: Если можно, я буду двигаться в теме пошагово, не опережая этапность. Сейчас, когда я прочитал автореферат диссертации, я могу говорить лишь о двух вещах:
: 1. об актуальности эксперимента, при том в подчеркнуто "иллюстрационном" виде, не "новаторском"
: 2. о сборе стартовой информации - о стартовых понятиях (например, что такое "измерение" импульса) и о том, что уже сделано в данной области (кто еще и как именно осуществлял иллюстрирующие эксперименты, осуществлял ли для иллюстрация эффекта квантовой неопределенности)
:
: ОБ АКТУАЛЬНОСТИ
:
: Как следует из общей характеристики работы, актуальность диссертационной темы вызвана тем, что:
: 1. новый раздел физики, гравитационно-волновая астрономия, требует особо чувствительных измерительных приборов
: 2. повышение чувствительности измерительных приборов с необходимостью требует учета квантовых эффектов
: 3. диссертационная тема реагирует на данное требование, в диссертации разрабатываются соответствующие методы, учитывающие квантовые эффекты, исходящие из них.
:
: Если мы хотим разработать в виде идеи и затем осуществить опыты по иллюстрации квантовых неопределенностей, в частности осуществить иллюстрацию принципа неопределенностей Гейзенберга, мы должны исходить из аналогичной актуальности, подготовив что-то вроде обзора прогнозов о том, что в процессе ожидаемого развития физики (= появления в ней новых разделов) будет играть все большую роль учет квантовых эффектов, а значит надо помочь студентам войти в курс дела, освоиться с квантовыми понятиями, разобраться на иллюстрирующих примерах с их предметным реальным смыслом.
Согласен. Важный начальный момент.
: На примере такого нового раздела физики как гравитационно-волновая астрономия это вполне видно, что актуальность существует. Поскольку в отличие от Вас, Алексей, с данной тематикой я раньше не "пересекался", то для меня это видно исключительно по материалам диссертации Ш.Л. Данилишина - актуальность иллюстрирующих экспериментов есть продолжение актуальности учета квантовых эффектов.
:
: Но пример такого раздела не единственный. Мы должны охватить весь спектр аналогичных примеров.
Согласен.
: Вторым номером после гравитационно-волновой астрономии идут, конечно же, нанотехнологий. Когда устройства будут очень маленькими, то квантовые эффекты начнут играть решающую роль, и тем, кто в будущем будет работать с нанотехнологиями, надо освоиться и набить руку на квантовых понятиях. Насколько я понял из сетевых источников, пока что квантовые эффекты для нанотехнологий связаны исключительно с силой Казимира.
Да, конкретных примеров необходимости учета квантовых эффектов в нано - области я ярко не припомню, чтобы встречал. Но в меня вселяет надежду то, что если эффект второго порядка малости - силу Казимира приходится учитывать, то уж эффект первого порядка малости, по идее, должен быть тем более где-то востребован.
Выскажу принципиальную абстрактную мысль относительно области применимости квантовых эффектов в нанотехнологиях.
С нанотехнологиями связаны такие понятия как наноинструменты, наномашины. Для их сборки и управлением работой необходимо брать одни детали в одном месте и класть в другом. Если эти детали состоят из сотен молекул, то квантовые эффекты, вроде, вполне могут проявиться. Особенно если учесть, что для того, чтобы уменьшить негативное влияние тепловых шумов на процесс работы (сборки и т.п.) наноустройств имеет смысл 'значительно' снизить температуру, то роль квантовых эффектов увеличится. Допустим, микроманипулятор (в некотором смысле условно) берет что-то и кладет куда-то. Но каждый раз класть в одно и то же место не получается. Т.к. проявляется квантовая 'размазанность'. Точно так же как и в грав. экспериментах, где 'частица' - многотонная болванка случайным, квантовым образом смещается. Но т.к. масса нашей наночастицы на пару десятков порядков меньше, то эффект будет значительно ощутимее. Если уж его научились мерить в таком макроскопическом случае, то уж в микрослучае квантовый эффект, по идее, должно быть померить гораздо легче.
И так, наночастицы берется в одном месте и 'бросается' манипулятором в другое требуемое. Но всякий раз не попадает туда из-за квантовой неопределенности, а попадает куда-нибудь рядом. Для того, чтобы прогнозировать, оценивать время, необходимое для создания манипулятором нужного устройства, требуется определить число попыток, которое необходимо произвести для того, чтобы выполнить данное правильно попадание. Если будет известен закон распределения попадания в ту или иную точку при бросании из данной точки, то он позволит сделать эту оценку. Уравнение Шредингера дает лишь вероятностное распределение, но не дает условное вероятностное распределение при условии, что частица вылетает из данной точки в данный момент времени. А именно оно, возможно, нужно для указанной оценки.
