Otázka:
Je moment hybnosti stropního ventilátoru kvantován?
mithusengupta123
2017-08-05 12:46:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Podle kvantové mechaniky je každá kvantová momentová hybnost kvantována v jednotkách $ \ hbar $.Znamená to, že moment hybnosti stropního ventilátoru (kvůli jeho rotaci) je kvantován?Pokud ano, co to fyzicky znamená?Znamená to, že se nemůže otáčet libovolnou rychlostí?

Možná vám čtení kapitoly 8 (Quantum Snooker) a kapitoly 9 (Quantum Safari) z Nového světa pana Tompkinse poskytne představu o tom, co by se mohlo stát, kdyby Planckova konstanta byla větší?https://www.amazon.co.uk/Uncle-Albert-Quantum-Russell-Stannard/dp/0571226809
Jste blízko k duplikátu?https://physics.stackexchange.com/q/284992/
čtyři odpovědi:
Mark H
2017-08-05 13:16:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ano, moment hybnosti stropního ventilátoru je kvantován. To znamená, že když se stropní ventilátor zrychlí, ve skutečnosti skočí z jedné rychlosti na druhou. Velikost těchto skoků je však tak malá - protože Planckova konstanta $ h $ je tak malá - že rozdíl mezi dvěma povolenými rychlostmi je nesmírně malý.

Je to podobné tomu, jak je pozice hozeného baseballu nejistá kvůli Heisenbergovu principu nejistoty. Stejně jako stropní ventilátor, i díky malé velikosti $ h $ je velikost nejistoty nesmírně malá.

Existují makroskopické systémy, kde lze pozorovat kvantovaný moment hybnosti. Když je kapalné hélium dostatečně ochlazeno na to, aby se stalo supertekutým (~ 2 Kelviny), nebude se otáčet, pokud se nádoba otáčí pomalu. Pokud se otáčení kontejnerů zrychlí pomalu, dojde k určité rychlosti, kdy se náhle objeví malá vířivka. Kapalné hélium získalo jednu jednotku momentu hybnosti. Jak se kontejner nadále zrychluje, objevuje se více těchto kvantových vírů, přičemž každý obsahuje kvantovanou jednotku momentu hybnosti.

