• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Efekt Aharonova-Bohma



    Podstrony: 1 [2] [3] [4]
    Przeczytaj także...
    Zasada najmniejszego działania – sformułowana przez Pierre Louis Maupertuisa zasada mówiąca, że w fizyce klasycznej (porównaj: fizyka kwantowa) fizycznie realizowane tory cząstek minimalizują pewien funkcjonał zwany działaniemCzteropotencjał, w teorii względności potencjał pola elektrycznego φ oraz potencjał pola magnetycznego A łączy się w czterowektor A zwany czteropotencjałem. Wektory pól E i B są opisywane przez tensor pola elektromagnetycznego, które są opisywane w metryce w szczególnej teorii względności o sygnaturze (+,-,-,-).

    Efekt Aharonova-Bohma, również efekt Ehrenberga-Sidaya-Aharonova-Bohma – zjawisko kwantowo-mechaniczne, w którym naładowana cząstka odczuwa obecność pola elektromagnetycznego w obszarach, gdzie tego pola nie ma. Taki efekt pokazuje, że znajomość lokalnych pól nie wystarcza, by przewidzieć ewolucję układu kwantowego.

    Richard Phillips Feynman [ˈɹɪtʃɝd ˈfɪlɪps ˈfaɪnmən] (ur. 11 maja 1918 w Nowym Jorku, zm. 15 lutego 1988 w Los Angeles) – amerykański fizyk teoretyk; uznany w 1999 roku za jednego z dziesięciu najlepszych fizyków wszech czasów . Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

    Pierwsi przewidzieli ten efekt dwaj fizycy, Werner Ehrenberg i Raymond E. Siday, w 1949 roku, a później Yakir Aharonov i David Bohm odkryli podobne zjawiska. Efekt pojawi się w przypadku zarówno pól magnetycznych jak elektrycznych, ale jest łatwiejszy do zmierzenia w przypadku pola magnetycznego.

    Cząstka jest wrażliwa na różnicę potencjałów między różnymi torami przy interferencji, choćby związane z tą różnicą pole ograniczało się do obszaru, do którego cząstka nie mogła się przedostać. Dla pola magnetycznego doświadczenie polegało na umieszczeniu pomiędzy dwiema szczelinami, przez które miał przechodzić elektron, monokryształu żelaza w postaci cienkiego „drutu”, namagnesowanego podłużnie – jego pole magnetyczne było tylko wewnątrz niego, i elektron nie mógł się tam dostać, ale potencjał wektorowy tego pola był różny po obu stronach „drutu” – elektron to „zauważył” i zmienił się obraz interferencyjny.

    Para Coopera jest to układ dwóch fermionów (np. elektronów) oddziałujących ze sobą poprzez drgania sieci krystalicznej - fonony, opisany przez Leona Coopera i będącym elementem teorii BCS nadprzewodnictwa niskotemperaturowego. Fermiony tworzące parę Coopera mają połówkowe spiny (które są skierowane w przeciwnych kierunkach); jednak wypadkowy spin układu jest całkowity - czyli para Coopera jest bozonem. Elektrony tworzące parę Coopera są opisywane przez funkcje falowe z przeciwnymi wektorami falowymi. W 1956 roku Leon Cooper wykazał, że prąd elektryczny w nadprzewodnikach jest przenoszony nie przez pojedyncze elektrony, lecz pary związanych elektronów, zwane parami Coopera.Scientific American – najstarszy amerykański miesięcznik popularnonaukowy wydawany od 28 sierpnia 1845 roku. Jego celem jest propagacja najnowszych osiągnięć technicznych i naukowych poza wąskie środowisko naukowców i popularyzacja wśród szerokiej publiczności.

    Potencjał występował w równaniach opisujących kwantową cząstkę od początku; uważano, że to jest błąd, bo „potencjał nie ma znaczenia fizycznego”, i próbowano zmienić te równania – bez powodzenia. Zaobserwowane zjawisko pokazało, że to nie błąd. Efekt został potwierdzony eksperymentalnie. Przegląd ogólny wyników znaleźć można w publikacji Peshkina i Tonomury (1989).

    SQUID (ang. superconducting quantum interference device) − jedno z najczulszych urządzeń służących do pomiaru natężenia pola magnetycznego. Wykorzystywany jest efekt kwantyzacji strumienia indukcji magnetycznej w pierścieniu nadprzewodzącym i efekt Josephsona. Zmiana strumienia pola magnetycznego obejmowanego przez SQUID wywołuje zmianę natężenia prądu przepływającego przez urządzenie oraz zmianę natężenia prądu indukowanego w pierścieniu. Dokładność współczesnych modeli wynosi ~5 aT (5 ⋅ 10 T). Dwa główne typy SQUID-ów to: DC i RF (zwany też AC).Chen Ning Franklin Yang (chiń. upr.: 杨振宁; chiń. trad.: 楊振寧; pinyin: Yáng Zhènníng; ur. 1 października 1922 w Hefei) – amerykański fizyk pochodzenia chińskiego, laureat nagrody Nobla.

    Przewiduje się istnienie analogicznego zjawiska dla pola grawitacyjnego, jednak nie zostało ono do tej pory potwierdzone eksperymentalnie.

    Znaczenie[ | edytuj kod]

    W XVIII i XIX wieku fizyka była zdominowana przez dynamikę Newtona, z naciskiem na pojęcie siły. Zjawiska elektromagnetyczne rozpracowywane poprzez serię eksperymentów, w których mierzono siły pomiędzy ładunkami, prądami i magnesami, w różnych konfiguracjach. W końcu powstał opis tego, w jaki sposób ładunki, prądy i magnesy oddziałują na siebie jako lokalne źródła pól siły, działające na inne źródła przy pomocy siły Lorentza. Ponieważ obserwowane właściwości pola elektrycznego były bezwirowe, a pola magnetyczne okazały się być pozbawione dywergencji, było możliwe opisanie pól elektrostatycznych jako gradientu skalarnego potencjału (potencjału elektrostatycznego Coulomba, analogicznego, w sensie matematycznym, do klasycznego potencjału grawitacyjnego), a stacjonarnych pól magnetycznych jako wiru potencjału wektorowego (wówczas była to nowa koncepcja). Język potencjałów bez problemów uogólniał się do w pełni dynamicznych przypadków, gdyż wszystkie efekty fizyczne opisane były przez pola, będące pochodnymi potencjałów, jednak potencjały (w przeciwieństwie do pól) nie były jednoznacznie określone przez efekty fizyczne.

    New Scientist - międzynarodowy anglojęzyczny tygodnik naukowy oraz strona internetowa omawiająca najnowsze osiągnięcia światowej nauki jak również zagadnienia związane z ochroną środowiska. Wydany pierwszy raz w 1956 roku, od 1996 roku prowadzona jest również strona WWW. Chociaż pierwotnie był to brytyjski magazyn, obecnie Amerykanie i Australijczycy posiadają również swoje edycje tego tygodnika.Doświadczenie Younga – eksperyment polegający na przepuszczeniu światła spójnego przez dwie blisko siebie położone szczeliny i obserwacji obrazu powstającego na ekranie. Wskutek interferencji na ekranie powstają jasne i ciemne prążki w obszarach, w których światło jest wygaszane lub wzmacniane.

    Efekt Aharonova-Bohma jest ważny konceptualnie, gdyż dotyczy trzech kwestii widocznych w przeformułowaniu klasycznego elektromagnetyzmu Maxwella w teorię cechowania, które bez mechaniki kwantowej byłyby potraktowane jako matematyczne przeformułowanie bez znaczenia fizycznego. Eksperyment myślowy Aharonova-Bohma i jego eksperymentalna realizacja wskazywały, że implikacje te nie były czysto filozoficzne.

    PMID (ang. PubMed Identifier, PubMed Unique Identifier) – unikatowy identyfikator przypisany do każdego artykułu naukowego bazy PubMed.Potencjał magnetyczny jest matematycznym sposobem na zdefiniowanie pola magnetycznego w elektrodynamice klasycznej. Jest on analogiczny do potencjału elektrycznego który definiuje pole elektryczne w elektrostatyce. Podobnie jak w przypadku potencjału elektrycznego potencjał magnetyczny nie jest bezpośrednio obserwowalny - mierzalne jest jedynie pole które opisuje. Są dwa sposoby na zdefiniowanie tego potencjału - jako potencjał skalarny lub jako potencjał wektorowy, który jest wykorzystywany częściej.

    Te trzy kwestie to:

    1. czy potencjały są „fizyczne” czy też są to tylko wygodne narzędzia do obliczania pól siły;
    2. czy zasada najmniejszego działania jest fundamentalna;
    3. zasada lokalności.

    Z tych powodów efekt Aharonova-Bohma został wybrany przez magazyn „New Scientist” jako jeden z „siedmiu cudów świata kwantowego”.

    Potencjały a pola[ | edytuj kod]

    Powszechnie twierdzi się, że efekt Aharonova-Bohma ilustruje fizyczność potencjałów elektromagnetycznych, i A, w mechanice kwantowej. W ujęciu klasycznym znaczenie fizyczne miało jedynie pole elektromagnetyczne, podczas gdy potencjały były jedynie czysto matematyczną konstrukcją, która ze względu na swobodę cechowania nie była nawet ustalona dla danego pola elektromagnetycznego.

    Eksperyment myślowy (od niemieckiego pojęcia Gedankenexperiment, użytego po raz pierwszy przez Hansa Christiana Ørsteda) w najszerszym znaczeniu jest użyciem hipotetycznego scenariusza w celu ułatwienia zrozumienia pewnych rzeczy, zjawisk. Eksperymenty takie przeprowadza się w różnych dziedzinach, od filozofii po fizykę, najczęściej w przypadku gdy na pytanie nie można znaleźć odpowiedzi popartej naukowymi faktami lub przeprowadzenie eksperymentu jest możliwe teoretycznie ale nie praktycznie; przykładowo w twierdzeniu o nieskończonej liczbie małp teoretycznie można przeprowadzić eksperyment z małpami, jednak praktycznie jest to niemożliwe (potrzebna jest nieskończenie wielka liczba małp i maszyn do pisania lub nieskończenie wiele czasu).Kropka kwantowa – niewielki obszar przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach barierami potencjału, nazywany tak, gdy wewnątrz uwięziona jest cząstka o długości fali porównywalnej z rozmiarami kropki. Oznacza to, że opis zachowania cząstki musi być przeprowadzony z użyciem mechaniki kwantowej.

    Jednakże Vaidman podważył tę interpretację wykazując, że efekt AB można wyjaśnić bez potencjałów dopiero wtedy, gdy będziemy mieli pełny kwantowy opis ładunków, będących źródłem pola elektromagnetycznego. Zgodnie z tym podejściem, potencjał w mechanice kwantowej jest tak samo fizyczny (lub niefizyczny) jak miało to miejsce klasycznie.

    Pole elektromagnetyczne – pole fizyczne, stan przestrzeni, w której na obiekt fizyczny mający ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól: pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane, a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują równania Maxwella. Własności pola elektromagnetycznego, jego oddziaływanie z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.Zjawisko fizyczne – przemiana, na skutek której zmieniają się właściwości fizyczne ciała lub obiektu fizycznego.

    Globalne działanie a lokalne siły[ | edytuj kod]

    Efekt Aharonova-Bohma ilustruje również mechanika Lagrange’a, oparta na energiach, nie jest jedynie pomocą obliczeniową w stosunku do podejścia newtonowskiego, bazującego na siłach. Zatem rzeczony efekt uwiarygadnia spojrzenie, że siły nie są kompletnym opisem fizyki i należy uwzględnić potencjały energetyczne. W opracowanym przez Feynmana całkowaniu po trajektoriach, potencjał pola w bezpośredni sposób zmienia fazę funkcji falowej elektronu, co daje mierzalne efekty.

    Potencjał wektorowy pola wektorowego – pojęcie w analizie wektorowej sformułowane w analogii do pojęcia potencjału skalarnego. Przykładem potencjału wektorowego jest potencjał magnetyczny w elektrodynamice klasycznej.arXiv (duże X w nazwie reprezentuje grecką literę χ (chi), nazwę należy więc czytać ‘archiv’) – elektroniczne archiwum naukowych preprintów. Gromadzi artykuły z następujących dziedzin: fizyki z astronomią, matematyki, informatyki, statystyki i biologii (quantitative biology) i matematyki finansowej. Archiwum powstało w roku 1991 w Los Alamos National Laboratory, początkowo dostępne było pod adresem xxx.lanl.gov. Obecnie funkcjonuje przy Uniwersytecie Cornella.

    Lokalność efektów elektromagnetycznych[ | edytuj kod]

    Efekt Aharonova-Bohma pokazuje, że lokalne pola A i B nie zawierają pełnej informacji o polu elektromagnetycznym, i należy zamiast tego użyć czteropotencjału elektromagnetycznego ( A). Korzystając z twierdzenia Stokesa, można obliczyć wartość efektu za pomocą samego pola elektromagnetycznego, lub też samego czteropotencjału. Jednak używając pól elektromagnetycznych, efekty zależą od wartości pól w miejscach, w których cząstka jest nieobecna. Dla kontrastu, gdy używa się elektromagnetycznego czteropotencjału, efekt zależy od jedynie od wartości potencjału w miejscu w regionie dostępnym dla cząstki. Można więc albo porzucić zasadę lokalności, czemu wiele fizyków jest niechętnych, albo przyjąć, że czteropotencjał lepiej opisuje elektromagnetyzm, niż samo pole elektromagnetyczne. Z drugiej strony, efekt AB jest typowo kwantowy. Mechanika kwantowa znana jest z występowania w niej efektów nielokalnych (chociaż wciąż nie pozwalających na komunikację nadświetlną), a Vaidman twierdził że jest to po prostu kolejna nielokalność, tylko w innej formie.

