2015-10-16
499
В новогоднем стихотворении С. Маршак верно подметил: "Как по лестнице, по елке огоньки взбегают ввысь". Мы наблюдаем движение объекта - огонька по неподвижной гирлянде. Для лестницы характерно определенное расстояние между ступенями. В гирлянде это расстояние между соседними лампочками. Поэтому движение огонька - дискретное.
Можно определить среднюю скорость движения огонька за время пробега от низа до верха гирлянды. Но можно ли спросить: как движется огонек между соседними лампочками?
Пример 2. Движение ионной вакансии.
В электрическом поле по ряду положительно заряженных ионов Na+ в кристалле NaCl движется вакансия (вакантное для иона место).
Каждый из ионов смещается только до соседнего свободного узла. Вакансия же пробегает по всему ряду ионов. Объект, движение которого мы наблюдаем - вакантное состояние узла решетки. В отличие от первого примера, при смещении ионов пустое место непрерывно "перетекает" по цепочке.
Пример 3. Игра "пятнадцать".
В этом случае на 16 мест игрового поля одно остается свободным (вакантным). Передвигая в двух направлениях фишки, мы вызываем движение вакансии по всему полю. Каждый ход вызывает изменение состояния игрового поля.
|
|
|
Примеры 2 и 3 иллюстрируют эстафетный механизм движения, когда сигнал или эстафетная палочка проходит весь путь за счет отдельных этапов. Подобным же образом движутся дырки в полупроводниках. (Термин дырка означает вакантное энергетическое состояние.)
Пример 4.Экран дисплея.
Все поле экрана дисплея разбито на небольшие клетки - пикселы, координаты которых целочисленны. Чтобы на черном поле экрана высветить один пиксел, необходимо направить в точку с его координатами электронный луч. Последовательность соседних пикселов образует линию.
При построении графиков на экране мы наблюдаем переход отдельных пикселов из "выключенного" состояния (не светятся) во включенное. Если значения координат каждого пиксела стрелы по горизонтальной оси возрастут на единицу, то вся фигура сдвинется вправо на один почти незаметный шаг. Задав соответствующую программу, можно показать движение экранной (компьютерной) стрелы. Механического движения пикселов нет. Тем не менее, мы наблюдаем движение объекта - стрелы. Для него можно определить среднюю скорость движения по экрану.
Чем вызвано перемещение наблюдаемого объекта? Изменением состояния последовательности пикселов. Поэтому описанию движения стрелы, как объекта, имеющего характеристики механического движения - траекторию и скорость, можно дать эквивалентное описание. Оно не будет использовать понятия механики. Вместо этого оно будет описывать изменения во времени состояния экрана компьютера.
|
|
|
Приведенные примеры показывают следующее:
1. Мы можем наблюдать движение не только материальных объектов (точек или тел), но и состояний. Это могут быть активные состояния элементов системы или даже "пустота" - вакансии в пространственном расположении элементов или вакансии в энергетических уровнях системы. В любом случае состояние оказывается информационно-значимым, выделенным.
2. Движение состояний, в отличие от движения материальных точек, может быть дискретным. То есть, пространственно или энергетически разделенным.
3. Иногда один и тот же процесс может быть описан двумя способами - как движение объекта и как движение состояния.
Квантовая механика описывает движение электрона в атоме, как изменение состояния. При переходе электрона с одного энергетического уровня на другой изменяется состояние атома. Вопрос о том, как движется электрон между уровнями, равноценен вопросам о движении пиксела между выключенным состоянием и включенном, или о движении огонька между лампочками. Подобные вопросы просто не имеют физического содержания.
Поэтому, движение электрона в атоме, то есть, связанного с ядром атома, мы рассматриваем как движение(эволюцию) состояния. Движение же свободного электрона, например, в электронно-лучевой трубке, проще и понятнее описывать как движение по траектории объекта с известными значениями массы и заряда.
