Понятия классических и квантовых систем

Без понятия "колебаний" немыслима современная физика, а исторически первым хорошо исследованным видом колебаний были механические колебания. Простейшим и занимающим особое место видом колебаний являются колебания гармонические, и потому гармонический осциллятор занимает своё важное место на страницах учебной литературы. Так было до создания квантовой механики, не изменилась ситуация и с её созданием. Однако в квантовой механике, в отличие от "классики", для гармонического осциллятора энергетический спектр уже не является непрерывным, а представляет собой набор дискретных уровней, отделённых друг от друга равными энергетическими интервалами.

 При иссдедовании вольт-амперныых характеристик квантово-классической колебательной системы было установлено наличие процессов декогерентизации, даже для такой простой квантовой системы как механический осциллятор. Американскими учеными при температуре близкой к нулевой была исследована простая модельная система - механический осциллятор с электрическим туннельным переходом.

Рисунок 9.1 Схематическое изображение квантово-классической колебательной системы

Условия туннелирования электронов в такой системе (рисунок 9.1) зависят от положения металлического шарика и, таким образом, колебания шарика модулируют ток через туннельный переход. При нулевой температуре осциллятор совершает нулевые колебания; в режиме низких напряжений осциллятор не может перейти в возбужденное состояние под действием электрического тока. Однако при более высоких напряжениях, приложенных к переходу, при туннелировании электронов осциллятор может быть возбужден (что, в свою очередь, приводит к изменению условий туннелирования). При этом наличие дробового шума (флуктуаций электрического тока, связанных с дискретностью заряда) должно приводить к тому, что в процессе электрических измерений происходит декогерентизация и квантовая система (осциллятор) становится эффективно классической.

Хотя переход от квантового поведения к классическому рассматривается при нулевой температуре, уже сейчас возможно проведение подобных экспериментальных исследований с помощью одноэлектронных устройств, работающих при очень низких температурах (милликельвины).

Квантовый осциллятор имеет только одну собственную степень свободы: его собственная энергия полностью определяется его частотой – согласно формуле Планка. Классический же осциллятор имеет две собственные степени свободы: его энергия зависит не только от частоты, но и от амплитуды колебаний. В отличие от классических осцилляций, квантовые осцилляции не имеют амплитуды. Это свойство можно объяснить при допущении, что квантовые осцилляции являются последовательными скачкообразными сменами всего лишь двух “квантовых положений”. Временная развёртка квантовых осцилляций представляет собой не синусоиду, а меандр, верхние и нижние отрезки которого соответствуют пребыванию квантового осциллятора в том или ином из двух своих квантовых положений, причём размах между ними по оси ординат не имеет физического смысла. Квантовый осциллятор, таким образом, является принципиально негармоническим; строго говоря, он и осциллятором то не является, было бы правильнее называть его квантовым пульсатором.

Квантовые пульсаторы являются элементарными “кирпичиками”, из которых построено вещество. Примером квантового пульсатора может служить, например, электрон, но что пульсирует в электроне – пока неизвестно. Квантовый пульсатор выражает собой идею движения во времени в чистом виде: смены его квантовых положений могут происходить в одной пространственной точке, без какого-то ни было движения в пространстве. Пространственное перемещение частиц вещества выражает собой развитие этой идеи, такое перемещение является движением и во времени, и в пространстве – причём существенно, что изначальное движение квантового пульсатора во времени просто дополняется перемещением этого пульсатора, как целого. 

 

⇐ Предыдущая30313233343536373839Следующая ⇒

Поделиться: