På videregående er vi vant til å studere fysikk. Imidlertid er det en type fysikk som kanskje ikke alle er vant til. Det handler om kvantefysikk. Mange vet ikke hva kvantefysikk er. Det er et svært omdiskutert og fascinerende tema som kan revolusjonere ideen vår om universet rundt oss. Det er fysikkteorien som beskriver materiens oppførsel og har også flere anvendelser i hverdagen.
Derfor skal vi i denne artikkelen fortelle deg hva kvantefysikk er og hva dens egenskaper er.
Hva er kvantefysikk
Kvantefysikk kalles også kvante- eller mekanisk teori. Fordi den er basert på en mekanisk teori som fokuserer på lengdeskalaen og fenomenene atom- og subatomær energi, og gir nytt liv til tidligere teorier, som nå anses som foreldet.
Hva er forskjellen mellom klassisk fysikk og kvantefysikk? Sistnevnte beskriver stråling og materie som doble fenomener: bølger og partikler. Derfor kan bølge-partikkel-dualiteten betraktes som en av egenskapene til denne mekanikken. Forholdet mellom bølger og partikler studeres og bekreftes gjennom to prinsipper:
- Prinsippet om komplementaritet
- Heisenbergs usikkerhetsprinsipp (sistnevnte formaliserer førstnevnte).
Vi kan absolutt være sikre på at etter oppdagelsen av relativitetsteorien og fødselen av klassisk fysikk, disse innsiktene innledet en ny æra, moderne fysikk. For å studere kvantemekanikk omfattende, kreves en integrasjon mellom ulike fysikksektorer:
- Atomfysikk
- Fysiske partikler
- Materiens fysikk
- Kjernefysikk
Origen
Klassisk fysikk kunne ikke studere materie på mikronivå på slutten av XNUMX-tallet, som kan sies å være utenfor rammen av atommåling. Derfor er det umulig å studere eksperimentell virkelighet, spesielt fenomener knyttet til lys og elektroner. Men folk ønsker alltid å gå lenger, og hans medfødte nysgjerrighet driver ham til å utforske mer.
På begynnelsen av XNUMX-tallet utfordret funn som dukket opp fra atomskalaen gamle antakelser. Kvanteteori ble født takket være et begrep laget av akademikeren Max Planck på begynnelsen av XNUMX-tallet. Det grunnleggende konseptet er at den mikroskopiske størrelsen og kvantiteten til noen fysiske systemer til og med kan endre seg diskontinuerlig, men diskret.
Dette er studiene og forskningen som gjorde det mulig å nå disse konklusjonene:
- 1803: anerkjennelse av atomer som en bestanddel av molekyler
- 1860: Det periodiske system grupperer atomer etter kjemiske egenskaper
- 1874: oppdagelsen av elektronet og kjernen
- 1887: studier av ultrafiolett stråling
Den siste datoen kan markere hovedskillelinjen. For strålingsfrekvenser under terskelen forsvinner vekselvirkningsfenomenet (fotoelektrisk effekt) mellom elektromagnetisk stråling og materie. På grunn av den fotoelektriske effekten er energien til elektronene proporsjonal med frekvensen til den elektromagnetiske strålingen. Maxwells bølgeteori er ikke lenger tilstrekkelig til å forklare visse fenomener.
Kvanteteori
For å oppsummere faktorene som bidro til fødselen av kvantefysikk, kan vi liste opp viktigere datoer som er assosiert med funn og kunnskap brukt til å spore kvantemekanikkens historie:
- 1900: Planck i.Den introduserer ideen om at energi kvantifiseres, absorberes og sendes ut.
- 1905: Einstein demonstrerer den fotoelektriske effekten (energien til det elektromagnetiske feltet transporteres av lyskvanter (fotoner)
- 1913: Bohr kvantifiserer banebevegelsen til elektronet.
- 1915: Summerfeld introduserer nye regler som generaliserer kvantifiseringsmetoder.
Men det var fra 1924 at kvanteteorien, slik vi kjenner den nå, la grunnlaget. På denne dagen utviklet Louise de Broggie teorien om materiebølger. Året etter tok Heinsburg over, formulerte matrisemekanikk, og så foreslo Dirac den spesielle relativitetsteorien i 1927. Fram til 1982, da Orsay Institute of Optics fullførte sin undersøkelse av bruddet på Bells ulikhet, fortsatte disse oppdagelsene den ene etter den andre .
Prinsipper for kvantefysikk
Blant de mest fascinerende funnene finner vi:
- Bølge-partikkel dualitet
- Prinsippet om komplementaritet
- Begynnelsen av usikkerhet
Bølge-partikkel dualisme
Før eksisterte bare klassisk fysikk. Dette ble delt inn i to grupper av lover:
- Newtons lover
- Maxwells lover
Det første settet med lover beskriver bevegelsen og dynamikken til mekaniske objekter, mens det andre settet med lover beskriver tendensene og forbindelsene mellom emner som er en del av elektromagnetiske felt: lys og radiobølger, for eksempel.
Noen eksperimenter viser at du kan tenke på lys som en bølge. Men de er ikke bekreftet. På den annen side har lys en partikkelnatur (fra Einstein og Planck), og derfor har ideen om at det er sammensatt av fotoner fått mer og mer legitimitet. Takket være Bohr ble det forstått at naturen til materie og stråling var:
- Gjør det til en bølge
- Gjør det til en kropp
Det var ikke lenger mulig å tenke fra ett eller annet perspektiv, men fra et komplementært perspektiv. Bohrs komplementære prinsipp understreker bare dette punktet, dvs. fenomener som oppstår på atomskala har de doble egenskapene til bølger og partikler.
Heinsenberg usikkerhetsprinsipp
Som vi nevnte tidligere i 1927, viste Heinsenberg at visse par av fysiske størrelser, som hastighet og posisjon, kan ikke registrere samtidig uten feil. Nøyaktighet kan påvirke en av de to målingene, men ikke begge samtidig, fordi fenomener som hastighet vil påvirke det andre måleresultatet og gjøre målingen ugyldig.
For å lokalisere elektronet er det nødvendig å belyse et foton. Jo kortere bølgelengden til fotonet, desto mer nøyaktig er målingen av elektronposisjonen. I kvantefysikk bærer den lave bølgefrekvensen til fotoner mer energi og hastighet enn elektroner absorberer. Samtidig kan disse målingene ikke bestemmes.
Jeg håper at du med denne informasjonen kan lære mer om hva kvantefysikk er og hva dens egenskaper er.