Teorije relativnosti i kvantna mehanika

[stameni]

Već izvesno vreme razmišljam o jednom problemu -- fenomenu, takoreći...

Zašto su specijalna i opšta teorija relativnosti mnogo popularnije od kvantne mehanike, kada poslednjepomenuta ima mnooogo "uvrnutije" principe i posledice?

Specijalna, kao i opšta teorija relativnosti svojim zaključcima deluju prilično neverovatno i fantastično. (Vreme teče sporije? O, kako da ne! Kontrakcija dužina? 'Ajde! Istovremenost događaja: puška pukne, a ptica padne pre nego što je  metak pogodi? Dobro, može se podneti! E = m * c^2? Na žalost, atomska bomba radi posao. Zakrivljenje svetlosti? Fotografisano. Konačna brzina svetlosti? Premeravano. Usporenje vremena u blizini jakih gravitacionih polja? Pa dobro, donekle je razumljivo.)

Fenomeni kvantne mehanike su, međutim, mnogo uvrnutiji i neverovatniji, ali se ipak mnogo veća pažnja posvećuje relativnostima. Čuveni fizičar Ričard Fejnman u svojoj knjizi "Karakter fizičkog zakona" (u hrvatskom prevodu mislim da se knjiga zove "Osobenosti fizikalnih zakona") napisao je (prepričavam):

Kažu da teoriju relativnosti razume samo dvanaestoro ljudi na zemlji. Ja mislim da je situacija drukčija: da je bio jedan tip kome je "sinula ideja", ali da je on uspeo da tu teoriju objasni mnogo većoj populaciji nego što je dvanaestoro ljudi. S druge strane, prilično sam ubeđen da ne postoji čovek na našoj planeti koji shvata kvantnu mehaniku.

Može se primetiti da je mnogo veći broj ljudi koji "napadaju" teorije relativnosti, nego što pokušavaju dokazati da kvantna mehanika ne valja. Je li reč o tome što su ljudima možda bliži pojmovi "veoma velika brzina" ili "veoma velika masa", koje, grubo rečeno, karakterišu ove dve teorije, nego pojam "veoma malih dimenzija", što je ključna stvar u kvantnoj mehanici? Ili je kriv sam Ajnštajn zbog svog imidža u javnosti? Ili je reč o tome da je bilo nekoliko ljudi koji su postavili kvantnu teoriju (uključujući, delom, i samog Ajnštajna), a obe teorije relativnosti je smislio jedan čovek?

Eto malog predloga za diskusiju

[Kizza]

Nije loša tema samo nisam siguran da li smemo da pričamo i o "OPŠTOJ TEORIJI" koju je pred kraj svog života objavio Ajnštajn?

[Ljubo]

Stameni,

Mislim da si već dijelom odgovorio na svoje pitanje: Čini se, da su ljudima, bliži (a široj populaciji interesantniji) pojmovi kojima barata teorija relativnosti, od onih koji se pominju u kvantnoj mehanici. Ipak, ne treba zaboraviti da se radi o različitim oblastima nauke, čiji principi se samo sporadično preklapaju.
Kolika je tu uloga ljudi koji se ovim fenomenima bave, diskutabilno je. Maks Plank je jedan od tvoraca kvantne fizike (ima ih najmanje 10) i toliko je zadužio fizičare da je astronom Gerard Kuiper, kada je čuo da su Rusi upali u istočnu Nemačku, za vrijeme II svjetskog rata, izveo pravi spektakularni upad nekoliko stotina kilometara u njemačku teritoriju da bi Planka "pokupio" prije rusa!!
E sad, zašto su priče tipa Ajnštajn je rekao za Boga ovo, ili ono, bitnije od ovakvih, meni interesantnijih detalja, vjerovatno treba tražiti u idolopoklonstvu (velikom naučniku) kome je čovječanstvo sklono. Naravno, ovo nije samo slučaj kada su naučnici u pitanju.

