בתיכון אנחנו רגילים ללמוד פיזיקה. עם זאת, יש סוג של פיזיקה שאולי כולם לא רגילים אליו. זה לגבי ה פיזיקה קוונטית. רבים אינם יודעים מהי פיזיקת קוונטים. זהו נושא מאוד שנוי במחלוקת ומרתק שיכול לחולל מהפכה ברעיון שלנו על היקום סביבנו. התיאוריה של הפיזיקה היא שמתארת את התנהגות החומר ויש לה גם כמה יישומים בחיי היומיום.
לכן, במאמר זה אנו הולכים לספר לכם מהי פיזיקת קוונטים ומהם המאפיינים שלה.
מהי פיזיקת קוונטים
פיסיקה קוונטית נקראת גם תיאוריה קוונטית או מכנית. כי היא מבוססת על תיאוריה מכנית המתמקדת בסולם האורכים ובתופעות האנרגיה האטומית והתת-אטומית, ומעניקה חיים חדשים לתיאוריות קודמות, שנחשבות כיום מיושנות.
מה ההבדל בין פיזיקה קלאסית לפיזיקה קוונטית? האחרון מתאר קרינה וחומר כתופעות כפולות: גלים וחלקיקים. לכן, דואליות גל חלקיקי יכולה להיחשב כאחד המאפיינים של מכניקה זו. הקשר בין גלים וחלקיקים נחקר ומאושר באמצעות שני עקרונות:
- עקרון ההשלמה
- עקרון אי הוודאות של הייזנברג (האחרון מנסח את הראשון).
אנחנו בהחלט יכולים להיות בטוחים שאחרי גילוי תורת היחסות והולדת הפיזיקה הקלאסית, התובנות הללו הובילו עידן חדש, פיזיקה מודרנית. כדי ללמוד מכניקת קוונטים באופן מקיף, נדרשת אינטגרציה בין מגזרים שונים של הפיזיקה:
- פיזיקה אטומית
- חלקיקים פיזיים
- פיזיקה של החומר
- פיזיקה גרעינית
מקור
פיזיקה קלאסית לא יכול היה ללמוד חומר ברמת המיקרו בסוף המאה ה-XNUMX, שניתן לומר שהוא מעבר לתחום המדידה האטומית. לכן, אי אפשר לחקור את המציאות הניסיונית, במיוחד תופעות הקשורות לאור ואלקטרונים. אבל אנשים תמיד רוצים ללכת רחוק יותר, והסקרנות המולדת שלו מניעה אותו לחקור יותר.
בתחילת המאה ה-XNUMX, תגליות שעלו מהסקאלה האטומית קראו תיגר על הנחות ישנות. תורת הקוונטים נולדה הודות למונח שטבע האקדמאי מקס פלאנק בתחילת המאה ה-XNUMX. התפיסה הבסיסית היא שהגודל והכמות המיקרוסקופיים של כמה מערכות פיזיקליות יכולים אפילו להשתנות באופן לא רציף אך בדידות.
אלו הם המחקרים והמחקרים שאפשרו להגיע למסקנות אלה:
- 1803: הכרה באטומים כמרכיב מרכיב של מולקולות
- 1860: הטבלה המחזורית מקבצת אטומים לפי תכונות כימיות
- 1874: גילוי האלקטרון והגרעין
- 1887: מחקרים על קרינה אולטרה סגולה
התאריך האחרון יכול לסמן את קו ההפרדה הראשי. עבור תדרי קרינה מתחת לסף, נעלמת תופעת האינטראקציה (אפקט פוטו-אלקטרי) בין קרינה אלקטרומגנטית לחומר. בשל האפקט הפוטואלקטרי, אנרגיית האלקטרונים פרופורציונלית לתדירות הקרינה האלקטרומגנטית. תיאוריית הגלים של מקסוול כבר לא מספיקה כדי להסביר תופעות מסוימות.
תורת הקוונטים
כדי לסכם את הגורמים שתרמו להולדתה של פיזיקת הקוונטים, נוכל לפרט תאריכים חשובים נוספים הקשורים לתגליות ולידע ששימשו להתחקות אחר ההיסטוריה של מכניקת הקוונטים:
- 1900: פלאנק איהוא מציג את הרעיון שאנרגיה נכמתת, נספגת ונפלטת.
- 1905: איינשטיין מדגים את האפקט הפוטואלקטרי (האנרגיה של השדה האלקטרומגנטי מועברת על ידי כמויות אור (פוטונים)
- 1913: בוהר מכמת את תנועת המסלול של האלקטרון.
- 1915: זומרפלד מציג כללים חדשים, הכללה שיטות כימות.
אבל זה היה מ-1924 שתורת הקוונטים, כפי שאנו מכירים אותה כיום, הניחה את היסודות. ביום זה פיתחה לואיז דה ברוג'י את התיאוריה של גלי החומר. בשנה שלאחר מכן, היינבורג השתלט, ניסח מכניקת מטריצה, ואז דיראק הציע את תורת היחסות המיוחדת בשנת 1927. עד 1982, כאשר מכון אורסיי לאופטיקה השלים את חקירתו על הפרת אי השוויון של בל, הגילויים הללו הם המשיכו בזה אחר זה. .
עקרונות הפיזיקה הקוונטית
בין התגליות המרתקות ביותר שאנו מוצאים:
- דואליות גל-חלקיק
- עקרון ההשלמה
- התחלה של אי ודאות
דואליזם גל חלקיקי
לפני כן, רק פיזיקה קלאסית הייתה קיימת. זה התחלק לשתי קבוצות של חוקים:
- חוקי ניוטון
- חוקי מקסוול
קבוצת החוקים הראשונה מתארת את התנועה והדינמיקה של עצמים מכניים, בעוד שקבוצת החוקים השנייה מתארת את הנטיות והקשרים בין סובייקטים שהם חלק משדות אלקטרומגנטיים: גלי אור ורדיו, לדוגמה.
כמה ניסויים מראים שאפשר לחשוב על אור כגל. אבל הם לא אושרו. מצד שני, לאור יש אופי חלקיקי (מאיינשטיין ופלאנק), ולכן, הרעיון שהוא מורכב מפוטונים זכה ליותר ויותר לגיטימציה. הודות לבוהר הובן שטבע החומר והקרינה היו:
- תעשה מזה גל
- תעשה מזה גוף
כבר לא ניתן היה לחשוב מנקודת מבט כזו או אחרת, אלא מנקודת מבט משלימה. העיקרון המשלים של בוהר רק מדגיש נקודה זו, כלומר, לתופעות המתרחשות בקנה מידה אטומי יש תכונות כפולות של גלים וחלקיקים.
עקרון אי הוודאות של היינסנברג
כפי שהזכרנו קודם לכן ב-1927, הייננברג הראה שזוגות מסוימים של גדלים פיזיקליים, כמו מהירות ומיקום, לא יכול להירשם בו זמנית ללא שגיאה. דיוק יכול להשפיע על אחת משתי המדידות, אך לא על שתיהן בו-זמנית, מכיוון שתופעות כמו מהירות ישפיעו על תוצאת המדידה האחרת ויבטלו את תוקף המדידה.
כדי לאתר את האלקטרון, יש צורך להאיר פוטון. ככל שאורך הגל של הפוטון קצר יותר, כך מדידת מיקום האלקטרון מדויקת יותר. בפיזיקה הקוונטית, תדר הגל הנמוך של פוטונים נושא יותר אנרגיה ומהירות ממה שהאלקטרונים סופגים. יחד עם זאת, לא ניתן לקבוע מדידות אלו.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על מהי פיזיקת קוונטים ומהם המאפיינים שלה.