative charge. That's a consequence of having about the same number of protons (positive charges) and electrons (negative charges). But, if you put another wire next to it with a DC current, the wires attract or repel each other, depending on which direction the current is moving.

Assuming the currents are moving in the same direction, the electrons in the first wire see the electrons in the second wire as motionless. (This assumes the currents are about the same strength). Meanwhile, from the electrons' perspective, the protons in both wires look like they are moving. Because of the relativistic length contraction, they appear to be more closely spaced, so there's more positive charge per length of wire than negative charge. Since like charges repel, the two wires also repel.

Currents in the opposite directions result in attraction, because from the first wire's point of view, the electrons in the other wire are more crowded together, creating a net negative charge. Meanwhile, the protons in the first wire are creating a net positive charge, and opposite charges attract.