[ranca]

Zdravo Stameni ,kao fizicar koji je svoj zivot posvetio zakonima kvantne mehanike pokusacu da ti odgovorim na pitanje.
Ajnstajnovu teoriju relativiteta mozes da izvedes i shvatis sa znanjem matematike za 4. godinu ma koje srednje skole (isao sam u jezicku gimnaziju pre no sam upisao fiziku veruj ovo je 100% tacno)

Da bi razumeo osnovne pojmove kvantne mehanike potrebno ti je : 2. godine slusanja vise matematike, godinu dana slusanja Matematicke Fizike, osnovni kurs Teorijske (Nebeske) mehanike i onda dodjes do tzv tunel efekta  :

Elektron koji ima izvesnu energiju nailazi na prepreku (zid npr.). Da bi elektron "prosao" kroz zid on mora da poseduje neki minimum energije. Pretpostavimo da elektron ima manju energiju od one potrebne da bi savladao zid =>  Elektron nikada ne prolazi kroz zid (barijeru). NETACNO!!!!! Golemim matematiziranjem dodjes do toga da postoji verovatnoca da elektron prodje kroz zid!!!! STO NEMA VEZE SA MOZGOM (barem za prosecnog coveka koji kvantnu mehaniku poznaje na nivou naucno-popukarnih knjiga)

Glavni problem Kvantne je sto bas i nema veze sa mozgom . . .

Sportski pozdrav

[Ljubo]

Da, u principu Ranca, to je to. Samo:

Glavni problem Kvantne je sto bas i nema veze sa mozgom . . .

Elektron nema mozak... Kada bi ga imao, on bi za našu, makroskopsku mehaniku rekao to isto što i ti za kvantnu!

[Ljubo]

Na osnovu postovanja na ovoj stranici koje su napravili Stameni i Ranci, moglo bi se zaključiti da kvantna mehanika ima nedostataka koje treba pokušati osporiti na nivou teorije.
Moram da takve osobe razočaram - to je Sizifov posao!!
Kvantna mehanika je izuzetno precizna, čak šta više, vjernije opisuje mikrosvijet od zakona opšte, teorijske mehanike kojima opisujemo makrosvijet.
Ne vidim šta je sporno sa tunel-efektom za nekoga ko poznaje kvantnu mehaniku? U stvari, ako ima išta sporno u kvantnoj mehanici (osim u relativističkoj kvantnoj mehanici, ostalo je sve manje više jasno), napišite konkretno šta vas buni u kvantnoj mehanici, pa da probamo to da razjasnimo (ima ovdje još ljudi koji imaju odredjena znanja o ovoj materiji).

[ranca]

Resis svojstveni problem Hamiltonijana napisanog za neku odredjenu potencijalnu barijeru, odredis koeficijente koji stoje uz svojstvene vrednosti. Kako su kvadrati svojstvenih vrednosti razliciti od 0 zakljucuje se da postoji verovatnoca da se elektron nadje iza potencijalne barijere. Kako elektron ima manju energiju od energije potrebne da se savlada potencijalna barijera fizicar koji racun radi (npr. Ja) zakljucuje da je to jedino moguce ako je prostor koji je ogranicen potencijalnom barijerom anizotropan. E pa nije. Axa onda je polje potencijalne barijere (barijera je neko polje nije zid u opstem slucaju) nehomogeno. E pa nije polje je homogeno. Uzeti u obzir da je izvor polja sistem od dva suprotna naelektrisanja. Kako onda cestica prelazi potencijalnu barijeru?

Ljubo ako mi na ovo odgovoris pisi rad i salji Nobelovom komitetu

1. Kvantnu obozavam bas zato sto nema veze sa mozgom
2. Mislim da se iz prolozenog vidi da i ja 'malko' poznajem datu gradju poznatiju kao kvantnu mehaniku.

Samo da znas da odgovor nije cestica kopa tunel kroz barijeru, jer se ona sve vreme krece u istom prostoru, odnosno sve vreme dok prelazi barijeru ona se nalazi u njoj

[Ljubo]

Uzeti u obzir da je izvor polja sistem od dva suprotna naelektrisanja

A kažeš da je polje homogeno???

Quo vadis, fizičar?

U problemima interakcije naelektrisanih čestica, kvantna mehanika uzima da energija zavisi od rastojanja (kao i u klasičnoj mehanici), pa onda ne možemo govoriti o homogenom polju.

