U ovoj disertaciji su obrađena tri značajna problema u teorijskoj fizici kondenzovanog stanja posredstvom dualnih pristupa. Prvi deo doktorata obuhvata ispitivanje eksitonske disperzije četiri aromatična ugljovodonika. Teorijske krive, bazirane na modelu Frenkelovih neinteragujućih eksitona, upoređene su sa eksperimentalnim podacima i uočeno je zadovoljavajuće slaganje. Perturbativne korekcije, koje potiču od eksiton-eksiton interakcija, su zanemarljive. U drugoj glavi doktorata ispitana je korelacija između kvantne zamršenosti i kvantne koherentnosti u sistemima spinskih kubita. Veza je istražena u sistemima sa Đalošinski-Morija interakcijom, kao i dva tipa anizotropije. Metod kvantne renormalizacione grupe korišćen je za uočavanje korelacije u sistemima različitih dimenzija, ali i za ispitivanje veze dve kvantno-informatičke veličine sa kvantnim faznim prelazima sistema. Treća glava doktorata posvećena je analizi odzivne funkcije i najvećeg Ljapunovljevog eksponenta jako prigušenog Frenkel-Kontorova modela sa dva tipa neharmonijskog konveksnog međučestičnog potencijala. Dobijeni rezultati su upoređeni sa rezultatima standardnog Frenkel-Kontorova modela, kao i sa dostupnim eksperimentalnim podacima u sistemima talasa gustine naboja, Džozefsonovih spojeva i koloidnim sistemima. Uočeni su tragovi dinamičkog zaključavanja i Šapirovi stepenici u oba smera kretanja čestica.
U ovoj disertaciji su obrađena tri značajna problema u teorijskoj fizici kondenzovanog stanja posredstvom dualnih pristupa. Prvi deo doktorata obuhvata ispitivanje eksitonske disperzije četiri aromatična ugljovodonika. Teorijske krive, bazirane na modelu Frenkelovih neinteragujućih eksitona, upoređene su sa eksperimentalnim podacima i uočeno je zadovoljavajuće slaganje. Perturbativne korekcije, koje potiču od eksiton-eksiton interakcija, su zanemarljive. U drugoj glavi doktorata ispitana je korelacija između kvantne zamršenosti i kvantne koherentnosti u sistemima spinskih kubita. Veza je istražena u sistemima sa Đalošinski-Morija interakcijom, kao i dva tipa anizotropije. Metod kvantne renormalizacione grupe korišćen je za uočavanje korelacije u sistemima različitih dimenzija, ali i za ispitivanje veze dve kvantno-informatičke veličine sa kvantnim faznim prelazima sistema. Treća glava doktorata posvećena je analizi odzivne funkcije i najvećeg Ljapunovljevog eksponenta jako prigušenog Frenkel-Kontorova modela sa dva tipa neharmonijskog konveksnog međučestičnog potencijala. Dobijeni rezultati su upoređeni sa rezultatima standardnog Frenkel-Kontorova modela, kao i sa dostupnim eksperimentalnim podacima u sistemima talasa gustine naboja, Džozefsonovih spojeva i koloidnim sistemima. Uočeni su tragovi dinamičkog zaključavanja i Šapirovi stepenici u oba smera kretanja čestica.
kvantnoj mehanici, sustav je u prostoru i vremenu opisan valnom funkcijom Ψ (q,t). Za izracun svojstava sustava potrebno je rijesiti Schrodingerovu jednadžbu. Valna funkcija prema tome mora zadovoljavati tu jednadžbu, tj. mora biti njezino rjesenje. Buduci da su vrijeme i prostorne koordinate nezavisne varijable (možemo ih nezavisno mijenjati), Schrodingerova jednadžba se može rastaviti na dva faktora: vremenski neovisnu ili stacionarnu Schrodingerovu jednadžbu koja ovisi samo o položajnim koordinatama i vremenski faktor. Vremenski neovisna ili stacionarna Schrodingerova jednadžba predstavlja osnovnu jednadžbu za određivanje energetskih stanja sustava u stacionarnim stanjima (Ĥψ(q) = Eψ(q)).
Nametanje uvjeta na valnu funkciju da mora biti kontinuirana na cijelom svom definicijskom prostoru (cestica u kutiji) i jednoznacna (cestica na prstenu i cestica na kugli), dovodi nas do izbora samo malog broja mogucih rjesenja Schrodingerove jednadžbe za te sustave. To su sustavi u kojima je kretanje cestice prostorno ograniceno. Tzv. rubni uvjeti dovode do pojave kvantnih brojeva koji jednoznacno određuju valne funkcije i pripadne energije. Kvantni brojevi ogranicavaju observable na diskretne vrijednosti. To jest, kvantizacija je posljedica rubnih uvjeta. Najcesce govorimo o kvantizaciji energijskih razina, ali postoji i kvantizacija kutne kolicine gibanja oko jedne osi (koja se uobicajeno oznacava z). To možemo vidjeti na primjeru cestice u prstenu. Kod cestice u sferi se pojavljuju dva kružna rubna uvjeta koja se trebaju zadovoljiti. To dovodi do pojave zvane prostorna kvantizacija, koja ukazuje na to da rotirajuce tijelo ne može zauzeti proizvoljnu orijentaciju s obzirom na neku specificnu os.
