Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống bởi Arnold Neumaier
Coherent quantum physics: Tái diễn giải truyền thống với cách tiếp cận mới, khám phá sâu sắc các khái niệm vật lý lượng tử.
Universität Wien
Mathematik
Luan An
Texts and Monographs in Theoretical Physics
Năm xuất bản
Số trang
298
Thời gian đọc
45 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Vật lý Lượng tử Nhất quán: Giải quyết Vấn đề Đo lường
- Số trang:
- 298 trang
- Trường:
- Universität Wien
- Chuyên ngành:
- Mathematik
- Tác giả:
- Arnold Neumaier
- Năm:
- 2019
Tóm tắt nội dung luận án
I.Vật lý Lượng tử Nhất quán Giải quyết Vấn đề Đo lường
Tài liệu giới thiệu một cách tiếp cận mới, nhất quán về lý thuyết và diễn giải vật lý lượng tử. Nó bao gồm cơ học lượng tử, cơ học thống kê lượng tử, và lý thuyết trường lượng tử cùng các ứng dụng của chúng. Mục tiêu là giải quyết vấn đề đo lường lượng tử. Đây là một trong những khó khăn khái niệm cơ bản đã ngăn cản sự hiểu biết chung về ý nghĩa vật lý của cơ học lượng tử. Cách tiếp cận truyền thống thường không thể duy trì nhất quán diễn giải về các giá trị riêng sắc nét. Diễn giải dựa trên các giá trị kỳ vọng lại có thể duy trì nhất quán. Lý thuyết và thực tiễn cần có một mối quan hệ nhất quán. Diễn giải này mang đến sự hài lòng cho mọi người về cách thức hoạt động của vật lý lượng tử. Nó cung cấp một nền tảng vật lý lượng tử vững chắc hơn. Tài liệu này hướng đến các nhà toán học, vật lý và triết học. Nó giúp họ hiểu rõ hơn về thực tại lượng tử.
1.1. Khái niệm mới về đo lường lượng tử
Diễn giải mới đặt nền tảng trên mô tả thống kê. Trong đó, chỉ các giá trị kỳ vọng hoặc tương quan là có thể quan sát được. Cách tiếp cận này đề xuất rằng diễn giải truyền thống về các giá trị riêng sắc nét có thể không nhất quán. Thay vào đó, diễn giải dựa trên các giá trị kỳ vọng là chính xác và có thể duy trì tính nhất quán. Điều này loại bỏ nhiều mâu thuẫn trong vấn đề đo lường lượng tử. Nó cung cấp một cái nhìn rõ ràng hơn về tương tác giữa hệ lượng tử và thiết bị đo. Hệ thống lượng tử không yêu cầu sự sụp đổ hàm sóng một cách đột ngột. Thực tại lượng tử được hiểu qua các đại lượng thống kê.
1.2. Mối liên hệ nhất quán giữa lý thuyết và thực tiễn
Một diễn giải hoàn hảo phải thể hiện mối quan hệ nhất quán hoàn toàn giữa lý thuyết và thực tiễn. Cách tiếp cận mới này đạt được điều đó. Nó sử dụng các khái niệm quen thuộc để giải thích hoạt động của vật lý lượng tử trong thực tế. Điều này giúp mọi người, từ các chuyên gia đến công chúng, dễ dàng hiểu được các hiện tượng lượng tử. Nó kết nối ngôn ngữ toán học trừu tượng với kinh nghiệm thực nghiệm. Sự nhất quán này cho phép tư duy cổ điển và lượng tử tồn tại song song, cùng làm phong phú trực giác. Nó tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc ứng dụng và phát triển lý thuyết.
