Хотя я тоже считаю, что не всякий с/с оператор наблюдаемая, но тут есть проблема: в классической механике наблюдаемые это и
и
, а тогда
это если не наблюдаемая, то "вычисляемая" (функция от наблюдаемых), но после квантования это не работает.
Да. Это огромная проблема.
Дело в том, что в физике, в той части, которая изучает реальный мир, вообще нету какого-то аналога математического вывода, импликации. В математике, если есть
то есть вытекающее из него
В физике, если у вас есть опыт
то про опыт
не гарантировано вообще ничего! Он может реально совпадать с предсказанием, он может не совпадать, его может быть затруднительно провести (так что проверка откладывается на будущее), нереально на текущем уровне науки, или вообще никогда в нашей Вселенной.
Реально, чтобы сказать что-то об опыте
нужна научно-познавательная операция
экстраполяции (или
интерполяции, но об этом не будем). И обычно она не работает! Вот это математикам хорошо бы понимать.
Для примера, скажем, рассмотрим понятие длины, расстояния, и соответственно, координаты на пространственной оси. Пока мы рисуем по клетчатой бумаге, всё нормально, у нас есть
линейка. Но попробуем измерять малые расстояния:
- сначала нам потребуется микрометр;
- потом и он откажет, понадобится интерферометр - в качестве "деления линейки" используется длина волны света;
- потом и этого не хватит, потребуются микроэлектронные технологии - например, зеркальца микронных масштабов в атомных сканирующих микроскопах;
- но на уровне ниже атомов - всё это не "катит". Требуется изобретательность и квантовая механика, чтобы переводить расстояние в энергетические характеристики, и измерять потенциалы молекул, и энергии разгоняемых частиц. Последний метод - работает ещё где-то на 10 порядков вглубь, но сейчас каждый порядок даётся только многолетним международным проектом по постройке нового ускорителя.
А что с большими расстояниями?
- сначала нам понадобится рулетка, потому что твёрдая линейка неудобна :-)
- потом мы перейдём к дальномеру и триангуляции;
- потом к радару, вплоть до планет;
- потом потребуются расстояния до звёзд, их измеряют земным параллаксом, и по собственному движению звёзд;
- потом потребуются исследования астрофизики, в том числе собранная статистика по астрономическим объектам. Таким образом, можно определить расстояния до цефеид, расстояния до шаровых скоплений (сравнивая со светимостью).
- такой же метод используется и дальше: масса сведений о галактиках переводится в оценочные методы измерения расстояний до них. Главный метод здесь - закон Хаббла, но параллельно ему используются и другие методы, чтобы ни один шаг "космической лестницы расстояний" не был продублирован независимой оценкой. Построение этой "лестницы" заняло практически весь 20-й век, от 20-х годов до 1998 года и до первых десятилетий 21 века.
Как видите, ничего похожего на элементарное математическое достижение по импликации.
Точно такие же трудности - огромные! - возникают при переходе от классической физики к квантовой (причём уже классическая, как мы помним, не ограничивается механикой, ну да не будем об этом). Старые измерительные приборы и экспериментальные установки просто не работают. Всё приходится делать с нуля. Причём, даже в классической физике, для измерения
приходилось строить отдельный прибор (хотя бы ради точности), а в квантовой - это абсолютно необходимо, потому что
и
не могут быть измерены одновременно. Измерение одной величины портит возможность измерить другую, потому что измерение, я напоминаю, это проекция.
И по этой же причине, я повторяю, "квантование" - это операция чисто абстрактная, математическая. Нет ни одной физической системы, которую физически удалось бы "проквантовать". Физические системы либо квантовые, либо классические, и всё, третьего не дано. Яблоко - классическое, электрон - квантовый. Это только мысленно можно представить себе, что мы уменьшаем яблоко до размеров электрона, и оно начинает вести себя как электрон - претерпевает квантование. Строго говоря, то, что "электрон до квантования был как яблоко" - это только гипотеза. Подтверждаемая экспериментами с электроном, которые согласуются с уравнением Шрёдингера, но всё-таки гипотеза.
Т.е. хорошо бы чтобы с этим какой-то порядок бы навёлся.
Хорошо бы навести порядок в природе! Но мы не боги.
Меня не интересовала вторая. Первая является частью КМ, но во многих вопросах без неё можно обойтись.
Можно. Но не в вопросе о терминах: можно или нельзя нечто называть состоянием.
Имеет не для уравнения, а для факта описания им реальности.
"Уравнение" в физике - это "уравнение в математике" плюс описание им реальности. Они неразрывны. Примите эту терминологию как факт.
Пример: закон Гаусса в математике -
Закон Гаусса в физике -
Нельзя решать второй закон Ньютона. Можно применять второй закон Ньютона, получать дифференциальное уравнение и его решать.
Ну, это нюансы. Весь этот процесс в целом тоже можно как-то назвать. И обязательно с третьей частью: физическая интерпретация результатов!
Этого я не понимаю. Почему я не могу зафиксировать конкретное состояние, а обязан рассматривать ансамбль? Например, могу ли я рассмотреть одно собственное состояние атома водорода с заданными квантовыми числами?
Можете, но не таким образом. Вы должны сказать: "я приготавливаю атом водорода определённым экспериментальным методом" (который математически сводится к применению проектора), и в том случае, если вам такое состояние доступно. Это вы должны клянчить у экспериментаторов. Они могут позволить или не позволить. Например, для основного состояния атома водорода - запросто. Для возбуждённых - нужно потрудиться, но тоже можно. Но вот состояние в виде дельта-функции в заданной точке пространства - они вам скажут "шиш" и покрутят пальцем у виска. Хотя это "всего лишь" линейная комбинация того, что доступно.
Тогда приготовление такого состояния входит в состав эксперимента. И какое бы ни было состояние до приготовления, после приготовления оно будет уже заданным - не известным, а заданным, это тонкая разница, но важная! (То, что заданное состояние является известным, - это было установлено перед этим поколениями экспериментаторов, для каждого конкретного заданного состояния.) То есть, вы берёте ансамбль исходных состояний, и переводите их в некоторое одно, константной функцией.
Факт того, какие именно числа, получаемые в расчётах, можно интерпретировать в связи с экспериментом, важен и относится к КМ. Но этот вопрос не является срочным. Числа есть, а какие из них важны, можно решить потом.
Этот вопрос становится срочным в тот момент, когда вы эти числа начинаете неправильно называть.
Хорошо, в дальнейшем постараюсь использовать термин КМ в более широком смысле.
Ф-ф-фух! (смайлик, вытирающий пот со лба)