U sustavima koji imaju visok stupanj simetrije se pojavljuje degeneracija energijskih razina. Ona ukazuje na to da se isto energijsko stanje može opisati sa vise razlicitih valnih funkcija. To je posljedica toga sto je pojedina energijska razina proporcionalna ili zbroju kvadrata pojedinih kvantnih brojeva n (cestica u 2D- i 3D- kutiji), pa se razliciti kvantni brojevi mogu kombinirati na razlicite nacine da im zbroj kvadrata ostane isti, ili kvadratu kvantnog broja ml (primjer cestice na prstenu). Kvantni broj cestice u 1D-kutiji ima vrijednosti n=1,2,.... Degeneracija energijskih razina kod cestice u prstenu (za ml ≠ 0) je posljedica toga sto cestica može putovati oko prstena s jednakom kinetickom energijom u oba smjera (kvantni broj ml = 0,±1,±2,...). Energijske razine kod cestice u sferi su proporcionalne umnosku l(l+1) pa je svaka energijska razina (2l + 1)-struko degenerirana. To jest, za svaku vrijednost orbitalnog kvantnog broja kutne kolicine gibanja, l, postoji 2l + 1vrijednosti kvantnog broja ml (ml = l, l-1,...,-l) ). Kod cestice u prstenu i cestice u sferi ne postoji nulta tocka energije, dok cestica u 1D-kutiji ima najnižu neuklonjivu energiju E1=h2/8mL2.
Gustoca vjerojatnosti za koordinate položaja, tj. |ψ|2, nam govori o najvjerojatnijoj raspodjeli cestice u prostoru. Kod cestice u 1D-kutiji se cini kao da cestica izbjegava zidove pri nižim kvantnim brojevima, dok je pri visim kvantnim brojevima raspodjela vise jednolika po cijelom prostoru. To je primjer nacela korespondencije u kojem se stanja klasicne mehanike pojavljuju iz kvantne mehanike pri visim kvantnim brojevima. Kod cestice u prstenu i cestice u sferi je azimutalna raspodjela jednolika: određenost u vrijednosti kutne kolicine gibanja podrazumijeva totalnu neodređenost u lokaciji cestice. Klasicni opis za ta dva sustava se dobije kada se cestica postavi da se vrti s neprecizno definiranom energijom. U tom slucaju, njezina valna funkcija je valni paket oblikovan iz superpozicije ili svojstvenih valnih funkcija kutne kolicine gibanja (cestica u prstenu), ili sfernih harmonika (cestica u sferi). Kod cestice u prstenu valni se paket krece po prstenu kao lokacija klasicne cestice. Međutim, siri se s vremenom. Kod cestice u sferi valni se paket krece u slaganju s predviđanjima klasicne fizike i putuje kroz sve kutove, ali se također siri s vremenom.
Tradicionalno filozofijsko pitanje o odnosu uma i tvari poprima u kvantnoj mehanici oblik pitanja o odnosu promatranog (kvantnog objekta) i promatraca (umnog subjekta) u mjernome procesu. Dok klasicna fizika postavlja taj odnos u kontekst jednosmjerne pasivne percepcije objekta i njegovih inherentnih svojstava od strane subjekta, pri cemu subjekt ni na koji nacin u konacnici ne ulazi niti u opis svojstava samoga objekta niti procesa njegove percepcije, u okvirima filozofijâ kvantne mehanike gotovo je opce mjesto kako je staticnost subjekt-objekt relacije nesto sto ova teorija dokida na posve radikalan nacin. Međutim, ekstenzivnost dinamike ove relacije jos uvijek je predmetom brojnih rasprava. Poglavito, moguce je postaviti dva temeljna pitanja: je li dinamika subjekt-objekt relacije u kvantoj mehanici nalik onoj blažoj na tragu kopenhaskog tumacenja, gdje se doduse naglasava aktivna uloga mjerne naprave kao posrednika kojim objekt i subjekt stupaju u određen tijesan dodir ali gdje je u konacnici ipak moguce nedvosmisleno odijeliti (klasicni) subjekt od (kvantnog) objekta, ili pak je ta sveza ipak nesto jaceg metafizickog karaktera, kako to predlažu određene intepretacije, na tragu tradicionalnog um-tijelo dualizma interakcijskog tipa? Ova ce se pitanja sagledati kroz dva moguca pristupa, koji se nazivaju noetickih i poietickim.
