물질파 시계

물질파 시계는 물질의 겉으로 보이는 물결 모양의 특성을 이용하는 작동 원리를 가진 시계입니다.

물질파는 루이 드 브로이(Louis de Broglie)에 의해 처음 제안되었고 때때로 드 브로이(de Broglie) 파동이라고 불립니다.그것들은 파동-입자 이중성의 핵심 측면을 형성하고 그 이후 실험으로 그 아이디어를 뒷받침해 왔다.원자처럼 주어진 질량의 입자와 관련된 파동은 정의된 주파수와 피크에서 피크까지의 한 사이클 지속시간의 변화를 가지며, 때로는 콤프턴 주기성이라고 한다.이러한 물질파는 고정적이고 균일한 시간 간격을 표시한다는 점에서 단순한 시계의 특성을 가지고 있습니다.아인슈타인의 상대성 이론에서 비롯된 쌍둥이 역설은 움직이는 입자가 정지된 입자와 약간 다른 주기를 가질 것이라는 것을 의미한다.이러한 두 입자를 비교함으로써 실용적인 "콤프턴 시계"^[1]를 만들 수 있습니다.

물질은 시계처럼 파동한다.

드 브로글리는 물질파의 주파수 f는 E/h와 같으며, 여기서 E는 입자의 총 에너지이고 h는 플랑크의 상수라고 제안했다.정지 상태의 입자의 경우 상대론적 방정식 E=mc는² mc/h와 동일한² 정지 상태의 질량 입자에 대한 콤프턴 주파수 f를 도출할 수 있다.

드 브로글리는 또한 움직이는 입자의 파장 θ가 h/p와 같다고 제안했다. 여기서 p는 입자의 운동량이다.

주기(파형의 한 사이클)는 1/f와 같습니다.

이러한 물질파의 정확한 콤프턴 주기성은 그러한 물질 입자가 기본 시계로 간주될 수 있다는 의미와 함께 클럭에 필요한 조건이라고 한다.이 제안은 "바위는 ^[2]시계이다"라고 언급되어 왔다.

적용들

뮐러는 그의 논문 "양자역학, 물질파 및 움직이는 시계"에서 "물질파를 물질파 시계로 묘사하는 것은...최근에는 일반상대성이론, 물질파 실험, 양자역학의 기초, 양자 시공간 탈코히렌스, 물질파 시계/질량 표준 등에 적용되어 양자역학에서 적절한 시간의 역할에 대한 논의로 이어졌다.이는 일반적으로 공변성이기 때문에 곡선 시공간(예: 중력파)^[3]에서 사용하기에 적합하다."

시사점

뮐러는 "양자역학, 물질파, 움직이는 시계"라는 논문에서 "(이 모델은) 상당한 논란을 야기하기도 했다"고 주장했다.양자역학의 넓은 맥락에서 보면...이 기술은 부분적으로 상대론적 양자 이론을 도출하거나 스핀을 설명하는데 사용될 수 없었기 때문에 버려졌다.시계 그림을 대체한 설명은 이러한 목표를 달성하지만 사용되는 개념에 동기를 부여하지는 않습니다.우리는 물질파를 시계로 묘사할 것이다.따라서 우리는 Dirac 방정식과 동등한 시공간 경로 적분에 도달할 것이다.이 유도는 드 브로글리의 물질파 이론이 자연스럽게 스핀 1/2의 입자로 이어진다는 것을 보여준다.이것은 디락 방정식과 동등한 3+1 시공간에서 경로의 진폭에 대한 파인만의 공식을 찾는 것과 관련이 있다.그것은 디락 입자의 전파에 대한 새로운 직관적 해석을 제공하며, 그것과 대립하는 것으로 추정되는 것들을 포함하여 표준 양자 역학의 모든 결과를 재현합니다.따라서 양자역학에서 ^[3]중력 적색편이의 역할과 적절한 시간을 밝혀줍니다."

논란

물질이 시계처럼 파동을 일으킨다는 이론적인 생각은 몇 가지 논란을 일으켰고, 강한 비판을 ^[4][5]불러 일으켰다.

원자 간섭계

원자간섭계는 관측 가능한 간섭 패턴을 만들기 위해 2개의 원자와 관련된 파동의 작은 차이를 이용한다.전통적으로 이러한 파동은 원자 주위를 도는 전자와 연관되어 있지만, 물질파 이론은 원자 자체의 파동-입자 이중성과 연관된 파동이 대안으로 사용될 수 있다는 것을 시사한다.

실험 장치는 두 개의 원자 구름으로 구성되어 있으며, 그 중 하나는 정밀하게 조정된 레이저로부터 작은 "킥"을 받는다.이것은 물질 파동 이론에 따르면 관측된 주파수를 낮추는 유한한 속도를 제공한다.그런 다음 서로 다른 파장이 간섭하도록 두 구름이 재결합되어 주파수 차이가 정수 사이클 수일 때 최대 출력 신호를 얻을 수 있습니다.

(시계처럼) 물질 파동 간의 간섭 개념을 중심으로 설계된 실험은 일반 상대성이론에 의해 예측된 중력 적색 편이를 지금까지 가장 정확하게 검증했다고 주장됩니다.유사한 원자 간섭계가 콤프턴 시계의 심장을 형성한다.

그러나 간섭계 함수에 대한 이러한 해석은 비판을 받아왔다.한 가지 비판은 실제 콤프턴 발진기나 물질파가 실제 ^[6]실험 설계에 나타나지 않는다는 것이다.물질의 파동 해석에도 ^[4][5]결함이 있다고 한다.

콤프턴 시계

물질파 간섭계에 기초하여 설계된 기능성 시계를 콤프턴 ^[2]시계라고 한다.

동작 원리

원자처럼 거대한 입자와 관련된 파동의 주파수는 실용 시계에서 직접 사용하기에 너무 높고 그 주기와 파장이 너무 짧다.실용적인 장치는 움직이는 입자가 정지된 입자에 비해 더 느리게 노화되는 상대성 이론에서 발생하는 쌍둥이 역설을 이용한다.따라서 움직이는 입자파는 주파수가 약간 낮습니다.간섭계를 이용하여 두 주파수 사이의 차이 또는 "비트 주파수"를 정확하게 측정할 수 있으며,^[3] 이 비트 주파수를 시간 유지의 기준으로 사용할 수 있다.

질량 측정

이 장치에 사용된 기법은 이론적으로 시간을 사용하여 질량을 측정할 수 있습니다.이는 현재 기준 ^{[needs update][2]}1kg으로 사용되는 백금 이리듐 실린더를 대체할 수 있는 기회로 제안되었습니다.

레퍼런스