» » » » » » » Interacţia mecanicii cuantice cu alte teorii ale fizicii

Interacţia mecanicii cuantice cu alte teorii ale fizicii

mecanica cuantică

Normele fundamentale ale mecanicii cuantice sunt foarte largi. Ele afirmă că spațiul de stare al unui sistem este un spațiu Hilbert și observabilele sunt operatori Hermitiani care acționează în acest spațiu, dar nu ne spune care spațiu Hilbert sau care operatori. Acestea trebuie să fie aleşi în mod adecvat pentru a obține o descriere cantitativă a unui sistem cuantic. Un ghid important pentru a face aceste alegeri este principiul de corespondență, care prevede că predicțiile mecanicii cuantice se reduc la fizica clasică (de exemplu, non-cuantică) atunci când un sistem devine de mari dimensiuni, cunoscută ca limita clasică sau corespondentă. Prin urmare, se poate porni de la un model clasic al unui anumit sistem, și să se încerce să se ghicească modelul cuantic de bază, care dă naștere la modelul clasic în limita corespondentă.

Când mecanica cuantică a fost formulată inițial, aceasta a fost aplicată la modele a căror limita corespondentă a fost mecanica clasică non-relativistă. De exemplu, cunoscutul model cuantic al oscilatorului armonic folosește o expresie explicit non-relativistă pentru energia cinetică a oscilatorului, și este, astfel, o versiune cuantică a oscilatorului armonic clasic.

Încercări timpurii de a fuziona mecanica cuantică cu relativitatea specială au implicat înlocuirea ecuației Schrödinger cu o ecuație covariantă, cum ar fi ecuația Klein-Gordon sau ecuația Dirac. În timp ce aceste teorii au avut succes în a explica multe rezultate experimentale, au anumite calități nesatisfăcătoare care decurg din neglijarea lor a creării și anihilării de particule relativiste. O teorie cuantică relativistă completă necesită dezvoltarea teoriei câmpului cuantic, care aplică cuantificarea unui câmp, mai degrabă decât unui set fix de particule.Prima teorie completă a câmpului cuantic, electrodinamica cuantică, oferă o descriere complet relativistă a interacțiunii electromagnetice.

Întregul sistem al teoriei câmpului cuantic este de multe ori ne-necesar pentru a descrie sistemele electrodinamice. O abordare mai simplă, folosită de la începutul mecanicii cuantice, este de a trata particulele încărcate ca obiecte ale mecanice cuantice fiind acționate de un câmp electromagnetic clasic. De exemplu, modelul cuantic elementar al atomului de hidrogen descrie câmpul electric al atomului de hidrogen folosind un potenţial Coulomb clasic 1/r. Această abordare „semi-clasică” eșuează dacă fluctuațiile cuantice în câmpul electromagnetic joacă un rol important, cum ar fi în emisia de fotoni de particule încărcate.

S-au dezvoltat teorii ale câmpului cuantic pentru forța nucleară tare și forța nucleară slabă. Teoria câmpului cuantic pentru forța nucleară tare este cromodinamica cuantică, care descrie interacțiunile particulelor subnucleare, quarcii și gluonii. Forța nucleară slabă și forța electromagnetică au fost unificate, în formele lor cuantificate, într-o singură teorie a câmpului cuantic cunoscută sub numele de teoria electroslabă.

S-a dovedit a fi dificil de construit modele cuantice pentru gravitaţie, forța fundamentală rămasă. Aproximări semi-clasice sunt viabile, și au condus la predicții, cum ar fi radiatiile Hawking. Cu toate acestea, formularea unei teorii complete a gravitației cuantice este împiedicată de incompatibilități evidente între relativitatea generală, teoria cea mai precisă a gravitaţiei cunoscută în prezent, şi unele dintre ipotezele fundamentale ale teoriei cuantice. Rezolvarea acestor incompatibilități este un domeniu de cercetare activ.

Aproximările semi-clasice sunt tehnici care permit să se formuleze o problemă cuantică cu unele cantități fizice înlocuite cu analogii lor clasici, într-un efort de a reduce complexitatea modelului. Chiar și în mecanica cuantică non-relativistă, un studiu complet microscopic necesită în general calcule numerice pe scară largă. Soluțiile cuantice analitice care descriu comportamentul sistemului în ceea ce privește funcțiile matematice cunoscute, sunt disponibile doar pentru o clasă mica de sisteme, din care oscilatorului armonic și atomul de hidrogen sunt cei mai importanți reprezentanți.

Chiar şi atomul de heliu, care conține doar un electron mai mult decât hidrogenul, sfidează toate încercările de tratare complet analitică în mecanica cuantică. Într-o astfel de situație, rezultatele semi-clasice aproximative pot oferi perspective valoroase. Metodele necesare se bazează pe o înțelegere detaliată a mecanicii clasice corespunzătoare, permiţând în particular existența haosului. Studiul acestor aproximări face parte din domeniul haosului cuantic.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *