Strona głównaPytania → W jaki sposób poruszają się...

W jaki sposób poruszają się cząstki elementarne?

Pytanie

Pyta Dariusz Ksionek

Czy ruch fotonów i innych cząstek elementarnych jest liniowy czy raczej poruszają się one skokowo/kwantowo? Jeśli kwantowo, to linie geodezyjne są wielkim uproszczeniem i efekt tunelowania przy wielkich prędkościach to nic niezwykłego.

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Opisując zachowanie cząstek na poziomie mikroświata, czyli w języku mechaniki kwantowej, nie można przypisać im konkretnej trajektorii ruchu. W mechanice kwantowej zachowanie danego układu (np. elektronu) opisywane jest równaniem Schrödingera. Rozwiązaniem tego równania jest tzw. funkcja falowa, która pozwala np. na wyznaczenie prawdopodobieństwa, że dana cząstka, w danej chwili, znajdzie się w danym obszarze przestrzeni. Istotne jest to, że tak obliczone prawdopodobieństwo można porównać z eksperymentem, który polega na detekcji cząstki w tej danej chwili i w zadanym obszarze przestrzeni — natomiast jest to jedyna informacja jaką na temat tej cząstki możemy uzyskać w doświadczeniu. Możemy zmierzyć czy tę cząstkę wykryliśmy czy też nie (w danym momencie i obszarze), natomiast nie możemy wyznaczyć trajektorii jej ruchu, czyli położeń w kolejnych chwilach czasu — tak jak do tego przywykliśmy w fizyce klasycznej. Zatem nie ma sensu mówić ani o ciągłej trajektorii ruchu — w szczególności o linii geodezyjnej — ani też o trajektorii skokowej. Można natomiast mówić o prawdopodobieństwie wykrycia cząstki w jakimś punkcie, nawet jeśli ten punkt znajduje się za jakąś przeszkodą (reprezentowaną w mechanice kwantowej przez barierę potencjału) — i efekt tunelowania odpowiada właśnie temu, że wykrycie cząstki w takim punkcie może mieć niezerowe prawdopodobieństwo i rzeczywiście jej detekcja jest możliwa. Warto też podkreślić, że wszystkie wspomniane tu efekty są efektami kwantowymi, które w odpowiedniej granicy przestają być widoczne, i wtedy jest np. sens mówić o (klasycznej) trajektorii ruchu i liniach geodezyjnych — wspominaliśmy o tym tutaj.