Прынцып суперпазіцыі і межы яго прымянення

Прынцып суперпазіцыі характэрны тым, што ён сустракаецца ў многіх раздзелах фізікі. Гэта некаторы становішча, якое ўжываецца пры шэрагу выпадкаў. Гэта адзін з агульных фізічных законаў, на якіх будуецца фізіка, як навука. Гэтым ён і адметны для навукоўцаў, якія ўжываюць яго ў розных сітуацыях.

Калі разгледзець прынцып суперпазіцыі ў самым агульным сэнсе, то згодна з ім, сума ўздзеяння знешніх сіл, якія дзейнічаюць на часціцу, будзе складацца з асобных значэнняў кожнай з іх.

Дадзены прынцып прымяняецца да розных лінейным сістэмам, г.зн. такіх сістэмах, паводзіны якіх можна апісаць лінейнымі суадносінамі. Прыкладам можа паслужыць простая сітуацыя, калі лінейная хваля распаўсюджваецца ў нейкай пэўнай асяроддзі, у гэтым выпадку яе ўласцівасці будуць захоўвацца нават пад дзеяннем абурэнняў, якія ўзнікаюць з-за самой хвалі. Гэтыя ўласцівасці вызначаюцца як канкрэтная сума эфектаў кожнай з гарманічных складнікаў.

сферы ўжывання

Як ужо было сказана, прынцып суперпазіцыі мае досыць шырокія сферы ўжывання. Найбольш ярка яго дзеянне можна ўбачыць у электрадынаміцы. Аднак важна памятаць, што разглядаючы прынцып суперпазіцыі, фізіка не лічыць яго канкрэтным пастулатам, а менавіта следствам з тэорыі электрадынамікі.

Напрыклад, у электрастатыцы дадзены прынцып дзейнічае пры вывучэнні электрастатычнага поля. Сістэма зарадаў ў канкрэтнай кропцы стварае напружанасць, якая будзе складацца з сумы напружанасцяў палёў кожнага з зарада. Дадзеная выснова выкарыстоўваецца на практыцы, таму што з яго дапамогай можна палічыць патэнцыйную энергію электрастатычнага ўзаемадзеяння. У гэтым выпадку трэба будзе падлічыць патэнцыйную энергію кожнага асобнага зарада.

Гэта пацвярджаецца раўнаннем Максвелла, якое лінейна ў вакууме. Адсюль таксама варта той факт, што святло не рассейваецца, а распаўсюджваецца лінейна, таму асобныя прамяні не ўзаемадзейнічаюць адзін з адным. У фізіцы гэта з'ява часта называюць прынцыпам суперпазіцыі ў оптыцы.

Варта таксама адзначыць, што ў класічнай фізіцы прынцып суперпазіцыі выцякае з лінейнасці раўнанняў асобных рухаюцца лінейных сістэм, таму з'яўляецца набліжаным. Ён грунтуецца на глыбокіх дынамічных прынцыпах, але набліжанасць робіць яго не універсальным і ня фундаментальным.

У прыватнасці моцнае гравітацыйнае поле апісваецца іншымі раўнаннямі, нелінейнымі, таму і прынцып не можа прымяняцца ў дадзеных сітуацыях. Макраскапічнай электрамагнітнае поле таксама не падпарадкоўваецца дадзеным прынцыпе, так як залежыць ад уздзеяння знешніх палёў.

Аднак прынцып суперпазіцыі сіл з'яўляецца фундаментальным ў квантавай фізіцы. Калі ў іншых раздзелах ён ужываецца з некаторымі хібнасцямі, то на квантавым узроўні працуе дастаткова дакладна. Любая квантомеханическая сістэма малюецца з хвалевых функцый і вектараў лінейнага прасторы, і калі яна падпарадкоўваецца лінейным функцый, то яе стан вызначаецца па прынцыпе суперпазіцыі, г.зн. складваецца з суперпазіцыі кожнага стану і хвалевай функцыі.

Межы ўжывання дастаткова ўмоўныя. Ўраўненні класічнай электрадынамікі лінейна, але гэта не з'яўляецца асноўным правілам. Большасць фундаментальных тэорый фізікі будуюцца па нелінейным раўнаннях. Гэта значыць, што ў іх прынцып суперпазіцыі выконвацца не будзе, сюды можна аднесці агульную тэорыю адноснасці, квантавую хромодинамику, а таксама тэорыю Янга-Мілс.

У некаторых сістэмах, дзе прынцыпы лінейнасці дастасавальныя толькі збольшага, можа ўмоўна прымяняцца і прынцып суперпазіцыі, напрыклад, слабыя гравітацыйныя ўзаемадзеяння. Акрамя таго, пры разглядзе ўзаемадзеяння атамаў і малекул прынцып суперпазіцыі таксама ня захоўваецца, гэтым тлумачыцца разнастайнасць фізічных і хімічных уласцівасцяў матэрыялаў.