Középiskolában fizikát szoktunk tanulni. Van azonban a fizikának egy olyan fajtája, amelyet talán nem mindenki szokott. Arról van szó kvantumfizika. Sokan nem tudják, mi a kvantumfizika. Ez egy nagyon vitatott és lenyűgöző téma, amely forradalmasíthatja a minket körülvevő univerzumról alkotott elképzelésünket. A fizika elmélete az, amely leírja az anyag viselkedését, és számos alkalmazási területe van a mindennapi életben.
Ezért ebben a cikkben elmondjuk, mi a kvantumfizika és mik a jellemzői.
Mi a kvantumfizika
A kvantumfizikát kvantum- vagy mechanikai elméletnek is nevezik. Mert egy olyan mechanikai elméletre épül, amely a hosszúságok skálájára, valamint az atomi és szubatomi energia jelenségeire fókuszál, új életet adva a korábbi, mára már elavultnak számító elméleteknek.
Mi a különbség a klasszikus fizika és a kvantumfizika között? Ez utóbbi kettős jelenségként írja le a sugárzást és az anyagot: hullámok és részecskék. Ezért a hullám-részecske kettősség e mechanika egyik jellemzőjének tekinthető. A hullámok és a részecskék közötti kapcsolatot két elv alapján tanulmányozzuk és erősítjük meg:
- A komplementaritás elve
- Heisenberg bizonytalansági elve (az utóbbi formalizálja az előbbit).
Biztosak lehetünk abban, hogy a relativitáselmélet felfedezése és a klasszikus fizika megszületése után ezek a felismerések egy új korszakot, a modern fizikát nyitottak meg. A kvantummechanika átfogó tanulmányozásához a fizika különböző ágazatai közötti integrációra van szükség:
- Atomfizika
- Fizikai részecskék
- Az anyag fizikája
- Atommag fizika
Származás
Klasszikus fizika a XNUMX. század végén nem tudta mikroszinten tanulmányozni az anyagot, amiről elmondható, hogy túlmutat az atommérés keretein. Ezért lehetetlen tanulmányozni a kísérleti valóságot, különösen a fénnyel és az elektronokkal kapcsolatos jelenségeket. De az emberek mindig tovább akarnak menni, és veleszületett kíváncsisága arra készteti, hogy többet tudjon felfedezni.
A XNUMX. század elején az atomskálából előkerült felfedezések megkérdőjelezték a régi feltételezéseket. A kvantumelmélet egy Max Planck akadémikus által a XNUMX. század elején megalkotott kifejezésnek köszönhetően született meg. Az alapkoncepció az, hogy egyes fizikai rendszerek mikroszkopikus nagysága és mennyisége akár szakaszosan, de diszkréten változhat.
Ezek azok a tanulmányok és kutatások, amelyek lehetővé tették a következő következtetések levonását:
- 1803: az atomok felismerése a molekulák alkotóelemeként
- 1860: a periódusos rendszer az atomokat kémiai tulajdonságok szerint csoportosítja
- 1874: Az elektron és az atommag felfedezése
- 1887: tanulmányok az ultraibolya sugárzásról
Az utolsó dátum jelölheti ki a fő választóvonalat. A küszöbérték alatti sugárzási frekvenciáknál az elektromágneses sugárzás és az anyag közötti kölcsönhatási jelenség (fotoelektromos hatás) megszűnik. A fotoelektromos hatás miatt az elektronok energiája arányos az elektromágneses sugárzás frekvenciájával. Maxwell hullámelmélete már nem elegendő bizonyos jelenségek magyarázatára.
Kvantum elmélet
Összefoglalva azokat a tényezőket, amelyek hozzájárultak a kvantumfizika megszületéséhez, még fontosabb dátumokat sorolhatunk fel, amelyek a kvantummechanika történetének nyomon követésére használt felfedezésekhez és ismeretekhöz kapcsolódnak:
- 1900: Planck i.Bevezeti azt az elképzelést, hogy az energia mennyiségi meghatározása, elnyelése és kibocsátása történik.
- 1905: Einstein bemutatja a fotoelektromos hatást (az elektromágneses mező energiáját fénykvantumok (fotonok) szállítják
- 1913: Bohr számszerűsíti az elektron keringési mozgását.
- 1915: Summerfeld új szabályokat vezet be, általánosító számszerűsítési módszereket.
De 1924-től kezdve a kvantumelmélet – ahogyan azt ma ismerjük – letette az alapokat. Ezen a napon Louise de Broggie kidolgozta az anyaghullámok elméletét. A következő évben Heinsburg vette át az irányítást, fogalmazta meg a mátrixmechanikát, majd Dirac 1927-ben javasolta a speciális relativitáselméletet. Egészen 1982-ig, amikor az Orsay Optikai Intézet befejezte a Bell-féle egyenlőtlenség megsértésének vizsgálatát, ezeket a felfedezéseket egymás után folytatták. .
A kvantumfizika alapelvei
A legérdekesebb felfedezések között találjuk:
- Hullám-részecske kettősség
- A komplementaritás elve
- A bizonytalanság kezdete
Hullám-részecske dualizmus
Korábban csak a klasszikus fizika létezett. Ezt a törvények két csoportjára osztották:
- Newton törvényei
- Maxwell törvényei
Az első törvénycsoport a mechanikai tárgyak mozgását és dinamikáját írja le, míg a második törvénycsoport az elektromágneses terek részét képező alanyok közötti tendenciákat és kapcsolatokat írja le: fény és rádióhullámokpéldául.
Egyes kísérletek azt mutatják, hogy a fényt hullámként is fel lehet képzelni. De nem erősítették meg őket. Másrészt a fénynek részecsketermészete van (Einsteintől és Plancktól), és ezért az az elképzelés, hogy fotonokból áll, egyre nagyobb létjogosultságot nyer. Bohrnak köszönhetően megértették, hogy az anyag és a sugárzás természete a következő:
- Legyen hullám
- Tedd testté
Már nem egyik vagy másik perspektívából lehetett gondolkodni, hanem egymást kiegészítő perspektívából. Bohr komplementer elve csak ezt hangsúlyozza, vagyis az atomi léptékben előforduló jelenségek kettős tulajdonsággal rendelkeznek: hullámok és részecskék.
Heinsenberg bizonytalansági elv
Amint azt korábban, 1927-ben említettük, Heinsenberg kimutatta, hogy bizonyos fizikai mennyiségpárok, mint például a sebesség és a helyzet, nem tud egyszerre hiba nélkül regisztrálni. A pontosság befolyásolhatja a két mérés közül az egyiket, de egyszerre mindkettőt nem, mert az olyan jelenségek, mint a sebesség, befolyásolják a másik mérési eredményt, és érvénytelenítik a mérést.
Az elektron helyének meghatározásához meg kell világítani egy fotont. Minél rövidebb a foton hullámhossza, annál pontosabb az elektronpozíció mérése. A kvantumfizikában a fotonok alacsony hullámfrekvenciája több energiát és sebességet hordoz, mint amennyit az elektronok elnyelnek. Ugyanakkor ezek a mérések nem határozhatók meg.
Remélem, hogy ezekkel az információkkal többet megtudhat arról, mi a kvantumfizika és mik a jellemzői.