Понятия классических и квантовых систем

Без понятия «колебаний» невообразима современная физика, а исторически первым отлично исследованным видом колебаний были механические колебания. Простым и занимающим особенное место видом колебаний являются колебания гармонические, и поэтому гармонический осциллятор занимает своё принципиальное место на страничках учебников. Так было до сотворения квантовой механики, не поменялась ситуация и с её созданием. Но в квантовой механике, в отличие от «классики», для гармонического осциллятора энергетический диапазон уже не является непрерывным, а представляет собой набор дискретных уровней, отделённых друг от друга равными энергетическими интервалами.

Южноамериканские ученые не так давно проявили, что при помощи электронных измерений (регистрируя вольт-амперные свойства) можно изучить процесс декогерентизации для таковой комфортной квантовой системы как механический осциллятор. В работе теоретиков из Лос Аламоса рассматривается (при нулевой температуре) обычная модельная система — механический осциллятор поблизости электронного туннельного перехода (рис. 9.1).

Рис. 9.1 Схематическое изображение квантово-классической колебательной системы.

Условия туннелирования электронов зависят от положения железного шарика и, таким макаром, 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 электронного тока. Но при более больших напряжениях, приложенных к переходу, при туннелировании электронов осциллятор может быть возбужден (что, в свою очередь, приводит к изменению критерий туннелирования). При всем этом наличие дробового шума (флуктуаций электронного тока, связанных с дискретностью заряда) должно приводить к тому, что в процессе электронных измерений происходит декогерентизация и квантовая система (осциллятор) становится отлично традиционной. Ситуация подобна той, что имеет место для квантовой системы, находящейся в термостате при ненулевой температуре, потому можно гласить об “действенной температуре”, которая прямо пропорциональна приложенному напряжению.

Хотя переход от квантового поведения к традиционному рассматривается при нулевой температуре, уже на данный момент может быть проведение схожих экспериментальных исследовательских работ при помощи одноэлектронных устройств, работающих при очень низких температурах (милликельвины).

Квантовый осциллятор имеет только одну свою степень свободы: его собственная энергия стопроцентно определяется его частотой – согласно формуле Планка. Традиционный же осциллятор имеет две собственные степени свободы: его энергия зависит не только лишь от частоты, да и от амплитуды колебаний. В отличие от традиционных осцилляций, квантовые осцилляции не имеют амплитуды. Это свойство можно разъяснить при допущении, что квантовые осцилляции являются поочередными скачкообразными сменами всего только 2-ух “квантовых положений”. Временная развёртка квантовых осцилляций представляет собой не синусоиду, а меандр, верхние и нижние отрезки которого соответствуют пребыванию квантового осциллятора в том либо ином из 2-ух собственных квантовых положений, причём размах меж ними по оси ординат не имеет физического смысла. Квантовый осциллятор, таким макаром, является принципно негармоническим; строго говоря, он и осциллятором то не является, было бы вернее именовать его квантовым пульсатором.

Квантовые пульсаторы являются простыми “кирпичиками”, из которых выстроено вещество. Примером квантового пульсатора может служить, к примеру, электрон. Что пульсирует в электроне – пока непонятно; но физический смысл у квантовых пульсаций электрона никак не меньше, чем у его комптоновской длины волны, которая точно соответствует частоте этих пульсаций.

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 значительно, что изначальное движение квантового пульсатора во времени просто дополняется перемещением этого пульсатора, как целого. Таким макаром, находится принципиальное разграничение меж энергией движения квантового пульсатора во времени и энергией его движения в пространстве: 1-ая, т.е. собственная энергия квантового пульсатора, присуща ему всегда, а 2-ая, т.е. его кинетическая энергия – не всегда.