II.Tái Diễn giải Cơ học Lượng tử Phá vỡ Truyền thống
Các cách tiếp cận hiện tại đối với diễn giải cơ học lượng tử còn nhiều thiếu sót. Diễn giải thống kê tối thiểu dự đoán đúng thống kê kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, nó im lặng về việc diễn giải cơ học lượng tử khi không có phép đo. Điều này tạo ra một lỗ hổng nghiêm trọng. Nó không thể giải thích vật lý lượng tử áp dụng cho quá khứ xa xôi của vũ trụ. Trước khi các thí nghiệm có thể thực hiện, diễn giải này không hoàn chỉnh. Diễn giải Copenhagen cũng nhất quán, nhưng đưa ra những khái niệm xa lạ. Nó tuyên bố không thể khẳng định điều gì khi không có phép đo. Điều này giống như một cái cây đổ trong rừng chỉ đổ khi có người nhìn thấy. Điều này làm cho cơ học lượng tử trở nên kỳ lạ. Diễn giải đa vũ trụ (many-world) bị coi là khoa học viễn tưởng. Nó cho rằng thế giới phân tách thành mọi tương lai có thể. Các diễn giải khác là biến thể hoặc yêu cầu các yếu tố không thể quan sát được. Do đó, vật lý lượng tử thường xuất hiện như một loại 'phép thuật lượng tử' đối với công chúng. Các nhà vật lý thường chấp nhận thái độ 'im lặng và tính toán'.
2.1. Hạn chế của diễn giải truyền thống
Diễn giải thống kê tối thiểu không đầy đủ. Nó không thể diễn giải các sự kiện lượng tử không có người quan sát. Diễn giải Copenhagen tạo ra những khái niệm không thực tế. Nó đặt ra giới hạn cho khả năng hiểu biết của con người. Vấn đề Heisenberg cut phân chia thế giới lượng tử và cổ điển. Nó yêu cầu loại trừ người quan sát hoặc thiết bị đo khỏi hệ thống lượng tử. Diễn giải đa vũ trụ là một giả thuyết không có bằng chứng thực nghiệm. Các lý thuyết khác thường thêm vào các yếu tố hư cấu. Tất cả điều này làm cho nền tảng vật lý lượng tử trở nên mơ hồ. Chúng không thể cung cấp một thực tại lượng tử mạch lạc.
2.2. Sự cần thiết của diễn giải nhất quán
Mặc dù các diễn giải tiêu chuẩn có khả năng dự đoán thành công các kết quả thực nghiệm, chúng không phù hợp cho một sự hiểu biết đầy đủ. Thái độ 'im lặng và tính toán' bỏ qua các câu hỏi cơ bản về ý nghĩa vật lý. Nó không giải quyết được các khó khăn khái niệm của vấn đề đo lường lượng tử. Một diễn giải nhất quán là cần thiết. Nó phải kết nối lý thuyết với thế giới quan sát được. Nó cần cung cấp một bức tranh toàn diện về vũ trụ. Nó không nên dựa vào các yếu tố không thể quan sát hoặc những giả định kỳ lạ. Mục tiêu là làm cho vật lý lượng tử trở nên dễ hiểu và logic hơn.
III.Vượt qua Diễn giải Copenhagen Thực tại Lượng tử Mới
Diễn giải Copenhagen có những điểm yếu nghiêm trọng. Nó khẳng định không có gì có thể được khẳng định khi không có phép đo. Quan điểm này tạo ra một sự phụ thuộc không hợp lý giữa thực tại và người quan sát. Nó khiến cơ học lượng tử trở nên xa lạ và khó hiểu đối với nhiều người. Vấn đề 'Heisenberg cut' là một khía cạnh đáng chú ý khác. Nó quy định rằng vector trạng thái không thể đại diện cho toàn bộ vũ trụ. Nó phải loại trừ một người quan sát hoặc thiết bị đo. Điều này tạo ra một ranh giới nhân tạo giữa thế giới lượng tử và cổ điển. Nó không cung cấp một cái nhìn toàn diện về vũ trụ. Cách tiếp cận nhất quán mới vượt qua những hạn chế này. Nó đề xuất một thực tại lượng tử tồn tại độc lập. Nó không cần sự can thiệp của người quan sát. Điều này mở rộng khả năng diễn giải vật lý lượng tử. Nó áp dụng được cả cho những giai đoạn sớm nhất của vũ trụ. Khi đó, các thí nghiệm chưa thể có. Diễn giải mới mang đến một cái nhìn rõ ràng và logic hơn về thế giới lượng tử.
3.1. Phân tích điểm yếu của Copenhagen
Diễn giải Copenhagen là nhất quán về mặt toán học. Tuy nhiên, nó đưa ra các ý tưởng gây tranh cãi. Khẳng định 'một cái cây đổ chỉ sau khi có người nhìn thấy' là một ví dụ. Điều này không phù hợp với trực giác về thực tại khách quan. Nó không giải thích được sự sụp đổ hàm sóng một cách vật lý. Nó chỉ mô tả nó là một sự kiện. Việc yêu cầu một 'Heisenberg cut' làm cho diễn giải trở nên không đầy đủ. Nó không cho phép vector trạng thái mô tả toàn bộ vũ trụ. Điều này tạo ra một rào cản khái niệm lớn. Nó làm phức tạp vấn đề đo lường lượng tử thay vì giải quyết nó.
