高校では物理の勉強に慣れています。 ただし、おそらく慣れていないかもしれませんが、誰もが知っておくべきある種の物理学があります。 それは、 量子物理学。 多くの人は量子物理学が何であるかを知りません。 これは、私たちを取り囲む宇宙についての私たちの概念に革命をもたらす可能性がある、非常に議論の余地のある魅力的なテーマです。 これは物質の挙動を説明する物理理論であり、日常生活にもさまざまな応用が可能です。
そこでこの記事では、量子物理学とは何か、その特徴について説明します。
量子物理学とは
量子物理学は、量子理論または機械理論とも呼ばれます。 それは、長さのスケールと原子および亜原子エネルギーの現象に焦点を当てた機械理論に基づいており、現在では時代遅れと考えられている以前の理論に新たな命を吹き込んでいるからです。
古典物理学と量子物理学の違いは何ですか? 後者は、放射線と物質を二重の現象として説明しています。 波と粒子。 したがって、波動と粒子の二重性はこの力学の特徴の XNUMX つであると考えることができます。 波と粒子の関係は、次の XNUMX つの原理によって研究および確認されます。
- 相補性の原理
- ハイゼンベルクの不確定性原理 (後者は前者を形式化したもの)。
確かに、相対性理論の発見と古典物理学の誕生の後、 これらの知識は、現代物理学という新しい時代の始まりを示しました。 量子力学を統合的な方法で研究するには、物理学のさまざまな分野間の統合が必要です。
- 原子物理学
- 物理粒子
- 物質の物理学
- 原子核物理学
原産地
古典物理学 XNUMX世紀末にはこの問題をミクロレベルで研究することができなかった。 これは原子測定の範囲を超えていると言えます。 したがって、実験の現実、特に光と電子に関連する現象を研究することは不可能です。 しかし、人々は常にさらに先へ進みたいと考えており、あなたの生来の好奇心があなたをさらに探究させます。
XNUMX世紀初頭、原子スケールから出現した発見は古い仮定に挑戦しました。 量子論は、XNUMX世紀初頭にアカデミックなマックスプランクによって造られた用語のおかげで生まれました。 基本的な概念は、一部の物理システムの微視的な大きさと量は、不連続ではあるが慎重に変化することさえあるということです。
これらの結論に達することを可能にした研究と調査は次のとおりです。
- 1803年：原子を分子の構成要素として認識
- 1860年: 周期表は原子を化学的性質ごとにグループ化する
- 1874年: 電子と原子核の発見
- 1887年: 紫外線に関する研究
最後の日付が主な境界線となる可能性があります。 閾値を下回る放射線周波数では、電磁放射線と物質との間の相互作用現象（光電効果）が消失します。 光電効果により、電子のエネルギーは電磁放射の周波数に比例します。 マクスウェルの波動理論は、特定の現象を説明するにはもはや十分ではありません。
量子論
量子物理学の誕生に貢献した要因を要約するには、量子力学の歴史を追跡するために使用された発見と洞察に関連する最も重要な日付をリストすることができます。
- 1900年：Planck iエネルギーは量子化され、吸収され、放出されるという考えが導入されています。
- 1905年: アインシュタイン 光電効果を示します（電磁場のエネルギーは光の量子（光子）によって運ばれます）
- 1913年：ボーア 電子の軌道運動を定量化します。
- 1915: ゾンマーフェルト 新しいルールを導入し、定量化手法を一般化します。
しかし、私たちが今知っているように、量子論が基礎を築いたのは1924年からでした。 この日、ルイーズ・ド・ブロギーはドブロイ波の理論を発展させました。 翌年、ハインズバーグが引き継ぎ、行列力学を定式化し、ディラックは1927年に特殊相対性理論を提案しました。1982年にオルセー光学研究所がベルの不等式の違反の調査を完了するまで、これらの発見は次々と続きました。 。
量子物理学の原理
最も魅力的な発見の中には、次のものがあります。
- 波動粒子の二重性
- 相補性の原則
- 不確実性の始まり
波動と粒子の二元論
以前は古典物理学しかありませんでした。 これは XNUMX つの法律グループに分けられました。
- ニュートンの法則
- マクスウェルの法則
最初の法則セットは機械的物体の動きとダイナミクスを記述し、XNUMX 番目の法則セットは電磁場の一部である対象間の傾向と関係を記述します。 光と電波例えば。
いくつかの実験は、光が波と考えることができることを示しています。 しかし、それらは確認されていません。 一方、光は（アインシュタインとプランクからの）粒子の性質を持っているため、光子で構成されているという考えはますます正当性を増しています。 ボーアのおかげで、物質と放射線の性質は次のようになっていることがわかりました。
- それを波にする
- それを体にする
どちらかの視点から考えることはもはや可能ではなく、補完的な視点から考えることができました。 ボーアの相補原理はこの点のみを強調しています。つまり、 原子スケールで起こる現象には、波と粒子の二重の性質があります。
ハイゼンベルクの不確定性原理
先ほど述べたように、1927 年にハイゼンベルクは、速度や位置などの物理量の特定のペアが、 エラーなしで同時に登録できません。 精度は XNUMX つの測定のいずれかに影響を与える可能性がありますが、速度などの現象がもう一方の測定結果に影響を与え、測定が無効になるため、同時に両方に影響することはありません。
電子の位置を特定するには、光子を照射する必要があります。 光子の波長が短ければ短いほど、電子の位置の測定はより正確になります。 量子物理学では、光子の低波動周波数は、電子が吸収するよりも多くのエネルギーと速度を運びます。 同時に、これらの測定値を決定することはできません。
この情報により、量子物理学とは何か、その特徴についてさらに詳しく知っていただければ幸いです。