М1.В.ДВ.1_Дополнительные главы квантовой механики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК ДВФУ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
Дополнительные главы квантовой механики
Направление подготовки 011200.68 Физика
ОП – Теоретическая физика
Форма подготовки - очная/
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра теоретической и экспериментальной физики
курс 2 семестр 3
лекции 20 (час.)
практические занятия _ час.
лабораторные работы _ час.
всего часов аудиторной нагрузки 20 (час.)
самостоятельная работа 52 (час.)
контрольные работы (количество)
зачет _ семестр
экзамен 3 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (приказ Минобрнауки от 18 ноября
2009 № 637).
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры теоретической и экспериментальной физики «26» июня
2012 г., протокол №17
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Белоконь В.И.
Составитель к.ф.-м.н., доцент Шульга Д.В.
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________
(подпись)
В.И. Белоконь
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________
(подпись)
В.И. Белоконь
(И.О. Фамилия)
Лист 2 из 10
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 3 из 10
АННОТАЦИЯ
Рабочая программа
дисциплины «Дополнительные главы квантовой
механики» для студентов, обучающихся по направлению магистерской
подготовки
011200.68
«Теоретическая
федерального
физика»
–
Физика
составлен
государственного
по
в
образовательной
соответствии
образовательного
с
программе
требованиями
стандарта
высшего
профессионального образования третьего поколения.
Дисциплина «Дополнительные главы квантовой механики» входит в
вариативную часть базового цикла.
Преподавание дисциплины связано с другими курсами государственного
образовательного
стандарта:
«Специальный
физический
практикум»,
«Компьютерные технологии», «Квантовая теория поля», «Современные
проблемы физики».
Цель - ознакомить студентов с современным состоянием развития
квантовой механики.
Задачи:
1. Изучить современные проблемы квантовой механики
2. Научиться студентов использовать полученные знания при решении
практических задач
Дисциплина направлена на формирование следующих компетенций
выпускника:
 ОК-1 – способность демонстрировать углубленные знания в области
математики и естественных наук;
 ОК-2 – способность демонстрировать углубленные знания в области
гуманитарных и экономических наук;
 ОК-3 – способность самостоятельно приобретать с помощью
информационных технологий и использовать в практической деятельности
новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний,
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 4 из 10
непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и
углублять свое научное мировоззрение;
 ОК-4 – способность использовать углубленные знания правовых и
этических
норма
деятельности,
при
при
оценке
разработке
последствий
и
своей
осуществлении
профессиональной
социально-значимых
проектов;
 ОК-5 – способность порождать новые идеи;
 ОК-6
–
способность
совершенствовать
и
развивать
свой
интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и
физического совершенствования своей личности;
 ОК-7 – способность адаптироваться к изменению научного и научнопроизводственного профиля своей профессиональной деятельности, к
изменению социокультурных и социальных условий деятельности;
 ОК-8 – способность к коммуникации в научной, производственной и
социально-общественной сферах деятельности, свободное владение русским
и иностранными языками как средством делового общения;
 ОК-9
способностью
–
способность
к
производственных
к
организации
работу,
активной
социальной
мобильности,
научно-исследовательских
способностью
и
научно-
к
управлению
научным
использовать
свободное
владение
коллективом;
 ПК-5
–
способность
профессионально-профилированными знаниями в области информационных
технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и
ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том
числе находящихся за пределами профильной подготовки;
 ПК-11
–
способность
руководить
научно-исследовательской
деятельностью студентов младших курсов и школьников в области физики.
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 5 из 10
I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Введение (1 час)
Модуль 1. Волны материи (3 часа)
Тема 1.1. Эксперимент (0,5 час.)
Тема 1.2. Второй эксперимент (0,5 час.)
Тема 1.3. Локальность (0,5 час.)
Тема 1.4. Вслед за электроном (0,5 час.)
Тема 1.5. Квантовая теория интерференции на двух щелях (0,5 час.)
Тема 1.6. Критический анализ квантового описания (0,5 час.)
Модуль 2. Фотоны (3 часа)
Тема 2.1. Существуют ли фотоны? (1,5 час.)
