Στο γυμνάσιο έχουμε συνηθίσει να σπουδάζουμε φυσική. Ωστόσο, υπάρχει ένα είδος φυσικής που ίσως δεν είναι συνηθισμένοι όλοι. Πρόκειται για το κβαντική φυσική. Πολλοί δεν γνωρίζουν τι είναι η κβαντική φυσική. Είναι ένα πολύ συζητημένο και συναρπαστικό θέμα που μπορεί να φέρει επανάσταση στην ιδέα μας για το σύμπαν γύρω μας. Είναι η θεωρία της φυσικής που περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης και έχει επίσης αρκετές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή.
Επομένως, σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε τι είναι η κβαντική φυσική και ποια είναι τα χαρακτηριστικά της.
Τι είναι η κβαντική φυσική
Η κβαντική φυσική ονομάζεται επίσης κβαντική ή μηχανική θεωρία. Διότι βασίζεται σε μια μηχανική θεωρία που εστιάζει στην κλίμακα των μηκών και στα φαινόμενα ατομικής και υποατομικής ενέργειας, δίνοντας νέα πνοή σε προηγούμενες θεωρίες, που θεωρούνται πλέον ξεπερασμένες.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της κλασικής φυσικής και της κβαντικής φυσικής; Ο τελευταίος περιγράφει την ακτινοβολία και την ύλη ως διπλά φαινόμενα: κύματα και σωματίδια. Επομένως, η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα από τα χαρακτηριστικά αυτής της μηχανικής. Η σχέση μεταξύ κυμάτων και σωματιδίων μελετάται και επιβεβαιώνεται μέσω δύο αρχών:
- Η αρχή της συμπληρωματικότητας
- Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg (η δεύτερη επισημοποιεί την πρώτη).
Μπορούμε σίγουρα να είμαστε σίγουροι ότι, μετά την ανακάλυψη της θεωρίας της σχετικότητας και τη γέννηση της κλασικής φυσικής, αυτές οι ιδέες εγκαινίασαν μια νέα εποχή, τη σύγχρονη φυσική. Για τη μελέτη της κβαντικής μηχανικής με ολοκληρωμένο τρόπο, απαιτείται ολοκλήρωση μεταξύ διαφορετικών τομέων της φυσικής:
- Ατομική φυσική
- Φυσικά σωματίδια
- Φυσική της ύλης
- Πυρηνική φυσική
Καταγωγή
Κλασική φυσική δεν μπόρεσε να μελετήσει την ύλη σε μικροεπίπεδο στα τέλη του XNUMXου αιώνα, που μπορούμε να πούμε ότι ξεφεύγει από το πεδίο της ατομικής μέτρησης. Επομένως, είναι αδύνατο να μελετήσουμε την πειραματική πραγματικότητα, ειδικά φαινόμενα που σχετίζονται με το φως και τα ηλεκτρόνια. Αλλά οι άνθρωποι πάντα θέλουν να πάνε παραπέρα και η έμφυτη περιέργειά του τον ωθεί να εξερευνήσει περισσότερα.
Στις αρχές του XNUMXου αιώνα, οι ανακαλύψεις που προέκυψαν από την ατομική κλίμακα αμφισβήτησαν παλιές υποθέσεις. Η κβαντική θεωρία γεννήθηκε χάρη σε έναν όρο που επινοήθηκε από τον ακαδημαϊκό Max Planck στις αρχές του XNUMXου αιώνα. Η βασική ιδέα είναι ότι το μικροσκοπικό μέγεθος και η ποσότητα ορισμένων φυσικών συστημάτων μπορεί ακόμη και να αλλάζει ασυνεχώς αλλά διακριτά.
Αυτές είναι οι μελέτες και έρευνες που κατέστησαν δυνατή την εξαγωγή αυτών των συμπερασμάτων:
- 1803: αναγνώριση των ατόμων ως συστατικού στοιχείου των μορίων
- 1860: Ο περιοδικός πίνακας ομαδοποιεί τα άτομα κατά χημικές ιδιότητες
- 1874: ανακάλυψη του ηλεκτρονίου και του πυρήνα
- 1887: μελέτες για την υπεριώδη ακτινοβολία
Η τελευταία ημερομηνία μπορεί να σηματοδοτήσει την κύρια διαχωριστική γραμμή. Για συχνότητες ακτινοβολίας κάτω από το όριο, το φαινόμενο αλληλεπίδρασης (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) μεταξύ ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και ύλης εξαφανίζεται. Λόγω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, η ενέργεια των ηλεκτρονίων είναι ανάλογη με τη συχνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η κυματική θεωρία του Maxwell δεν επαρκεί πλέον για να εξηγήσει ορισμένα φαινόμενα.