Собственно, если бы не было колебания болванки в гравитационном эксперименте, обусловленного гравитационными волнами, и других помех, кроме квантовой, то установка регистрировала бы случайную функцию x(t), являющуюся ни чем иным как квантовым 'дрожанием' болванки. Его регистрируют и сейчас, но не в чистом виде. Т.к. много разных других посторонних фактов: не успеют выявить один не учтенный шум, как находят другой. В нано - области ситуация существенно упрощается. Т.к. квантовый 'шум' там на десяток порядков выше.
: Я предлагаю "копнуть", собрав полную информацию, обосновав актуальность.
:
: О СБОРЕ СТАРТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
:
: К сожалению, я не могу быстро собирать информацию. Возможности поисковика ограничены. Он дает много лишних ссылок, а нужной информации практически нет. В частности, я пока что не то, что не нашел информацию о состоянии дел (кто и какие иллюстрирующие эксперименты делал или делает, разъясняя что такое квантовая неопределенность), но даже не нашел информацию о том, что такое "измерение" импульса, не важно, в классическом ли, квантовом ли смысле.
:
: PS
:
: : На этот счет у меня есть сложившееся устойчивое мнение. Считаю, что эксперимент свидетельствует в пользу стохастической интерпретации квантовой механики. Она рассматривает поведение квантовой частицы наподобие Броуновской частицы. Квантовая частица 'дрожит'. На это 'дрожание' накладывается поступательное ее движение, описываемое квантовомеханическим потоком (Т.е. плотностью потока, следующей из уравнения Шредингера). При этом причина 'дрожания' состоит ни в чем. Т.е. это принципиально ничем не определяемое стохастическое поведение. Наподобие тому, как это у Фейнмана: частица движется по определенным траекториям, но эти траектории не детерминированы, а случайны. Только в отличие от Фейнмановского подхода здесь складываются не амплитуды, а вероятности переходов и не нарушается классический закон сложения вероятностей. Существуют разные конкретные реализации стохастической интерпретации. Например, I. Fenyes, Zs. f. Phys., 132,81 (1952).
:
: Я предлагаю все же пока "притормозить", ограничившись операционной интерпретацией.
:
: Операционная интерпретация - это когда делается эксперимент, после чего его результаты становятся частью операционного определения или иллюстрации соответствующего квантового понятия. Подобная "примитивизация" полезна для нас, поскольку прежде всего мы сами должны разобраться, по возможности как можно больше нейтрально, привязываясь лишь к тому, что видим в опыте.
: Что касается меня, то я стараюсь избегать любых аналогий квантовых процессов с чем-либо, в том числе со стохастическим "дрожанием" квантовых частиц.
:
: : Есть идея одного эксперимента. По оценкам, вроде бы, вполне реализуемая по состоянию современной техники. И, может быть даже ничего особенного не потребуется. И, вроде бы, не требует относительно больших затрат. Она призвана показать стохастическое 'дрожание' квантовой частицы. Т.е. того квантового 'дрожания' координаты, которое наблюдается в 'дрожании' несколькотонных болванок в гравитационных экспериментах, только для микрочастиц. Например, электрона. В эксперименте поток электронов будет проходить, например, через щель или щели и будет измеряться вероятность его перехода из точки в точку за данный момент времени. Подобно тому как в одном эксперименте в коллоидном растворе наблюдалось движение Броуновских микрочастиц. Для Броуновской частицы вероятность перехода теоретически вычисляется. Она должна совпадать с непосредственным наблюдением. Принципиально отдаленно подобное предлагаю проделать в эксперименте и с квантовой частицей. Это позволит не только проиллюстрировать 'квантовую неопределенность', но и позволит сделать выбор между той или иной реализацией стохастической интерпретации квантовой механики. Более детальный анализ показывает, что особого' выбора в вариантах стохастической интерпретации нет (Поскольку они во многом определяются Марковостью процесса и предположением о том, что квантовая частица 'дрожит' не с очень 'большой' амплитудой, что вполне естественно).
:
: Это очень интересная идея, как для меня. Хотя я призываю к нейтральности и операционности, хорошие идеи - моя слабость :)
:
: К тому же это просто любопытно.
:
: Но тем не менее, независимо от интерпретации квантовой теории, мы должны просто показать на опыте, что же такое квантовая неопределенность.
: Только и всего. Остальное доделают умы студентов, переварив иллюстрирующие показы и выработав с их учетом квантове понятие.
:
: : Непосредственно предполагаемый эксперимент может состоять в следующем.
: : Имеем 2 экрана с двумя отверстиями. На первый экран падает поток моноэнергетических (Чтобы легче было проводить расчеты. Т.к. в случае 'плоской' падающей волны они проще) электронов. Отверстия 'очень' маленькие, так, чтобы, в некотором приближении, можно было считать, что координата электрона измеряется точно. В отверстии 'сидит' устройство, которое фиксирует время прохождения через него электрона. На втором экране во втором отверстии 'сидит' аналогичное устройство, которое измеряет время прибытия электрона. Проделывая серию экспериментов с разным относительным пространственным расположением отверстий можно экспериментально найти вероятность перехода квантовой частицы из данной точки в другую точки при заданных конечных и начальных моментах времени. Если даже не будет обнаружено совпадения с предсказанием одного из вариантов стохастической интерпретации, то сами по себе экспериментальные данные можно будет как-то аналитически аппроксимировать и они уже, в таком виде, будут представлять интерес для нанотехнологий. Кроме того, они будут являть экспериментальной предпосылкой для построения правильной реализации стохастического подхода. Что открывает, на мой взгляд, богатое поле для новых теоретических исследований.