3.2. Thực tại lượng tử không phụ thuộc quan sát
Cách tiếp cận mới khẳng định thực tại lượng tử tồn tại độc lập với bất kỳ phép đo hay người quan sát nào. Điều này cho phép diễn giải vật lý lượng tử áp dụng cho toàn bộ vũ trụ. Nó bao gồm cả những thời điểm mà thí nghiệm là không thể. Đây là một bước tiến quan trọng. Nó lấp đầy khoảng trống của diễn giải thống kê tối thiểu. Nó bác bỏ khái niệm về 'phép thuật lượng tử'. Thực tại không bị ảnh hưởng bởi nhận thức của con người. Điều này cung cấp một nền tảng vật lý lượng tử vững chắc hơn. Nó giúp định hình một cái nhìn khoa học mạch lạc về vũ trụ.
IV.Hiểu rõ Sụp đổ Hàm sóng Giải pháp Lượng tử Mới
Khái niệm sụp đổ hàm sóng là một trong những khía cạnh khó hiểu nhất của cơ học lượng tử truyền thống. Nó thường được miêu tả như một sự kiện tức thời và bí ẩn. Cách tiếp cận mới cung cấp một giải pháp nhất quán. Nó không yêu cầu sự sụp đổ hàm sóng theo nghĩa truyền thống. Thay vào đó, nó nhấn mạnh vai trò của các giá trị kỳ vọng. Trong mô tả thống kê về tự nhiên, chỉ các giá trị kỳ vọng hoặc tương quan là có thể quan sát được. Điều này cho phép duy trì một diễn giải nhất quán. Nó tránh được sự không nhất quán của các giá trị riêng sắc nét. Diễn giải này cung cấp một cái nhìn rõ ràng hơn. Nó về cách các hệ thống lượng tử phát triển. Nó tương tác với môi trường mà không cần một sự kiện sụp đổ bất ngờ. Điều này giải quyết vấn đề đo lường lượng tử. Nó làm cho cơ học lượng tử trở nên hợp lý hơn. Nó không còn là 'phép thuật lượng tử'.
4.1. Giải thích hợp lý về sự sụp đổ
Trong diễn giải mới, sụp đổ hàm sóng không phải là một quá trình vật lý riêng biệt. Nó là sự chuyển đổi từ mô tả tổng quát sang mô tả cụ thể về kết quả đo. Điều này xảy ra thông qua việc tập trung vào các giá trị kỳ vọng. Các giá trị này phản ánh thông tin khả dụng từ hệ thống. Diễn giải này duy trì tính nhất quán. Nó không cần giả định các yếu tố không thể quan sát. Nó cung cấp một cách hiểu thống nhất về thực tại lượng tử. Nó không cần đến các sự kiện siêu nhiên. Nó hòa nhập vào khung cảnh tổng thể của vật lý lượng tử. Nó bao gồm cả lý thuyết trường lượng tử.
4.2. Vai trò của kỳ vọng thống kê
Các kỳ vọng thống kê đóng vai trò trung tâm trong diễn giải mới. Chúng là những đại lượng có thể quan sát được một cách nhất quán. Khái niệm này thay thế cho việc tìm kiếm các 'giá trị riêng sắc nét' không thực tế. Việc tập trung vào kỳ vọng giúp giải quyết vấn đề đo lường lượng tử. Nó cung cấp một nền tảng lý thuyết vững chắc hơn. Nó cho phép vật lý lượng tử mô tả một cách hiệu quả. Nó mô tả các hiện tượng vướng víu lượng tử. Nó làm được điều này mà không rơi vào nghịch lý. Nó tạo ra một cái nhìn thống nhất về sự tương tác lượng tử. Nó làm cho các nguyên lý cơ học lượng tử trở nên rõ ràng hơn.
