Учёные построили точную модель части Солнечной системы внутри одного атома калия, раздутого до долей миллиметра. Такой трюк исследователи выполнили, чтобы показать интересные пересечения между квантовой и классической физикой.
Представление о том, что электроны вращаются вокруг ядра атома по чётким орбитам, словно шарики-планеты вокруг звезды, – устарело. Квантовая природа субатомных частиц и их дуализм (электрон – и частица, и волна одновременно) приводят к тому, что электроны будто размазываются вокруг ядра и физикам остаётся рассуждать только о вероятности их нахождения в том или ином месте, описывая частицы волновой функцией.
Однако, как оказалось, при определённых условиях электрон можно заставить бегать вокруг ядра почти что как планету, то есть – локализовать его, не нарушая связанности частей системы.
Экспериментаторы из университетов Райса, Венского технологического и американской национальной лаборатории в Окридже создали атом Ридберга, в котором электрон находился в высоковозбуждённом состоянии (на высоком энергетическом уровне).
Далее при помощи импульсов электрического поля учёные заставили волновую функцию электрона коллапсировать. Частица обратилась в локализованный волновой пакет, внешне напоминающий запятую (это были границы, где электрон может быть найден). В таком состоянии электрон продолжил обращение вокруг ядра, но на очень короткое время.
Физики же хотели заставить его бегать по орбите бесконечно, и так, чтобы не нарушалась целостность атома. Учёные приложили к атому вращающееся радиочастотное электрическое поле, передаёт PhysOrg.com. Поле захватило локализованный электрон (ту самую «запятую») и заставило синхронно обращаться вокруг ядра. Другой электрический импульс позволил сделать мгновенную «фотографию» такой экзотической системы.
Правда, ридберговский атом в момент анализа разрушался. Но объединив данные по десяткам тысячам таких опытов, физики показали, что локализованный электрон ведёт себя в точности так же, как троянские астероиды Юпитера.
Последние находятся в точках Лагранжа на орбите Юпитера, и все вместе формируют две «запятые» (по форме похожие на локализованный волновой пакет), опережающие газовый гигант и отстающие от планеты в её пути вокруг Солнца.
И пусть поведение астероидов и планет описывается классической механикой, совпадение тут далеко не случайно. Знаменитый датский физик Нильс Бор ещё в 1920 году сделал прогноз об отношении между законами движения Ньютона и квантовой физикой.
«Бор предсказал, что квантовомеханическое описание физического мира для систем достаточного размера будет совпадать с классическим описанием, представленным ньютоновской механикой, — говорит лидер группы исследователей Барри Даннинг (Barry Dunning). — Бор также указал на условия, при которых это соответствие можно было бы наблюдать. В частности, такое совпадение должно проявляться в атомах с очень высоким значением главного квантового числа».
Именно это предсказание и подтвердили учёные. В их опытах главное квантовое число электрона в ридберговском атоме составляло от 300 до 600. «В таких возбуждённых состояниях атомы калия в сотни тысяч раз больше, чем обычно, и походят по размеру на точку в конце предложения, — объясняет Даннинг. — Таким образом, они являются хорошими кандидатами для проверки предсказания Бора».
Так же как волновой пакет в ридберговском атоме был захвачен комбинированным электрическим полем ядра и внешних волн, астероиды-троянцы контролируются совместным гравитационным полем Солнца и Юпитера, — продолжают проводить аналогию физики.
Подробности эксперимента можно найти – в статье в Physical Review Letters. В дальнейшем авторы этой работы хотят локализовать сразу два электрона и заставить их бегать вокруг ядра как две планеты – каждая по своей орбите.
Статья абсолютно верная. На опыте показан переход от квантовой к классической физике при увеличении размеров рассматриваемой области.
«Чтобы было более понятно: электроны вокруг атома находятся в потенциальных ямах.» — А вы что, рассматриваете гармонический осциллятор? Тогда почему несколько электронов. И куда девать спин-орбитальное взаимодействие, обменное. (а если еще учесть квадрупольный момент ядра, знаете что будет?)
«Поэтому чем более возбуждён электрон — тем -- он медленнее движется». В принципе верно — но не потому что электроны в ямах находятся, а потому что чем ближе электрон к ядру тем сильнее он с ним взаимодействует и тем больше на него давят электроны сверху. По этому чтобы вырвать его с самого низа нужно больше энергии. И наоборот чем дальше от ядра тем энергия связи меньше.
«в случае больших квантовых чисел». Вы в курсе что спин это тоже квантовое число? Наверно вы тут имели ввиду номер энергетического уровня, ну так и надо это писать, другие то могут быть и не в курсе.
В общем будьте осторожней с объяснениями.
