Vidusskolā esam pieraduši mācīties fiziku. Tomēr ir tāds fizikas veids, pie kura, iespējams, visi nav pieraduši. Tas ir par kvantu fizika. Daudzi nezina, kas ir kvantu fizika. Tā ir ļoti apspriesta un aizraujoša tēma, kas var mainīt mūsu priekšstatu par visumu ap mums. Tā ir fizikas teorija, kas apraksta matērijas uzvedību, un tai ir arī vairāki pielietojumi ikdienas dzīvē.
Tāpēc šajā rakstā mēs jums pastāstīsim, kas ir kvantu fizika un kādas ir tās īpašības.
Kas ir kvantu fizika
Kvantu fiziku sauc arī par kvantu vai mehānisko teoriju. Jo tā ir balstīta uz mehānisko teoriju, kas koncentrējas uz garumu skalu un atomu un subatomu enerģijas parādībām, piešķirot jaunu dzīvi iepriekšējām teorijām, kuras tagad tiek uzskatītas par novecojušām.
Kāda ir atšķirība starp klasisko fiziku un kvantu fiziku? Pēdējais apraksta starojumu un vielu kā dubultas parādības: viļņi un daļiņas. Tāpēc viļņu-daļiņu dualitāti var uzskatīt par vienu no šīs mehānikas īpašībām. Attiecības starp viļņiem un daļiņām tiek pētītas un apstiprinātas, izmantojot divus principus:
- Komplementaritātes princips
- Heizenberga nenoteiktības princips (pēdējais formalizē pirmo).
Mēs noteikti varam būt pārliecināti, ka pēc relativitātes teorijas atklāšanas un klasiskās fizikas dzimšanas, šīs atziņas ievadīja jaunu laikmetu – moderno fiziku. Lai visaptveroši pētītu kvantu mehāniku, ir nepieciešama dažādu fizikas nozaru integrācija:
- Atomu fizika
- Fizikālās daļiņas
- Vielas fizika
- Kodolfizika
Izcelšanās
Klasiskā fizika XNUMX. gadsimta beigās nevarēja pētīt vielu mikrolīmenī, par ko var teikt, ka tas neietilpst atomu mērīšanas jomā. Tāpēc nav iespējams pētīt eksperimentālo realitāti, īpaši ar gaismu un elektroniem saistītās parādības. Taču cilvēki vienmēr vēlas iet tālāk, un viņa iedzimtā zinātkāre mudina viņu izpētīt vairāk.
XNUMX. gadsimta sākumā atklājumi, kas radās no atomu mēroga, apstrīdēja vecos pieņēmumus. Kvantu teorija radās, pateicoties terminam, ko XNUMX. gadsimta sākumā ieviesa akadēmiķis Makss Planks. Pamatkoncepcija ir tāda, ka dažu fizisko sistēmu mikroskopiskais lielums un daudzums var pat mainīties nepārtraukti, bet diskrēti.
Šie ir pētījumi un pētījumi, kas ļāva izdarīt šādus secinājumus:
- 1803: atomu atzīšana par molekulu sastāvdaļu
- 1860: Periodiskā tabula grupē atomus pēc ķīmiskajām īpašībām
- 1874: elektrona un kodola atklāšana
- 1887: pētījumi par ultravioleto starojumu
Pēdējais datums var iezīmēt galveno dalījuma līniju. Ja starojuma frekvence ir zemāka par slieksni, elektromagnētiskā starojuma un vielas mijiedarbības parādība (fotoelektriskais efekts) pazūd. Pateicoties fotoelektriskajam efektam, elektronu enerģija ir proporcionāla elektromagnētiskā starojuma frekvencei. Maksvela viļņu teorija vairs nav pietiekama, lai izskaidrotu noteiktas parādības.
Kvantu teorija
Lai apkopotu faktorus, kas veicināja kvantu fizikas rašanos, mēs varam uzskaitīt svarīgākus datumus, kas saistīti ar atklājumiem un zināšanām, kas izmantotas, lai izsekotu kvantu mehānikas vēsturei:
- 1900. gads: Planks iTas ievieš ideju, ka enerģija tiek kvantificēta, absorbēta un emitēta.
- 1905: Einšteins demonstrē fotoelektrisko efektu (elektromagnētiskā lauka enerģiju pārnes gaismas kvanti (fotoni)
- 1913. gads: Bors kvantitatīvi nosaka elektrona orbitālo kustību.
- 1915: Zomerfelde ievieš jaunus noteikumus, vispārinot kvantitatīvās noteikšanas metodes.
Bet tas bija no 1924. gada, ka kvantu teorija, kādu mēs to zinām tagad, lika pamatus. Šajā dienā Luīze de Brodžija izstrādāja matērijas viļņu teoriju. Nākamajā gadā Heinsburga pārņēma matricas mehāniku, un pēc tam Diraks 1927. gadā ierosināja īpašo relativitātes teoriju. Līdz 1982. gadam, kad Orsē Optikas institūts pabeidza Bela nevienlīdzības pārkāpuma izmeklēšanu, šie atklājumi turpinājās viens pēc otra. .
Kvantu fizikas principi
Starp aizraujošākajiem atklājumiem mēs atrodam:
- Viļņu-daļiņu dualitāte
- Komplementaritātes princips
- Nenoteiktības sākums
Viļņu-daļiņu duālisms
Iepriekš pastāvēja tikai klasiskā fizika. Tas tika sadalīts divās likumu grupās:
- Ņūtona likumi
- Maksvela likumi
Pirmais likumu kopums apraksta mehānisko objektu kustību un dinamiku, bet otrais likumu kopums apraksta tendences un savienojumus starp objektiem, kas ir daļa no elektromagnētiskajiem laukiem: gaismas un radio viļņi, Piemēram.
Daži eksperimenti liecina, ka gaismu var uzskatīt par vilni. Bet tie nav apstiprināti. No otras puses, gaismai ir daļiņu daba (no Einšteina un Planka), un tāpēc ideja, ka tā sastāv no fotoniem, ir ieguvusi arvien lielāku leģitimitāti. Pateicoties Boram, tika saprasts, ka matērijas un starojuma būtība ir:
- Padariet to par vilni
- Padariet to par ķermeni
Vairs nebija iespējams domāt no vienas vai otras perspektīvas, bet gan no viena otru papildinošas perspektīvas. Bora komplementārais princips tikai uzsver šo punktu, tas ir, parādībām, kas notiek atomu mērogā, ir viļņu un daļiņu dubultās īpašības.
Heinsenberga nenoteiktības princips
Kā jau minējām 1927. gadā, Heinsenbergs parādīja, ka noteikti fizisko lielumu pāri, piemēram, ātrums un pozīcija, nevar vienlaicīgi reģistrēties bez kļūdām. Precizitāte var ietekmēt vienu no diviem mērījumiem, bet ne abus vienlaikus, jo tādas parādības kā ātrums ietekmēs otru mērījuma rezultātu un padarīs mērījumu nederīgu.
Lai noteiktu elektrona atrašanās vietu, ir nepieciešams apgaismot fotonu. Jo īsāks ir fotona viļņa garums, jo precīzāks ir elektronu pozīcijas mērījums. Kvantu fizikā fotonu zemā viļņu frekvence nes vairāk enerģijas un ātruma, nekā elektroni absorbē. Tajā pašā laikā šos mērījumus nevar noteikt.
Es ceru, ka ar šo informāciju jūs varat uzzināt vairāk par to, kas ir kvantu fizika un kādas ir tās īpašības.