Κβαντική θεωρία
Για να συνοψίσουμε τους παράγοντες που συνέβαλαν στη γέννηση της κβαντικής φυσικής, μπορούμε να απαριθμήσουμε πιο σημαντικές ημερομηνίες που σχετίζονται με ανακαλύψεις και γνώσεις που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση της ιστορίας της κβαντικής μηχανικής:
- 1900: Planck i.Εισάγει την ιδέα ότι η ενέργεια ποσοτικοποιείται, απορροφάται και εκπέμπεται.
- 1905: Αϊνστάιν δείχνει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (η ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μεταφέρεται από κβάντα φωτός (φωτόνια)
- 1913: Bohr ποσοτικοποιεί την τροχιακή κίνηση του ηλεκτρονίου.
- 1915: Summerfeld εισάγει νέους κανόνες, γενικεύοντας τις μεθόδους ποσοτικοποίησης.
Αλλά ήταν από το 1924 που η κβαντική θεωρία, όπως τη γνωρίζουμε τώρα, έθεσε τα θεμέλια. Την ημέρα αυτή, η Louise de Broggie ανέπτυξε τη θεωρία των κυμάτων της ύλης. Το επόμενο έτος, ο Heinsburg ανέλαβε, διατύπωσε τη μηχανική μήτρας και στη συνέχεια ο Dirac πρότεινε την ειδική θεωρία της σχετικότητας το 1927. Μέχρι το 1982, όταν το Orsay Institute of Optics ολοκλήρωσε την έρευνά του για την παραβίαση της ανισότητας του Bell, αυτές οι ανακαλύψεις συνεχίστηκαν η μία μετά την άλλη .
Αρχές κβαντικής φυσικής
Μεταξύ των πιο συναρπαστικών ανακαλύψεων βρίσκουμε:
- Δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου
- Αρχή της συμπληρωματικότητας
- Έναρξη αβεβαιότητας
Δυϊσμός κύματος-σωματιδίου
Πριν, υπήρχε μόνο η κλασική φυσική. Αυτό χωρίστηκε σε δύο ομάδες νόμων:
- Νόμοι του Νεύτωνα
- Νόμοι του Μάξγουελ
Το πρώτο σύνολο νόμων περιγράφει την κίνηση και τη δυναμική των μηχανικών αντικειμένων, ενώ το δεύτερο σύνολο νόμων περιγράφει τις τάσεις και τις συνδέσεις μεταξύ υποκειμένων που αποτελούν μέρος των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων: φως και ραδιοκύματα, Για παράδειγμα.
Μερικά πειράματα δείχνουν ότι το φως μπορεί να θεωρηθεί ως κύμα. Όμως δεν έχουν επιβεβαιωθεί. Από την άλλη πλευρά, το φως έχει σωματιδιακή φύση (από τον Αϊνστάιν και τον Πλανκ) και, ως εκ τούτου, η ιδέα ότι αποτελείται από φωτόνια αποκτά όλο και μεγαλύτερη νομιμότητα. Χάρη στον Bohr έγινε κατανοητό ότι η φύση της ύλης και της ακτινοβολίας ήταν:
- Κάντε το κύμα
- Κάντε το σώμα
Δεν ήταν πλέον δυνατό να σκεφτόμαστε από τη μια ή την άλλη οπτική, αλλά από μια συμπληρωματική οπτική. Η συμπληρωματική αρχή του Bohr τονίζει μόνο αυτό το σημείο, δηλαδή, φαινόμενα που συμβαίνουν σε ατομική κλίμακα έχουν τις διπλές ιδιότητες των κυμάτων και των σωματιδίων.
Αρχή της αβεβαιότητας του Heinsenberg
Όπως αναφέραμε νωρίτερα το 1927, ο Heinsenberg έδειξε ότι ορισμένα ζεύγη φυσικών μεγεθών, όπως η ταχύτητα και η θέση, δεν μπορεί να εγγραφεί ταυτόχρονα χωρίς σφάλμα. Η ακρίβεια μπορεί να επηρεάσει μία από τις δύο μετρήσεις, αλλά όχι και τις δύο ταυτόχρονα, γιατί φαινόμενα όπως η ταχύτητα θα επηρεάσουν το άλλο αποτέλεσμα της μέτρησης και θα ακυρώσουν τη μέτρηση.
Για να εντοπίσουμε το ηλεκτρόνιο, είναι απαραίτητο να φωτίσουμε ένα φωτόνιο. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος του φωτονίου, τόσο πιο ακριβής είναι η μέτρηση της θέσης του ηλεκτρονίου. Στην κβαντική φυσική, η χαμηλή συχνότητα κύματος των φωτονίων μεταφέρει περισσότερη ενέργεια και ταχύτητα από ό,τι απορροφούν τα ηλεκτρόνια. Ταυτόχρονα, αυτές οι μετρήσεις δεν μπορούν να προσδιοριστούν.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το τι είναι η κβαντική φυσική και ποια είναι τα χαρακτηριστικά της.