Квантовая механика постулаты

Квантовая механика – это раздел физики, который описывает поведение объектов на квантовом уровне, то есть при малых размерах или энергиях. Он был разработан в первой половине 20 века и завершил перегрузку классической механики, которая не могла объяснить многие явления на уровне атомов и молекул.

Квантовая механика базируется на трех основных постулатах:

1. Состояние квантовой системы описывается волновой функцией, которая содержит всю информацию об объекте.
2. Измерение свойств квантовых объектов неизбежно меняет их состояние, в соответствии с принципом неопределенности Хайзенберга.
3. Измерения квантовых систем могут давать только вероятностные результаты.

Из-за этих постулатов, квантовая механика запутывает интуицию и логику классической механики, и приводит к некоторым странным последствиям, таким как квантовая запутанность.

В настоящее время квантовая механика является фундаментальным элементом многих областей, включая криптографию, квантовые компьютеры, медицину и теорию информации.

Состояния квантовых систем и волновые функции

Ключевой элемент квантовой механики – это состояния квантовых систем. Существует много способов описания состояний квантовых систем, но наиболее распространенный подход – это использование волновой функции.

Волновая функция – это математическая функция, которая описывает вероятность нахождения квантовой частицы в различных состояниях. В отличие от классической механики, где движение частиц описывалось траекторией, в квантовой механике движение описывается вероятностным распределением.

Важно отметить, что волновая функция не описывает сам объект, а лишь вероятность нахождения его в различных состояниях. Кроме того, волновая функция не может быть измерена напрямую, вместо этого использовав распределение вероятностей в различных состояниях.

Один из главных парадоксов квантовой механики заключается в том, что если квантовая система находится в состоянии неопределенности, т. е. ее волновая функция не сводится к одной точке, то при измерении объект примет только одно состояние. В классической механике этого не происходит: если движущийся объект имеет неопределенный импульс, его движение можно предсказать с определённой степенью точности. В квантовых системах, напротив, необходимо быть уверенным в том, что измерение совершено так, что волновая функция прекратит быть неопределённой. По словам физика Франка Вилчека, эта особенность квантовых систем противоречит «здравому смыслу» и является «самой глубокой загадкой физики».

Квантовая запутанность

Возможность наличия квантовой запутанности – это еще одна характерная черта квантовой механики.

Квантовая запутанность описывает коррелированные свойства двух или более объектов, которые не могут быть описаны отдельно друг от друга. Главная отличительная черта квантовой запутанности – билинейность. То есть, если две квантовые системы запутаны между собой, изменение состояния одной из них автоматически изменит и состояние второй системы, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга.

Квантовая запутанность приводит к таким странным последствиям, как классическое противоречие о Еве и Алисе: когда две запутанные частицы взаимодействуют друг с другом, они могут общаться таким образом, что злоумышленнику, перехватившему информацию, будет невозможно получить её в исходном виде. Это явление лежит в основе квантовой криптографии.

Принцип неопределенности Хайзенберга

Принцип неопределенности Хайзенберга устанавливает, что точно измерить одновременно координату и импульс квантовой частицы невозможно. Точность измерения одного параметра приводит к расплыванию другого параметра. Это прямо противоречит классической механике, где координаты и импульс могут быть измерены с произвольной точностью.

Судя по всему, квантовая механика недостаточно абстрактна, чтобы не вызывать сомнений в её парадоксальности и разгадке по странности. Она выглядит неуловимо маленькой в нашем масштабе восприятия мира. Однако, эта малость в неё внесённая, делает её необыкновенным и самым сильным на свете инструментарием в современной науке, культуре и технологиях.