    Dywergencja (albo rozbieżność, źródłowość) pola wektorowego - operator różniczkowy przyporządkowujący trójwymiarowemu polu wektorowemu pole skalarne będące formalnym iloczynem skalarnym operatora nabla z polem. Operator dywergencji pojawia się w sposób naturalny w kontekście całkowania form zewnętrznych w przestrzeni trójwymiarowej (zob. twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego nazywane czasem twierdzeniem o dywergencji), a więc ma szereg konkretnych interpretacji fizycznych, związanych np. z mechaniką płynów.Sir Isaac Newton (ur. 25 grudnia 1642/4 stycznia 1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. 20 marca 1726/31 marca 1727 w Kensington) – angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik.

    W klasycznym elektromagnetyzmie, oba opisy są równoważne. Dodając mechanikę kwantową, potencjał elektromagnetyczne i A jawią się jako bardziej podstawowe. Mimo to, wszystkie obserwowalne efekty są ostatecznie wyrażane jako pola elektromagnetyczne, E i B. Jest to interesujące, ponieważ, choć można wyliczyć te pola z czteropotencjału, z powodu swobody cechowania, nie jest możliwa operacja odwrotna.

    Physical Review (często używany skrót: Phys. Rev.) – czasopismo naukowe publikujące prace naukowe ze wszystkich gałęzi fizyki. Wydawane przez Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne (American Physical Society, APS). Założony w roku 1893 Physical Review jest najstarszym wciąż wydawanym i jednym z najbardziej prestiżowych czasopism poświęconych fizyce.Nadprzewodnictwo – stan materiału polegający na zerowej rezystancji, jest osiągany w niektórych materiałach w niskiej temperaturze.


    Podstrony: 1 [2] [3] [4]




    Warto wiedzieć że... beta

    Physics Today – czasopismo popularnonaukowe, wydawane przez American Institute of Physics. Przez ostatnie 60 lat do czasopisma pisali m.in. tacy sławni fizycy jak Albert Einstein, Niels Bohr i Richard Feynman.
    Komputer optyczny (lub komputer fotoniczny) to hipotetyczne urządzenie wykorzystujące fotony zamiast prądu elektrycznego do przeprowadzania obliczeń. Współcześnie dane przetwarza się za pomocą urządzeń elektronicznych, które zużywają energię na pokonywanie oporu elektrycznego przewodników. Do przesyłania danych wykorzystuje się światłowody, które są o wiele efektywniejsze od przewodów elektrycznych. W sieciach komputerowych pakiety muszą być jednak rutowane do odpowiednich odbiorców, co wymaga wielokrotnego przekształcania danych na postać elektryczną i z powrotem na światło. Każda taka operacja powoduje straty energii i spowalnia komunikację. Wprowadzenie komputerów optycznych wyeliminowałoby te przeszkody.
    Elektrodynamika - dział fizyki zajmujący się badaniem zachowania się ciał obdarzonych ładunkiem elektrycznym, w szczególności:
    Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) – fundamentalna właściwość materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Oddziaływanie ładunku z polem elektromagnetycznym jest określone przez siłę Lorentza i jest jednym z oddziaływań podstawowych.
    Twierdzenie Stokesa – w najczęściej spotykanym przypadku trójwymiarowym, twierdzenie mówiące, że cyrkulacja pola wektorowego po zamkniętym i zorientowanym konturze gładkim jest równa strumieniowi rotacji pola przez dowolną powierzchnię ograniczoną tym konturem. Twierdzenie to odgrywa ważną rolę w teorii pól. Używane jest w mechanice płynów, równaniach Maxwella i wielu innych. Twierdzenia Greena i Ostrogradskiego-Gaussa można traktować jako szczególne przypadki twierdzenia Stokesa.
    Biblioteka Narodowa Francji (fr. Bibliothèque nationale de France, BnF) – francuska biblioteka narodowa, znajdująca się w Paryżu. Przewidziana jest jako repozytorium dla wszystkich materiałów bibliotecznych, wydawanych we Francji. Obecnym dyrektorem Biblioteki jest Bruno Racine.
    Cechowanie – to matematyczna procedura, występująca w kwantowej teorii pola, nakładająca na fermionowe pola kwantowe wymagania dodatkowej symetrii, zwanej symetrią lokalną.

    Reklama

    Czas generowania strony: 1.866 sek.