Тема 2.2. Корпускулярио-волновой дуализм для одиночных фотонов
(1,5 час.)
Модуль 3. Принцип неопределенности (3 часа)
Тема 3.1. Эксперимент Пфлигора-Менделя (0,5 час.)
Тема 3.2. Размышления о принципе неопределенности (0,5 час.)
Тема 3.3. Некоторые следствия принципа неопределенности (0,5 час.)
Тема 3.4. Соотношение неопределенностей энергия-время (0,5 час.)
Тема 3.5. Сжатый свет и обнаружение гравитационных волн (0,5 час.)
Тема 3.6. Квантовые неразрушающие измерения (0,5 час.)
Модуль 4. Принцип дополнительности (2 часа)
Тема 4.1. Открытие Бором принципа дополнительности (0,4 час.)
Тема 4.2. Эйнштейн атакует принцип дополнительности (0,4 час.)
Тема 4.3. Новая интерпретация: информация (0,4 час.)
Тема 4.4. Является ли принцип дополнительности следствием
принципа
неопределенности? (0,4 час.)
Тема 4.5. Заключительные замечания (0,4 час.)
Модуль 5. ЭПР-парадокс и теорема Белла (2 часа)
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 6 из 10
Тема 5.1. Аргументация ЭПР (0,5 час.)
Тема 5.2. Теорема БКС и контекстуальность (0,5 час.)
Тема 5.3. Теории скрытых параметров (0,5 час.)
Тема 5.4. Теорема Белла (0,5 час.)
Модуль 6. Проверка неравенств Белла (2 часа)
Тема 6.1. Проверка неравенств Белла (0,4 час.)
Тема 6.2. Нелокальная теория скрытых параметров Бома (0,4 час.)
Тема 6.3. Парадоксальность ЭПР-корреляций (0,4 час.)
Тема 6.4. Нарушает ли квантовая нелокальность постулат теории
относительности? (0,4 час.)
Тема 6.5. Квантовая нелокальность: новый источник и новый
эксперимент (0,4 час.)
Модуль 7. Шрединrеровский кот (2 часа)
Тема 7.1. В чем парадокс Шредингеровского кота? (0,4 час.)
Тема 7.2. Суперпозиция и смешивание состояний: более формальное
изложение парадокса Шредингеровского кота (0,4 час.)
Тема
7.3.
Почему
квантовое
поведение
не
наблюдается
в
макроскопическом
мире? (0,4 час.)
Тема 7.4. Декогеренция (0,4 час.)
Тема 7.5. Наблюдение декогеренции (0,4 час.)
Модуль 8. Измерение (2 часа)
Тема 8.1. Проблема измерений (1 час)
Тема 8.2. Активный характер процесса измерения в квантовой
механике (0,5 час.)
Тема 8.3. Попытки решить проблему измерений (0,5 час.)
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 7 из 10
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
II.
КУРСА
Практические занятия данной дисциплины не предусмотрены учебным
планом.
III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Вопросы к экзамену
1. Локальность
2. Квантовая теория интерференции на двух щелях
3. Корпускулярио-волновой дуализм для одиночных фотонов
4. Эксперимент Пфлигора-Менделя
5. Принцип неопределенности
6. Соотношение неопределенностей энергия-время
7. Сжатый свет и обнаружение гравитационных волн
8. Квантовые неразрушающие измерения
9. Принцип дополнительности
10. Принцип дополнительности и информация
11. Принцип дополнительности как следствие принципа
неопределенности
12. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена
13. Теорема Белла-Кохена-Спекера и контекстуальность
14. Теории скрытых параметров
15. Теорема Белла
16. Проверка неравенств Белла
17. Нелокальная теория скрытых параметров Бома
18. Парадоксальность ЭПР-корреляций
19. Нарушает ли квантовая нелокальность постулат теории
относительности
20. Теорема Гринбергера-Хорна-Цайлингера
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 8 из 10
21. Парадокс Шредингеровского кота
22. Суперпозиция и смешивание состояний
23. Почему квантовое поведение не наблюдается в макроскопическом
мире?
