În liceu suntem obișnuiți să studiem fizica. Cu toate acestea, există un tip de fizică cu care poate nu toată lumea este obișnuită. Este vorba despre fizica cuantică. Mulți nu știu ce este fizica cuantică. Este un subiect extrem de dezbătut și fascinant care ne poate revoluționa ideea despre universul din jurul nostru. Teoria fizicii este cea care descrie comportamentul materiei și are, de asemenea, mai multe aplicații în viața de zi cu zi.
Prin urmare, în acest articol vă vom spune ce este fizica cuantică și care sunt caracteristicile ei.
Ce este fizica cuantică
Fizica cuantică se mai numește și teorie cuantică sau mecanică. Pentru că se bazează pe o teorie mecanică care se concentrează pe scara lungimilor și pe fenomenele de energie atomică și subatomică, dând o nouă viață teoriilor anterioare, care sunt acum considerate învechite.
Care este diferența dintre fizica clasică și fizica cuantică? Acesta din urmă descrie radiația și materia ca fenomene duale: unde și particule. Prin urmare, dualitatea undă-particulă poate fi considerată una dintre caracteristicile acestei mecanici. Relația dintre unde și particule este studiată și confirmată prin două principii:
- Principiul complementarității
- Principiul incertitudinii lui Heisenberg (cel din urmă îl formalizează pe primul).
Putem fi sigur că, după descoperirea teoriei relativității și nașterea fizicii clasice, aceste intuiții au dus la o nouă eră, fizica modernă. Pentru a studia mecanica cuantică în mod cuprinzător, este necesară o integrare între diferite sectoare ale fizicii:
- Fizica atomică
- Particule fizice
- Fizica materiei
- Fizica nucleara
Origine
Fizica clasică nu a putut studia materia la nivel micro la sfârșitul secolului al XIX-lea, despre care se poate spune că depășește domeniul de aplicare al măsurării atomice. Prin urmare, este imposibil de studiat realitatea experimentală, în special fenomenele legate de lumină și electroni. Dar oamenii vor mereu să meargă mai departe, iar curiozitatea lui înnăscută îl determină să exploreze mai mult.
La începutul secolului al XX-lea, descoperirile apărute la scara atomică au contestat vechile presupuneri. Teoria cuantică s-a născut datorită unui termen inventat de academicianul Max Planck la începutul secolului al XX-lea. Conceptul de bază este că mărimea și cantitatea microscopică a unor sisteme fizice se pot schimba chiar discontinuu, dar discret.
Acestea sunt studiile și cercetările care au făcut posibilă ajungerea la aceste concluzii:
- 1803: recunoașterea atomilor ca element constitutiv al moleculelor
- 1860: tabelul periodic grupează atomii după proprietăți chimice
- 1874: descoperirea electronului și a nucleului
- 1887: studii asupra radiațiilor ultraviolete
Ultima dată poate marca linia de despărțire principală. Pentru frecvențele de radiație sub prag, dispare fenomenul de interacțiune (efect fotoelectric) dintre radiația electromagnetică și materie. Datorită efectului fotoelectric, energia electronilor este proporțională cu frecvența radiației electromagnetice. Teoria undelor a lui Maxwell nu mai este suficientă pentru a explica anumite fenomene.
Teoria cuantica
Pentru a rezuma factorii care au contribuit la nașterea fizicii cuantice, putem enumera date mai importante care sunt asociate cu descoperirile și cunoștințele folosite pentru a urmări istoria mecanicii cuantice:
- 1900: Planck i.Introduce ideea că energia este cuantificată, absorbită și emisă.
- 1905: Einstein demonstrează efectul fotoelectric (energia câmpului electromagnetic este transportată de cuante de lumină (fotoni)
- 1913: Bohr cuantifică mișcarea orbitală a electronului.
- 1915: Summerfeld introduce reguli noi, generalizând metodele de cuantificare.
Dar din 1924 teoria cuantică, așa cum o știm acum, a pus bazele. În această zi, Louise de Broggie a dezvoltat teoria undelor de materie. În anul următor, Heinsburg a preluat conducerea, a formulat mecanica matriceală, iar apoi Dirac a propus teoria relativității speciale în 1927. Până în 1982, când Institutul de Optică din Orsay și-a finalizat investigația privind încălcarea inegalității lui Bell, aceste descoperiri au continuat una după alta. .
Principiile fizicii cuantice
Printre cele mai fascinante descoperiri găsim:
- Dualitate undă-particulă
- Principiul complementarității
- Începutul incertitudinii
Dualismul val-particulă
Înainte exista doar fizica clasică. Acesta a fost împărțit în două grupe de legi:
- Legile lui Newton
- Legile lui Maxwell
Primul set de legi descrie mișcarea și dinamica obiectelor mecanice, în timp ce al doilea set de legi descrie tendințele și conexiunile dintre subiecții care fac parte din câmpurile electromagnetice: lumină și unde radio, de exemplu.
Unele experimente arată că te poți gândi la lumină ca la o undă. Dar nu au fost confirmate. Pe de altă parte, lumina are o natură de particule (de la Einstein și Planck) și, prin urmare, ideea că este compusă din fotoni a câștigat din ce în ce mai multă legitimitate. Datorită lui Bohr s-a înțeles că natura materiei și a radiațiilor sunt:
- Fă-l un val
- Fă-l un corp
Nu se mai putea gândi dintr-o perspectivă sau alta, ci dintr-o perspectivă complementară. Principiul complementar al lui Bohr nu face decât să sublinieze acest punct, adică fenomenele care au loc la scara atomică au proprietăți duale ale undelor și particulelor.
Principiul incertitudinii Heinsenberg
După cum am menționat mai devreme în 1927, Heinsenberg a arătat că anumite perechi de mărimi fizice, cum ar fi viteza și poziția, nu se poate înregistra simultan fără eroare. Precizia poate afecta una dintre cele două măsurători, dar nu ambele în același timp, deoarece fenomene precum viteza vor afecta rezultatul celuilalt măsurători și vor invalida măsurarea.
Pentru a localiza electronul, este necesar să se ilumineze un foton. Cu cât lungimea de undă a fotonului este mai mică, cu atât măsurarea poziției electronului este mai precisă. În fizica cuantică, frecvența undei joase a fotonilor transportă mai multă energie și viteză decât absorb electronii. În același timp, aceste măsurători nu pot fi determinate.
Sper că cu aceste informații puteți afla mai multe despre ce este fizica cuantică și care sunt caracteristicile ei.