[r2d2]

Ranca zavidim ti.
Pa eto to je pravi odgovor, barem laika sto se tice. Kvantna je totalno luda, sto bi rekli klinci-cool, ali prosecnom gutacu naucnopopularnih, polupreradjenih derivata nedovoljna bez - (kolko rece) godina bubanja. Nesto otprilike kao mesec na nebu: Vidis uvek jedan deo, nekad vise nekad manje, ali racunaj da nikada turisticki neces otici na mesec... Mada ako se dobije na lotou sedmica, pa te pare orocis na 25 godina, sacekas da rusi ili kinezi otvore tamo prvi hotel...
E jest da ces imati punoo godina, pa ti zdravlje vec naruseno nece dozvliti put. U tom slucaju kupis karte svom najblizem potomku, i dok raketa krece ka mesecu, razmisljas da si ipak uspeo - polovicno (hajzenbergova upola trudna zena), jer eto pola tvojih gena se udobno vozi ka cilju.naravno moras biti ostar barnioc teorije: Gen to sam ja, ili geni kako to gordo zvuci, ili geni su nas odrzali njojzi hvalagi....

U sledecem zivotu definitivno upisujem fiziku, kvantna je sasvim dovoljna da dugo drzi paznju i fokus.

Moje pitanje i nema toliko veze s tunel efektom (mogao bi mozda neko da pojasni i nama smrtncima sta je to tunel efekat i o kakvom zidu (polju) je tu rec ), vec se samo nadovezujem, pitanjem koje me intresuje.

Da li u prirodi uopste postoje homogena polja elektromagnetne sile? Osim u soloneidima? Nekako mi se cini da na malim rastojanjima su uvek homogeni.

[ranca]

            Cestica koja ulice izmedju naelektisanja
                                  (-)
                                   
            (-)                                         (+)
Tackasto naelektrisanje            Tackasto naelektisanje

Polje je homogeno jer je rastojanje malo. Ljubo kako onda cestica prolazi kroz potencijalnu barijeru. Evo pomocicu ima veza sa ... Necim sto je r2d2 rekao, mislim da je i on shvatio :-) pravi odgovor

[ranca]

Ja sam u stvari napravio lapsus (gornja prica je tacna) ne radi se o homogenosti polja vec prostora , my bad tek sam sada video, nehomogenost polja bi tek u maloj meri uticala na cesticu. Znaci prostor je homogen izvinjavam se :-)

[Ljubo]

Dobro je da smo to razjasnili!!
Ovo oko nehomogenosti prostora vjerovatno ima veze sa primjenom hamiltonijana na problem LHO (za ostale, LHO=linearni harmonijski oscilator) u potencijalnoj barijeri... E pa sad bi trebalo da pristupimo rješavanju ovog kvantno-mehaničkog oscilatora, pa moram konsultovati literaturu. Ili ako imas ranca uradjen primjer a ti pošalji...

Tunel-efekat je (za r2d2), dakle, čisto kvantno-mehanički efekat, za čije puno objašnjenje treba dosta predznanja o terminima i njihovom smislu (fizičkoj interpretaciji), ali to je teško uraditi na ovom mjestu.
Ukratko, tunel-efekat znači da čestica (LHO) koja ima energiju manju od potencijalne barijere uspijeva da preskoči potencijalnu barijeru!
Naravno, rješavanjem jednačine LHO za ovaj slučaj, to se pokazuje kao moguće. Realno, to ima ogromnu primjenu u atomskoj i nuklearnoj fizici, a direktna je posljedica Hajzenbergovoe relacije neodredjenosti.
Na primjer, nijedan laser ne bi se mogao zamisliti bez ovog efekta (prelaz sa metastabilnog, zabranjenog nivoa), zatim mnogi procesi u jezgru takodje su posljedica ovog efekta, itd.

Kvantna mehanika, sa druge strane (ovo za r2d2) nije bauk ako se savlada ono gradivo koje pominje ranca.
"U sledecem zivotu definitivno upisujem fiziku, kvantna je sasvim dovoljna da dugo drzi paznju i fokus."
Pa ipak, radi se o primjeni matematičke fizike na konkretne fizičke sisteme, tako da baš i nisam siguran da bi te toliko oduševila. Ono što jeste sigurno, to je da veoma PRECIZNO opisuje stanje u mikrosvijetu, i tu se pokazala kao izuzetno orudje za naše razumijevanje kako ta značajna oblast prirode funkcioniše!
S druge strane, astrofizika, fizika mikročestica, kosmologija i još neke oblasti su privlačnije, jer daju odgovore na još krupnija pitanja. Doduše, to bi im bilo nezamislivo bez rezultata koje daje kvantna mehanika. Ali ti rezultati su tu, imamo ih u gotovom obliku, pa nema se šta dodavati puno...