V.Nền tảng Vật lý Lượng tử Quan điểm Nhất quán Mới
Cuốn sách xây dựng một nền tảng vật lý lượng tử vững chắc. Nó dựa trên các sự kiện thực nghiệm được kiểm chứng qua thời gian. Tuy nhiên, nó từ bỏ thái độ 'im lặng và tính toán'. Thay vào đó, nó tìm kiếm một sự hiểu biết đầy đủ. Diễn giải nhất quán mới cho phép tư duy cổ điển và lượng tử cùng tồn tại. Chúng bổ trợ lẫn nhau, làm phong phú trực giác khoa học. Cách tiếp cận này được thiết kế để áp dụng cho nhiều lĩnh vực. Nó bao gồm cơ học lượng tử, cơ học thống kê lượng tử, và lý thuyết trường lượng tử. Nó cũng có thể áp dụng cho các ứng dụng của chúng. Mục tiêu là cung cấp một diễn giải có thể duy trì tính nhất quán. Nó giúp mọi người hiểu ý nghĩa vật lý thực sự của hình thức lượng tử. Nó tạo ra một cầu nối giữa lý thuyết trừu tượng và thế giới quan sát được. Nó mang lại sự rõ ràng cho nền tảng của vật lý hiện đại. Thực tại lượng tử được giải thích một cách hài hòa.
5.1. Hòa hợp tư duy cổ điển và lượng tử
Một trong những đóng góp quan trọng của diễn giải này là khả năng hòa hợp hai lĩnh vực tưởng chừng như đối lập. Tư duy cổ điển và tư duy lượng tử có thể 'cùng tồn tại một cách hòa bình'. Chúng 'cùng làm phong phú trực giác'. Điều này tránh được sự phân chia nhân tạo giữa thế giới vĩ mô và vi mô. Nó cung cấp một khung làm việc thống nhất. Nó cho phép các nhà khoa học tiếp cận các vấn đề vật lý phức tạp với một cái nhìn toàn diện hơn. Nó giúp loại bỏ sự cần thiết của 'Heisenberg cut' trong diễn giải. Điều này mở ra những cách tiếp cận mới để hiểu về thực tại vật lý. Nó làm cho nền tảng vật lý lượng tử trở nên vững chắc.
5.2. Ứng dụng rộng rãi của cách tiếp cận
Cách tiếp cận nhất quán không chỉ giới hạn ở cơ học lượng tử. Nó mở rộng sang cơ học thống kê lượng tử và lý thuyết trường lượng tử. Điều này chứng tỏ tính toàn diện và mạnh mẽ của nó. Nó cung cấp một khuôn khổ thống nhất cho toàn bộ lĩnh vực vật lý lượng tử. Nó có thể ứng dụng trong nhiều tình huống khác nhau. Nó giúp giải thích các hiện tượng phức tạp như vướng víu lượng tử. Nó làm rõ các nguyên lý cơ bản của vũ trụ. Nó mang lại một cái nhìn sâu sắc cho các nhà khoa học. Nó cũng giúp công chúng hiểu được sự phức tạp của thế giới lượng tử. Định lý Bell có thể được xem xét trong một bối cảnh mới.
VI.Lý thuyết Trường Lượng tử Góc nhìn Thực tại Hài hòa
Diễn giải nhất quán của vật lý lượng tử mở rộng liền mạch sang lý thuyết trường lượng tử (QFT). Nó cung cấp một nền tảng vững chắc cho việc hiểu các tương tác cơ bản của vũ trụ. Trong QFT truyền thống, các vấn đề về thực tại và đo lường thường phức tạp hơn. Cách tiếp cận mới này giải quyết các thách thức đó. Nó đảm bảo tính nhất quán giữa lý thuyết và thực tiễn. Nó không cần đến các khái niệm 'hư cấu' hoặc 'ma thuật lượng tử'. Nó trình bày một cái nhìn hài hòa về các hạt và trường lượng tử. Điều này giúp làm sáng tỏ các hiện tượng phức tạp như vướng víu lượng tử. Nó cũng đưa ra một cách hiểu rõ ràng hơn về Định lý Bell. Nó là một sự kiểm chứng quan trọng cho các nền tảng vật lý lượng tử. Thực tại lượng tử được mô tả một cách toàn diện và không mâu thuẫn. Nó vượt ra ngoài những giới hạn của các diễn giải truyền thống.
