U srednjoj školi smo navikli studirati fiziku. Međutim, postoji vrsta fizike na koju možda svi nisu navikli. Riječ je o kvantna fizika. Mnogi ne znaju što je kvantna fizika. To je vrlo debatirana 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 što je kvantna fizika i koje su njezine karakteristike.
Što je kvantna fizika
Kvantna fizika se također naziva kvantna ili mehanička teorija. Zato što se temelji na mehaničkoj teoriji koja se usredotočuje na ljestvicu duljina i fenomene atomske i subatomske energije, dajući novi život prethodnim teorijama, koje se danas smatraju zastarjelima.
Koja je razlika između klasične fizike i kvantne fizike? Potonji opisuje zračenje i materiju kao dvojne pojave: valovi i čestice. Stoga se dualnost val-čestica može smatrati jednom od karakteristika ove mehanike. Odnos između valova i čestica proučava se i potvrđuje kroz dva principa:
- Načelo komplementarnosti
- Heisenbergov princip nesigurnosti (potonji formalizira prvi).
Svakako možemo biti sigurni da je, nakon otkrića teorije relativnosti i rođenja klasične fizike, ovi su uvidi otvorili novu eru, modernu fiziku. Za cjelovito proučavanje kvantne mehanike potrebna je integracija između različitih sektora fizike:
- Atomska fizika
- Fizičke čestice
- Fizika materije
- Nuklearna fizika
Podrijetlo
Klasična fizika nisu mogli proučavati materiju na mikrorazini u kasnom XNUMX. stoljeću, za koje se može reći da je izvan dosega atomskog mjerenja. Stoga je nemoguće proučavati eksperimentalnu stvarnost, posebice pojave vezane uz svjetlost i elektrone. Ali ljudi uvijek žele ići dalje, a njegova urođena znatiželja tjera ga da istražuje više.
Početkom XNUMX. stoljeća, otkrića koja su proizašla iz atomske skale dovela su u pitanje stare pretpostavke. Kvantna teorija nastala je zahvaljujući pojmu koji je skovao akademik Max Planck početkom XNUMX. stoljeća. Osnovni koncept je da se mikroskopska veličina i količina nekih fizičkih sustava 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 sustav grupira atome prema kemijskim svojstvima
- 1874: otkriće elektrona i jezgre
- 1887: studije o ultraljubičastom zračenju
Posljednji datum može označiti glavnu razdjelnu crtu. Za frekvencije zračenja ispod praga, fenomen interakcije (fotoelektrični efekt) između elektromagnetskog zračenja i tvari nestaje. Zbog fotoelektričnog efekta energija elektrona je proporcionalna frekvenciji elektromagnetskog zračenja. Maxwellova teorija valova više nije dovoljna za objašnjenje određenih fenomena.
Kvantna teorija
Kako bismo sumirali čimbenike koji su doprinijeli nastanku kvantne fizike, možemo navesti važnije datume koji su povezani s otkrićima i znanjem korištenim za praćenje povijesti kvantne mehanike:
- 1900: Planck i.Uvodi ideju da se energija kvantificira, apsorbira i emitira.
- 1905: Einstein pokazuje fotoelektrični efekt (energija elektromagnetskog polja prenosi se kvantima svjetlosti (fotoni)
- 1913: Bohr kvantificira orbitalno gibanje elektrona.
- 1915: Summerfeld uvodi nova pravila, generalizirajući metode kvantifikacije.
No, od 1924. godine je kvantna teorija, kakvu danas poznajemo, postavila temelje. Na današnji dan Louise de Broggie razvila je teoriju valova materije. Sljedeće godine je Heinsburg preuzeo, formulirao matričnu mehaniku, a zatim je Dirac 1927. predložio specijalnu teoriju relativnosti. Sve do 1982., kada je Optički institut Orsay završio istraživanje kršenja Bellove nejednakosti, ova su otkrića nastavljala jedno za drugim. .
Principi kvantne fizike
Među najfascinantnijim otkrićima nalazimo:
- Dualnost val-čestica
- Načelo komplementarnosti
- Početak neizvjesnosti
Dualizam val-čestica
Prije je postojala samo klasična fizika. Ovo je podijeljeno u dvije grupe zakona:
- Newtonovi zakoni
- Maxwellovi zakoni
Prvi skup zakona opisuje kretanje i dinamiku mehaničkih objekata, dok drugi skup zakona opisuje tendencije i veze između subjekata koji su dio elektromagnetskih polja: svjetlo i radio valovi, na primjer.
Neki eksperimenti pokazuju da se svjetlost može zamisliti kao val. Ali nisu potvrđeni. S druge strane, svjetlost ima prirodu čestica (od Einsteina i Plancka) i stoga ideja da se sastoji od fotona dobiva sve više legitimiteta. Zahvaljujući Bohru shvatilo se da su priroda materije i zračenja:
- Neka bude val
- Učinite to tijelom
Više se nije moglo razmišljati iz jedne ili druge perspektive, već iz komplementarne perspektive. Bohrov komplementarni princip samo naglašava ovu točku, tj. fenomeni koji se događaju na atomskoj skali imaju dvojna svojstva valova i čestica.
Heinsenbergov princip nesigurnosti
Kao što smo spomenuli ranije 1927., Heinsenberg je pokazao da su određeni parovi fizičkih veličina, kao što su brzina i položaj, ne može se istovremeno registrirati bez greške. Točnost može utjecati na jedno od dva mjerenja, ali ne na oba istovremeno, jer će pojave poput brzine utjecati na drugi rezultat mjerenja i poništiti mjerenje.
Za lociranje elektrona potrebno je osvijetliti foton. Što je valna duljina fotona kraća, to je točnije mjerenje položaja elektrona. U kvantnoj fizici, niska valna frekvencija fotona nosi više energije i brzine nego što elektroni apsorbiraju. Pritom se ta mjerenja ne mogu odrediti.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o tome što je kvantna fizika i koje su njezine karakteristike.