På gymnasiet är vi vana vid att studera fysik. Det finns dock en typ av fysik som kanske inte alla är vana vid. Det handlar om kvantfysik. Många vet inte vad kvantfysik är. Det är ett mycket omdiskuterat och fascinerande ämne som kan revolutionera vår uppfattning om universum omkring oss. Det är fysikens teori som beskriver materiens beteende och som även har flera tillämpningar i vardagen.
Därför kommer vi i den här artikeln att berätta vad kvantfysik är och vad dess egenskaper är.
Vad är kvantfysik
Kvantfysik kallas också kvant eller mekanisk teori. Eftersom den bygger på en mekanisk teori som fokuserar på längdskalan och fenomenen atom- och subatomär energi, vilket ger nytt liv åt tidigare teorier, som nu anses föråldrade.
Vad är skillnaden mellan klassisk fysik och kvantfysik? Den senare beskriver strålning och materia som dubbla fenomen: vågor och partiklar. Därför kan våg-partikeldualiteten betraktas som en av egenskaperna hos denna mekanik. Förhållandet mellan vågor och partiklar studeras och bekräftas genom två principer:
- Komplementaritetsprincipen
- Heisenbergs osäkerhetsprincip (den senare formaliserar den förra).
Vi kan säkert vara säkra på att efter upptäckten av relativitetsteorin och födelsen av klassisk fysik, dessa insikter inledde en ny era, modern fysik. För att studera kvantmekanik heltäckande krävs en integration mellan olika fysiksektorer:
- Atomfysik
- Fysiska partiklar
- Materiens fysik
- Kärnfysik
Origenes
Klassisk fysik kunde inte studera materia på mikronivå i slutet av XNUMX-talet, vilket kan sägas ligga utanför atommätningens ram. Därför är det omöjligt att studera experimentell verklighet, särskilt fenomen relaterade till ljus och elektroner. Men folk vill alltid gå längre, och hans medfödda nyfikenhet driver honom att utforska mer.
I början av XNUMX-talet utmanade upptäckter som kom från atomskalan gamla antaganden. Kvantteorin föddes tack vare en term som myntades av akademikern Max Planck i början av XNUMX-talet. Grundkonceptet är att den mikroskopiska storleken och kvantiteten hos vissa fysiska system till och med kan förändras diskontinuerligt men diskret.
Det här är studierna och forskningen som gjorde det möjligt att nå dessa slutsatser:
- 1803: erkännande av atomer som en beståndsdel i molekyler
- 1860: det periodiska systemet grupperar atomer efter kemiska egenskaper
- 1874: upptäckten av elektronen och kärnan
- 1887: studier om ultraviolett strålning
Det sista datumet kan markera den huvudsakliga skiljelinjen. För strålningsfrekvenser under tröskelvärdet försvinner interaktionsfenomenet (fotoelektrisk effekt) mellan elektromagnetisk strålning och materia. På grund av den fotoelektriska effekten är elektronernas energi proportionell mot frekvensen av den elektromagnetiska strålningen. Maxwells vågteori är inte längre tillräcklig för att förklara vissa fenomen.
Kvantteorin
För att sammanfatta de faktorer som bidrog till kvantfysikens födelse, kan vi lista viktigare datum som är förknippade med upptäckter och kunskap som används för att spåra kvantmekanikens historia:
- 1900: Planck i.Den introducerar tanken att energi kvantifieras, absorberas och avges.
- 1905: Einstein visar den fotoelektriska effekten (energin i det elektromagnetiska fältet transporteras av ljuskvanta (fotoner)
- 1913: Bohr kvantifierar elektronens omloppsrörelse.
- 1915: Summerfeld inför nya regler som generaliserar kvantifieringsmetoder.
Men det var från 1924 som kvantteorin, som vi känner den nu, lade grunden. Den här dagen utvecklade Louise de Broggie teorin om materiavågor. Året därpå tog Heinsburg över, formulerade matrismekanik, och sedan föreslog Dirac den speciella relativitetsteorin 1927. Fram till 1982, när Orsay Institute of Optics avslutade sin undersökning av kränkningen av Bells ojämlikhet, fortsatte dessa upptäckter en efter en .
Principer för kvantfysik
Bland de mest fascinerande upptäckterna finner vi:
- Våg-partikeldualitet
- Principen om komplementaritet
- Början av osäkerhet
Våg-partikel dualism
Förut fanns bara klassisk fysik. Detta var uppdelat i två grupper av lagar:
- Newtons lagar
- Maxwells lagar
Den första uppsättningen lagar beskriver rörelsen och dynamiken hos mekaniska föremål, medan den andra uppsättningen lagar beskriver tendenserna och kopplingarna mellan subjekt som är en del av elektromagnetiska fält: ljus och radiovågor, Till exempel.
Vissa experiment visar att ljus kan ses som en våg. Men de har inte bekräftats. Å andra sidan har ljus en partikelnatur (från Einstein och Planck) och därför har idén att det är sammansatt av fotoner fått mer och mer legitimitet. Tack vare Bohr förstod man att materiens och strålningens natur var:
- Gör det till en våg
- Gör det till en kropp
Det gick inte längre att tänka ur ett eller annat perspektiv, utan ur ett kompletterande perspektiv. Bohrs komplementära princip understryker bara denna punkt, dvs. fenomen som uppstår på atomär skala har de dubbla egenskaperna hos vågor och partiklar.
Heinsenbergs osäkerhetsprincip
Som vi nämnde tidigare 1927, visade Heinsenberg att vissa par av fysiska storheter, såsom hastighet och position, kan inte samtidigt registrera utan fel. Noggrannhet kan påverka en av de två mätningarna, men inte båda samtidigt, eftersom fenomen som hastighet kommer att påverka det andra mätresultatet och ogiltigförklara mätningen.
För att lokalisera elektronen är det nödvändigt att belysa en foton. Ju kortare våglängd fotonen har, desto mer exakt är mätningen av elektronpositionen. Inom kvantfysiken bär den låga vågfrekvensen hos fotoner mer energi och hastighet än vad elektroner absorberar. Samtidigt kan dessa mått inte fastställas.
Jag hoppas att du med denna information kan lära dig mer om vad kvantfysik är och vad dess egenskaper är.