Diss. (sammanfattning) Uppsala : Uppsala universitet, 2006. / Härtill 16 uppsatser.

<p>Inledningsvis identifieras de mål i kursplanen för fysik B på gymnasieskolan som har kvantmekaniskt innehåll. Syftet med detta arbete är att genom en textanalys utifrån dessa identifierade kursmål, beskriva hur fem gymnasieläroböcker i fysik B tar upp de utvalda målbeskrivningarna. När det gäller hur atomers struktur presenteras, saknar en av böckerna en modern kvantmekanisk beskrivning och tre böcker ger ingen modern kvantmekanisk beskrivning av elektronernas positioner i en atom. Problem med hur spinn ska beskrivas finns överlag i alla böckerna. Alla läroböckerna förankrar sin framställning om sambandet mellan energinivåer och atomspektra i Bohrs atommodell. Alla introducerar också fotonbegreppet på liknande sätt; genom Plancks kvanthypotes och Einsteins ljuspartikelantagande (när han förklarade den fotoelektriska effekten). En sammanfattning av slutsatserna blir att det finns vissa problem med framställningen av kvantmekaniska fenomen i läroböckerna och i synnerhet då det gäller atomers struktur. Detta kan medföra problem när eleverna ska uppfylla kursplanens mål.</p> / <p>In the national syllabus for the B-course in physics for the Swedish upper secondary school, there are some stated objectives to be achieved. This paper identifies the objectives that have quantum mechanical related content. The aim is then to analyse how five Swedish textbooks for the B-course in physics for upper secondary school describe physics that are related to these identified objectives. One of the books do not have a quantum mechanical description of the structure of the atom and two of the other books lack a quantum mechanical description of the positions of the electrons inside an atom. There is a general problem how spin is presented. All books describe the electronic energy levels and atomic spectra in the light of the atomic model of Bohr. All books do also introduce the photon in the quantum hypotheses of Planck and Einstein’s explanation of the photoelectric effect. The main conclusion of this study is that there are some problems how the textbooks present physics that have quantum mechanical related objectives in general, but in particular those parts that are related to the atomic structure. This can lead to problems for the students to fulfil the goals in the syllabus.</p>

Inledningsvis identifieras de mål i kursplanen för fysik B på gymnasieskolan som har kvantmekaniskt innehåll. Syftet med detta arbete är att genom en textanalys utifrån dessa identifierade kursmål, beskriva hur fem gymnasieläroböcker i fysik B tar upp de utvalda målbeskrivningarna. När det gäller hur atomers struktur presenteras, saknar en av böckerna en modern kvantmekanisk beskrivning och tre böcker ger ingen modern kvantmekanisk beskrivning av elektronernas positioner i en atom. Problem med hur spinn ska beskrivas finns överlag i alla böckerna. Alla läroböckerna förankrar sin framställning om sambandet mellan energinivåer och atomspektra i Bohrs atommodell. Alla introducerar också fotonbegreppet på liknande sätt; genom Plancks kvanthypotes och Einsteins ljuspartikelantagande (när han förklarade den fotoelektriska effekten). En sammanfattning av slutsatserna blir att det finns vissa problem med framställningen av kvantmekaniska fenomen i läroböckerna och i synnerhet då det gäller atomers struktur. Detta kan medföra problem när eleverna ska uppfylla kursplanens mål. / In the national syllabus for the B-course in physics for the Swedish upper secondary school, there are some stated objectives to be achieved. This paper identifies the objectives that have quantum mechanical related content. The aim is then to analyse how five Swedish textbooks for the B-course in physics for upper secondary school describe physics that are related to these identified objectives. One of the books do not have a quantum mechanical description of the structure of the atom and two of the other books lack a quantum mechanical description of the positions of the electrons inside an atom. There is a general problem how spin is presented. All books describe the electronic energy levels and atomic spectra in the light of the atomic model of Bohr. All books do also introduce the photon in the quantum hypotheses of Planck and Einstein’s explanation of the photoelectric effect. The main conclusion of this study is that there are some problems how the textbooks present physics that have quantum mechanical related objectives in general, but in particular those parts that are related to the atomic structure. This can lead to problems for the students to fulfil the goals in the syllabus.

