Wat is kwantumfysica?

wat zijn kenmerken van kwantumfysica?

Op de middelbare school zijn we gewend om natuurkunde te studeren. Er is echter een soort natuurkunde waar misschien niet iedereen aan gewend is. Het gaat om de kwantumfysica. Velen weten niet wat kwantumfysica is. Het is een veelbesproken en fascinerend onderwerp dat een revolutie teweeg kan brengen in ons idee van het universum om ons heen. Het is de theorie van de fysica die het gedrag van materie beschrijft en ook in het dagelijks leven verschillende toepassingen kent.

Daarom gaan we je in dit artikel vertellen wat kwantumfysica is en wat de kenmerken ervan zijn.

Wat is kwantumfysica?

Kwantumfysica wordt ook wel kwantum- of mechanische theorie genoemd. Omdat het is gebaseerd op een mechanische theorie die zich richt op de schaal van lengtes en de verschijnselen van atomaire en subatomaire energie, waardoor eerdere theorieën, die nu als achterhaald worden beschouwd, nieuw leven worden ingeblazen.

Wat is het verschil tussen klassieke fysica en kwantumfysica? De laatste beschrijft straling en materie als tweeledige verschijnselen: golven en deeltjes. Daarom kan de dualiteit van golven en deeltjes worden beschouwd als een van de kenmerken van deze mechanica. De relatie tussen golven en deeltjes wordt bestudeerd en bevestigd door twee principes:

  • Het principe van complementariteit
  • Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg (de laatste formaliseert de eerste).

We kunnen er zeker van zijn dat, na de ontdekking van de relativiteitstheorie en de geboorte van de klassieke natuurkunde, deze inzichten luidden een nieuw tijdperk in, de moderne natuurkunde. Om de kwantummechanica uitgebreid te bestuderen, is een integratie tussen verschillende sectoren van de natuurkunde vereist:

  • Atoomfysica
  • fysieke deeltjes
  • Fysica van materie
  • Kernfysica

Origenes

Wat is kwantumfysica?

Klassieke natuurkunde kon aan het eind van de XNUMXe eeuw de materie niet op microniveau bestuderen, waarvan kan worden gezegd dat het buiten het bereik van atomaire metingen valt. Daarom is het onmogelijk om de experimentele realiteit te bestuderen, met name verschijnselen die verband houden met licht en elektronen. Maar mensen willen altijd verder gaan, en zijn aangeboren nieuwsgierigheid drijft hem om meer te ontdekken.

In het begin van de XNUMXe eeuw daagden ontdekkingen die voortkwamen uit de atomaire schaal oude veronderstellingen uit. De kwantumtheorie werd geboren dankzij een term die aan het begin van de XNUMXe eeuw werd bedacht door de academicus Max Planck. Het basisconcept is dat de microscopische grootte en hoeveelheid van sommige fysieke systemen zelfs discontinu maar discreet kunnen veranderen.

Dit zijn de studies en onderzoeken die het mogelijk hebben gemaakt om tot deze conclusies te komen:

  • 1803: herkenning van atomen als bestanddeel van moleculen
  • 1860: het periodiek systeem groepeert atomen op chemische eigenschappen
  • 1874: ontdekking van het elektron en de kern
  • 1887: studies over ultraviolette straling

De laatste datum kan de belangrijkste scheidslijn markeren. Voor stralingsfrequenties onder de drempelwaarde verdwijnt het interactiefenomeen (foto-elektrisch effect) tussen elektromagnetische straling en materie. Door het foto-elektrisch effect is de energie van de elektronen evenredig met de frequentie van de elektromagnetische straling. De golftheorie van Maxwell is niet langer voldoende om bepaalde verschijnselen te verklaren.

