Часы с волной материи

Материи волна часы представляет собой тип часов принцип работы которых делает использование видимых волнообразных свойств вещества.

Волны материи были впервые предложены Луи де Бройлем и иногда называются волнами де Бройля. Они образуют ключевой аспект дуальности волна-частица, и эксперименты с тех пор подтвердили эту идею. Волна, связанная с частицей данной массы, такой как атом , имеет определенную частоту и фиксированную продолжительность одного цикла от пика до пика, который иногда называют ее периодичностью Комптона . Такая волна материи имеет характеристики простых часов в том, что она отмечает фиксированные и равные промежутки времени. Близнецы парадокс , возникающий из Альберта Эйнштейна теории «S в относительностиозначает, что период движущейся частицы будет немного отличаться от периода неподвижной частицы. Сравнение двух таких частиц позволяет построить практичные «часы Комптона». ^[1]

Волны материи как часы [ править ]

Де Бройль предположил, что частота f материальной волны равна E / h , где E - полная энергия частицы, а h - постоянная Планка . Для покоящейся частицы релятивистское уравнение E = mc ² позволяет получить комптоновскую частоту f для неподвижной массивной частицы, равную mc ² / h .

Де Бройль также предположил, что длина волны λ для движущейся частицы равна h / p, где p - импульс частицы.

Период (один цикл волны) равен 1 / f .

Эта точная комптоновская периодичность материальной волны считается необходимым условием для часов, подразумевая, что любая такая материальная частица может рассматриваться как фундаментальные часы. Это предложение получило название «Камень - это часы». ^[2]

Приложения [ править ]

В своей статье «Квантовая механика, материальные волны и движущиеся часы» Мюллер предположил, что «Описание волн материи как часов с материальной волной ... недавно было применено для проверки общей теории относительности, экспериментов с материальными волнами, основ квантовой механики, квантовой пространственно-временной декогеренции, материальных волновых часов / эталона массы, и привели к дискуссии о роли собственного времени в квантовой механике. Оно в целом ковариантно и, следовательно, хорошо подходит для использования в искривленном пространстве-времени. , например, гравитационные волны ». ^[3]

Последствия [ править ]

В своей статье «Квантовая механика, материальные волны и движущиеся часы» Мюллер предположил, что «[Модель] также вызвала изрядное количество споров. В более широком контексте квантовой механики ... от этого описания отказались. отчасти потому, что его нельзя было использовать для вывода релятивистской квантовой теории или объяснения спина. Описания, которые заменили изображение часов, достигают этих целей, но не мотивируют используемые концепции ... Мы построим ... описание волн материи как часов. Таким образом, мы придем к пространственно-временному интегралу по траекториям, который эквивалентен уравнению Дирака. Этот вывод показывает, что теория волн материи Де Бройля естественным образом приводит к частицам со спином 1/2. Это относится к Фейнману "s поиск формулы для амплитуды пути в пространственно-временном измерении 3 + 1, которая эквивалентна уравнению Дирака. Он дает новую интуитивную интерпретацию распространения частицы Дирака и воспроизводит все результаты стандартной квантовой механики, включая те, которые предположительно расходятся с ней. Таким образом, он проливает свет на роль гравитационного красного смещения и собственного времени в квантовой механике ».^[3]

Противоречие [ править ]

Теоретическая идея о волнах материи как о часах вызвала некоторые споры и вызвала резкую критику. ^{[4] [5]}

Атомная интерферометрия [ править ]

Атом интерферометр использует небольшую разницу в волнах , связанные с двумя атомами , чтобы создать наблюдаемую интерференционную картину. Обычно эти волны связаны с электронами, вращающимися вокруг атома, но теория материальных волн предполагает, что в качестве альтернативы можно использовать волну, связанную с дуальностью волна-частица самого атома.

Экспериментальная установка состоит из двух облаков атомов, одно из которых получает небольшой толчок от точно настроенного лазера. Это дает ему конечную скорость, которая, согласно теории волн материи, снижает наблюдаемую частоту. Затем два облака повторно объединяются, так что их разные волны интерферируют, и максимальный выходной сигнал получается, когда разность частот составляет целое число периодов.

Утверждается, что эксперименты, основанные на идее интерференции между волнами материи (как часами), предоставили наиболее точное подтверждение гравитационного красного смещения, предсказанного общей теорией относительности . Подобный атомный интерферометр составляет сердце часов Комптона .

Однако такая заявленная интерпретация функции интерферометрии подверглась критике. Одна критика заключается в том, что настоящий комптоновский осциллятор или материальная волна не фигурируют в планах какого-либо реального эксперимента. ^[6] Интерпретация материальной волны также считается ошибочной. ^{[4] [5]}

Часы Комптона [ править ]

Функциональные часы, созданные на основе интерферометрии материальных волн, называются часами Комптона. ^[2]

Принципы работы [ править ]

Частота волны, связанной с массивной частицей, такой как атом, слишком высока для использования непосредственно в практических часах, а ее период и длина волны слишком короткие. Практическое устройство использует парадокс близнецов, вытекающий из теории относительности , когда движущаяся частица стареет медленнее, чем неподвижная. Поэтому движущаяся частица-волна имеет немного более низкую частоту. С помощью интерферометрии можно точно измерить разницу или «частоту биений» между двумя частотами, и эту частоту биений можно использовать в качестве основы для отсчета времени. ^[3]

Измерение массы [ править ]

Теоретически можно изменить методику, используемую в устройствах, и использовать время для измерения массы. Это было предложено как возможность замены платино-иридиевого цилиндра, который в настоящее время используется в качестве эталона на 1 кг. ^[2]

Ссылки [ править ]