In der High School sind wir es gewohnt, Physik zu studieren. Es gibt jedoch eine Art von Physik, an die vielleicht nicht jeder gewöhnt ist. Es geht um die Quantenphysik. Viele wissen nicht, was Quantenphysik ist. Es ist ein stark diskutiertes und faszinierendes Thema, das unsere Vorstellung vom Universum um uns herum revolutionieren kann. Es ist die Theorie der Physik, die das Verhalten von Materie beschreibt und auch im täglichen Leben mehrere Anwendungen hat.
Daher erklären wir Ihnen in diesem Artikel, was Quantenphysik ist und was ihre Eigenschaften sind.
Was ist Quantenphysik
Quantenphysik wird auch Quanten- oder mechanische Theorie genannt. Weil sie auf einer mechanischen Theorie basiert, die sich auf die Längenskala und die Phänomene der atomaren und subatomaren Energie konzentriert und früheren Theorien neues Leben einhaucht, die heute als veraltet gelten.
Was ist der Unterschied zwischen klassischer Physik und Quantenphysik? Letztere beschreibt Strahlung und Materie als duale Phänomene: Wellen und Teilchen. Daher kann der Welle-Teilchen-Dualismus als eines der Merkmale dieser Mechanik angesehen werden. Die Beziehung zwischen Wellen und Teilchen wird durch zwei Prinzipien untersucht und bestätigt:
- Das Prinzip der Komplementarität
- Heisenbergs Unschärferelation (das letztere formalisiert das erstere).
Wir können sicher sein, dass nach der Entdeckung der Relativitätstheorie und der Geburt der klassischen Physik Diese Erkenntnisse leiteten eine neue Ära ein, die moderne Physik. Um die Quantenmechanik umfassend zu studieren, ist eine Integration zwischen verschiedenen Bereichen der Physik erforderlich:
- Atomphysik
- Physikalische Partikel
- Physik der Materie
- Kernphysik
Herkunft
Klassische Physik konnte Ende des XNUMX. Jahrhunderts keine Materie auf Mikroebene untersuchen, von denen man sagen kann, dass sie den Rahmen der atomaren Messung sprengen. Daher ist es unmöglich, die experimentelle Realität zu untersuchen, insbesondere Phänomene im Zusammenhang mit Licht und Elektronen. Aber die Leute wollen immer weiter gehen und seine angeborene Neugier treibt ihn an, mehr zu entdecken.
Im frühen XNUMX. Jahrhundert stellten Entdeckungen auf atomarer Ebene alte Annahmen in Frage. Die Quantentheorie wurde dank eines Begriffs geboren, der zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts vom Wissenschaftler Max Planck geprägt wurde. Das Grundkonzept besteht darin, dass sich die mikroskopische Größe und Größe einiger physikalischer Systeme sogar diskontinuierlich, aber diskret ändern kann.
Dies sind die Studien und Forschungen, die es ermöglicht haben, diese Schlussfolgerungen zu ziehen:
- 1803: Anerkennung von Atomen als Bestandteil von Molekülen
- 1860: Das Periodensystem gruppiert Atome nach chemischen Eigenschaften
- 1874: Entdeckung des Elektrons und des Kerns
- 1887: Studien zur ultravioletten Strahlung
Das letzte Datum kann die Haupttrennlinie markieren. Bei Strahlungsfrequenzen unterhalb der Schwelle verschwindet das Wechselwirkungsphänomen (photoelektrischer Effekt) zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie. Aufgrund des photoelektrischen Effekts ist die Energie der Elektronen proportional zur Frequenz der elektromagnetischen Strahlung. Die Wellentheorie von Maxwell reicht nicht mehr aus, um bestimmte Phänomene zu erklären.
Quantentheorie
Um die Faktoren zusammenzufassen, die zur Geburt der Quantenphysik beigetragen haben, können wir wichtigere Daten auflisten, die mit Entdeckungen und Erkenntnissen verbunden sind, die verwendet werden, um die Geschichte der Quantenmechanik zu verfolgen:
- 1900: Planck i.Es führt die Idee ein, dass Energie quantifiziert, absorbiert und emittiert wird.
- 1905: Einstein demonstriert den photoelektrischen Effekt (die Energie des elektromagnetischen Feldes wird durch Lichtquanten (Photonen) transportiert)
- 1913: Bohr quantifiziert die Bahnbewegung des Elektrons.
- 1915: Sommerfeld führt neue Regeln ein und verallgemeinert Quantifizierungsmethoden.
Aber erst ab 1924 legte die Quantentheorie, wie wir sie heute kennen, den Grundstein. An diesem Tag entwickelte Louise de Broggie die Theorie der Materiewellen. Im folgenden Jahr übernahm Heinsburg, formulierte die Matrixmechanik, und 1927 schlug Dirac die spezielle Relativitätstheorie vor. Bis 1982, als das Orsay Institute of Optics seine Untersuchung der Verletzung der Bellschen Ungleichung abschloss, wurden diese Entdeckungen nacheinander fortgesetzt .
Prinzipien der Quantenphysik
Unter den faszinierendsten Entdeckungen finden wir:
- Welle-Teilchen-Dualität
- Prinzip der Komplementarität
- Beginn der Unsicherheit
Welle-Teilchen-Dualismus
Vorher gab es nur klassische Physik. Dieses wurde in zwei Gruppen von Gesetzen unterteilt:
- Newtonsche Gesetze
- Maxwells Gesetze
Der erste Satz von Gesetzen beschreibt die Bewegung und Dynamik von mechanischen Objekten, während der zweite Satz von Gesetzen die Tendenzen und Verbindungen zwischen Subjekten beschreibt, die Teil elektromagnetischer Felder sind: Licht und Radiowellen, Por ejemplo.
Einige Experimente zeigen, dass man sich Licht als Welle vorstellen kann. Aber sie wurden nicht bestätigt. Auf der anderen Seite hat Licht eine Teilchennatur (von Einstein und Planck) und daher hat die Idee, dass es aus Photonen besteht, immer mehr an Legitimität gewonnen. Dank Bohr wurde verstanden, dass die Natur von Materie und Strahlung war:
- Mach es zu einer Welle
- Mach es zu einem Körper
Es war nicht mehr möglich, aus der einen oder anderen Perspektive zu denken, sondern aus einer komplementären Perspektive. Das komplementäre Prinzip von Bohr betont nur diesen Punkt, d. Phänomene, die auf atomarer Ebene auftreten, haben die doppelten Eigenschaften von Wellen und Teilchen.
Heinsenbergsche Unschärferelation
Wie wir bereits 1927 erwähnt haben, zeigte Heinsenberg, dass bestimmte Paare physikalischer Größen, wie Geschwindigkeit und Position, kann sich nicht gleichzeitig fehlerfrei registrieren. Die Genauigkeit kann eine der beiden Messungen beeinflussen, jedoch nicht beide gleichzeitig, da Phänomene wie die Geschwindigkeit das andere Messergebnis beeinflussen und die Messung ungültig machen.
Um das Elektron zu lokalisieren, ist es notwendig, ein Photon zu beleuchten. Je kürzer die Wellenlänge des Photons ist, desto genauer ist die Messung der Elektronenposition. In der Quantenphysik trägt die niedrige Wellenfrequenz von Photonen mehr Energie und Geschwindigkeit, als Elektronen absorbieren. Gleichzeitig können diese Maße nicht bestimmt werden.
Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr darüber erfahren können, was Quantenphysik ist und was ihre Eigenschaften sind.