24. Декогеренция
25. Наблюдение декогеренции
26. Наблюдение макроскопического квантового поведения в
лаборатории
27. Проблема измерений
28. Активный характер процесса измерения в квантовой механике
29. Попытки решить проблему измерений
IV. ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
Темы рефератов
1. Принцип неопределенности
2. Возмущение состояния при измерении
3. Принцип дополнительности
4. Постулат редукции фон Неймана
5. Математика и интерпретация теории
6. Копенгагенская интерпретация квантовой механики
7. Дискуссии Бора и Эйнштейна
8. Квантовая криптография
9. Квантовый компьютер
10. Квантовая телепортация
11. Многомировая интерпретация квантовой механики
12. Повторные измерения как модель декогеренции
13. Эффект Зенона
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 9 из 10
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Дж. Гринштейн, А. Зайонц. Квантовый вызов. Современные
исследования оснований квантовой механики. Пер. с англ.: Долгопрудный:
Издательский Дом "Интеллект", 2008. - 400 с. // http://bib.tiera.ru/b/110818
2. G. Auletta, M. Fortunato, G. Parisi. Quantum Mechanics. CUP. 2009.
758 s. - http://bib.tiera.ru/b/110965
3. E. Joos, H. D. Zeh, C. Kiefer, D. Giulini, J. Kupsch, I.-O. Stamatescu,
Decoherence and the Appearance of a Classical World in Quantum Theory, 2nd
Edition, Springer, New York, 2003. - http://bib.tiera.ru/b/35350
4. M. Schlosshauer, Decoherence and the quantum-to-classical transition,
Springer, Berlin, 2007. - http://bib.tiera.ru/b/111168
5. Кислов А.Н. Квантовая механика: Конспект лекций. - Екатеринбург:
ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 108 с.
6. Барабанов А.Л. Квантовая механика: конспект лекций. - М.: МФТИ. 2005. - В 2-х частях.
7. M.
Schlosshauer,
Decoherence,
the
measurement
problem,
and
interpretations of quantum mechanics, Rev. Mod. Phys. 76, 1267–1305 (2004).
Дополнительная литература
1. М. Б. Менский. Квантовые измерения и декогеренция. Модели и
феноменология. М: Физматлит, 2001, - 232 с.
2. М. Б. Менекий. Квантовая механика: новые эксперименты, новые
приложения и новые формулировки старых вопросов. УФН. Т. 170. С. 631648, 2000.
3. М. Б. Менский. Явление декогеренции и теория непрерывных
квантовых измерений. УФН. Том 168. №9. С. 1017 (1998).
4. Б. И. Спасский, А. В. Московский. О нелокальности в квантовой
физике. УФН. Т. 142. С. 599-617, 1984.
Разработчик:
Шульга Д.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М1.В.ДВ.1
теоретической и экспериментальной физики
Лист 10 из 10
5. Б.Б. Кадомцев. Динамика и информация. М.: Редакция журнала
"Успехи физических наук". 1999 г. 396 с.
6. W. H. Zurek, Decoherence and the transition from quantum to classical,
Phys. Today 44, 36–44 (1991).
7. P. Blanchard, D. Giulini, E. Joos, C. Kiefer, I.-O. Stamatescu (Eds.),
Decoherence: Theoretical, Experimental, and Conceptual Problems, Springer,
Berlin, 2000,
8. G. Auletta, Foundations and Interpretation of Quantum Mechanics in the
Light of a Critical-Historical Analysis of the Problems and of a Synthesis of the
Results, World Scientific, Singapore, 2000.
9. H.-P. Breuer, F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems,
Oxford University Press, Oxford, 2002.
10.
W. H. Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of
the classical, Rev. Mod. Phys. 75, 715–775 (2003).
11.
M. Schlosshauer, Decoherence, the measurement problem, and
interpretations of quantum mechanics, Rev. Mod. Phys. 76, 1267–1305 (2004).
12.
Y. Aharonov, D. Rohrlich. Quantum paradoxes. Quantum theory for
the perplexed. Wiley. 2005. 299 s.