* To znamená, že když se stropní ventilátor zrychlí, ve skutečnosti skáče z jedné rychlosti na druhou * - ne nutně: ventilátor by mohl velmi dobře být v plynule se měnící superpozici různých vlastních stavů momentu momentu pozorovatelných
@Christoph Vzhledem k tomu, že superpozice nelze pozorovat, získáte při každém měření rychlosti stropního ventilátoru vlastní hodnotu.Takže i když jsou přechody plynulé, měření budou diskontinuální.
ale * zrychlení * je nepřetržitý proces, který zvyšuje příspěvek vlastních stavů vyšší rychlosti a ne jakési nespojité skákání mezi státy
Bohužel, porazil jsi mě před kvantovými víry.Ultracool věci, v doslovném i přesném smyslu.
Proč by měl být moment momentu vůbec kvantifikován?Hybnost volné částice není kvantována (lineární nebo úhlová), tak proč by se měl tento systém lišit?Zdá se, že by to mohlo vzniknout z toho, že jsou lopatky ventilátoru ve vázaném stavu, ale není mi to zřejmé.
Stropní ventilátor rozhodně není nízkoteplotní kondenzát, ale systém v termální lázni, který dokonce mechanicky interaguje s okolím.Kvantové víry jsou něco úplně jiného.
@JacobMaibach hybnost volné částice ve všech $ \ mathbb {R} $ není kvantována.Částice v lopatce ventilátoru jsou však jasně omezeny na kruhovou trajektorii, tj. Hilbertův prostor je rozprostřen nad $ S ^ 1 $ namísto $ \ mathbb {R} $, a to vede ke stavům kvantované hybnosti.Ano, můžete říci, že je to proto, že chcete „vázaný stav“, tj. Ten, ve kterém se ventilátor nerozpadne ...
@leftaroundabout Pokud je požadovaná přesnost našeho modelu taková, kde lze pozorovat skoky momentu hybnosti, potřebujeme o něco lepší model, než omezit částice na kruhovou trajektorii.
Je ventilátor dostatečně malý, aby byl moment hybnosti dobře definován?Není to tuhý předmět.
@MSalters Proč si myslíte, že moment hybnosti není dobře definován pro netuhé objekty?
@Mark H: Tuto představu zpochybňuji, protože přinejmenším pro jednoduchý model kvantového tuhého rotoru, když je rotor ve stavu určité úhlové rychlosti, je jeho orientace zcela nedefinovaná, víceméně.(Jak zvyšujete úhlovou rychlost, orientace získává uzly, ale stále je to víceméně nedefinováno, pokud jde o upřednostňování jednoho konkrétního směru před jakýmkoli jiným.) Přesto jasně, když tam sedíte a sledujete otáčení ventilátoru, musí to mít přiměřeně určitou orientacivám, a proto to nemusí být ve vlastním stavu rychlosti.(pokračování)
(pokračování) Nemůže to být ani v orientaci, protože úhlová rychlost bude zcela nedefinovaná a není tomu tak.Spíše to musí být v nějakém kompromisu s nízkou nejistotou mezi těmito dvěma, přičemž vzájemná nejistota nesmí být alespoň vyšší než schopnost vašich očí (+ světlo + váš mozek) rozlišit obě dimenze.(pokračování)
(pokračování) Takže ano, toto je superpozice v pořádku;ale to neporušuje bit „nemůže pozorovat superpozici“, protože šíření superpozice je pod rozlišením vašich očí prostorově i časově.Myšlenka „kolaps na vlastní stav po měření“ se vztahuje pouze na idealizovaná, dokonalá měření v případě kontinuálních parametrů nebo měření dostatečně přesná, aby rozlišovala jednotlivé úrovně v případě kvantovaných parametrů.Pro fanoušky a vaše oči to neplatí.Ve skutečnosti pro cokoli fyzického neexistuje žádné dokonalé měření polohy a (pokračování)
(pokračování) o tom svědčí matematická patologie, která se objevuje při představování předpokládaných „vlastních stavů polohy“.(Např. Dostanete Dirac delty, které nejsou součástí systému Hilbertova prostoru a jsou tedy nefyzické.)
S ohledem na kvantový vír;Nejsem si jistý, ale článek poukazuje na to, že samotný vír má průměr řádově Angstromů, tedy kolem jednotlivých atomů - úroveň, kterou nemůžete pozorovat svým okem.Nemáte tedy žádné informace o orientaci, a proto mohou existovat v určitém stavu (dokonalá informace, tj. Nulové entropické bity) momentu hybnosti.
ZeroTheHero
2017-08-05 17:20:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je to jako ptát se, jestli je voda kvantifikována.Samozřejmě!: základní jednotkou vody je molekula $ H_2O $.Když přirozeně zaléváte, vaše rostliny nepřemýšlejí o vodě jako o „kvantované“: myslíte si o ní jako o kontinuální tekutině, protože základní jednotka je tak malá, že nemá žádný praktický smysl počítat molekuly vody potřebné pro správné ředění hnojiva.Pokud vůbec, ani počet molekul není přesně konstantní (kvůli odpařování, vlhkosti ve vzduchu atd.).

Podobně je základní jednotka momentu hybnosti tak malá a běžné objekty mají tolik těchto základních jednotek, že není praktické sledovat moment hybnosti tímto způsobem.Kromě toho existují molekuly vzduchu, které narážejí na ventilátor a přenášejí moment hybnosti, a další vnější faktory, díky nimž tento počet jednotek není v každodenních situacích přesně konstantní.

John Forkosh
2017-08-05 15:55:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jen pro domněnku protichůdného názoru, ne, nemůžete říci, že moment hybnosti makroskopického ventilátoru je kvantován jakýmkoli kvantově-mechanickým rozšířením představivosti.

Makroskopický ventilátor (nebo jakýkoli jiný objekt) je hode-podge, extrémně dekherentní složený z mnoha, mnoha (v řádu řekněme $ 6 \ times10 ^ {23} $) mikroskopických (pod) systémů. Jako takový existuje no jeden kvantově - mechanický pozorovatelný odpovídající jeho momentu hybnosti.

