Princip superpozice a hranice její aplikace

Princip superpozice je charakterizován skutečností, že se vyskytuje u mnoha části fyziky. Toto ustanovení se vztahuje na řadu případů. Jedná se o jeden z obecných fyzikálních zákonů, na kterých je fyzikální stavba postavena jako věda. To je také pozoruhodné pro vědce, kteří ji používají v různých situacích.

Pokud vezmeme v úvahu zásadu superpozice v nejvíce obecném smyslu, pak podle ní součet působení vnějších sil působících na částic bude tvořen jednotlivými hodnotami každého z nich.

Tento princip je aplikován na různé lineární systémy, tj. Takové systémy, jejichž chování lze popsat lineárními vztahy. Příkladem je jednoduchá situace, kdy lineární vlna šíří v konkrétním prostředí, a v tomto případě bude jeho vlastnosti zachována i pod vlivem poruch vyplývajících z vlny. Tyto vlastnosti jsou definovány jako specifické součty účinků každé z harmonických složek.

Aplikace

Jak již bylo zmíněno, princip superpozice má dostatečně široký rozsah. Nejsilněji je jeho účinek vidět v elektrodynamice. Je však důležité si uvědomit, že vzhledem k principu superpozice fyzik nepovažuje za konkrétní postulát, ale za důsledek teorie elektrodynamiky.

Například v elektrostatice je tento princip platný ve studii elektrostatické pole. Systém nábojů v určitém bodě vytváří napětí, které se připočítává ze součtu intenzity polí každého náboje. Tento závěr se používá v praxi, protože s jeho pomocí je možné vypočítat potenciální energii elektrostatické interakce. V takovém případě bude nutné vypočítat potenciální energii každého jednotlivého náboje.

To potvrzuje Maxwellova rovnice, která je lineární ve vakuu. To také znamená skutečnost, že světlo se nerozšíří, ale rozšiřuje se lineárně, takže jednotlivé paprsky vzájemně nereagují. Ve fyzice se tento fenomén často nazývá zásada superpozice v optice.

Je také třeba poznamenat, že v klasické fyzice platí zásada superpozice z linearity rovnic jednotlivých pohyblivých lineárních systémů, a proto je přibližná. Je založen na hlubokých dynamických principech, ale blízkost z něj dělá univerzální a ne zásadní.

Zvláště silné gravitační pole je popsán jinými rovnicemi, které jsou nelineární, takže zásada nemůže být použita v těchto situacích. Makroskopické elektromagnetické pole Také tento princip nesplňuje, protože závisí na vlivu vnějších polí.

Zásada superpozice sil je však zásadní v kvantové fyzice. Je-li v jiných částech aplikován s některými chybami, pak na kvantové úrovni pracuje zcela přesně. Kvantový mechanický systém je reprezentován vlnové funkce a vektorů lineárního prostoru a pokud splňuje lineární funkce, je jeho stav určen principem superpozice, tj. sestává ze superpozice každého stavu a vlnové funkce.

Hranice použití jsou spíše libovolné. Rovnice klasické elektrodynamiky jsou lineární, ale toto není základní pravidlo. Většina základních teorií fyziky jsou postavena z nelineárních rovnic. To znamená, že v nich není provedeno zde princip superpozice zahrnují obecné teorie relativity, kvantové chromodynamics a teorii Yang-Mills.

V některých systémech, kde jsou principy linearity použitelné jen částečně, lze konvenčně použít zásadu superpozice, například slabé gravitační interakce. Navíc při zvažování interakce atomů a molekul není princip superpozice také zachován, což vysvětluje rozmanitost fyzikálních a chemických vlastností materiálů.