Энергетический спектр нелокального во времени гармонического осциллятора как простейшего механического элемента с памятью формы в нанотрибологических исследованиях
Альтернативная формулировка квантовой механики, предложенная ранее, основанная на секулярном уравнении для оператора действия, используется для квантования гармонического осциллятора с нелокальной потенциальной энергией. Установлено соответствие новой теории с обычной квантовой механикой в пределе, когда параметр нелокальности стремится к нулю. Найдены основное и первое возбужденное состояния нелокального осциллятора и их энергии. Показано, что спектр энергий нелокального гармонического осциллятора не зависит от параметра нелокальности и совпадает со спектром локального гармонического осциллятора.
Альтернативная формулировка квантовой механики, предложенная ранее, основанная на секулярном уравнении для оператора действия, используется для квантования гармонического осциллятора с нелокальной потенциальной энергией. Установлено соответствие новой теории с обычной квантовой механикой в пределе, когда параметр нелокальности стремится к нулю. Найдены основное и первое возбужденное состояния нелокального осциллятора и их энергии. Показано, что спектр энергий нелокального гармонического осциллятора не зависит от параметра нелокальности и совпадает со спектром локального гармонического осциллятора.
Динамика нестационарной квантовой системы, гамильтониан которой явно зависит от времени, называется адиабатической, если ее состояние, совпадающее с собственным состоянием гамильтониана в начальный момент времени, остается близко к этому собственному состоянию в течение всей эволюции. При этом степень такой близости зависит от малости параметра, определяющего скорость изменения гамильтониана. Обычно считается, что один из факторов, играющих решающую роль для стабильности адиабатической динамики, - это структура спектра гамильтониана. Как утверждает квантовая адиабатическая теорема в своей обычной формулировке, отклонение от адиабатической эволюции можно оценить сверху отношением скорости изменения гамильтониана к минимальному расстоянию между энергией состояния, которое аппроксимирует адиабатическую динамику, и остальным спектром гамильтониана. Проводится анализ этой зависимости. Доказаны теоремы, показывающие, что на эффективность адиабатической аппроксимации больше влияет скорость изменения собственных векторов гамильтониана, чем динамика спектра. В подавляющем большинстве физически осмысленных случаев оказывается, что если мы можем контролировать динамику собственных векторов, то этого достаточно для обеспечения адиабатичности вне зависимости от динамики спектра как таковой.
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНО ЗАТУХАЮЩИЕ ОПЕРАТОРЫ ДЛЯ ГАРМОНИЧЕСКОГО ОСЦИЛЛЯТОРА, ЛИНЕЙНО СВЯЗАННОГО С ТЕРМОСТАТОМРассмотрена задача о диссипативной динамике гармонического осциллятора, линейно связанного с термостатом.Показано, что, кроме средней энергии, существует бесконечный ряд экспоненциально затухающих по времени величин, которые являются средними значениями полиномов гамильтониана системы.Получен спектр соответствующих времен релаксации.Предложена методика представления временн ых характеристик системы через операторы, соответствующие экспоненциально убывающим наблюдаемым.Получена рекуррентная формула для этих операторов.
СКОРОСТЬ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ И КОГЕРЕНТНОСТИ В ОДНОМЕРНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩЕЙ С ТЕРМОСТАТОМ Рассмотрена задача о динамике гауссова волнового пакета в одномерном гармоническом осцилляторе, взаимодействующем с термостатом.Эта задача возникает во многих химических и биохимических приложениях, связанных с динамикой химических реакций.Взаимодействие осциллятора с термостатом учитывалось в рамках теории Редфилда.Получены замкнутые выражения для элементов тензора Редфилда, что позволило найти в явном виде зависимость средней колебательной энергии от времени.Показано, что скорость потери энергии не зависит от температуры, одинакова для всех волновых пакетов и определяется только спектральной функцией термостата.Степень когерентности колебательного движения определена как след проекции матрицы плотности на когерентно движущийся волновой пакет.Найдено явное выражение для начальной скорости потери когерентности: эта величина зависит от ширины волнового пакета и прямо пропорциональна интенсивности взаимодействия с термостатом.Наименьшая скорость потери когерентности наблюдается у "когерентного" гауссова волнового пакета, ширина которого соответствует частоте осциллятора.Рассчитано предельное значение степени когерентности при больших временах и показано, что оно не зависит от структурных характеристик термостата, а определяется только параметрами волнового пакета и температурой.При низких температурах возможно сохранение остаточной когерентности.