6.1. Áp dụng cho Lý thuyết Trường Lượng tử
Cách tiếp cận nhất quán tích hợp sâu rộng vào lý thuyết trường lượng tử. Nó cung cấp một phương pháp thống nhất để xử lý các hạt cơ bản và lực tương tác của chúng. Nó giải quyết các vấn đề liên quan đến sự phân kỳ và tái chuẩn hóa một cách rõ ràng. Điều này giúp loại bỏ sự mơ hồ. Nó làm cho QFT trở nên dễ hiểu hơn. Nó không còn chỉ là một công cụ dự đoán. Nó còn là một mô tả thực tế về thế giới. Nó kết nối các nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử với sự phức tạp của lý thuyết trường. Nó mang lại một cái nhìn toàn diện về vũ trụ. Nó giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng vĩ mô và vi mô.
6.2. Hướng tới một cái nhìn toàn diện
Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một cái nhìn toàn diện về vật lý. Cách tiếp cận này loại bỏ những 'thứ hư cấu' hoặc 'không thể quan sát được' của các diễn giải khác. Nó cung cấp một nền tảng vật lý lượng tử mạnh mẽ. Nó giải thích được mọi sự thật thực nghiệm. Nó không cần dựa vào những khái niệm mơ hồ. Nó làm sáng tỏ các khái niệm như vướng víu lượng tử. Nó cung cấp một diễn giải nhất quán cho Định lý Bell. Điều này giúp loại bỏ sự khó hiểu đối với công chúng. Nó cũng làm cho các nhà khoa học có một cái nhìn rõ ràng hơn về thực tại lượng tử. Nó là một bước tiến quan trọng trong việc thống nhất hiểu biết của con người về vũ trụ.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (298 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộArnold Neumaier Coherent Quantum Physics www.com Texts and Monographs in Theoretical Physics | Edited by Michael Efroimsky, Bethesda, Maryland, USA Leonard Gamberg, Reading, Pennsylvania, USA www.com Arnold Neumaier Coherent Quantum Physics | A Reinterpretation of the Tradition www.com Mathematics Subject Classification 2010 Primary: 81P15, 81R30, 46E22; Secondary: 17B81, 81T99 Author Prof. Arnold Neumaier Universität Wien Fakultåt für Mathematik Oskar-Morgenstern-Platz 1 1090 Wien Austria Arnold.at ISBN 978-3-11-066729-5 e-ISBN (PDF) 978-3-11-066738-7 e-ISBN (EPUB) 978-3-11-066736-3 ISSN 2627-3934 Library of Congress Control Number: 2019947573 Bibliographic information published by the Deutsche Nationalbibliothek The Deutsche Nationalbibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie; detailed bibliographic data are available on the Internet at http://dnb. © 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston Cover image: Guy N Harris / iStock / Getty Images Plus Typesetting: VTeX UAB, Lithuania Printing and binding: CPI books GmbH, Leck www.com | To Maria, in honor of the Creator of our magnificent universe www.com Download Date | 10/31/19 1:08 PM www.com Preface In a statistical description of nature only expectation values or correlations are observable. 2678] One is almost tempted to assert that the usual interpretation in terms of sharp eigenvalues is ‘wrong’, because it cannot be consistently maintained, while the interpretation in terms of expec- tation values is ‘right’, because it can be consistently maintained.
6] What has become known as the quantum measurement problem […] encapsulates many of the fun- damental conceptual difficulties that have to this date prevented us from arriving at a commonly agreed-upon understanding of the physical meaning of the formalism of quantum mechanics and of how this formalism relates to the perceived world around us. VIII] This book introduces mathematicians, physicists, and philosophers to a new, coher- ent approach to theory and interpretation of quantum physics (including quantum mechanics, quantum statistical mechanics, quantum field theory, and their applica- tions), in which classical and quantum thinking live peacefully side by side and jointly fertilize the intuition. An interpretation of quantum mechanics relates its formalism to the actual in- formal practice of using quantum mechanics in our scientific culture. An impeccable interpretation must show that there is a fully consistent relation between theory and practice.
The interpretation may use concepts familiar from our culture to explain the working of quantum physics in practice to everyone’s satisfaction. What are the shortcomings of the current approaches? The minimal statistical interpretation predicts the statistics of outcomes of experiments. It is silent about the interpretation of quantum mechanics in the absence of measurements, and therefore about the interpretation of quantum physics applied to the far past of the universe, be- fore experiments were possible. This constitutes a serious gap—the interpretation is consistent, but incomplete (as it should be for a “minimal” interpretation).