Kwantum theorie

Om de factoren samen te vatten die hebben bijgedragen aan de geboorte van de kwantumfysica, kunnen we belangrijkere data opsommen die verband houden met ontdekkingen en kennis die is gebruikt om de geschiedenis van de kwantummechanica te traceren:

  • 1900: PlanckHet introduceert het idee dat energie wordt gekwantificeerd, geabsorbeerd en uitgestoten.
  • 1905: Einstein demonstreert het foto-elektrisch effect (de energie van het elektromagnetische veld wordt getransporteerd door lichtquanta (fotonen)
  • 1913: Bohr kwantificeert de baanbeweging van het elektron.
  • 1915: Sommerfeld introduceert nieuwe regels, veralgemening van kwantificeringsmethoden.

Maar het was vanaf 1924 dat de kwantumtheorie, zoals we die nu kennen, de basis legde. Op deze dag ontwikkelde Louise de Broggie de theorie van materiegolven. Het jaar daarop nam Heinsburg het roer over, formuleerde matrixmechanica en vervolgens stelde Dirac in 1927 de speciale relativiteitstheorie voor. Tot 1982, toen het Orsay Institute of Optics zijn onderzoek naar de schending van de ongelijkheid van Bell voltooide, gingen deze ontdekkingen de een na de ander door .

Principes van de kwantumfysica

Kwantum theorie

Onder de meest fascinerende ontdekkingen vinden we:

  • Golf-deeltje dualiteit
  • Principe van complementariteit
  • Begin van onzekerheid

Dualisme golf-deeltjes

Vroeger bestond er alleen klassieke natuurkunde. Dit was verdeeld in twee groepen wetten:

  • De wetten van Newton
  • De wetten van Maxwell

De eerste reeks wetten beschrijft de beweging en dynamiek van mechanische objecten, terwijl de tweede reeks wetten de tendensen en verbanden beschrijft tussen onderwerpen die deel uitmaken van elektromagnetische velden: licht en radiogolven, bijvoorbeeld.

Sommige experimenten laten zien dat je licht kunt zien als een golf. Maar ze zijn niet bevestigd. Aan de andere kant heeft licht een deeltjeskarakter (van Einstein en Planck) en daarom heeft het idee dat het is samengesteld uit fotonen steeds meer legitimiteit gekregen. Dankzij Bohr werd begrepen dat de aard van materie en straling was:

  • Maak er een golf van
  • Maak er een lichaam van

Het was niet meer mogelijk om vanuit een of ander perspectief te denken, maar vanuit een complementair perspectief. Het complementaire principe van Bohr benadrukt alleen dit punt, namelijk: verschijnselen die zich op atomaire schaal voordoen, hebben de dubbele eigenschappen van golven en deeltjes.

Heinsenberg onzekerheidsprincipe

Zoals we eerder in 1927 vermeldden, toonde Heinsenberg aan dat bepaalde paren van fysieke grootheden, zoals snelheid en positie, kan niet gelijktijdig registreren zonder fout. Nauwkeurigheid kan een van de twee metingen beïnvloeden, maar niet beide tegelijkertijd, omdat fenomenen zoals snelheid het andere meetresultaat beïnvloeden en de meting ongeldig maken.

Om het elektron te lokaliseren, is het nodig om een ​​foton te verlichten. Hoe korter de golflengte van het foton, hoe nauwkeuriger de meting van de elektronpositie. In de kwantumfysica draagt ​​de lage golffrequentie van fotonen meer energie en snelheid dan elektronen absorberen. Tegelijkertijd kunnen deze metingen niet worden bepaald.

Ik hoop dat je met deze informatie meer kunt leren over wat kwantumfysica is en wat de kenmerken ervan zijn.


De inhoud van het artikel voldoet aan onze principes van redactionele ethiek. Klik op om een ​​fout te melden hier.

Wees de eerste om te reageren

Laat je reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

*

*

  1. Verantwoordelijk voor de gegevens: Miguel Ángel Gatón
  2. Doel van de gegevens: Controle SPAM, commentaarbeheer.
  3. Legitimatie: uw toestemming
  4. Mededeling van de gegevens: De gegevens worden niet aan derden meegedeeld, behalve op grond van wettelijke verplichting.
  5. Gegevensopslag: database gehost door Occentus Networks (EU)
  6. Rechten: u kunt uw gegevens op elk moment beperken, herstellen en verwijderen.