עקרון הסופרפוזיציה וגבולות יישומה

עקרון הסופרפוזיציה מאופיין בכך שהואמתרחשת בענפים רבים של הפיזיקה. זוהי הוראה מסוימת החלה על מספר מקרים. זהו אחד החוקים הגופניים הכלליים שעליו בנויה הפיזיקה, כמדע. זה גם מדהים עבור מדענים מיישמים אותו במצבים שונים.

אם ניקח בחשבון את עיקרון הסופרפוזיציה במובן הכללי ביותר, הרי שעל-פי אותו סכום הפעולה של הכוחות החיצוניים הפועלים על החלקיק יהיה מורכב מהערכים האינדיבידואליים של כל אחד מהם.

עיקרון זה חל על ליניארי שוניםמערכות, i. מערכות כאלה, שאת התנהגותן ניתן לתאר ביחסים לינאריים. דוגמה לכך היא מצב פשוט שבו גל ליניארי מתפשט במדיום מסוים, ובמקרה זה תכונותיו יישמרו גם בהשפעת הפרעות הנובעות מהגל עצמו. מאפיינים אלה מוגדרים כסכום הספציפי של ההשפעות של כל אחד מהרכיבים ההרמוניים.

יישומים

כאמור, עיקרון הסופרפוזיציהרחב היקף היישום. הכי ברור, ההשפעה שלה ניתן לראות אלקטרודינמיקה. עם זאת, חשוב לזכור כי בהתחשב בעקרון של סופרפוזיציה, הפיזיקה אינה רואה את זה כמשהו קונקרטי, אלא תוצאה של התיאוריה של אלקטרודינמיקה.

לדוגמה, אלקטרוסטטיקה, עיקרון זהפועלת בחקר השדה האלקטרוסטטי. מערכת החיובים בנקודה מסוימת יוצרת מתח שיתווסף מסכום עוצמות השדה של כל מטען. מסקנה זו משמשת בפועל, כי בעזרתו ניתן לחשב את האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציה אלקטרוסטטית. במקרה זה יהיה צורך לחשב את האנרגיה הפוטנציאלית של כל תשלום בנפרד.

זה אושר על ידי משוואת מקסוול, אשרליניארית בחלל ריק. זה גם מרמז על העובדה כי האור אינו מתפזר, אבל מתפשט באופן ליניארי, כך קרני הפרט לא אינטראקציה אחד עם השני. בפיסיקה, תופעה זו נקראת לעתים קרובות את עיקרון הסופרפוזיציה באופטיקה.

ראוי גם לציין כי בפיסיקה קלאסיתעקרון הסופרפוזיציה נובע מהלינאריות של המשוואות של מערכות ליניאריות נעות, ולכן הוא משוער. הוא מבוסס על עקרונות דינמיים עמוקים, אך הקרבה לא הופכת אותו לאוניברסלי ולא בסיסי.

בפרט, שדה כבידה חזקמתואר על ידי משוואות אחרות שאינן לינאריות, ולכן העיקרון לא ניתן ליישם במצבים אלה. השדה האלקטרומגנטי המקרוסקופי אינו כפוף גם לעיקרון זה, שכן הוא תלוי בהשפעת שדות חיצוניים.

עם זאת, העיקרון של סופרפוזיציה של כוחות הואיסוד בפיסיקה קוונטית. אם בחלקים אחרים הוא מוחל עם כמה טעויות, אז ברמה הקוונטית זה עובד די במדויק. כל מערכת מכנית קוונטית מתוארת מתפקודי הגל וקטורים של חלל ליניארי, ואם היא כפופה פונקציות ליניארי, אז המדינה שלה נקבעת על פי עיקרון של סופרפוזיציה, כלומר. מורכב של סופרפוזיציה של כל מדינה ואת פונקציית הגל.

גבולות היישום הם שרירותיים למדי. המשוואות של האלקטרודינמיקה הקלאסית הן לינאריות, אבל זה לא הכלל הבסיסי. רוב תיאוריות היסוד של הפיזיקה בנויות משוואות לא ליניאריות. משמעות הדבר היא כי בהם עיקרון סופרפוזיציה לא יתקיים, כאן אנו יכולים לכלול את תורת היחסות הכללית, chromodynamics קוונטית, וגם את התיאוריה יאנג-מילס.

במערכות מסוימות, שבהן עקרונות הליניאריותישימים רק בחלקם, עקרון הסופרפוזיציה, למשל, אינטראקציות כבדות של כבידה, ניתן ליישם באופן מותנה. בנוסף, כאשר בוחנים את האינטראקציה של אטומים ומולקולות, גם עיקרון הסופרפוזיציה אינו משומר, מה שמסביר את מגוון התכונות הפיסיקליות והכימיות של החומרים.