في المدرسة الثانوية تعودنا على دراسة الفيزياء. ومع ذلك ، هناك نوع من الفيزياء ربما لم يكن الجميع معتادًا عليه. يتعلق الأمر بامتداد فيزياء الكم. لا يعرف الكثيرون ما هي فيزياء الكم. إنه موضوع مثير للجدل للغاية ويمكن أن يحدث ثورة في فكرتنا عن الكون من حولنا. إنها نظرية الفيزياء التي تصف سلوك المادة ولها أيضًا العديد من التطبيقات في الحياة اليومية.
لذلك ، في هذه المقالة سوف نخبرك ما هي فيزياء الكم وما هي خصائصها.
ما هي فيزياء الكم
تسمى فيزياء الكم أيضًا النظرية الكمومية أو الميكانيكية. لأنه يقوم على نظرية ميكانيكية تركز على مقياس الأطوال وظواهر الطاقة الذرية ودون الذرية ، مما يعطي حياة جديدة للنظريات السابقة التي تعتبر الآن قديمة.
ما هو الفرق بين الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الكم؟ يصف الأخير الإشعاع والمادة كظاهرتين: موجات وجزيئات. لذلك ، يمكن اعتبار ازدواجية الموجة والجسيم كأحد خصائص هذه الميكانيكا. يتم دراسة العلاقة بين الموجات والجسيمات وتأكيدها من خلال مبدأين:
- مبدأ التكامل
- مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ (هذا الأخير يضفي الطابع الرسمي على الأول).
يمكننا بالتأكيد التأكد من أنه بعد اكتشاف نظرية النسبية وولادة الفيزياء الكلاسيكية ، هذه الرؤى بشرت بعصر جديد ، الفيزياء الحديثة. لدراسة ميكانيكا الكم بشكل شامل ، يلزم التكامل بين قطاعات الفيزياء المختلفة:
- الفيزياء الذرية
- الجسيمات الفيزيائية
- فيزياء المادة
- فيزياء نووية
الأصل
الفيزياء الكلاسيكية لم يتمكن من دراسة المادة على المستوى الجزئي في أواخر القرن التاسع عشر ، والتي يمكن القول أنها خارج نطاق القياس الذري. لذلك من المستحيل دراسة الواقع التجريبي وخاصة الظواهر المتعلقة بالضوء والإلكترونات. لكن الناس يريدون دائمًا الذهاب إلى أبعد من ذلك ، ودفعه فضوله الفطري إلى استكشاف المزيد.
في أوائل القرن العشرين ، تحدت الاكتشافات التي نشأت من المقياس الذري الافتراضات القديمة. ولدت نظرية الكم بفضل مصطلح صاغه الأكاديمي ماكس بلانك في بداية القرن العشرين. المفهوم الأساسي هو أن الحجم المجهري وكمية بعض الأنظمة الفيزيائية يمكن أن يتغير بشكل متقطع ولكن بشكل منفصل.
هذه هي الدراسات والأبحاث التي جعلت من الممكن الوصول إلى هذه الاستنتاجات:
- 1803: التعرف على الذرات كعنصر مكون للجزيئات
- 1860: يصنف الجدول الدوري الذرات حسب الخصائص الكيميائية
- 1874: اكتشاف النواة والإلكترون
- 1887: دراسات حول الأشعة فوق البنفسجية
يمكن أن يشير التاريخ الأخير إلى الخط الفاصل الرئيسي. بالنسبة لترددات الإشعاع تحت العتبة ، تختفي ظاهرة التفاعل (التأثير الكهروضوئي) بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمادة. بسبب التأثير الكهروضوئي ، تتناسب طاقة الإلكترونات مع تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي. لم تعد نظرية موجات ماكسويل كافية لشرح بعض الظواهر.
نظرية الكم
لتلخيص العوامل التي ساهمت في ولادة فيزياء الكم ، يمكننا سرد تواريخ أكثر أهمية مرتبطة بالاكتشافات والمعرفة المستخدمة لتتبع تاريخ ميكانيكا الكم:
- 1900: بلانك الأوليقدم فكرة أن الطاقة يتم قياسها وامتصاصها وانبعاثها.
- 1905: اينشتاين يوضح التأثير الكهروضوئي (يتم نقل طاقة المجال الكهرومغناطيسي بواسطة كمات الضوء (الفوتونات)
- 1913: بوهر يحدد الحركة المدارية للإلكترون.
- 1915: سومرفيلد يقدم قواعد جديدة وتعميم طرق القياس الكمي.
ولكن اعتبارًا من عام 1924 ، أرست نظرية الكم ، كما نعرفها الآن ، الأسس. في هذا اليوم ، طورت لويز دي بروجي نظرية موجات المادة. في العام التالي ، تولى Heinsburg المسؤولية ، وصاغ ميكانيكا المصفوفة ، ثم اقترح ديراك النظرية النسبية الخاصة في عام 1927. حتى عام 1982 ، عندما أكمل معهد أورساي للبصريات تحقيقاته في انتهاك عدم مساواة بيل ، استمرت هذه الاكتشافات واحدة تلو الأخرى .
مبادئ فيزياء الكم
من بين أكثر الاكتشافات الرائعة التي نجدها:
- ازدواجية موجة - جسيم
- مبدأ التكامل
- بداية الشك
ثنائية الموجة الجسيمية
قبل ذلك ، كانت الفيزياء الكلاسيكية موجودة فقط. تم تقسيم هذا إلى مجموعتين من القوانين:
- قوانين نيوتن
- قوانين ماكسويل
تصف المجموعة الأولى من القوانين حركة الأجسام الميكانيكية ودينامياتها ، بينما تصف المجموعة الثانية من القوانين الميول والصلات بين الموضوعات التي تشكل جزءًا من المجالات الكهرومغناطيسية: موجات الضوء والراديو، البرتغال ejemplo.
تظهر بعض التجارب أنه يمكنك التفكير في الضوء على أنه موجة. لكن لم يتم تأكيدها. من ناحية أخرى ، للضوء طبيعة جسيمية (من أينشتاين وبلانك) ، وبالتالي ، فإن فكرة أنه يتكون من فوتونات قد اكتسبت المزيد والمزيد من الشرعية. بفضل بوهر ، كان من المفهوم أن طبيعة المادة والإشعاع هما:
- اجعلها موجة
- اجعلها جسدا
لم يعد من الممكن التفكير من منظور أو آخر ، ولكن من منظور تكميلي. يؤكد مبدأ بوهر التكميلي فقط على هذه النقطة ، أي ، الظواهر التي تحدث على النطاق الذري لها خصائص مزدوجة للموجات والجسيمات.
مبدأ عدم اليقين Heinsenberg
كما ذكرنا سابقًا في عام 1927 ، أظهر Heinsenberg أن أزواجًا معينة من الكميات الفيزيائية ، مثل السرعة والموضع ، لا يمكن التسجيل في وقت واحد دون أخطاء. يمكن أن تؤثر الدقة على أحد القياسين ، ولكن ليس كلاهما في نفس الوقت ، لأن ظواهر مثل السرعة ستؤثر على نتيجة القياس الأخرى وتبطل القياس.
لتحديد موقع الإلكترون ، من الضروري إضاءة الفوتون. كلما كان الطول الموجي للفوتون أقصر ، زادت دقة قياس موضع الإلكترون. في فيزياء الكم ، يحمل التردد المنخفض للفوتونات طاقة وسرعة أكثر من امتصاص الإلكترونات. في نفس الوقت ، لا يمكن تحديد هذه القياسات.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن ماهية فيزياء الكم وما هي خصائصها.