The path integral formulation of quantum mechanics generalizes the action principle of classical mechanics. The Feynman path integral is, roughly speaking, a sum over all possible paths that a particle can take between fixed endpoints, where each path contributes to the sum by a phase factor involving the action for the path. The resulting sum gives the probability amplitude of propagation between the two endpoints, a quantity called the propagator. Solutions of the Feynman path integral formula exist, however, only for a small number of simple systems, and modifications need to be made when dealing with more complicated systems involving singular potentials, including the Coulomb potential. We derive a generalized path integral formula, that can be used in these cases, for a quantity called the pseudo-propagator from which we obtain the fixed-energy amplitude, related to the propagator by a Fourier transform. The new path integral formula is then successfully solved for the Hydrogen atom in two and three dimensions, and we obtain integral representations for the fixed-energy amplitude. / Vägintegral-formuleringen av kvantmekanik generaliserar minsta-verkanprincipen från klassisk mekanik. Feynmans vägintegral kan ses som en summa över alla möjliga vägar en partikel kan ta mellan två givna ändpunkter A och B, där varje väg bidrar till summan med en fasfaktor innehållande den klassiska verkan för vägen. Den resulterande summan ger propagatorn, sannolikhetsamplituden att partikeln går från A till B. Feynmans vägintegral är dock bara lösbar för ett fåtal simpla system, och modifikationer behöver göras när det gäller mer komplexa system vars potentialer innehåller singulariteter, såsom Coulomb--potentialen. Vi härleder en generaliserad vägintegral-formel som kan användas i dessa fall, för en pseudo-propagator, från vilken vi erhåller fix-energi-amplituden som är relaterad till propagatorn via en Fourier-transform. Den nya vägintegral-formeln löses sedan med framgång för väteatomen i två och tre dimensioner, och vi erhåller integral-representationer för fix-energi-amplituden.

I detta examensarbete har fyra läroböcker för Fysik 2 i gymnasieskolan studerats för att utreda hur väl de följer ämnesplanen och kursplanen. De delar av kursböckerna som har en kvantmekanisk koppling har identifierats och analyserats. Analysen har dels varit kvantitativ, men även kvalitativ. Den kvalitativa delen av analysen har skett med ett sedan tidigare utvecklat analysverktyg som kopplar samman ämnesplanens centrala innehåll med kunskaper och förmågor i läroplanen. Analysen visar att läroböckerna generellt sett följer ämnesplanen och det centrala innehållet, men att det böckerna sinsemellan finns tydliga skillnader i hur de väljer att presentera innehållet samt i vilken utsträckning de kopplar samman det centrala innehållet med kunskaperna och förmågorna från läroplanen.

The focus of this thesis is to introduce the path integral and some of its applications. One interpretation of quantum mechanics is that a microscopic system which moves from an initial- to a final state moves through each possible intermediate state. The path integral uses the principle of least action to sum over all such intermediate states to find the evolution of a quantum mechanical system. We compare the path integral approach to that of the Schrödinger equation and show that the two give an equivalent description of quantum mechanics. To demonstrate the usefulness of the path integral, we introduce low-dimensional quantum field theory (QFT). In particular, we discuss Feynman diagrams. The idea behind Feynman diagrams is to sum over all possible weak interactions between fields to evaluate the properties of a system through the path integral. We also carry out a computation of a low energy effective action in a 0-dimensional model. The result of the computation shows that there is free energy also in a vacuum. Finally, we briefly generalize some of the previous discussion to 1-dimensional QFT. To give an example of a practical application, we give a qualitative discussion of how the path integral can be applied to statistical mechanics to predict the behaviour of superfluids. / Målet med den här rapporten är att introducera konceptet vägintegral och några av dess applikationer. En tolkning av kvantmekanik är att ett mikroskopiskt system som går från ett initialt- till ett slutgiltigt tillstånd kommer att passera genom alla möjliga mellanliggande tillstånd. Vägintegralen använder sig av principen om minsta verkan för att summera över alla sådana mellanliggande tillstånd för att hitta utvecklingen hos ett system. Vi kommer att jämföra vägintegralen med Schrödingers ekvation och visa att de två ger en ekvivalent beskrivning av kvantmekaniken. För att demonstrera vägintegralens användbarhet introducerar vi lågdimensionell kvantfältteori. Vi diskuterar speciellt Feynmandiagram. Idén bakom Feynmandiagram är att summera över alla möjliga svaga interaktioner mellan fält för att utvärdera fysikaliska egenskaper hos system med hjälp av vägintegraler. Vi kommer också att utvärdera en effektiv verkan i 0-dimensionell kvantfältteori. Resultatet visar att det finns fri energi även i ett vakuum. Slutligen generaliserar vi delar av vår tidigare diskussion till 1-dimensionell kvantfältteori. Som ett exempel på praktiska applikationer för vi en kvalitativ diskussion kring hur vägintegraler kan användas inom statistisk mekanik för att förutsäga egenskaper hos superfluider.