Я думаю вы слыхали про камеру вильсона? Там те же электроны оставляют вполне себе нормальный след. То есть с классической точки зрения у нас есть точечная частица с трэком. Но если теперь все ближе и ближе присматриваться к этому трэку, то от окажется очень широкой полосой в квантовом мире со всеми вытекающими отсюда следствиями. Тут у нас тот же трэк только чуть по четче сделан.
На самом деле авторы немножко лукавят, они могут определить положение электрона только после измерения, по этому видео составлено из кучи разных электронов, и потом склеено в фильм.
------------------------------------------
Ну наконец то... Больше претензий к вам не имею... :)
Сергей, не надо пытаться "
-- математическое представление, дорогой товарищ, не заменяет модельное никогда ,но лишь обогащает его .. кто-то и понимает в статье всё — вы — вряд ли.половину... перечисленные вами взаимодействия -очень слабые ,тут, в статье, — рассматривается первая часть — фундаментальная . Я давал модель, поэтому «в принципе верно» но и есть верно. Ваши дополнения — просто ошибочны., это был именно электрон- один 1S1 . О каких давлениях электронов вы говорите, какое там вырывание.?. Господи.. Применение термина « квантовое число» не представляется мне ужасным .. Но действительно, сейчас для конкретных эл-нов в атоме или молекуле принято пользоваться термином «уровень» (тем более, .что часто, не известно какой конкретно электрон участвует в процессе) и что ? Люди помня работу патриарха — написали в его терминах ? Вы что — претендуете на ОТЦОВСТВО в электродинамике ?
Что вам конкретно не понятно"
-- Вы хотите сказать , что электрон находиться именно там ? Вот тут вы батенька попались .. : «Но если теперь все ближе и ближе присматриваться к этому трэку, то от окажется очень широкой полосой в квантовом мире со всеми вытекающими отсюда следствиями» -- именно это и не наблюдается .. о чём и повествуют авторы .. Так что Александр прав .. крестик снять придёться..
Кстати, выражение «чертовщина» и т.п. я использовал в восхищении .. Потому что наука без этого — тухлое занятие недоучек ..
Там, в макро мире, великие ученые, вооруженные квантовой теорией это реально наблюдают.
Это вы всем жителям земли объясните, что земля наша не есть реальная планета, а всего лишь волна вероятности.
-----------------------------------
Вот беда Лалетин... Так оно и есть... Всё из чего она состоит не больше чем то что вы сказали...
И если отдельные солнечные системы это отдельные атомы, то галактики, видимо, сложные молекулярные соединения, а вселенная структура более высокого порядка. Возможно даже живой организм.
Ну, если предположить, что наш макромир на самом деле микровир для какого-нибудь гипермакронаблюдателя и наблюдаемые им квантовые эффекты на самом деле наши законы макрокосма
Бывает. И в этом вы можете убедиться сами.
Берете пушку и стреляете по двум щелям, за которым стоит экран. Потом постепенно начинаете уменьшать размеры пушечного ядра. В начале вы будете иметь два горба на экране, но потом когда размеры ядер станут порядка атомного у вас на экране появится интерференционная картина.
Если не верите, загуглите интерференцию электронов.
А як же! Электрон локализовался — поле возникло. Делокализовался — поле исчезло. :))) И так и дальше.
раз, раз , ещё раз, ещё много-много раз. ©
Цветовой заряд, так сказать визуализировался...
А если серьёзно, считаете, что глюоны можно увидеть с помощью сегодняшних инструментов?
Но то, что ядра на снимке нет, я уверен..
Как откуда? Из ядра, вестимо... из кварков...
На основании ... эээ...»
-- нет в данном случае — не так..
Ну неужели так сложно предположить, что окружающие НЕ ЗНАЮТ как прихотливо вьется мысли нить в вашей голове, и вырванные из контекста вашей мысли слова и фразы понять априорно не в состоянии. Трудно исходя из этого попытаться сформулировать свою мысль так, чтобы быть понятым?
Б. Эх-ма... Как щас помню, когда в розовом сопливом детстве в каком-то научпопе прочитал про высоковозбужденные электроны таааак возбудился сам! Это ж теоретически можно атом «накачать» до состояния, когда он размерами в макромир впишется. Думал, мои фантазии, чего-то не знаю, разве ж такое может быть — а оно вона как. Может оказывается...
Вэ. Вот интересно, может кто более сведущий подскажет. Если атом до размера в несколько миллиметров накачать — ну, чтоб он мог бы быть видимым невооруженным глазом — он будет видим? Наверно, к локализации электрона лучше не домахиваться при этом — пусть себе размазывается... Как бы это выглядело?..
Не накачаете, есть такая штука как энергия связи электрона в атоме, как только ее перешагнете электрон улетит.
