Классическая механика изучает

Физические основы квантовой механики

Явления, противоречащие классической физике: устойчивость атомов, фотоэффект, спектр равновесного излучения, эффект Комптона. Гипотеза Планка о квантовании энергии осциллятора. Гипотеза Эйнштейна о квантах электромагнитного поля. Импульс фотона.

Классическая механика изучает

Основными понятиями классической механики являются понятия материального тела, материальной точки, движения материальной точки по определенной траектории и силы как причины тех или иных особенностей движения материальных тел и точек. Хотя классическая физика в современном понимании начинается с Ньютона, основные понятия и представления, на которых она базируется, зародились задолго до него.

Что такое квантовая механика? В каком отношении к классической физике находится квантовая механика? Каким специалистам она нужна? Итак, что такое квантовая механика?

На поставленный вопрос можно ответить по-разному. Прежде всего квантовая механика — это теория, описывающая свойства материи на уровне микроявлений', она рассматривает законы движения микрообъектов. Микрообъекты (молекулы, атомы, элементарные частицы) — основные «действующие лица» в квантовой механике. С более широкой точки зрения квантовую механику следует рассматривать как теоретическую основу современного учения о строении и свойствах вещества. По сравнению с классической физикой квантовая механика рассматривает свойства вещества на более глубоком, более фундаментальном уровне. Она позволяет раскрыть многие «почему?», остававшиеся без ответа в классической физике. Почему, например, алмаз тверд? Почему электропроводность полупроводника растет с увеличением температуры?

Примеры чисто квантовых явлений

Эффект Казимира— эффект, заключающийся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Чаще всего речь идёт о двух параллельных незаря­женных зеркальных поверхностях, размещённых на близком расстоянии, однако эффект Казимира суще­ствует и при более сложных геометриях.

Причиной эффекта Казимира являются энергетиче­ские колебания физического вакуума из-за постоян­ного рождения и исчезновения в нём виртуальных частиц. Эффект был предсказан голландским физи­ком Хендриком Казимиром (Hendrik Casimir, 1909— 2000) в 1948 году, а позднее подтверждён экспери­ментально.

Суть эффекта

Согласно квантовой теории поля, физический ваку­ум представляет собой не абсолютную пустоту. В нём постоянно рождаются и исчезают пары виртуальных частиц и античастиц — происходят постоянные ко­лебания (флуктуации) связанных с этими частицами полей. В частности, происходят колебания связан­ного с фотонами электромагнитного поля. В вакуу­ме рождаются и исчезают виртуальные фотоны, со­ответствующие всем длинам волн электромагнитно­го спектра. Однако в пространстве между близко рас­положенными зеркальными поверхностями ситуация меняется. На определённых резонансных длинах (це­лое или полуцелое число раз укладывающихся между поверхностями), электромагнитные волны усилива­ются. На всех остальных же длинах, которых больше, напротив, подавляются (то есть, подавляется рожде­ние соответствующих виртуальных фотонов). Проис­ходит это вследствие того, что в пространстве между пластинами могут существовать только стоячие вол­ны, амплитуда которых на пластинах равна нулю. В результате, давление виртуальных фотонов изнутри на две поверхности оказывается меньше, чем давле­ние на них извне, где рождение фотонов ничем не ограничено. Чем ближе друг к другу поверхности, тем меньше длин волн между ними оказывается в ре­зонансе и больше — оказывается подавленными. Та­кое состояние вакуума в литературе иногда называ­ется вакуумом Казимира. Как следствие, растёт сила притяжения между поверхностями.

Явление можно образно описать как «отрицательное давление», когда вакуум лишён не только обычных, но и части виртуальных частиц, то есть «откачали всё и ещё чуть-чуть». С этим явлением связан также дис­куссионный

Аналогия

Явление, схожее с эффектом Казимира, наблюдалось ещё в XVIII веке французскими моряками. Когда два корабля, раскачивающихся из стороны в сторо­ну в условиях сильного волнения, но слабого ветра, оказывались на расстоянии менее приблизительно 40 метров, то в результате интерференции волн в пространстве между кораблями прекращалось волнение. Спокойное море между кораблями создавало мень­шее давление, чем волнующееся с внешних бортов кораблей. В результате возникала сила, стремящаяся столкнуть корабли бортами. В качестве контрмеры, руководство по мореплаванию начала 1800-х годов рекомендовало обоим кораблям послать по шлюпке с 10—20 моряками, чтобы расталкивать корабли.

Также эффект напоминает кинетическую теорию гравитации Лесажа, заключающуюся в сталкивании тел друг с другом под давлением неких гипотетических частиц.