U srednjoj školi smo navikli da učimo fiziku. Međutim, postoji vrsta fizike na koju možda svi nisu navikli. Radi se o kvantna fizika. Mnogi ne znaju šta je kvantna fizika. To je vrlo diskutovana i fascinantna tema koja može revolucionirati našu ideju o svemiru oko nas. To je teorija fizike koja opisuje ponašanje materije i također ima nekoliko primjena u svakodnevnom životu.
Stoga ćemo vam u ovom članku reći šta je kvantna fizika i koje su njene karakteristike.
Šta je kvantna fizika
Kvantna fizika se naziva i kvantna ili mehanička teorija. Zato što se zasniva na mehaničkoj teoriji koja se fokusira na skalu dužina i fenomene atomske i subatomske energije, dajući novi život prethodnim teorijama, koje se danas smatraju zastarjelim.
Koja je razlika između klasične fizike i kvantne fizike? Potonji opisuje zračenje i materiju kao dualne pojave: talasi i čestice. Stoga se dualnost talas-čestica može smatrati jednom od karakteristika ove mehanike. Odnos između talasa i čestica proučava se i potvrđuje kroz dva principa:
- Princip komplementarnosti
- Heisenbergov princip neizvjesnosti (potonji formalizira prvi).
Svakako možemo biti sigurni da je, nakon otkrića teorije relativnosti i rođenja klasične fizike, ovi uvidi su otvorili novu eru, modernu fiziku. Za sveobuhvatno proučavanje kvantne mehanike potrebna je integracija između različitih sektora fizike:
- Atomska fizika
- Fizičke čestice
- Fizika materije
- Nuklearna fizika
Origen
Klasična fizika nisu mogli proučavati materiju na mikro nivou krajem XNUMX. stoljeća, za koje se može reći da je izvan okvira atomskog mjerenja. Stoga je nemoguće proučavati eksperimentalnu stvarnost, posebno fenomene vezane za svjetlost i elektrone. Ali ljudi uvijek žele ići dalje, a njegova urođena radoznalost tjera ga da istražuje više.
Početkom XNUMX. stoljeća, otkrića koja su proizašla iz atomske skale dovela su u pitanje stare pretpostavke. Kvantna teorija je nastala zahvaljujući terminu koji je skovao akademik Maks Plank početkom XNUMX. veka. Osnovni koncept je da se mikroskopska veličina i količina nekih fizičkih sistema može čak i diskontinuirano, ali diskretno mijenjati.
Ovo su studije i istraživanja koja su omogućila donošenje ovih zaključaka:
- 1803: prepoznavanje atoma kao sastavnog elementa molekula
- 1860: periodni sistem grupiše atome prema hemijskim svojstvima
- 1874: otkriće elektrona i jezgra
- 1887: studije o ultraljubičastom zračenju
Posljednji datum može označiti glavnu liniju razdvajanja. Za frekvencije zračenja ispod praga, fenomen interakcije (fotoelektrični efekat) između elektromagnetnog zračenja i materije nestaje. Zbog fotoelektričnog efekta, energija elektrona je proporcionalna frekvenciji elektromagnetnog zračenja. Maxwellova teorija valova više nije dovoljna da objasni određene fenomene.
Kvantna teorija
Da sumiramo faktore koji su doprinijeli nastanku kvantne fizike, možemo navesti važnije datume koji su povezani s otkrićima i znanjem korištenim za praćenje istorije kvantne mehanike:
- 1900: Planck IUvodi ideju da se energija kvantificira, apsorbira i emituje.
- 1905: Ajnštajn demonstrira fotoelektrični efekat (energija elektromagnetnog polja se prenosi kvantima svjetlosti (fotoni)
- 1913: Bohr kvantificira orbitalno kretanje elektrona.
- 1915: Summerfeld uvodi nova pravila, generalizirajući metode kvantifikacije.
Ali od 1924. godine je kvantna teorija, kakvu sada poznajemo, postavila temelje. Na današnji dan, Louise de Broggie razvila je teoriju talasa materije. Sljedeće godine, Heinsburg je preuzeo, formulirao matričnu mehaniku, a onda je Dirac 1927. predložio specijalnu teoriju relativnosti. Sve do 1982. godine, kada je Institut za optiku Orsay završio istraživanje kršenja Bellove nejednakosti, ova otkrića su nastavili jedno za drugim. .
Principi kvantne fizike
Među najfascinantnijim otkrićima nalazimo:
- Dualnost talas-čestica
- Princip komplementarnosti
- Početak neizvjesnosti
Dualizam talas-čestica
Prije je postojala samo klasična fizika. Ovo je podijeljeno u dvije grupe zakona:
- Njutnov zakon
- Maxwellovi zakoni
Prvi skup zakona opisuje kretanje i dinamiku mehaničkih objekata, dok drugi set zakona opisuje tendencije i veze između subjekata koji su dio elektromagnetnih polja: svetlosti i radio talasa, na primjer.
Neki eksperimenti pokazuju da svetlost možete zamisliti kao talas. Ali oni nisu potvrđeni. S druge strane, svjetlost ima prirodu čestica (od Einsteina i Plancka) i stoga ideja da se sastoji od fotona dobija sve više legitimiteta. Zahvaljujući Boru se shvatilo da su priroda materije i zračenja:
- Neka bude talas
- Napravi od njega tijelo
Više nije bilo moguće razmišljati iz jedne ili druge perspektive, već iz komplementarne perspektive. Borov komplementarni princip samo naglašava ovu tačku, tj. fenomeni koji se javljaju na atomskoj skali imaju dvojna svojstva talasa i čestica.
Heinsenbergov princip nesigurnosti
Kao što smo ranije spomenuli 1927., Heinsenberg je pokazao da određeni parovi fizičkih veličina, kao što su brzina i pozicija, ne može se istovremeno registrovati bez greške. Preciznost može uticati na jedno od dva merenja, ali ne na oba istovremeno, jer će pojave kao što je brzina uticati na drugi rezultat merenja i poništiti merenje.
Da bi se locirao elektron, potrebno je osvijetliti foton. Što je kraća talasna dužina fotona, to je tačnije merenje položaja elektrona. U kvantnoj fizici, niska talasna frekvencija fotona nosi više energije i brzine nego što elektroni apsorbuju. Istovremeno, ova mjerenja se ne mogu odrediti.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o tome šta je kvantna fizika i koje su njene karakteristike.