:
:
: А как Вы в очень маленькое (квантовое) отверстие засунете устройство ?
Отверстие должно быть лишь меньше, чем квантовый разброс на экране. Он, по порядку, равен l=sqrt(h/m*t), где t - время пролета до экрана. Допустим, очень грубо, что электроны как-то 'сильно' остужены, что до экрана они будут лететь 1 сек (Вроде в УФН читал о каких-то подобных экспериментах по созданию моноэнергетических частиц). Тогда квантовое отклонение от прямолинейного движения электрона будет порядка сантиметра. Т.е. в этом случае, необходимо. Чтобы отверстие было много меньше сантиметра. Если учесть, что делают наномоторы размером с волосок и даже с молекулу фуллерена, то, мне кажется, запас большой. Т.е., надеюсь, принципиальной проблемы быть не должно.
: разве оно туда влезет, будучи еще меньшим, чем само отверстие, а поэтому больше квантовым ?
:
: : Задуманный эксперимент, по сути, был бы первым экспериментальным шагом на пути создания новой, более 'микроскопической' теории, чем квантовая механика (Да простят меня модераторы :>)). Которая позволяет вероятностным образом предсказывать куда будет перескакивать микрочастица. Знание этой информации становится актуальным в нанотехнологиях. Которые подошли к границе, где такие 'дрожания' начинают наблюдаться. Так что задуманный эксперимент ловит сразу трех востребованных на сегодняшний день 'зайцев': 1) Демонстрационная потребность.
:
: Эта мысль - всего лишь мотив, который воодушевляет Вас. Мой мотив, к слову, другой - я просто хочу сам с помощью задуманного иллюстрирующего эксперимента понять квантовые идеи.
:
:
: : 2) Внутретеоретическая потребность
: : 3) Практически намечающаяся потребность в нанотехнологиях.
:
: : Предложенный эксперимент получается не совсем иллюстративным, поскольку преследует рассмотрения принципиально новых вещей. Но, с другой стороны, если верна стохастическая интерпретация, то такой эксперимент станет каноническим иллюстративным экспериментом для будущих поколений.
:
: Итак, мы оба мотивированы, пусть и разным мотивом. за работу :)
:
: Но как все-таки добывать стартовую информацию, чтобы понять, что уже сделано в данной области ?
Может быть, задать вопросы на англоязычных форумах. За рубежом, на сколько знаю, эта область развивается гораздо интенсивнее.
Вот ряд ссылок на англоязычные форумы по физике:
1. Англоязычные форум по физике (и др.): http://groups.google.com/groups?hl=en&lr=&...
а. По физике: http://groups.google.com/groups?hl=en&lr=&...
б. По частицам: http://groups.google.com/groups?hl=en&lr=&...
2. Quantum Mechanics forum of Science Forums
(Есть по химие, программированию) http://www.scienceforums.net/forums/forumdisplay.p...
3. Quantum Mechanics Forum Frigate: http://killdevilhill.com/z/yscienced/QuantumMechan... (Был 'мертвый')
4. Quantum Mechanics Astronomy Forums: http://astronomyphysics.com/list.php?f=34
wilmott - форумы: http://www.wilmott.com/index.cfm?NoCookies=Yes&forumid=1
5. WILMOTT BOOK FORUM (тема Dynamical Theories of Brownian Motion): http://www.wilmott.com/categories.cfm?catid=11
6. По науке вообще (напр., биология) и по кв. м. - в частности: http://www.physicsforums.com
7. Англоязычный форум по астрономии: http://www.academici.com/net/astronomy
К сожалению, у меня занимает очень много времени для того, чтобы более - менее сформулировать вопрос на английском.
: Понятно, что иллюстрирующие эксперименты - не те, которые печатаются в журналах, где можно обычно искать информацию, поэтому в каком-то смысле мы первопроходцы, которым из-за этого тяжело.
:
: PPS
:
: Начал читать методические заметки http://data.ufn.ru//ufn81/ufn81_2/Russian/r812f.pdf
:
: Это пока мой единственный "улов" из сети, хоть как-то связанный со сбором стартовой информации
Предполагаю, что имеет смысл как-то выйти на зарубежных 'нанотехнологов' с целью задаться вопросом, какие принципиальные вопросы стоят в этой области и связаны они с квантовой неопределенностью.
Предполагаю, что квантовая неопределенность может быть актуальной при нанонапылении определенной формы. Может быть, в квантовой химии тоже есть какие-то задачи, которые будут нам интересны с точки зрения поиска материала для осознания актуальности предполагаемого эксперимента? |
» Общий форум