Кіріспе
Физикада, толқын пакеті (толқын пойызы немесе толқын тобы деп те аталады) – бұл бірлік ретінде қозғалатын, қоршаумен шектелген, қысқа мерзімді шешілген толқын әрекеті. Толқын пакетін әр түрлі толқын сандары бар құрамдас синусоидты толқындардың потенциалды шексіз жиынтығына талдауға немесе синтездеуге болады, олардың фазалары мен амплитудалары кеңістіктің шағын аймағында ғана конструктивті араласуына, ал қалған бөліктерінде деструктивті араласуына мүмкіндік береді. Уақыт немесе кеңістікте шектеулі ені бар кез келген сигналға орталық жиіліктің айналасында, осы енге кері пропорционал болатын жолақтың кеңдігінде көптеген жиілік компоненттері қажет; тіпті Гаусс функциясы да толқын пакеті деп есептеледі, өйткені оның Фурье түрлендірілісі – орталық жиіліктің төңірегінде шоғырланған жиіліктердің "пакеті". Әрбір құрамдас толқын функциясы, демек толқын пакеті, толқын теңдеуінің шешімі болып табылады. Толқын теңдеуіне байланысты, толқын пакетінің профилі таралу барысында өзгермей (дисперсиясыз) қалуы немесе өзгеруі (дисперсия) мүмкін.
In physics, a wave packet (also known as a wave train or wave group) is a short burst of localized wave action that travels as a unit, outlined by an envelope. A wave packet can be analyzed into, or can be synthesized from, a potentially infinite set of component sinusoidal waves of different wavenumbers, with phases and amplitudes such that they interfere constructively only over a small region of space, and destructively elsewhere. Any signal of a limited width in time or space requires many frequency components around a center frequency within a bandwidth inversely proportional to that width; even a gaussian function is considered a wave packet because its Fourier transform is a "packet" of waves of frequencies clustered around a central frequency. Each component wave function, and hence the wave packet, are solutions of a wave equation. Depending on the wave equation, the wave packet's profile may remain constant (no dispersion) or it may change (dispersion) while propagating.
Тарихи негіздер
Толқын пакеттеріне қатысты идеялар – модуляция, тасушы толқындар, фазалық жылдамдық және топтық жылдамдық – 1800 жылдардың ортасынан бастау алады. Толқынның фазалық жылдамдығынан ерекшеленетін топтық жылдамдық идеясын алғаш рет 1839 жылы В. Р. Гамильтон ұсынды, ал толық зерттеуді 1877 жылы Рэйли өзінің «Дыбыс теориясында» жасады. Эрвин Шрёдингер өзінің әйгілі толқын теңдеуін жариялағаннан кейін ғана толқын пакеттері идеясын енгізді. Ол кванттық гармоникалық осциллятор үшін толқын теңдеуін шешті, суперпозиция принципін енгізді және оны компактты күйдің сақталуын көрсету үшін пайдаланды. Бұл жұмыс когерентті күйлердің маңызды тұжырымын тудырды, бірақ толқын пакеттері тұжырымы қалыптаспады. Шрёдингердің мақаласынан бір жыл өткен соң Вернер Гейзенберг өзінің белгісіздік принципі туралы мақаласын жариялады, соның нәтижесінде Шрёдингердің нәтижелері тек кванттық гармоникалық осцилляторларға ғана қатысты екенін, мысалы, атомдарға тән Кулон потенциалына емес екенін көрсетті. Дарвин кейіннен уақыт өткен соң, жылдамдықпен қозғалған пакеттің орны бастапқы орналасудағы белгісіздікке қарай қалай өзгеретінін көрсетті. Кейін 1927 жылы Пол Эренфест ені мен массасы екі есеге дейін кеңейетін материялық толқын пакеттерінің уақытын көрсетті. Өйткені ол өте кішкентай, макроскопиялық денелердің үлкен ені мен массасы бар толқын пакеттері тек ғарыштық уақыт өлшемдерінде ғана екі есеге көбейеді. Егер біз мұндай пакетті тыныштыққа қойсақ, ол тыныштықта қалады: орнының орташа мәні мен импульсі классикалық бөлшекке сәйкес келеді. Дегенмен, ол барлық бағытта оптималды импульс белгісіздігімен берілген жылдамдықпен таралады. Таралу соншалықты жылдам, атомды бір рет айналып өту қашықтығында толқын пакетін тану мүмкін емес.
where is the uncertainty in the initial position. Later in 1927 Paul Ehrenfest showed that the time, for a matter wave packet of width and mass to spread by a factor of 2 was Since is so small, wave packets on the scale of macroscopic objects, with large width and mass, double only at cosmic time scales. If we place such a packet at rest it stays at rest: the average value of the position and momentum match a classical particle. However it spreads out in all directions with a velocity given by the optimal momentum uncertainty The spread is so fast that in the distance of once around an atom the wave packet is unrecognizable.
Толқын пакеттері мен кванттық шашырау
Физикада бөлшектердің өзара әрекеттесуі шашырау деп аталады; толқын пакеттері математикасы кванттық шашырау әдістерінде маңызды рөл атқарады. Монохроматикалық (бір импульстік) көздер шашырау модельдерінде жинақталу қиындықтарын тудырады. Шашырау мәселелерінің де классикалық шектері бар. Егер шашырату нысаны (мысалы, атом) толқын пакетінен әлдеқайда кіші болса, толқын пакетінің ортасы шашыраудың классикалық траекториясын ұстанады. Әйтпесе, толқын пакеті нысанмен өзара әрекеттескенде бұрмаланып, шашырайды.