Свободная частица

Свободной (или изолированной) называется частица, на которую не действуют никакие внешние силы: F = 0. Другое, эквивалентное, определение выглядит так: во всей области пространства, доступной частице, ее потенциальная энергия равна нулю: U (x, y, z) = 0.

Модель свободной частицы является самой простой из физических моделей. Один из главных признаков этой простоты — одномерность. Одномерность означает, что частица может двигаться только вдоль выделенной прямой линии. Для свободной частицы такой одномерный случай всегда возникает сам собой — начав двигаться в определенном направлении, частица уже не может отклониться от него. В результате, при любых начальных условиях свободная частица всегда движется вдоль некоторого пространственного направления, с которым можно совместить координатную ось, например х. Тогда текущее механическое состояние частицы может быть однозначно задано всего одним параметром (значением наблюдаемой) — координатой х в виде единственного числа (x = x_i) или в виде функции распределения Р_x = f (x).

Конкретное описание частицы может быть построено в двух вариантах: классическом и квантовом. Классический вариант получается тогда, когда частица имеет макроскопические размеры и за ее движением можно непосредственно наблюдать. Результаты экспериментальных измерений над макрочастицей будут иметь классический характер и составят классическое описание. Квантовый вариант получается при рассмотрении микроскопической частицы. Такую частицу можно наблюдать только специальным способом — с помощью спектральных анализаторов. Результаты измерений будут иметь вероятностный характер, и их описание будет с необходимостью квантовомеханическим, т.е. на основе функций распределения и вспомогательных волновых функций.