Lukiossa olemme tottuneet opiskelemaan fysiikkaa. On kuitenkin fysiikkaa, johon kaikki eivät ehkä ole tottuneet. Kyse on kvanttifysiikka. Monet eivät tiedä mitä kvanttifysiikka on. Se on erittäin kiistanalainen ja kiehtova aihe, joka voi mullistaa käsityksemme ympäröivästä maailmankaikkeudesta. Fysiikan teoria kuvaa aineen käyttäytymistä ja sillä on myös useita sovelluksia jokapäiväisessä elämässä.
Siksi tässä artikkelissa kerromme sinulle, mitä kvanttifysiikka on ja mitkä ovat sen ominaisuudet.
Mitä on kvanttifysiikka
Kvanttifysiikkaa kutsutaan myös kvantti- tai mekaaniseksi teoriaksi. Koska se perustuu mekaaniseen teoriaan, joka keskittyy pituuksien mittakaavaan ja atomi- ja subatomienergian ilmiöihin antaen uutta elämää aiemmille, nykyään vanhentuneiksi katsotuille teorioille.
Mitä eroa on klassisen fysiikan ja kvanttifysiikan välillä? Jälkimmäinen kuvaa säteilyä ja ainetta kaksoisilmiöiksi: aallot ja hiukkaset. Siksi aalto-hiukkasten kaksinaisuutta voidaan pitää yhtenä tämän mekaniikan ominaisuuksista. Aaltojen ja hiukkasten välistä suhdetta tutkitaan ja vahvistetaan kahdella periaatteella:
- Täydentävyyden periaate
- Heisenbergin epävarmuusperiaate (jälkimmäinen formalisoi edellisen).
Voimme varmasti olla varmoja, että suhteellisuusteorian löytämisen ja klassisen fysiikan syntymän jälkeen nämä oivallukset aloittivat uuden aikakauden, modernin fysiikan. Kvanttimekaniikan kokonaisvaltainen tutkiminen edellyttää fysiikan eri alojen välistä integraatiota:
- Atomifysiikka
- Fyysiset hiukkaset
- Aineen fysiikka
- Ydinfysiikka
Alkuperä
Klassinen fysiikka ei voinut tutkia ainetta mikrotasolla XNUMX-luvun lopulla, jonka voidaan sanoa olevan atomimittauksen ulkopuolella. Siksi on mahdotonta tutkia kokeellista todellisuutta, erityisesti valoon ja elektroneihin liittyviä ilmiöitä. Mutta ihmiset haluavat aina mennä pidemmälle, ja hänen luontainen uteliaisuutensa saa hänet tutkimaan enemmän.
XNUMX-luvun alussa atomimittakaavalla tehdyt löydöt kyseenalaistivat vanhat oletukset. Kvanttiteoria syntyi akateemisen Max Planckin XNUMX-luvun alussa keksimän termin ansiosta. Perusajatuksena on, että joidenkin fyysisten järjestelmien mikroskooppinen suuruus ja määrä voivat jopa muuttua epäjatkuvasti, mutta diskreetti.
Nämä ovat tutkimukset, joiden avulla on voitu tehdä seuraavat johtopäätökset:
- 1803: atomien tunnistaminen molekyylien osatekijäksi
- 1860: jaksollinen järjestelmä ryhmittelee atomit kemiallisten ominaisuuksien mukaan
- 1874: elektronin ja ytimen löytö
- 1887: tutkimukset ultraviolettisäteilystä
Viimeinen päivämäärä voi merkitä pääjakoviivaa. Kynnystaajuuksilla vuorovaikutusilmiö (valosähköinen vaikutus) sähkömagneettisen säteilyn ja aineen välillä häviää. Valosähköisestä vaikutuksesta johtuen elektronien energia on verrannollinen sähkömagneettisen säteilyn taajuuteen. Maxwellin aaltoteoria ei enää riitä selittämään tiettyjä ilmiöitä.