To, co místo toho pozorujete, protože moment hybnosti ventilátoru je pouze průměrem souboru z mnoha mikroskopických interakcí mezi ventilátorem a vaším měřicím přístrojem.

Předpokládejme například, že jste hodili jedinou kostkou (jednou ze dvou kostek) $ 6 \ times10 ^ {23} $ krát a zprůměrovali jste všechny tyto výsledky. Každý hod je „kvantován“, s možnými „vlastními hodnotami“ $ 1,2,3,4,5,6 $, abych tak řekl. Ale průměr bude něco jako $ 3.nnn \ ldots $ s číslicemi $ 24 $ za desetinnou čárkou. Sotva kvantifikováno.

A makroskopická situace ventilátorů je ještě horší. Ačkoli je ventilátor jako celek oddělený kompozit Hodge-Podge, není pochyb o tom, že existuje mnoho mikroskopických lokalizovaných oblastí obsahujících zapletené superpozice sousedních částic, jen náhodou. A pak je výpočet pravděpodobnosti jejich stochastických výsledků - zahrnující „epistemickou směs“ (kostková analogie) „ontologických superpozic“ - ještě praštěnější.

A pokud to není dost špatné, materiál ventilátoru má pravděpodobně nějakou krystalickou / mřížkovou / atd. strukturu, což situaci ještě zhoršuje, abych tak řekl, např. https://en.wikipedia.org / wiki / Crystal_momentum, i když netuším, jak by vypadal nějaký odpovídající výpočet momentu hybnosti.

Takže tak či onak, je velmi, velmi pravděpodobné, že někde podél linie the celkový systém přechází z diskrétního do spojitého spektra.Opakuji tedy, že odpověď na vaši otázku je no (jak říká cedule: „Ani think zde nemusíte parkovat!“ :)

„Těžko kvantifikovatelné.“neznamená „není kvantováno“.Ve skutečnosti to znamená přesně opačnou věc.
@AccidentalFourierTransform Berte to prosím v kontextu, kde „těžko kvantifikovaný“ je jasně míněn jako lidová řečová řeč.Chci tam doslova říci, že to není kvantováno.Ale nevidím žádnou dvojznačnost, která by to ponechala tak, jak je.Máte nějaké skutečné fyzické námitky proti tomu, co říkám?
@AccidentalFourierTransform Ach, počkejte ... Právě jsem četl váš profil.Dobře, pokračujte, vytrhněte to z kontextu :)
probably_someone
2017-08-05 12:55:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ano, moment hybnosti stropního ventilátoru je v technickém smyslu kvantován.Ale v tak velkém systému s makroskopickým momentem hybnosti jsou možné hodnoty tak blízko u sebe, že je nerozeznatelné od kontinua.

Dík.Co by to znamenalo pro pohyb stropního ventilátoru, pokud by hodnota $ \ hbar $ byla velká?Jinými slovy, jak bychom v takovém případě vnímali diskrétnost úhlového momentu?
@mithusengupta123 Kvantizace by byla jasnější, protože úrovně hybnosti by byly dále od sebe.Aby bylo možné vidět makroskopické efekty, muselo by to být opravdu dost velké.
Pokouším se zeptat, jakou zvláštnost bych pozoroval v jejím pohybu?Předpokládejme, že je poměrně velký (jen pro pochopení).
@mithusengupta123 Ventilátor by byl schopen přimět ke změně rychlosti pouze přidáním určitého množství momentu hybnosti.Mějte na paměti, že změna $ \ hbar $ mění způsob, jakým _everything_ funguje, nejen ventilátor, takže kromě toho neexistuje žádné jednoduché vysvětlení.
@mithusengupta123 Pokud by byl ℏ velký, pak život, jak ho známe, by byl nemožný a nikdo by nebyl poblíž, aby sledoval stropní ventilátory.Antropický princip platí pro stropní ventilátory stejně jako pro cokoli jiného.


Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 3.0, pod kterou je distribuován.
Loading...