Универсальные корреляции между флуктуациями в неклассической физике.

Как следует из проведенного обсуждения, при описании природы как на микро-, так и на макроуровне наблюдаются корреляции между флуктуациями физических характеристик объектов и их состояний. Было показано что с одной стороны, эти корреляции качественно различны в микро- и макромире. С другой стороны, всякая корреляция – это со­гласованный процесс, в котором флуктуации участвуют либо в фазе, либо в противофазе.

Граница между микроми­ром, чувствительным к квантовому воздействию, и макроми­ром, чувствительным к тепловому воздействию, отнюдь не всегда связана с различием между малыми и большими по размерам объектами. Более того, можно представить ситуа­ции, при которых было бы необходимо одновременно учи­тывать флуктуации, порождаемые как квантовым, так и теп­ловым неконтролируемым воздействием. Типичный пример – это электромагнитное излучение в полости в условиях теплового равновесия. С его анализа, выполненного Планком, началось развитие неклассической физики. Тем самым возникает потребность в универсальном описании корреля­ции между флуктуациями в неклассической физике в целом.

На самом деле подобная проблема впервые была рас­смотрена Э. Шредингером еще в 1930 году. Исходя из неко­торых общих соображений о свойствах состояний в неклас­сической физике, он получил универсальное соотношение неопределенностей (СН) Шредингера, позволяющее в прин­ципе учесть возможность проявления в природе двух указанных типовкорреляциимежду флуктуациями; физических характеристик объектов и их состояний. СН Шредингера имеют вид

(∆A)(∆B)>R_AВ (11.6),

где ∆А и∆В дисперсии физических характеристик А и В, а Rab —обобщенная мера корреляции этих флуктуации.

Таким образом, СН Гейзенберга в микромире и СН Эйнштейна в макромире – это частные случаи универсальных СН Шредингера, харак­терных для неклассической физики в целом.

Флуктуации связаны с неравновесными процессами. Такие неравновесные характеристики системы, как кинетические коэффициенты пропорциональны интегралам по времени от временных корреляционных функций потоков физических величин. Например, электропроводность пропорциональна интегралу то корреляционных функций плотностей токов, то вязкости.

Флуктуации в системах заряженных частиц проявляются как хаотические изменения потенциалов, токов или зарядов; они обусловлены как дискретностью электрического заряда, так и тепловым движением носителей заряда. Эти флуктуации являются причиной электрических шумов и определяют предел чувствительности приборов для регистрации слабых электрических сигналов.

Флуктуации можно наблюдать по рассеянию света: случайные изменения плотности среды из-за флуктуаций вызывают случайные изменения по объёму показателя преломления, и в однородной по составу среде или даже в химически чистом веществе может происходить рассеяние света, как в мутной среде. Это явление особенно заметно в бинарных растворах при температуре, близкой к критической температуре расслаивания – критическое рассеивание света. Флуктуации также велики в критической точке равновесия жидкости – пар.

Таким образом, корреляции между флуктуациями ха­рактеристик объектов и состояний представляют собой важ­нейшую особенность целостного описания природы в не­классической физике.

Контрольные вопросы:

1. Почему с неклассической точки зрения прибор оказывается неидеальным каналом связи между экспериментатором и исследуемым объектом?

2. Что является источником возмущающего воздействия прибора, если в рассуждениях придерживаться неклассической стратегии мышления

3. Какие величины служат характеристиками макроусловий, окружающих исследуемый объект в эксперименте?

4. Почему среднее значение исследуемой характеристики не содержит полной информации о ее поведении?

5. Каким набором характеристик описывается поведение системы «объект плюс окружение»?

6. Каким понятием описывается макроскопическая об­становка, в которой находится исследуемый объект. Приведите примеры характеристик состояния объек­тов.

7. Какую роль играют характеристики объекта и харак­теристики его состояния в отражении целостности сис­темы «объект плюс его окружение»?

8. Перечислите фундаментальные модели неклассической физики и опишите специфику каждой из них.

9. Что сближает квантоводинамическую и термодина­мическую модели состояний?

10. Какой критерийразличия между большим и малым объектами природы? Какие новые представления о воздействии на микросостояние были введены в науку М. Планком?

11. Назовите характеристики микросостояния электрона, фотона.

12. Что такое волна де Бройля? Как проявляется целостность состояния фотонов при аннигиляции электрон-позитронной napы?

13. Чем отличается поведение системы бозонов от системы фермионов? В чем проявляется целостность состояния этих систем?

14. Какими особенностями обладает состояние теплового равновесия?

15. В чем различие между детерминированным и стохас­тическим движениями?

16. Как проявляется ограничение воздействия на макро­уровне природы?

17. Что такое энтропия и как она изменяется в равновес­ных процессах?

18. В чем состоит упрощенное описание макросостояния по сравнению с описанием микросостояния?

19. Какова роль флуктуации в описании природы в неклас­сической стратегии мышления?

20. В каких проблемах физики учет флуктуации существен?

21. Какие типы корреляции между флуктуациями вам известны и в чем их качественное различие?

22. В чем принципиальное различие между СН Гейзенберга в микромире и СН Эйнштейна в макромире?

23. Что общего с принципиальной точки зрения между СН Гейзенберга и СН Эйнштейна?

24. Какой смысл вкладывается в понятие флуктуации температуры ?