The Copen- hagen interpretation, which claims that nothing can be asserted in the absence of a measurement, is also consistent. But this sounds like the concept that a tree fallen in the wood has fallen only after someone has seen it. This is one of the reasons why quantum mechanics comes across as somewhat strange. In a many-world interpreta- tion, the world splits and splits, completely unnoticed by us, into all possible futures.
This is science fiction by conception. The other known interpretations are either vari- ations of the above or require additional, in principle, unobservable, and hence fic- tional stuff. As a result, much of quantum physics appears to the general public as a kind of quantum magic. Why do physicists live with this? A noteworthy aspect of the standard inter- pretations is that the state vector cannot represent the whole universe, since it must https://doi.com VIII | Preface exclude an observer or measuring device that determines when a measurement has occurred.
This is the so-called Heisenberg cut between the quantum and the classical world. To date, this has not been a problem in making successful experimental predic- tions, so practitioners are often satisfied with the quantum formalism in a standard in- terpretation. Tradition builds the quantum edifice on a time-honored foundation that accounts for essentially all experimental facts. But it takes a “shut-up-and-calculate” attitude towards the interpretation of the foundations.
The traditional presentation of quantum physics is clearly adequate for prediction, but seems not to be suitable for an adequate understanding. A second reason is that a number of popular “quantum magicians”, very experi- enced quantum physics practitioners specializing in quantum optics, like to give their audience the impression that important parts of quantum mechanics are weird. And the general public loves it! Part of the magicians’ art consists of remaining silent about the true reasons why things work rationally, since then the weirdness is gone, and with it the entertainment value. Does quantum mechanics have to be weird? It sells much better to the general public if it is presented that way, and there is a long history of proceeding like this.
But it is an obstacle for everyone who wants to truly understand quantum mechanics, and to physics students, who have to unlearn what they were told as laypersons. When presented in the right way, quantum mechanics is not at all weird, but very close to classical mechanics. Much of the weirdness comes from forcing quantum mechanics into the straightjacket of a particle picture. The particle picture breaks down com- pletely in the subatomic domain, as witnessed by the many weird things that result from such a view.
Coherent quantum physics removes the radical split between classical mechanics and quantum mechanics. This book demonstrates that at any level of detail, Nature can be rationally and objectively understood just by interpreting the traditional, well- established mathematics of quantum physics in an appropriate way. This requires a reinterpretation of the tradition. The interpretation featured in this book succeeds without any change in the theory, and without introducing new counterintuitive fea- tures or new theoretical concepts.
The resulting quantum features then are only those familiar from everyday life. Nature, as we perceive it with our eyes, consists of images—in mathematical terms 2-dimensional fields, with properties (colors) at each point. Our brains interpret im- ages as scenes in a, strictly speaking, not directly perceived 3-dimensional world of objects. The same object seems larger or smaller depending on its distance from us, with a shape that is deduced from images showing the object from different perspec- tives.
All our observations are indirect: We perceive images and other sensory informa- tion and infer the true (theoretical, reproducible, invariant) properties of the objects around us. From the experience of the multitude of such sensory perceptions of many people, our culture created a network of concepts and relations now called science, and in www.com Preface | IX particular physics. Space has become 3-dimensional, represented at each particular time by 3-dimensional fields that tell the spatial properties of the materials present at each point in space. Their boundaries delineate the objects, some sharply, others— such as clouds—only in a fuzzy way.
Space thus becomes equipped with many properties. There are local properties, such as temperature, colors, hardness, stress, and chemical composition. In fluids there are properties like salt concentration, but also pressure, streaming velocity, et cetera. Each of these gives rise to a field that specifies how these properties vary with the position in space.
In addition, there are less tangible invisible properties, such as those described by the electromagnetic field. The latter describes the properties re- sponsible for the electric and magnetic phenomena in Nature, on which much of our modern culture depends. Additionally, there are bilocal properties, such as distances between two points in space. There are also nonlocal, region-dependent properties, such as the diameter, mass, and volume of an extended object, or the surface area of its boundary.