The problem of how quantum mechanics gives rise to classicality has been debated for more than a century. A commonly proposed solution is decoherence, i.e. the gradual decay of superpositions in open quantum systems due to their inevitable interaction with their environment. However, the ability of decoherence to account for all aspects of the classical world is often questioned. A recently proposed model suggests that decoherence can occur even in isolated composite systems subject to gravitational time dilation, something which has sparked a debate. In this thesis we attempt to identify the precise role of decoherence in the quantum-to-classical transition (QTCT) and then use the result to analyze the validity of the newly proposed time dilation-induced decoherence mechanism. We find that the problem of the QTCT can be divided into two parts and that decoherence solves the first of these whereas the second is unsolvable without fundamental modifications to quantum theory. Moreover, we argue that the effect is fundamentally frame-dependent and we find a general formula for the rate of decoherence of macroscopic superpositions in the case where both the system and observer use Rindler coordinates. The result suggests that the frame-dependence may be utilized to increase the strength of the effect in experimental settings. Finally, the possibilities of experimental verification are discussed and we argue that recent advances in quantum measurement techniques in gravitational-wave observatories may enable tests of gravitational decoherence in the near future, finally providing an empirical glimpse into the resolution of one of the most critical debates in all of physics. / Huruvida kvantfysiken kan ge uppkomst till den klassiska fysiken på stora skalor är ett problem som diskuterats under mer än ett århundrade. En föreslagen lösning är dekoherens, alltså det gradvisa sönderfallet av superpositioner i öppna kvantsystem på grund av den oundvikliga interaktionen med deras omgivning. Dekoherensens förmåga att förklara alla delar av den klassiska världen ifrågasätts emellertid fortfarande. De senaste åren har en ny effekt uppmärksammats som tyder på att dekoherens även kan uppstå i isolerade kompositsystem under påverkan av gravitationell tidsdilatation, något som orsakat en debatt i litteraturen. I detta arbete försöker vi identifiera dekoherensens roll i övergången från det kvantmekaniska till det klassiska, och vi använder sedan resultatet för att analysera den ovannämnda gravitationella dekoherensmekanismen. Det allmänna problemet med övergången från kvantfysik till klassisk fysik delas upp i två delar, och vi visar att dekoherens löser den första delen; den andra delen visar sig vara olösbar utan fundamentala förändringar av kvantfysikens ramverk. Vidare visas den gravitationella dekoherenseffekten vara observatörsberoende och vi härleder en allmän formel för takten med vilken makroskopiska superpositioner sönderfaller i de fall då både systemet och observatören använder Rindlerkoordinater. Resultaten tyder på att observatörsberoendet eventuellt kan utnyttjas för att öka effektens styrka i experimentalla sammanhang. Slutligen diskuteras möjligheter att experimentellt verifiera effekten; vi argumenterar för att nya genombrott inom kvantmätteknik i gravitationsvågsobservatorium kan möjliggöra tester av gravitationell dekoherens inom en snar framtid, vilket skulle ge oss en första empirisk inblick i lösningen till en av fysikens mest kritiska debatter.

