Í menntaskóla erum við vön því að læra eðlisfræði. Hins vegar er til tegund eðlisfræði sem kannski allir eru ekki vanir. Það snýst um skammtafræði. Margir vita ekki hvað skammtaeðlisfræði er. Það er mjög umdeilt og heillandi efni sem getur gjörbylt hugmynd okkar um alheiminn í kringum okkur. Það er eðlisfræðikenningin sem lýsir hegðun efnis og á sér einnig nokkra notkun í daglegu lífi.
Þess vegna ætlum við í þessari grein að segja þér hvað skammtaeðlisfræði er og hver einkenni hennar eru.
Index
Hvað er skammtaeðlisfræði
Skammtaeðlisfræði er einnig kölluð skammtafræði eða vélfræðikenning. Vegna þess að hún byggir á vélrænni kenningu sem einblínir á lengdarkvarða og fyrirbæri atóm- og undirkjarnaorku, sem gefur nýju lífi í fyrri kenningar, sem nú eru taldar úreltar.
Hver er munurinn á klassískri eðlisfræði og skammtaeðlisfræði? Hið síðarnefnda lýsir geislun og efni sem tvöföldum fyrirbærum: bylgjur og agnir. Þess vegna er hægt að líta á öldu-agna tvískiptingu sem eitt af einkennum þessarar vélfræði. Sambandið milli bylgna og agna er rannsakað og staðfest með tveimur meginreglum:
- Meginreglan um fyllingu
- Óvissuregla Heisenbergs (síðarnefnda formfestir hið fyrra).
Við getum vissulega verið viss um að eftir uppgötvun afstæðiskenningarinnar og fæðingu klassískrar eðlisfræði, þessi innsýn hóf nýtt tímabil, nútíma eðlisfræði. Til að rannsaka skammtafræði ítarlega þarf samþættingu milli mismunandi geira eðlisfræði:
- Atómeðlisfræði
- Líkamlegar agnir
- Eðlisfræði efnis
- Kjarnaeðlisfræði
Uppruni
Klassísk eðlisfræði gat ekki rannsakað efni á örstigi seint á XNUMX. öld, sem segja má að sé utan sviðs atómmælinga. Þess vegna er ómögulegt að rannsaka tilraunaveruleika, sérstaklega fyrirbæri sem tengjast ljósi og rafeindum. En fólk vill alltaf komast lengra og meðfædd forvitni hans knýr hann til að kanna meira.
Snemma á XNUMX. öld ögruðu uppgötvanir sem komu fram af atómkvarða gömlum forsendum. Skammtafræðin fæddist þökk sé hugtaki sem fræðimaðurinn Max Planck bjó til í upphafi XNUMX. aldar. Grunnhugmyndin er sú að smásæ umfang og magn sumra eðlisfræðilegra kerfa getur jafnvel breyst ósamfellt en stakur.
Þetta eru rannsóknirnar og rannsóknirnar sem gerðu það mögulegt að komast að þessum niðurstöðum:
- 1803: viðurkenning á atómum sem frumefni sameinda
- 1860: lotukerfið flokkar atóm eftir efnafræðilegum eiginleikum
- 1874: Uppgötvun rafeindarinnar og kjarnans
- 1887: rannsóknir á útfjólublári geislun
Síðasta dagsetningin getur markað aðal deililínuna. Fyrir geislunartíðni undir viðmiðunarmörkum hverfur víxlverkunarfyrirbæri (ljósrafmagnsáhrif) milli rafsegulgeislunar og efnis. Vegna ljósrafmagnsáhrifa er orka rafeinda í réttu hlutfalli við tíðni rafsegulgeislunar. Bylgjukenning Maxwells dugar ekki lengur til að útskýra ákveðin fyrirbæri.
Skammtakenning
Til að draga saman þá þætti sem áttu þátt í fæðingu skammtaeðlisfræðinnar getum við skráð mikilvægari dagsetningar sem tengjast uppgötvunum og þekkingu sem notuð var til að rekja sögu skammtafræðinnar:
- 1900: Planck i.Það kynnir þá hugmynd að orka sé magngreind, frásoguð og gefin út.
- 1905: Einstein sýnir ljósrafmagnsáhrif (orka rafsegulsviðsins er flutt með ljósmagni (ljóseindir)
- 1913: Bohr mælir brautarhreyfingu rafeindarinnar.
- 1915: Summerfeld kynnir nýjar reglur sem alhæfa mælingaraðferðir.
En það var frá 1924 sem skammtafræðin, eins og við þekkjum hana núna, lagði grunninn. Þennan dag þróaði Louise de Broggie kenninguna um efnisbylgjur. Árið eftir tók Heinsburg við, mótaði fylkisaflfræði og síðan setti Dirac fram sérstaka afstæðiskenninguna árið 1927. Þar til 1982, þegar Orsay Institute of Optics lauk rannsókn sinni á broti á ójöfnuði Bells, héldu þessar uppgötvanir áfram hver af annarri. .
Meginreglur skammtaeðlisfræðinnar
Meðal heillandi uppgötvanna finnum við:
- Bylgju-agna tvískipting
- Meginreglan um fyllingu
- Upphaf óvissu
Bylgju-agna tvíhyggja
Áður var aðeins klassísk eðlisfræði til. Þessu var skipt í tvo lagaflokka:
- Lög Newtons
- Lögmál Maxwells
Fyrsta settið af lögmálum lýsir hreyfingu og gangverki vélrænna hluta, en annað settið af lögmálum lýsir tilhneigingum og tengingum milli viðfangsefna sem eru hluti af rafsegulsviðum: ljós og útvarpsbylgjur, til dæmis.
Sumar tilraunir sýna að hægt er að líta á ljós sem bylgju. En þær hafa ekki verið staðfestar. Á hinn bóginn hefur ljós agnareðli (frá Einstein og Planck) og þess vegna hefur hugmyndin um að það sé samsett úr ljóseindum fengið meira og meira lögmæti. Þökk sé Bohr var skilið að eðli efnis og geislunar væri:
- Gerðu það að bylgju
- Gerðu það að líkama
Það var ekki lengur hægt að hugsa út frá einu eða öðru sjónarhorni, heldur frá fyllingarsjónarhorni. Viðbótarregla Bohrs leggur aðeins áherslu á þetta atriði, þ.e. fyrirbæri sem eiga sér stað á atómkvarða hafa tvíþætta eiginleika bylgna og agna.
Heinsenberg óvissureglan
Eins og við nefndum fyrr árið 1927 sýndi Heinsenberg fram á að ákveðin pör af líkamlegum stærðum, eins og hraði og stöðu, getur ekki skráð samtímis án villu. Nákvæmni getur haft áhrif á aðra af mælingunum tveimur, en ekki báðar á sama tíma, því fyrirbæri eins og hraði munu hafa áhrif á hina mælingarniðurstöðuna og ógilda mælinguna.
Til að staðsetja rafeindina er nauðsynlegt að lýsa ljóseind. Því styttri sem bylgjulengd ljóseindarinnar er, því nákvæmari mælingar á rafeindastöðu. Í skammtaeðlisfræði ber lágbylgjutíðni ljóseinda meiri orku og hraða en rafeindir gleypa. Á sama tíma er ekki hægt að ákvarða þessar mælingar.
Ég vona að með þessum upplýsingum getið þið lært meira um hvað skammtaeðlisfræði er og hver einkenni hennar eru.