Objects often move. Just like photographs of stars in a long term night exposure, they trace out tracks in an abstract 3-dimensional space. These tracks form curves of a thickness depending on the objects’ size. The theory of special relativity teaches us beyond this 3-dimensional picture of the world a 4-dimensional perspective in a 4-dimensional Minkowski space, whose coordinates represent both space and time.
Due to length contraction and time dilation, shapes look and clocks move differently for observers moving at different velocities relative to each other. In special relativity, moving points are represented by so-called world lines; the curves they trace out in Minkowski space. The objects we see are extended in space, and therefore trace out world tubes—thin or thick tracks in 4 dimensions with boundaries reflecting the sharp or fuzzy, constant or changing shape of the objects. Materials vibrate and produce sound.
The electromagnetic field vibrates and pro- duces light. Both are phenomena characterizing the behavior of waves. These can be decomposed into harmonic waves of specified direction and frequency. The possible frequencies of vibration make up a spectrum.
A small part of these spectra are directly observable by the human ear and eye; a very large part is indirectly observable through various spectroscopic techniques. Fields are representations of the continuum, infinitely divisible space and time. But continuous fields are also the cause of discrete events. Continuous water waves may cause discrete, random damage.
Bullets fired on plexiglass described by the stress fields of continuum mechanics cause visible, discrete random cracks emanating from the center of impact. Casting a die, modeled by the continuous laws of classical me- chanics, results in a random, discrete value—depending on which face it falls. If we compare the motion of the Moon, a car, a leaf falling from a tree, or a pollen corn in water, we realize that light objects move less predictably. This introduces a sec- ond form of randomness into scientific descriptions.
Often, measurements do not pro- duce exactly the same results. Typically, the best empirical approximation to the true www.com X | Preface value of something measured is a simple average of multiple measurements—there is a democracy of measurement results. This insight, a form of the law of large numbers, justifies statistical techniques. They allow one to obtain much useful information from many inaccurate measurements.
This feature of Nature extends down to the smallest scales. On the scale of hu- man experience, unanimated matter is highly predictable. But on the molecular and atomic level, matter is observed to behave mostly in a random way. Therefore, the re- producible information about microscopic events consists mostly of statistical prop- erties, such as chemical reaction rates.
On the subatomic level, Nature’s behavior is so uncertain that even the opinions on what exists are somewhat controversial. From a more technical perspective, the new approach described in this book may be summarized as follows: Coherent quantum physics is physics in terms of a coherent space consisting of a line bundle over a classical phase space and an appropriate coherent product. The kinematical structure of quantum physics and the meaning of the fundamen- tal quantum observables are given by the symmetries of this coherent space, their infinitesimal generators, and associated operators on the quantum space of the co- herent space. The formal, mathematical core of quantum physics is cleanly separated from the interpretational issues.
To achieve this, we need to avoid some of the traditional quan- tum mechanical jargon. In particular, following the convention of Allahverdyan et al. [7], we add the prefix “q-” to all traditional quantum notions that suggest by their name a particular interpretation, and hence might confuse the borderline be- tween theory and interpretation. In particular, the operators usually called1 “ob- servables” will be called “q-observables” to distinguish them from observables in the operational sense of numbers obtainable from observation.
Similarly, we use the terms q-expectation and q-probability for the conventional but formally defined terms expectation and probability. Objective properties, including their uncertainties are given by q-expectations of products of quantum fields and what is computable from these. The dynamics of the universe is given by the Ehrenfest equations for q-expectations, and defines the dy- namics of every physical subsystem by restriction. Particles are approximate effective descriptions of certain extended blops of mass and/or energy, descriptions that make sense only under special conditions.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Arnold Neumaier (2019). Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống [Luận án tiến sĩ, Universität Wien]. LuanAn.net. https://luanan.net/vat-ly/vat-ly-luong-tu-nhat-quan-tai-dien-giai-truyen-thong
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" nghiên cứu về vấn đề gì?
Coherent quantum physics: Tái diễn giải truyền thống với cách tiếp cận mới, khám phá sâu sắc các khái niệm vật lý lượng tử.
Luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Universität Wien. Năm bảo vệ: 2019.
Luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" thuộc chuyên ngành Mathematik. Danh mục: Vật Lý.
Luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" có bao nhiêu trang?
Luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" có 298 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Vật lý Lượng tử Nhất quán: Tái diễn giải Truyền thống" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.