به طور عادی، مکانیک کوانتوم در مقیاس اتم ها و ذرات اتمی به کار می رود. با این حال، در دماهای پایین، پدیده هایی دیده شده است که نشانگر ظهور کوانتوم مکانیک در مقیاس ماکروسکوپیک هستند. شناخته شده ترین این پدیده ها ابرشارگی هلیوم و ابررسانایی هستند که هر دو رفتاری دیدنی به نمایش می گذارند. برای نمونه در هر دو حالت ماده می تواند با مقاومت صفر جریان یابد. در هلیوم چرخان پیچش های کوانتومی شکل می گیرند که همه به یک اندازه قوی هستند و می توانند در الگوهای زیبایی شکل گیرند.
پدیده های کوانتومی ماکروسکوپی از زیباترین پدیده های فیزیک هستند. فصل ۲۱ کتاب درس های فاینمن در فیزیک در مورد این مطلب با «این فصل فقط برای سرگرمی است» آغاز می شود. در سال های ٬۱۹۹۶ ۱۹۹۸ ٬۲۰۰۱، ۲۰۰۳ چهار جایزه نوبل فیزیک به کارهایی در رابطه با این پدیده ها داده شد. [ ۱] [ ۲] [ ۳] [ ۴]
پدیده هایی که پدیده های کوانتومی ماکروسکوپی خوانده می شوند از دو جهت ماکروسکوپی هستند:
• حالت های کوانتومی توسط تعداد زیادی از ذرات اشغال شده اند ( معمولاً عدد آووگادرو )
• حالت های کوانتومی اشغال شده از نظر اندازه ماکروسکوپی هستند. ( اندازه ای تا مرتبهٔ کیلومتر در ابررسانا )
مفهوم اشغال ماکروسکوپی حالت های کوانتومی توسط فریتز لاندن معرفی شد. [ ۵] [ ۶] در اینجا توضیح داده خواهد شد که معنای اشغال حالت پایه توسط تعداد بسیاری از ذرات چیست. تابع موج حالت پایه چنین است:
Ψ = Ψ 0 exp ( i φ )
که در آن φ فاز و Ψ 0 دامنه است. تابع موج را نرمال می کنیم به طوری که:
∫ Ψ Ψ ∗ d V = N s .
تعبیر فیزیکی کمیت
Ψ Ψ ∗ Δ V
به تعداد ذرات بستگی دارد. تصویر ۱ ظرفی را دارای تعدادی ذره با حجم کنترلی کوچک ΔV در آن نشان می دهد. در هر قسمت تعداد ذرات موجود در جعبه کنترلی را حساب می کنیم. سه حالت مختلف وجود دارد:
۱. تنها یک ذره وجود دارد. در این حالت حجم کنترلی اکثر اوقات خالی است. هرچند احتمال یافت شدن ذره در این حجم توسط رابطه زیر ( همان رابطه قبل ) داده می شود:
این احتمال با ΔV متناسب است. عبارت ΨΨ∗ چگالی احتمال خوانده می شود.
• اگر تعداد ذره ها کمی بیشتر باشد غالباً چند ذر در جعبه یافت می شوند. می توان یک مقدار متوسط تعریف کرد، اما نوسان تعداد مورد نظر حول این متوسط زیاد است.
• در حالت تعداد بسیار زیاد ذره همیشه تعداد زیادی ذره در جعبه کوچک خواهد بود. نوسان تعداد ذرات حول مقدار متوسط کوچک است. مقدار متوسط متناسب با ΔV است و ΨΨ∗ اکنون به عنوان چگالی ذرات تعبیر می شود.
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفپدیده های کوانتومی ماکروسکوپی از زیباترین پدیده های فیزیک هستند. فصل ۲۱ کتاب درس های فاینمن در فیزیک در مورد این مطلب با «این فصل فقط برای سرگرمی است» آغاز می شود. در سال های ٬۱۹۹۶ ۱۹۹۸ ٬۲۰۰۱، ۲۰۰۳ چهار جایزه نوبل فیزیک به کارهایی در رابطه با این پدیده ها داده شد. [ ۱] [ ۲] [ ۳] [ ۴]
پدیده هایی که پدیده های کوانتومی ماکروسکوپی خوانده می شوند از دو جهت ماکروسکوپی هستند:
• حالت های کوانتومی توسط تعداد زیادی از ذرات اشغال شده اند ( معمولاً عدد آووگادرو )
• حالت های کوانتومی اشغال شده از نظر اندازه ماکروسکوپی هستند. ( اندازه ای تا مرتبهٔ کیلومتر در ابررسانا )
مفهوم اشغال ماکروسکوپی حالت های کوانتومی توسط فریتز لاندن معرفی شد. [ ۵] [ ۶] در اینجا توضیح داده خواهد شد که معنای اشغال حالت پایه توسط تعداد بسیاری از ذرات چیست. تابع موج حالت پایه چنین است:
Ψ = Ψ 0 exp ( i φ )
که در آن φ فاز و Ψ 0 دامنه است. تابع موج را نرمال می کنیم به طوری که:
∫ Ψ Ψ ∗ d V = N s .
تعبیر فیزیکی کمیت
Ψ Ψ ∗ Δ V
به تعداد ذرات بستگی دارد. تصویر ۱ ظرفی را دارای تعدادی ذره با حجم کنترلی کوچک ΔV در آن نشان می دهد. در هر قسمت تعداد ذرات موجود در جعبه کنترلی را حساب می کنیم. سه حالت مختلف وجود دارد:
۱. تنها یک ذره وجود دارد. در این حالت حجم کنترلی اکثر اوقات خالی است. هرچند احتمال یافت شدن ذره در این حجم توسط رابطه زیر ( همان رابطه قبل ) داده می شود:
این احتمال با ΔV متناسب است. عبارت ΨΨ∗ چگالی احتمال خوانده می شود.
• اگر تعداد ذره ها کمی بیشتر باشد غالباً چند ذر در جعبه یافت می شوند. می توان یک مقدار متوسط تعریف کرد، اما نوسان تعداد مورد نظر حول این متوسط زیاد است.
• در حالت تعداد بسیار زیاد ذره همیشه تعداد زیادی ذره در جعبه کوچک خواهد بود. نوسان تعداد ذرات حول مقدار متوسط کوچک است. مقدار متوسط متناسب با ΔV است و ΨΨ∗ اکنون به عنوان چگالی ذرات تعبیر می شود.
