Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 18 dotazů obsahujících »relativistické«
2) Poloha a energie v kvantové mechanice
29. 10. 2007
Dotaz: V kvantové fyzice jsou 2 veličiny kompatibilní, když je lze současně měřit. To
platí, když operátory těchto veličin mají společné vlastní stavy a jejich
komutátor je roven nule. Pro kombinaci poloha-hybnost nebo energie-čas je to
jasné, ty jsou ve všechn učebnicích rozebrány. Ale co kombinace poloha-energie?
Jejich komutátor je nulový, tak by měly mít stejné vlastní stavy. Ale vlastní
stavy energie elektronu v atomu (takové ty tvary orbitalů - koule, prostorové
osmičky, atd) nejsou vlastní stavy operátoru polohy (to by měl být jen jeden bod
v prostoru). Možná je problém v tom, že operátor polohy komutuje s obecným
operátorem energie, ale ne s Hamiltoniánem, který popisuje energii elektronu v
obalu atomu. Znamená to, že poloha-energie někdy komutují a někdy ne? (Petr Plachý)
Odpověď: Máte pravdu v tom, že když dva operátory komutují (jejich komutátor je roven nule), existuje společný systém vlastních stavů a jim příslušející veličiny lze změřit současně.
Operátory souřadnice a hybnosti nekomutují, proto neexistují jejich společné vlastní stavy a nelze je změřit současně (s libovolnou přesností). To popisují tzv. Heisenbergovy relace neurčitosti. Podobnou nerovnost lze napsat i pro dvojici energie a čas, ale zde je třeba být opatrnější. V nerelativistické kvantové mechanice je čas parametrem (pro popis vývoje systému) a nezavádí se operátor času. I když lze podobnou nerovnost psát, musíme být při jejím odvození i interpretaci velmi opatrní. Podrobnější diskuzi s odkazy na další materiály lze najít v anglické Wikipedii:
K vašemu dotazu ohledně dvojice souřadnice-energie. Přiznám se, že nerozumím tomu, čemu říkáte "obecný operátor energie". Operátorem celkové energie je Hamiltonův operátor. Jedná se asi o jedinou výjimku, kdy se operátor jmenuje jinak a i značí jiným písmenem než jemu příslušející veličina.
Celková energie je součtem kinetické a potenciální energie. V našem případě bude operátor celkové energie (již zmíněný Hamiltonův operátor) součtem operátoru kinetické energie a operátoru potenciální energie.
Potenciální energie závisí na zkoumaném problému (např. pro zmíněný výpočet atomu vodíku se jedná o potenciální energii elektronu v elektrostatickém poli jádra) a (většinou) je závislá pouze na souřadnici a nezávislá na hybnosti. Proto operátor potenciální energie (obvykle) s operátorem souřadnice komutuje. Kinetická energie je vždy úměrná druhé mocnině hybnosti. Z tohoto důvodu operátor kinetické energie s operátorem souřadnice nekomutuje:
Díky tomu ani celková energie nekomutuje s operátorem souřadnice, a proto neexistují společné vlastní funkce těchto dvou operátorů.
Dotaz: Prajem dobrý deň, dá sa zmerať aj pokojová hmotnosť častice? Alebo je to tak, že
sa zmeria hmotnosť častice pre istú rýchlosť a relativistickým vzťahom sa
dopočíta pokojová hmotnosť častice? Ďakujem. Števo (stefan)
Odpověď: Hmotnost některých částic lze měřit v podmínkách, kdy jejich rychlost je
zanedbatelná vůči rychlosti světla a hmotnost je tedy prakticky klidová
(to je příklad hmotnostní spektrometrie), resp. jak navrhujete, na
rychlost lze vzít korekci podle známého vzorečku. Jiná cesta zjištění
klidové hmotnosti je založena na relativistickém vztahu E2=m2c4+p2c2, který přepíšete do tvaru m2c4=E2-p2c2. Tj. klidová energie
resp. klidová hmotnost (až na c4) se zjistí z rozdílu kvadrátů energie a
hybnosti. Energii a hybnost studované částice pak často získáte například
jako součet energií a hybností jejích rozpadových produktů, viz např.
Dotaz: Dobrý den, můžu si dovolit jeden laický dotaz? Vrtá mi to hlavou. Když se ode
mně vzdaluje nějaký objekt rychlostí blížící se rychlosti světla, tak mu plyne
čas pomaleji. No ale když se tento objekt ode mně vzdaluje, tak se vzdaluji já
od něj toutéž rychlostí, tudíž mně by zase měl plynout čas pomaleji než jemu. To
se ale vylučuje, ne? Předem díky za odpověď a schovívavost :-) (Josef Maděra)
Odpověď: Nevylučuje se to a skutečně je tomu tak - oba navzájem se vzdalující pozorovatelé změří, že se tomu druhému zpomaluje čas (resp. opožďují se jeho hodinky). Z hlediska speciální teorie relativity nemá smysl hloubat, čí čas bude správnější, neboť oba jsou stejně správné. Tato skutečnost ani nevede k žádným sporům, jen na ni nejsme z běžného života zvyklí. Bereme-li tedy v úvahu relativistické efekty spojené s vysokými rychlostmi, mějme vždy na mysli, že nestačí udat, jak dlouho něco trvá či kdy to nastalo - vždy je potřeba také dodat, kdo (resp. z jaké soustavy) sledovaný děj měřil či pozoroval. Bez toho nemá žádná informace o čase jednoznačný smysl.
Dotaz: Dobrý den, Mám dotaz ohledně ohleně relativistického Dopplerova jevu. Funguje
tento jev i pro klasické radiové signály ? Ve vysokoškolských skriptech se často
setkávám s odvozením frekvenčního posuvu na základě klasického sčítání
rychlostí. Podle mého názoru je to však nesprávný postup, protože na radiové
signály můžeme nahlížet jako na elektromagnetické vlnění což je i světlo. (eddie)
Odpověď: Ano, relativistický Dopplerův jev (jak příčný, tak i podélný) nastává i pro klasické rádiové vlny. Nevím, jaké odvození v jaké učebnici máte zrovna namysli, nicméně jev lze zcela korektně a přímočaře odvodit v rámci speciální teorie relativity například transformací vlnového čtyřvektoru z inerciální soustavy zdroje do inerciální soustavy pozorovatele.
Dotaz: Na jakou rychlost se urychlí "stojící" elektron konkrétním napětím (např.500V)?
Moc děkuji. (Honza)
Odpověď: Elektron získá kinetickou energii rovnou součinu jeho náboje a urychlujícího napětí. Pro odhad jeho rychlosti můžeme při nižších rychlostech zanedbat relativistické efekty a počítat dle vzorce EK = 1/2·me·v2 = e·U , odkud úpravou vyjádříme rychlost elektronu v. Po dosazeni U = 500V, e = 1,6·10-19C a me = 9,11·10-31kg dostaneme výslednou rychlost okolo 13·106m·s-1. Zde si ještě zkontrolujeme, že tato rychlost je výrazně menší než rychlost světla (což je) a že zanedbání relativistických efektů tedy bylo oprávněné.
