В гимназията сме свикнали да учим физика. Има обаче вид физика, с която може би не всеки е свикнал. Става дума за квантова физика. Мнозина не знаят какво е квантова физика. Това е силно дискутирана и завладяваща тема, която може да революционизира представата ни за вселената около нас. Това е теорията на физиката, която описва поведението на материята и има няколко приложения в ежедневието.
Затова в тази статия ще ви разкажем какво представлява квантовата физика и какви са нейните характеристики.
Какво е квантова физика
Квантовата физика се нарича още квантова или механична теория. Защото се основава на механична теория, която се фокусира върху скалата на дължините и явленията на атомната и субатомната енергия, давайки нов живот на предишни теории, които сега се считат за остарели.
Каква е разликата между класическата физика и квантовата физика? Последният описва радиацията и материята като двойни явления: вълни и частици. Следователно дуалността вълна-частица може да се разглежда като една от характеристиките на тази механика. Връзката между вълните и частиците се изследва и потвърждава чрез два принципа:
- Принципът на допълване
- Принципът на неопределеността на Хайзенберг (последният формализира първия).
Със сигурност можем да бъдем сигурни, че след откриването на теорията на относителността и раждането на класическата физика, тези прозрения поставиха началото на нова ера, съвременната физика. За цялостно изучаване на квантовата механика е необходима интеграция между различни сектори на физиката:
- Атомна физика
- Физически частици
- Физика на материята
- Ядрена физика
Произход
Класическа физика не може да изучава материята на микрониво в края на XNUMX век, за което може да се каже, че е извън обхвата на атомното измерване. Следователно е невъзможно да се изследва експерименталната реалност, особено явленията, свързани със светлината и електроните. Но хората винаги искат да отидат по-далеч и вроденото му любопитство го кара да изследва повече.
В началото на XNUMX-ти век откритията, които се появиха от атомния мащаб, оспориха старите предположения. Квантовата теория се ражда благодарение на термин, въведен от академик Макс Планк в началото на XNUMX-ти век. Основната концепция е, че микроскопичната величина и количество на някои физически системи могат дори да се променят дискретно, но дискретно.
Това са проучванията и изследванията, които направиха възможно да се направят следните заключения:
- 1803: разпознаване на атомите като съставен елемент на молекулите
- 1860: периодичната таблица групира атомите по химични свойства
- 1874: откриване на електрона и ядрото
- 1887: изследвания върху ултравиолетовото лъчение
Последната дата може да маркира главната разделителна линия. При радиационни честоти под прага феноменът на взаимодействие (фотоелектричен ефект) между електромагнитното излъчване и материята изчезва. Поради фотоелектричния ефект, енергията на електроните е пропорционална на честотата на електромагнитното излъчване. Вълновата теория на Максуел вече не е достатъчна, за да обясни някои явления.
Квантова теория
За да обобщим факторите, допринесли за раждането на квантовата физика, можем да изброим по-важни дати, които са свързани с открития и знания, използвани за проследяване на историята на квантовата механика:
- 1900: Планк иТой въвежда идеята, че енергията се определя количествено, абсорбира и излъчва.
- 1905: Айнщайн демонстрира фотоелектричния ефект (енергията на електромагнитното поле се пренася от кванти светлина (фотони)
- 1913: Бор определя количествено орбиталното движение на електрона.
- 1915: Зомерфелд въвежда нови правила, обобщаващи количествените методи.
Но именно от 1924 г. квантовата теория, каквато я познаваме сега, положи основите. На този ден Луиз дьо Броги развива теорията за вълните на материята. На следващата година Хайнсбърг поема управлението, формулира матричната механика, а след това Дирак предлага специалната теория на относителността през 1927 г. До 1982 г., когато Институтът по оптика Орсей приключва разследването на нарушението на неравенството на Бел, тези открития продължават едно след друго. .
Принципи на квантовата физика
Сред най-завладяващите открития откриваме:
- Дуалност вълна-частица
- Принцип на допълване
- Началото на несигурността
Дуализъм вълна-частица
Преди съществуваше само класическа физика. Това беше разделено на две групи закони:
- Законите на Нютон
- Законите на Максуел
Първият набор от закони описва движението и динамиката на механичните обекти, докато вторият набор от закони описва тенденциите и връзките между субектите, които са част от електромагнитните полета: светлина и радиовълни, Например.
Някои експерименти показват, че светлината може да се разглежда като вълна. Но те не са потвърдени. От друга страна, светлината има природа на частици (от Айнщайн и Планк) и следователно идеята, че е съставена от фотони, придобива все по-голяма легитимност. Благодарение на Бор се разбра, че природата на материята и радиацията са:
- Направете го вълна
- Направете го тяло
Вече не беше възможно да се мисли от една или друга гледна точка, а от допълнителна гледна точка. Допълнителният принцип на Бор само подчертава тази точка, т.е. явления, които се случват в атомен мащаб, имат двойните свойства на вълни и частици.
Принцип на неопределеността на Хайнсберг
Както споменахме по-рано през 1927 г., Хайзенберг показа, че определени двойки физически величини, като скорост и позиция, не може едновременно да се регистрира без грешка. Точността може да повлияе на едно от двете измервания, но не и на двете едновременно, тъй като явления като скоростта ще повлияят на другия резултат от измерването и ще направят измерването невалидно.
За да се локализира електрона, е необходимо да се освети фотон. Колкото по-къса е дължината на вълната на фотона, толкова по-точно е измерването на позицията на електрона. В квантовата физика ниската вълнова честота на фотоните носи повече енергия и скорост, отколкото поглъщат електроните. В същото време тези измервания не могат да бъдат определени.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за това какво представлява квантовата физика и какви са нейните характеристики.