Да, в конце-концов, шут с нимим, с миллиметровыми масштабами. Возьмите этот атом калия, из статьи и положите под оптический микроскоп — что мы увидим? Сможем ли мы вообще что-то увидеть? Ведь для этого надо «получить в глаз» фотончиком, отраженным от этого атома. И желательно поболе, чем одним... А в состоянии ли несчастный «накачанный» электрон, размазанный по агромаднейшему для него пространству «долемиллиметровой орбиты» вообще хоть один фотон «отбить»?
Ну забавно же было бы, накачали электноны под микроскоп кинули — оппа, а я атомы вижу — такие себе мелкие серые шарики. :) (или там всякие d-, p-, f- уже не шарики будут? Гантельки и прочие восьминожки?) :)))
Вот пример.
Интерференция электрона на щелях. За одной из щелей ставим счетчик. Пусть он может работать в 2 режимах. Первый это когда влияние на электрон 1% от его энергии и когда 0.001% от его энергии. В ЛЮБОМ случае интерференция не будет наблюдаться, как слабо мы бы на него не влияли.
Вы себе неверно представляете КМ»
-- вы иногда сами думайте ...что пишите и говорите .. не надо глупых примеров.. они демонстрируют -что вы даже не задумываетесь что лепечете ..
Мде, привел конкретный пример того что вы не правы, и получил ответ а ля Лалетина-Бражника-Тагиева. Сергей, я о вас был лучшего мнения.
Да видите ли Асташкин... Максим то прав" "
-- взаимодействие в щелях «абсолютное» — там хоть дробью стреляй всё рассыпет .. примеры у вас .. детский сад ..
_А это в принципе возможно?
Каждый порядок имеет свой, с..Только принцип аналогичности строения миров ..».
-- г-н Лалетин,явно не изучал историю науки и философию.. можно поинтересоваться у вас : что вы сами создали ? Философы уже добрых лет 300 утверждлают , что мы, грешные, черпаем своё знание из окружающих образов и опыта.. поэтому, у нас и атомная эл.станция похожа на паровоз, а ракета на древнейшие ракеты Китая.. и авто похожи на те что делали 100 лет назад.. и дома наши как тыщу лет назад и одежда ..возвращается к каменному веку .. Проблема в науках не в поиске Лалетиных ,а в том чтобы математизировать модели.. потому как давно уже вышли из моды даже наскальные рисунки .. Сорри ..Истина же определяется опытом.. а там сейчас только цифири вылазят и кто-то должен их понимать и считать дальше.... нет там солнечной системы и атома.. так что о чём вы говорите мне лично — вообще непонятно..И что ваше — вы предлагаете..
Казалось бы чепуха, однако нет. Закон F=M*A к фотону неприменим, а закон F=dP/dt работает, как часы. Так же наверное и с электроном.
Ролик сделан путем объединения кучи снимков. И каждый раз атом фотографировали точно с «полюса»? Это два.
=)) сильно расплывается в пространстве
Наверное обьяснение тривиально..при малых энергиях электрон более волна»
-- да-да .. с точностью до наоборот ..
Вы хотите сказать, что если электрон стоит как орбиталь в атоме»
-- Электрон не стоит как орвиталь..как орбиталь он размазан .. а что вы пишите — это бред какой-то ..
Почему ж в точечную, если в фильме показана запятая???
Повторяю вам еще раз — при малых энергиях электрона его волновая функция расплывается, а при больших значениях энергии он более становится похож на частицу. А вы пишете — наоборот — вот ваше наоборот и есть бред, поскольку он явно противоречит данному опыту.
В том и прелесть, что в новых условиях появился повод вновь о них заговорить. Это не «старость», это новость, когда оказывается, что планетарная модель может пригодится и хоть немного потеснить квантовомеханическое «размазывание», но только в особых случаях конечно.
«а об атоме Ридберга (созданном) я читал даже в Юном технике в 80 гг»
Ха-ха. Так можно дальше не читать любой новостной текст, начинающийся словами «физики взяли атом и..» . Достаточно тут зевнуть и сказать- «аа, атомы, знаю-заю, про них ещё Тит Лукреций Кар говорил». :-)
А зачем тогда пишешь их?
Алэн Аспек цепляе верёвку за люстру...
Плюс к этому возникает вопрос о гипотетическом и имхо невозможном непрерывном наблюдении за электроном. И в связи с этим вопрос о том — что такое вообще есть наблюдение. То бишь... оно тоже должно само по себе быть квантованным и обладать всеми дуалистическими нюансами, из этого вытекающими.
www.universe100.narod.ru
Может хватит нам сказки братьев Гримм рассказыывать? Поновее что-то?