40. Состояние квантово-механической

системы. Различие между закономерностями статистическойклассической физики

И статистическими закономерностями квантовой механики

Понятие состояния в квантовой физике включает в себя характеристики макроокружения, которые приготавливают объект определенным образом для исследования.

Вследствие фундаментальной особенности явлений мик­ромира, математическим выражением которой является со­отношение неопределенностей Гейзенберга, фиксирующее на­личие у частиц как корпускулярных, так и волновых свойств, в квантовой механике можно говорить лишь о вероятности того или иного значения динамической переменной и о сред­нем значении динамической переменной, а не об ее опреде­ленном числовом значении в данный момент времени. По­этому классическое описание движения частиц в квантовой механике теряет смысл. Весь анализ явлений микромира про­водится на языке понятий классической физики, таких как волна и частица, постольку, поскольку мы не обладаем ины­ми понятиями. Ирония здесь состоит в том, что эти клас­сические понятия отражают свойства объектов микромира неполно и односторонне. В квантовой механике вектором состояния является волновая функция \|/. Великий австрий­ский физик Э. Шредингер, проникшись идеей Л. де Бройля о волнах материи, создал теорию, в которой дискретные ста­ционарные состояния энергии уподоблялись стоячим волнам какой-либо системы. В аппарат квантовой теории прочно вошло в качестве ее основного уравнения уравнение Шредингера относительно волновой функции \|/. Сам Шредингер интерпретировал \|/ - функцию как реальный волновой процесс в пространстве и во времени, который, в конечном счете, I должен приводить к отрицанию дискретных состояний и квантовых скачков. Однако дальнейшее развитие теории показало неадекватность подобных представлений, и волновая функция стала интерпретироваться как волна вероятности, а квадрат её модуля — как мера вероятности обладания микрообъектом определенной координаты или в другой, дополнительной к цервой' физической ситуации — определенного импульса. И так, волновая функция получила статус волны вероятности, чем еще раз подчеркивается статистический, вероятностный характер поведения микрообъектов. Казалось бы, что о при­чинно-следственном описании движения объектов следует за­быть. Однако это не так. Уравнение Шредингера описывает эволюции \|/-функции с течением времени, является детер­минированным и обратимым. Детерминированность и обра­тимость уравнения Шредингера определяют ситуацию в кван­товой механике, аналогичную ситуации в классической меха­нике, однако квантовая механика обладает важным отличием, состоящим в том, что в квантовой теории предсказуемы только вероятности, а не отдельные события. Волновая функция представляет собой полную характеристику состояния: зная волновую функцию \|/, можно вычислить вероятность обнару­жения определенного значения физической величины и сред­ние значения физических величин. Существует важное раз­личие между описанием состояния в статистической физике и в квантовой механике. Статистические закономерности в классической физике являются результатом взаимодействия большого числа частиц, поведение каждой из которых опи­сывается законами классической механики. Если система состоит из малого числа частиц, то статистические законо­мерности перестают действовать, соответствующие ста­тистические понятия теряют смысл. В квантовой же механи­ке, согласно экспериментам, статистические закономернос­ти отражают свойства каждой отдельной микрочастицы.