Физика пространства - времени

Задача о том, как свободная частица (находящаяся в существенно плоской области пространства-времени) движется из точки A в точку B по прямой линии: 1) Как эта частица «пробует» приемлемые альтернативные пути, которые она могла бы избрать. 2) Расплывание «прямой» линии, ведущей из A в B в результате этого процесса «распробования», происходящего непрерывно. 3) Как яснее определить и измерить действительное физическое распространение этого рода по так называемому «классическому» или идеальному пути из A в B

Сдерживают ли «квантовые силы» атом как единое целое? Связывают ли они атомы друг с другом (химия!)? Являются ли они причиной электропроводности и упругости твёрдых тел?

Нет! Такой вещи, как «квантовая сила», не существует. Единственными силами, обусловливающими структуру атомов, молекул и твёрдых тел, являются электрические силы. Для того чтобы объяснить весь мир повседневной физики (за исключением тяготения), требуется лишь существование: 1) этих сил, 2) элементарных частиц и 3) квантового принципа, управляющего движением частиц под действием этих сил

Имеется ли другой пример, иллюстрирующий объяснение фундаментальных процессов квантовой физикой?

Электрон движется по круговой орбите вокруг протона, который тяжелее его в 1836 раз, и удерживается на этой орбите электрическим притяжением со стороны протона. 1) Почему относительная величина расплывания орбиты мала, если эта орбита велика? 2) Почему способность частицы «распробовать» пространство вокруг орбиты делает физически невозможным существование любых орбит, кроме тех, на протяжении которых укладывается целое число длин волн («квантовое число», «квантовое условие», см. упражнение 101)? 3) Насколько велика относительная размытость или неопределённость положения в пространстве для орбиты с малым квантовым числом? 4) Величина специфической энергии, или «квантовый уровень», связанный с этими «квантовыми состояниями движения». 5) Величина энергии, выделяемая при «переходах» электрона с одного такого уровня на другой

Если вся физика подчиняется квантовому принципу (точная формулировка которого здесь не приводится), то какой смысл при каких бы то ни было обстоятельствах может иметь использование языка «классической» (неквантовой) физики для описания движения? Как можно рассматривать «положение в пространстве» и его изменение от одного «момента» к другому вдоль «мировой линии» частицы, если неизбежно существует квантовое размазывание или неопределённость того пути, которым следует частица в пространстве-времени?

Чем больше орбита, тем меньше относительная величина размазывания («большей» названа орбита с большим «квантовым числом»). И вообще хотя предсказания квантовой физики сильно отличаются по своему характеру («вероятности», «квантовые состояния») от предсказаний классической физики («когда» и «где»), тем не менее они по своим практическим следствиям становятся всё ближе и ближе к предсказаниям классической механики в предельном случае больших квантовых чисел (принцип соответствия Нильса Бора между классической и квантовой физикой)

Если ограничиться рассмотрением тех условий, при которых квантовые неопределённости координат практически несущественны и применимы классические (неквантовые) представления («предельный случай принципа соответствия»), на самом ли деле много в этих условиях физических явлений, которые мы можем объяснить?

Громадное количество! Механика точек и твёрдых тел, небесная механика и феноменологическая гравитация, динамика упругих сред, аэро- и гидродинамика с теорией звука, термодинамика, теория электричества и магнетизма, геометрическая и физическая оптика

Какие разделы физики можно сверх этого успешно проанализировать, приняв на вооружение квантовый принцип, но ограничиваясь электромагнитными и гравитационными силами и теми случаями, когда расстояния между частицами велики по сравнению с размерами этих частиц (отказ от учёта идей физики элементарных частиц)?

Вся атомная физика: энергетические уровни всех атомов; их размеры; испускание света при переходах атомных электронов из одного состояния в другое; эффекты бомбардировки атомов светом или частицами. Все основные закономерности химии: столкновения между атомами; сила связи атомов в молекулах; форма и размеры молекул; основные и возбуждённые состояния молекул; сопротивление молекул деформациям; механизм химических реакций; механизмы аккумуляции и переноса энергии молекулами. Все основные закономерности физики твёрдого тела: кристаллические структуры; теплота образования; упругость; тепло- и электропроводность; сверхпроводимость; коэффициент поглощения света; магнитные свойства; дислокации и прочность материалов; экситоны, фононы, плазмоны, магноны и прочие агенты, аккумулирующие и переносящие энергию на микроскопическом уровне в твёрдых телах. Статистическая механика теплового равновесия для твёрдых тел, жидкостей, газов и их систем; их фазы. Сверхтекучесть. Скорости протекания реакций

Какая проблема из всего множества вопросов физики твёрдого тела нуждается в дальнейшей экспериментальной и теоретической разработке?

Атом или молекула, входящие в состав твёрдого тела, переведены в возбуждённое энергетическое состояние путём поглощения пришедшего извне света. Каков механизм, с помощью которого происходит разрядка этой концентрации энергии, когда последняя распространяется по твёрдому телу в виде теплоты или колебаний решётки («фононов»)?

Можно ли до биться, успехов в исследовании систем, расстояние между элементарными частицами в которых не очень велико по сравнению с размерами частиц?

Да, в ядерной физике. В ядре расстояния между элементарными частицами составляют величины порядка 10^1^3 см, тогда как установлено, что эффективные размеры нейтрона и протона имеют порядок 10^1 см. Мы располагаем богатейшими данными об энергетических уровнях ядер, о размерах ядер, о несферичности атомных ядер, о радиоактивности ядер, о делении ядер и о ядерных превращениях, вызываемых их бомбардировкой. Многие стороны этих эффектов удаётся точно предсказывать, несмотря на тот факт, что неизвестна природа основных сил, действующих в ядре (это ни электрические, ни гравитационные, но некие «ядерные силы» короткого радиуса действия, убывающие с расстоянием много быстрее, чем обратный квадрат). Другие экспериментальные факты менее понятны или вообще не интерпретированы

Какая из множества проблем ядерной физики представляется созревшей для дальнейшего экспериментального и теоретического исследования в настоящее время?

Механизм деления ядер и, в частности, механизм того, как при делении ядер урана или других тяжёлых ядер иногда образуются наряду с двумя много более массивными осколками также ядра гелия или тяжёлого водорода

Существует ли простой критерий, позволяющий в конкретных условиях указать, какое из взаимодействий является более важным: 1) внутренние взаимодействия, обусловливающие структуру элементарных частиц; 2) ядерное; 3) электромагнитное; 4) гравитационное взаимодействие?

Да. Критерий — количество энергии, связанное с каждым из этих взаимодействий

Каковы сравнительные значения этих четырёх видов энергии для железного шара радиусом 1 м?

1) Внутренняя энергия элементарных частиц (определяемая массами покоя входящих в шар нейтронов и протонов): 3,3·10 кг. 2) Ядерная энергия (определяемая изменением массы при объединении нейтронов и протонов и образовании Fe): 3,1·10^2 кг. 3) Электрическая энергия (определяемая энергией связи электронов в атомах железа и энергией связи атомов железа в кристаллической решётке металлического железа; вся эта энергия даётся в переводе в единицы массы): около 2·10^2 кг. 4) Гравитационная энергия (энергия, требующаяся для удаления атомов железа на бесконечность против сил тяготения, переведённая в единицы массы): около 2·10^1 кг