Показано, что в конденсаторе, который включен в цепь постоянного тока, существует электромагнитное поле и существуют потоки электромагнитной энергии. Показано также теоретически и экспериментально, что поток электромагнитной энергии продолжает циркулировать и после отключения от источника постоянного напряжения. Он остается даже тогда, когда удалены металлические обкладки, т.е. энергия конденсатора хранится в диэлектрике конденсатора даже в отсутствии зарядов. Та энергия, которая содержится в конденсаторе и которую принято считать электрической потенциальной энергией, является электромагнитной энергией, хранящейся в конденсаторе в виде стационарного потока. Ранее была описана волна-И-частица (ВИЧ) как альтернатива волне-частице в квантовой механике, в отличие от которой ВИЧ проявляет свойства и волны, и частицы одновременно (а не попеременно в зависимости от условий, трактуемых в квантовой механике). Предполагается, что реальные элементарные частицы представляю собой ВИЧ. Сама ВИЧ – это стоячая электромагнитная волна в объеме куба, не имеющая физических границ, но сохраняющая свои форму, объем, энергию, массу и импульс. В частности, фотон – это ВИЧ. Переменное электромагнитное поле переносится фотонами. Для статического поля не найдено реальных частиц-носителей (или «держателей») этого поля. В квантовой механике этим целям служит виртуальный фотон. Но, если мы хотим закрыть все вопросы реальными частицами, то необходимо обнаружить (кроме ВИЧ) держатель статического поля. Кроме того, ВИЧ не может быть электрическим зарядом, поскольку в нем пульсирует переменная электромагнитная волна. Обе эти функции выполняет описываемая ниже «конструкция». Это оказывается возможным, если принять во внимание отмеченный перед этим факт – существование стационарного потока электромагнитной энергии в конденсаторе, отключенном от источника напряжения.
Предложена методика получения формул для уровней энергии квантовой частицы в потенциальных ямах различной формы без решения уравнения Шрёдингера. Данная методика позволяет избежать решения дифференциальных уравнений и может быть применена при изучении курса квантовой физики в технических вузах. Обсуждаются традиционные формы потенциальной ямы (гармонический осциллятор, бесконечная прямоугольная яма, атом водорода), а также потенциальная яма в виде степенной функции с произвольным показателем. Результаты сравниваются с известными точными значениями.
В рамках квантовой статистической механики, основанной на параметрической неаддитивной энтропии Тсаллиса, связанной с матрицей плотности, развита динамическая теория линейного отклика неэкстенсивных квазиравновесных систем многих тел на внешнее зависящее от времени возмущение. В работе для неэкстенсивных квантовых систем предложена модификация теории Кубо, разработанная в рамках квантовой механики. Построение теории линейной реакции проведено на основе обобщeнного канонического вида матрицы плотности, полученного при максимизации квантовой энтропии Тсаллиса при осреднении наблюдаемых величин по эскортному распределению. Представлены обобщeнные выражения для адмитанса и функции отклика, описывающие линейную реакцию системы на слабое внешнее механическое воздействие. Обсуждается свойство симметрии для релаксационной функции при обращении времени и соотношения взаимности Онзагера для обобщeнной восприимчивости. Показано, что эти известные в классической квантовой статистике свойства остаются в силе и для аномальных систем.