Na střední škole jsme zvyklí studovat fyziku. Existuje však druh fyziky, na který snad každý není zvyklý. Je to o kvantová fyzika. Mnozí nevědí, co je kvantová fyzika. Je to velmi diskutované a fascinující téma, které může změnit naši představu o vesmíru kolem nás. Je to teorie fyziky, která popisuje chování hmoty a má také několik aplikací v každodenním životě.
Proto vám v tomto článku řekneme, co je kvantová fyzika a jaké jsou její vlastnosti.
Co je to kvantová fyzika
Kvantová fyzika se také nazývá kvantová nebo mechanická teorie. Protože je založena na mechanické teorii, která se zaměřuje na měřítko délek a jevy atomové a subatomární energie, čímž dává nový život předchozím teoriím, které jsou dnes považovány za zastaralé.
Jaký je rozdíl mezi klasickou fyzikou a kvantovou fyzikou? Ten popisuje záření a hmotu jako duální jevy: vlny a částice. Dualitu vlny a částic lze proto považovat za jednu z charakteristik této mechaniky. Vztah mezi vlnami a částicemi je studován a potvrzen pomocí dvou principů:
- Princip komplementarity
- Heisenbergův princip neurčitosti (ten první formalizuje).
Můžeme si být jistě jisti, že po objevu teorie relativity a zrodu klasické fyziky tyto poznatky zahájily novou éru, moderní fyziku. Ke komplexnímu studiu kvantové mechaniky je nutná integrace mezi různými sektory fyziky:
- Atomová fyzika
- Fyzikální částice
- Fyzika hmoty
- Nukleární fyzika
Původ
Klasická fyzika nemohl koncem XNUMX. století studovat hmotu na mikroúrovni, o čemž lze říci, že přesahuje rámec atomového měření. Proto je nemožné studovat experimentální realitu, zejména jevy související se světlem a elektrony. Ale lidé vždy chtějí jít dál a jeho vrozená zvědavost ho žene k dalšímu zkoumání.
Na počátku XNUMX. století objevy, které se objevily v atomovém měřítku, zpochybnily staré předpoklady. Kvantová teorie se zrodila díky termínu, který vytvořil akademik Max Planck na začátku XNUMX. století. Základním konceptem je, že mikroskopická velikost a množství některých fyzikálních systémů se může dokonce měnit nespojitě, ale diskrétně.
Toto jsou studie a výzkumy, které umožnily dospět k těmto závěrům:
- 1803: rozpoznání atomů jako základního prvku molekul
- 1860: periodická tabulka seskupuje atomy podle chemických vlastností
- 1874: objev elektronu a jádra
- 1887: studie o ultrafialovém záření
Poslední datum může označovat hlavní dělicí čáru. Pro frekvence záření pod prahem mizí jev interakce (fotoelektrický jev) mezi elektromagnetickým zářením a hmotou. V důsledku fotoelektrického jevu je energie elektronů úměrná frekvenci elektromagnetického záření. Maxwellova vlnová teorie již k vysvětlení určitých jevů nestačí.
Kvantová teorie
Abychom shrnuli faktory, které přispěly ke zrodu kvantové fyziky, můžeme uvést důležitější data, která jsou spojena s objevy a znalostmi používanými ke sledování historie kvantové mechaniky:
- 1900: Planck IZavádí myšlenku, že energie je kvantifikována, absorbována a vyzařována.
- 1905: Einstein demonstruje fotoelektrický jev (energie elektromagnetického pole je přenášena kvanty světla (fotony)
- 1913: Bohr kvantifikuje orbitální pohyb elektronu.
- 1915: Summerfeld zavádí nová pravidla, zobecňující metody kvantifikace.
Ale právě od roku 1924 položila základy kvantová teorie, jak ji známe nyní. V tento den Louise de Broggie vyvinul teorii vlnění hmoty. Následující rok převzal Heinsburg, formuloval maticovou mechaniku a poté Dirac v roce 1927 navrhl speciální teorii relativity. Až do roku 1982, kdy Orsay Institute of Optics dokončil vyšetřování porušení Bellovy nerovnosti, tyto objevy pokračovaly jeden po druhém. .
Principy kvantové fyziky
Mezi nejvíce fascinující objevy najdeme:
- Dualita vlna-částice
- Princip komplementarity
- Začátek nejistoty
Dualismus vlna-částice
Dříve existovala pouze klasická fyzika. To bylo rozděleno do dvou skupin zákonů:
- Newtonovy zákony
- Maxwellovy zákony
První soubor zákonů popisuje pohyb a dynamiku mechanických objektů, zatímco druhý soubor zákonů popisuje tendence a souvislosti mezi subjekty, které jsou součástí elektromagnetických polí: světlo a rádiové vlny, Například.
Některé experimenty ukazují, že světlo lze považovat za vlnu. Ty se ale nepotvrdily. Na druhé straně má světlo částicovou povahu (od Einsteina a Plancka), a proto myšlenka, že je složeno z fotonů, získávala stále větší legitimitu. Díky Bohrovi bylo pochopeno, že povaha hmoty a záření jsou:
- Udělejte z toho vlnu
- Udělejte z toho tělo
Už nebylo možné přemýšlet z té či oné perspektivy, ale z doplňkové perspektivy. Bohrův komplementární princip pouze zdůrazňuje tento bod, tj. jevy, které se vyskytují v atomovém měřítku, mají dvojí vlastnosti vln a částic.
Heinsenbergův princip neurčitosti
Jak jsme zmínili dříve v roce 1927, Heinsenberg ukázal, že určité dvojice fyzikálních veličin, jako je rychlost a poloha, nelze současně bezchybně zaregistrovat. Přesnost může ovlivnit jedno ze dvou měření, ale ne obě současně, protože jevy jako rychlost ovlivní výsledek druhého měření a měření znehodnotí.
Pro lokalizaci elektronu je nutné osvětlit foton. Čím kratší je vlnová délka fotonu, tím přesnější je měření polohy elektronu. V kvantové fyzice nese nízká vlnová frekvence fotonů více energie a rychlosti, než elektrony absorbují. Tato měření přitom nelze určit.
Doufám, že s těmito informacemi se můžete dozvědět více o tom, co je kvantová fyzika a jaké jsou její vlastnosti.