[Kizza]

I Ja idem da upišem Fiziku jer sa se izgubio u mračnom tunelu 

[r2d2]

Zahvaljujem na odgovorima.Malko je jasnije.
Trebace mi  dosta vremena da proucim tunel efekat, a secam se da se cesto pominjao vezano za astronomiju (zadnji put kada smo raspravljali o elementima(tezim od Fe) koji nastaju iza super nove, tj  dogadjajima i nuklearnim reakcijama u zvezdama).

Kada se kaze da je prostor homogen da li se misli na metriku prostornovremenskog kontinuma ili samo na geometrijski prostor oko tackastog naelektrisanja?

Da li verovatnoce i kvantna fizika (bilo koja u subatomskom svetu,recimo elektronska ljuska) ukazuju na postojanje nove neotkrivene geomtrije prostora (izgleda mi da vreme ovde ne prati prostor u zastupljenosti i kao posledica dobijamo Hajzenberga).


Da li je polje goreprikazano u eklidovom prostoru, ili se primenjuje specijalizovani Lobacovski ili pak opsti Riman?
p.s. Ako neko poseduje knjigu:Besede o lobacevskom vrlo rad sam je kupiti iznajmiti, kopirati(nema je u biblioteci akademije n.).
(izvinjavam se na oooftopicu)


Da li polje mora da "prati" prostor (knp ako je prostor homogen i polje je homogeno ako ima uslove za to, ili ako je prostor nehomogen i polje u njemu ce biti nehomogeno iako ima sve uslove za homogenost). Ma dal` uopste postoji nehomogen prostor?

Sta je to sto jednu i drugu teoriju iz naslova dovodi u konflikt i kontradiktornost?

[Ljubo]

Nema konflikta, nema kontradiktornosti kod obe teorije.
I jedna i druga počivaju na principima. Ako se obore principi, padaju i teorije. Tih principa nema puno: u specijalnoj teoriji imamo ih dva, a u kvantnoj svega nekoliko (zavisno od toga koja problematika je u pitanju).
U relativistici, pošto ih još ne možemo striktno provjeriti za njih kažemo da su postulati.
Sa druge strane, principi u kvantnoj mehanici izdržali su test vremena i imaju snagu zakona.

Kada u fizici koristite principe relativistike, onda se podrazumijeva metrika prostornovremenskog kontinuuma i ograničenost brzine kretanja objekta.

Sa druge strane, u klasičnoj kvantnoj mehanici prvo se napiše jednačina za kretanje tijela u klasičnom prostoru, unesu se sve promjenljive i pristupi rješavanju te jednačine nekom od standardnih metoda (pri tome se koriste operatori - hamiltonijan, lagranžijan, laplasijan itd.). Ukoliko je rješenje teško izvesti s matematičkog stanovišta, onda se pristupa parcijalnim rješenjima ili približnim metodama (perturbacija, virijali i slično).
Sve u svemu, dobijaju se veoma konzistentna i jako precizna rješenja za mnoge probleme za koje u klasičnoj fizici teško da imamo analogone, jer nam je u klasičnoj fizici teže riješiti problem n-tijela. Naravno, ni kvantna fizika nije svemoguća, ali je toliko sadržajna i sveobuhvatna - da jedino matematički aparat ograničava njene mogućnosti !!!

E sad, šta bi se desilo kad bi u kvantnoj mehanici primijenili metriku prostornovremenskog kontinuma, za odgovor na to pitanje moraćeš još da sačekaš. Ova teorija naziva se relativistička kvantna fizika i tek je u povoju. Ona, doduše, ima rješenja koja se odnose na kinematiku i pojedine djelove mehanike, ali relativistička kvantna teorija gravitacije još nije uspostavljena na zadovoljavajućem nivou.

Kada je u pitanju homogenost prostora, sve zavisi dakle o kojem se prostoru radi. Ako je u pitanju nerelativistički prostor, onda prije možemo govoriti o anizotropnosti prostora, a ne o nehomogenosti. S druge strane, u opštoj teoriji relativnosti imamo slučaj nehomogenosti prostora jer mu koordinate nisu uniformne u blizini neke mase.