This thesis deals with the following question: are there more eigenfunctions, other than the already known eigenfunctions, of the spin chain with elliptic interactions known as the Inozemtsev spin chain? The Inozemtsev spin chain interpolates between two quantum integrable spin chains, theHeisenberg spin chain and the Haldane-Shastry spin chain. Therefore it is interesting to explore eigenfunctions of the Inozemtsev spin chain in greater detail. Moreover, there exists connections between spin chains and their corresponding spinless continuum model, namely theCalogero-Sutherland models; a derivation of the connection between the Haldane-Shastry spin chain and the trigonometric interacting Calogero-Sutherland model is presented in this thesis. These connections state that the eigenfunctions of the Calogero-Sutherland model are also eigenfunctionsof the corresponding spin chain. An established connection between the Inozemtsev spin chain and the elliptic interacting Calogero-Sutherland model yields exact eigenfunctions with simple poles at coinciding arguments of the Inozemtsev spin chain. However, there are eigenfunctions of theelliptic Calogero-Sutherland model with second order zeros instead of simple poles at coinciding arguments. It is therefore interesting to see if a connection exists that relates the eigenfunctions of the elliptic Calogero-Sutherland model with second order zeros to eigenfunctionsof the Inozemtsev spin chain also with second order zeros. The main goal of this thesis is to explore eigenfunctions of the Inozemtsev spin chain with second order zeros for two magnons. This thesis uses analytical methods for finding these eigenfunctions and numerical methods have beenresorted to in the end. The numerical results indicate that the functions explored in this thesis fail to parametrise the eigenfunctions of the Inozemtsev spin chain, except for a few special cases. / Den här avhandlingen behandlar följande frågeställning: finns det fler egenfunktioner än de redan kända till spinnkedjan med elliptisk växelverkan känd som Inozemtsevs spinnkedja? Inozemtsevs spinnkedja interpolerar mellan Heisenbergs spinnkedja och Haldane-Shastrys spinnkedja som båda ärkvant-integrerbara. Därför är det intressant att vidare utforska egenfunktionerna hos Inozemtsevs spinnkedja. Det finns kopplingar mellan spinnkedjor och spinnfria en-dimensionella kontinuumsystem, nämligen Calogero-Sutherlands system; en sådan koppling mellan Haldane-Shastrysspinnkedja och Calogero-Sutherlands modell med trigonometrisk växelverkan härleds i denna avhandling. Dessa kopplingar konstaterar att egenfunktionerna för Calogero-Sutherland systemet är egenfunktioner för spinnkedjan också. En koppling existerar mellan Calogero-Sutherland modellen med elliptisk växelverkan och Inozemtsevs spinnkedja vilket ger exakta egenfunktioner hos Inozemtsevs modell med enkla poler vid sammanfallande argument. Däremot existerar det egenfunktioner till Calogero-Sutherland modellen med elliptisk växelverkan med andra ordningens nollor vid sammanfallande argument istället för enkla poler. Det är därför intressant att undersöka om det existerar en koppling mellan dessa två system med egenfunktioner med andra ordningens nollor; det här skulle då ge exakta egenfunktioner till Inozemtsevs spinnkedja med andra ordningens nollor. Detta är huvudsyftet med avhandlingen. Egenfunktioner med andra ordningens nollor för två magnoner undersöks. Avhandlingen använder sig av analytisk metod och har prövats med numeriska metoder. De numeriska resultaten indikerar att de undersökta funktionerna i denna avhandling misslyckas med att parametrisera egenfunktionerna till Inozemtsevs spinnkedja förutom vissa specifika fall.

This paper aims to describe and elaborate on a recent discursive change within the new-age movement. Since the seventies and the publishing of speculative popular science books like The Tao of Physics by Fritjof Capra and The self-aware Universe by Amit Goswami, the idea that quantum physics resonates with spirituality has become the topic of hundreds of books and movies. The quantum-spiritual discourse has three distinct ways to approach quantum physics in its discussion on spirituality: The parallelistic approach which emphasizes the similarities between eastern philosophies and modern physics, the monistic-idealistic approach which tells us that mind is the foundation of matter and the scientific spiritual approach which tries to explain spiritual claims scientifically. In the quantum-spiritual discourse, quantum physical phenomena (e.g. non-locality and entanglement) are being called upon to validate metaphysical statements. The primary assumption of the discourse is that the shift of paradigm due to the establishment of modern physics also is a shift of paradigm of spirituality. With the object to examine the common claims made in the discourse, cross-references between spiritual arguments and facts of quantum physics are being made. A discussion is held about the probable influence of the historical context, with particular focus on the monistic evolvement during the late nineteenth century.

No description available.