Квантовый переход

[something strange]

Пока писал предыдущие вопросы, вспомнился ещё один. Возьмём, к примеру, атом в возбуждённом состоянии. Квантовая механика описывает его начальное состояние (возбуждённое), конечное состояние (основное) и вероятность перехода из возбуждённого в основное. Но существует ли какой-либо способ (быть может, лежащий за рамками квантовой механики) рассмотреть процесс перехода электрона в атоме? А именно, каким образом он происходит, каким образом рождается фотон (а не так, что вот его не было, а вот он уже летит)? И причину, по которой в течение конечного промежутка времени атом не переходил в основное состояние, а потом перешёл. В квантовой механике, насколько я понимаю, это всё укладывается соотношение неопределённостей энергии и времени. Но если атом, как и любая другая физическая система, стремится в состояние с наименьшей энергией, почему бы ему не перейти в основное состояние сразу после возбуждения, если ему ничего не мешает?

[Munin]

Ему мешает конечность матричных элементов гамильтониана... а так, больше ничего.

[something strange]

А как он потом преодолевает их конечность?

[Munin]

А зачем её преодолевать? За конечное время переход может совершиться и при конечных матричных членах гамильтониана.

[something strange]

И всё же матричные элементы - это математика, а мне хочется понять физические процессы. Например, дифференциальное волновое уравнение - это математика, а струна, совершающая колебания вследствие приложения к ней внешнего воздействия - это физический процесс, который можно качественно понять и без диф. уравнений. А иешать уравнение можно и без понимания описываемого им явления.

[Munin]

something strange в сообщении #1130957 писал(а):

И всё же матричные элементы - это математика, а мне хочется понять физические процессы.

Перейдите к координатному представлению. И разглядывайте глубокомысленно члены уравнения, придавая им всякий физической смысл.

Всё равно в многочастичной задаче никакой "физики" не остаётся, ибо вы бесповоротно прощаетесь с обычным пространством, и навсегда переходите в конфигурационное.

Смиритесь. Кванты человек не может понять никак иначе, как только через математику. Это реальность, с которой человечество имеет дело уже век. И всё равно никому поначалу не нравится. (Кстати, с теорией относительности то же самое.)

[something strange]

Такова суть квантовой механики, быть может. Но мне слабо верится, что за сто лет никто не поедпринял попыток более внятно объяснить все эти вещи. Есть же термодинамика, явления которой можно объяснить в статфизике. Неужели ни один раздел науки не объясняет квантовую механику, которая по моему наверно ошибочному мнению хорошо описывает природу, но недостаточно хорошо её объясняет? Мне в институте почти все говорят примерно одну и ту же вещь: "просто применяй формулы и не задавай лишних вопросов". А я не могу совершать открытия, не задавая подобных вопросов, пусть они и кажутся глупыми. Как вообще можно применять понятия, смысла которых не понимаешь до конца? Вы говорите: это реальность, такова уж квантовая механика. Окей. Значит на вопросы, на которые она не отвечает, должно отвечать что-то другое. Иначе, с моей точки зрения, наука перестаёт быть наукой, ибо не объясняет окружающий мир. В конце концов, все мои знакомые учёные говорят, что их задача - познать природу,а не развить полупроводниковую электронику или построить ядерную ракету. Простите мне мою глупость, если я не прав.

[Munin]

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

Но мне слабо верится, что за сто лет никто не поедпринял попыток более внятно объяснить все эти вещи.

Правильно. Попыток было множество. И то, что я вам сейчас говорю, - это результат этих попыток. Все безуспешны. И всё. Вам осталось только принять это.

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

Есть же термодинамика, явления которой можно объяснить в статфизике. Неужели ни один раздел науки не объясняет квантовую механику

Тут надо совершить над собой усилие, и вывернуть вопрос наизнанку. Термодинамика - область, явления которой ближе к нам. Мы знаем, что такое "тепло" и "холод". Статфизика - область, явления которой дальше от нас. Нам трудно представить себе большую статсумму, химпотенциал и т. п.

Так вот. Неправильно искать объяснения квантовой механики на языке обыденных явлений, близких к нам. Зато можно найти, наоборот, объяснения обыденных явлений квантовой механикой. Сама квантовая механика является объяснением. Например, она объясняет законы Ньютона, законы сохранения, почему частицы отскакивают от стенки, и так далее.

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

А я не могу совершать открытия, не задавая подобных вопросов

Ну, до совершения открытий вам надо сначала пройти некоторый путь.

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

Как вообще можно применять понятия, смысла которых не понимаешь до конца?

А вот так: берёте и применяете. К этому тоже надо привыкнуть. И привыкнуть постоянно себя контролировать. Это, кстати, важная часть навыков, независимо от квантовой механики.

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

Вы говорите: это реальность, такова уж квантовая механика. Окей. Значит на вопросы, на которые она не отвечает, должно отвечать что-то другое.

Окей. Теперь самое трудное: задать правильные вопросы. На которые она не отвечает. Потому что вопрос не должен быть бессмысленным.

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

Иначе, с моей точки зрения, наука перестаёт быть наукой, ибо не объясняет окружающий мир.