V delu studiramo transport v Landu-Lifshitzovem modelu na mreži v eni prostorski dimenziji, ki predstavlja klasicen analog kvantne spinske verige. Model motiviramo s kvantnomehansko obravnavo izmenjalne interakcije. Vpeljemo koncept integrabilnosti v klasicni mehaniki ter zapisemo enacbe gibanja modela z uporabo Laxovih operatorjev in pogoja nicelne ukrivljenosti. Integrabilnost modela sledi iz involutivne
lastnosti para matrik monodromij, ki jo dokažemo z uporabo R-matrike. Predstavimo Trotterjev razcep Liouvillove enacbe, ki nam omogoci ucinkovito simulacijo dinamike modela. Naiven razcep modela se izkaže za neintegrabilnega, kar potrdimo z izracunom Lyapunovega spektra. Uvedemo novo integrabilno posplositev Landau-Lifshitzovega modela na diskretno krajevno-casovno mrežo ter poiscemo dvodelcni hamiltonian, ki generira želeno dinamiko ter novo R-matriko modela. Pokažemo, da je taksen model sam svoj dual. V nemagnetiziranem stanju se model izkaže za superdifuzivnega, z analizo korelacijskih funkcij pokažemo, da spada v Kardar-Parisi-Zhangov univerzalnostni razred. V magnetiziranem stanju prevlada balisticno obnasanje, opazimo bogato odvisnost korelacijske funkcije magnetizacije od celotne
magnetizacije.
Cilj je rada u najosnovnijim crtama ponuditi objasnjenje glavnih otkrica koja su dovela do nastanka kvantne teorije kakvom su je iznijeli Niels Bohr i Werner Heisenberg. Vec je nakon prvih eksperimenata sa svjetloscu bila naceta tema o dvojnom, valno-cesticnom svojstvu zracenja, bitna za razvoj kvantne fizike. Rad se u nastavku bavi razvojem fizike pod utjecajem važnih fizicara poput J. J. Thomsona, Ernesta Rutheforda, Maxa Plancka i Alberta Einsteina kao bi ponudio uvid u paradoksalnost i ocevidnu nepomirljivost suvremenih otkrica na podrucju tadasnje fizike. Kao glavne protagoniste u rjesavanju nastalih problema pamtimo Erwina Schrodingera, Louisa de Broglia te Nielsa Bohra i Wernera Heisenberga. Od spomenutih posljednja su dvojica posebno dragocjena za filozofski interes zbog vlastitih teorijskih osvrta na rezultate eksperimenata tadasnje fizike radi cega je velik dio rada posvecen njihovom tumacenju istih. Ono se konsenzusno naziva Kopenhagenskim tumacenjem kvantne fizike, a zadnji dio rada nastoji dati prikaz njegovih osnovnih principa.
Bose - Einsteinova kondenzacija je specificna vrsta faznog prijelaza preko koje je omoguceno proucavanje kvantnih efekata na makroskopskoj razini. Takav prijelaz karakterizira pad velikog broja bozona u osnovno stanje i opserviranje velikog vala materije. Teorija pretpostavljena od strane Alberta Einsteina dvadesetih godina 20. stoljeca daje statisticku pozadinu o ponasanju plina bozona nakon sto se temperatura sustava smanji ispod kriticne temperature. Da bi se mogla razviti intuitivna percepcija o prelasku iz obicnog Boseovog plina u Bose - Einsteinov kondenzat, krece se od uvođenja de Broglieve valne duljine te objasnjava kako ona
postaje sve veca snižavanjem temperature sustava. Potom kvantno - statisticki koncept daje konkretan izracun i objasnjenje kriticne temperature. Predstavlja se pojednostavljeni teorijski model za Bose - Einsteinov kondenzat preko Gross - Pitaevskii jednadžbe, uz pobliže objasnjenje kroz rasprsenje hladnih atoma i definiranje duljine rasprsenja za nisko temperaturni
sustav bozona. Nakon teorijskog objasnjenja daje se povijesni pregled teorijskih i eksperimentalnih radova koji su prethodili realizaciji Bose - Einsteinove kondenzacije, a usko su povezani s njom. Na kraju su opisane tehnike hlađenja sustava bozona te rezultati prvog postizanja kondenzata.
Svrha je rada trojaka. Prvo, naglasiti kako je kopenhasko tumacenje kvantne mehanike primarno formulirano kao jedna epistemologija kantovskoga tipa koja se ne bavi toliko objektivno valjanim i nužnim znanjem o atomnome svijetu vec koja vise pita o mogucnostima iskustva toga svijeta. Drugo, kopenhasko tumacenje nije niti je namjeravalo biti ontologijom atomnoga svijeta. Ovo je pojasnjeno shodno kantovskom razumijevanju Bohrova tumacenja, gdje Bohr jasno odjeljuje atomni objekt kao stvar-po-sebi (Kantov noumenon) i objekt kako-se-pojavljuje u kontekstu mjerenja, sto Bohr znakovito u kantovskom stilu nazivlje 'fenomen', nalazeci kako je kvantni objekt smisleno misljen jedino posredstvom fenomena. I trece, namjera je suociti Bohrovu filozofiju s Heisenbergom, koji iako je dijelio ovu pragmaticnu crtu Bohrova tumacenja, također progovara o ontoloskoj dimenziji kvantne mehanike, nalazeci svoje uporiste u Aristotelovim konceptima možnosti (dunamis, potentia) i zbiljnosti (energeia, actus). Geneza i filozofijsko zaleđe ovoga Heisenbergova rjesenja također je promisljeno u opcenitijem okvirima Aristotelove hilemorficke ontologije kao odgovora na Platonovu filozofiju objektivnog idealizma.