Kvanttiteoria
Yhteenvetona kvanttifysiikan syntymiseen vaikuttaneista tekijöistä voimme luetella tärkeämpiä päivämääriä, jotka liittyvät kvanttimekaniikan historian jäljittämiseen käytettyihin löytöihin ja tietoon:
- 1900: Planck i.Se esittelee ajatuksen siitä, että energia mitataan, absorboituu ja vapautuu.
- 1905: Einstein osoittaa valosähköisen vaikutuksen (sähkömagneettisen kentän energiaa kuljettavat valon kvantit (fotonit)
- 1913: Bohr mittaa elektronin kiertoradan liikkeen.
- 1915: Summerfeld ottaa käyttöön uusia sääntöjä yleistäen kvantifiointimenetelmiä.
Mutta vuodesta 1924 lähtien kvanttiteoria, sellaisena kuin me sen nyt tunnemme, loi perustan. Tänä päivänä Louise de Broggie kehitti aineaaltojen teorian. Seuraavana vuonna Heinsburg otti vallan, muotoili matriisimekaniikan, ja sitten Dirac ehdotti erityistä suhteellisuusteoriaa vuonna 1927. Vuoteen 1982 asti, jolloin Orsay Institute of Optics sai päätökseen Bellin epätasa-arvon rikkomista koskevan tutkimuksensa, nämä löydöt jatkuivat peräkkäin. .
Kvanttifysiikan periaatteet
Kiehtovimmista löydöistä löydämme:
- Aalto-hiukkanen kaksinaisuus
- Täydentävyyden periaate
- Epävarmuuden alku
Aalto-hiukkasdualismi
Ennen oli olemassa vain klassinen fysiikka. Tämä jaettiin kahteen lakiryhmään:
- Newtonin lait
- Maxwellin lait
Ensimmäinen lakijoukko kuvaa mekaanisten esineiden liikettä ja dynamiikkaa, kun taas toinen lakijoukko kuvaa suuntauksia ja yhteyksiä sähkömagneettisiin kenttiin kuuluvien kohteiden välillä: valo ja radioaallot, Esimerkiksi.
Jotkut kokeet osoittavat, että valoa voidaan pitää aaltona. Mutta niitä ei ole vahvistettu. Toisaalta valolla on hiukkasluonne (Einsteinin ja Planckin mukaan), ja siksi ajatus, että se koostuu fotoneista, on saanut yhä enemmän legitimiteettiä. Bohrin ansiosta ymmärrettiin, että aineen ja säteilyn luonne olivat:
- Tee siitä aalto
- Tee siitä keho
Ei ollut enää mahdollista ajatella yhdestä tai toisesta, vaan täydentävästä näkökulmasta. Bohrin täydentävä periaate vain korostaa tätä seikkaa, eli atomimittakaavassa esiintyvillä ilmiöillä on aaltojen ja hiukkasten kaksoisominaisuudet.
Heinsenbergin epävarmuusperiaate
Kuten mainitsimme aiemmin vuonna 1927, Heinsenberg osoitti, että tietyt fysikaalisten suureiden parit, kuten nopeus ja sijainti, ei voi rekisteröityä samanaikaisesti ilman virhettä. Tarkkuus voi vaikuttaa toiseen kahdesta mittauksesta, mutta ei molempiin samanaikaisesti, koska ilmiöt, kuten nopeus, vaikuttavat toiseen mittaustulokseen ja mitätöivät mittauksen.
Elektronin paikantamiseksi on tarpeen valaista fotoni. Mitä lyhyempi fotonin aallonpituus on, sitä tarkempi on elektronin paikan mittaus. Kvanttifysiikassa fotonien matala aaltotaajuus kuljettaa enemmän energiaa ja nopeutta kuin elektronit absorboivat. Samanaikaisesti näitä mittoja ei voida määrittää.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää siitä, mitä kvanttifysiikka on ja mitkä ovat sen ominaisuudet.