Вы в курсе, что наука - это не просто справочник с ответами? Вы в курсе, что в науке всегда есть незавершённость и неизвестность? Некоторые вещи учёные смогли объяснить, а некоторые - не смогли. Хуже того: если учёные объясняют $A$ через $B,$ то следующим вопросом они должны объяснить $B,$ и так эта цепочка тянется бесконечно. И добраться до конца этой цепочки можно довольно быстро, а дальше - вопрос, на который учёные ещё не нашли ответа. Неизвестность. Гипотезы, а иногда и отсутствие гипотез.

something strange в сообщении #1130972 писал(а):

В конце концов, все мои знакомые учёные говорят, что их задача - познать природу

Но они же не говорят, что эта задача уже выполнена.

-- 12.06.2016 13:37:30 --

Практическая часть: прежде чем мучиться с квантовой механикой, надо прочитать о ней побольше. Необходимо познакомиться с несколькими её представлениями:
- "волновая механика" (координатное представление);
- "матричная механика" (энергетическое представление, и вообще абстрактное векторное представление);
- картина Шрёдингера и картина Гейзенберга (зависимость от времени вектора состояния или операторов);
- картина Фейнмана - сумма / интеграл по путям / по траекториям.
Надо познакомиться с квазиклассикой, с усреднением интерференционной картины, с идеями декогеренции. Это всё - не один учебник КМ, а целая стопка.

[something strange]

Munin, вправили мне мозги, спасибо. Всё, кроме картины Фейнмана, уже читал, но буду читать снова, ибо далеко не всё понял. Кстати, видел Вашу подборку литературы, но можете ли Вы сказать что-нибудь про учебник Киселёва? Он весьма современный, кажется.

[Munin]

Не могу, не читал.

something strange в сообщении #1130980 писал(а):

Munin, вправили мне мозги, спасибо.

Такое признание дорого́го стоит :-)

-- 12.06.2016 14:19:20 --

Лично мне помогает понять "физику" идея, что волновая функция - это не нечто абстрактное, а вполне реальная волна в пространстве, и волновое уравнение показывает, как движется что-то материальное. Но к моему удивлению, не все разделяют такой взгляд, так что его всё-таки придётся оставить чем-то "вспомогательным".

[something strange]

Munin, да, мне тоже всегда хочется оперировать чем-то реальным, а не только абстракциями. Иначе меня поглощает ощущение безысходности и безразмерности... Тем более, волновая функция, насколько я понимаю на данный момент, изначально вводится как де Бройлевская волна, соответствующая реальному объекту, а потом обобщается на всё остальное.

[arseniiv]

Тут проблема на самом деле не в абстрактности абстракций. Это такие же модели, какими человеческая голова обычно пользуется для описания мира, просто более точные. Проблема не в том, что они такие математические, а в отсутствии достаточного багажа примеров, чтобы они стали родными и притёрлись. Эта проблема решаемая, какой бы далёкой абстракция ни казалась, хотя не всегда везёт найти сколько-то примеров в литературе и/или придумать их сразу.

[something strange]

Ну мне кажется, что здесь и без примеров понятно, что волновая функция соответствует физическому объекту, как и электромагнитная волна соответствует фотонам.

[Munin]

something strange в сообщении #1131092 писал(а):

как и электромагнитная волна соответствует фотонам.

С электромагнитной волной и фотонами ситуация более сложная, чем представляется людям после школы, так что я рекомендовал бы это пока не трогать.

[zer0]

Munin в сообщении #1130986 писал(а):

Лично мне помогает понять "физику" идея, что волновая функция - это не нечто абстрактное, а вполне реальная волна в пространстве, и волновое уравнение показывает, как движется что-то материальное.

Я тоже размышляю над подобными вещами: http://dxdy.ru/topic106135.html. И если для одной частицы еще что-то можно вообразить и привязать это образ к реальному пространству, то для n частиц все становится гораздо сложнее. А когда мыслишь эти частицы как часть всех частиц во вселенной, то от первоначальных образов остается невидимый пар. Частица ведь не знает, одну ее рассматривают или с другими.

Мне кажется - ключ к пониманию - это поле (пока только электромагнитное) , которое связывает частицы. А кванты этого поля - фотоны и очень хочется представить образ этого фотона. Как этот фотон появляется и как исчезает?
Есть такие фразы: электрон интерферирует сам с собой, фотон интерферирует сам с собой. Но фотоны могут быть когерентными и возникает вопрос - может ли фотон интерферировать не с собой, а с другим когерентным фотоном. Другие наивные вопросы о размерах фотона и занимают ли когерентные фотоны один и тоже объем или он увеличивается? Если увеличивается, то этот увеличенный объем относится ко всем фотонам вместе, имхо. Я даже не знаю, будет ли интерференция, если разница в плечах интереферометра будет метр или больше. Может, кто ставил опыты по интерференции с изменением разницы хода (для оценка размеров фотона)? Кто знает, киньте ссылку, пожалуйста. И еще - под размером фотона я понимаю размер "облака", а сам фотон - крупинка в этом облаке. Е при фотоэффекте какой-то везучий электрон поглощает эту крупинку, после чего облака нет.

А может, все эти волновые функции, матрицы плотности - детский лепет и надо смотреть в сторону суперсимметрий, которые тоже могут оказаться "детским лепетом"? Что, если природа сложнее наших представлений о ней не на 1 порядок (что можно в перспективе осилить), а на 20 или на 100? И тогда шансов понять ее устройство у нас не больше чем у муравья (от ведь тоже имеет какое-то представление об окружающем мире, пусть и не выраженное в виде формул).