Fizikia ya quantum ni nini

Katika shule ya upili tumezoea kusoma fizikia. Walakini, kuna aina ya fizikia ambayo labda kila mtu hajaizoea. Ni kuhusu fizikia ya quantum. Wengi hawajui fizikia ya quantum ni nini. Ni mada inayojadiliwa sana na ya kuvutia ambayo inaweza kubadilisha wazo letu la ulimwengu unaotuzunguka. Ni nadharia ya fizikia inayoelezea tabia ya maada na pia ina matumizi kadhaa katika maisha ya kila siku.

Kwa hivyo, katika nakala hii tutakuambia ni nini fizikia ya quantum na sifa zake ni nini.

Fizikia ya quantum ni nini

Fizikia ya quantum pia inaitwa nadharia ya quantum au mitambo. Kwa sababu inategemea nadharia ya kimakanika ambayo inazingatia ukubwa wa urefu na matukio ya nishati ya atomiki na atomiki, kutoa uhai mpya kwa nadharia za awali, ambazo sasa zinachukuliwa kuwa za kizamani.

Kuna tofauti gani kati ya fizikia ya kitambo na fizikia ya quantum? Mwisho unaelezea mionzi na maada kama matukio mawili: mawimbi na chembe. Kwa hivyo, uwili wa chembe ya wimbi unaweza kuzingatiwa kama moja ya sifa za fundi hii. Uhusiano kati ya mawimbi na chembe husomwa na kuthibitishwa kupitia kanuni mbili:

• Kanuni ya kukamilishana
• Kanuni ya kutokuwa na uhakika ya Heisenberg (ya mwisho inarasimisha ile ya kwanza).

Kwa hakika tunaweza kuwa na uhakika kwamba, baada ya ugunduzi wa nadharia ya uhusiano na kuzaliwa kwa fizikia ya classical, maarifa haya ilileta enzi mpya, fizikia ya kisasa. Ili kusoma mechanics ya quantum kwa undani, ujumuishaji kati ya sekta tofauti za fizikia inahitajika:

• Fizikia ya atomiki
• Chembe za kimwili
• Fizikia ya jambo
• Fizikia ya nyuklia

Mwanzo

Fizikia ya classical haikuweza kusoma jambo katika kiwango kidogo mwishoni mwa karne ya XNUMX, ambayo inaweza kusemwa kuwa zaidi ya upeo wa kipimo cha atomiki. Kwa hiyo, haiwezekani kujifunza ukweli wa majaribio, hasa matukio yanayohusiana na mwanga na elektroni. Lakini watu daima wanataka kwenda mbali zaidi, na udadisi wake wa ndani humsukuma kuchunguza zaidi.

Mwanzoni mwa karne ya XNUMX, uvumbuzi ulioibuka kutoka kwa kiwango cha atomiki ulipinga mawazo ya zamani. Nadharia ya Quantum ilizaliwa kutokana na neno lililoanzishwa na msomi Max Planck mwanzoni mwa karne ya XNUMX. Wazo la msingi ni kwamba ukubwa wa microscopic na wingi wa baadhi ya mifumo ya kimwili inaweza hata kubadilika bila kuendelea lakini kwa busara.

Hizi ni tafiti na tafiti zilizowezesha kufikia hitimisho hili:

• 1803: utambuzi wa atomi kama kipengele cha molekuli
• 1860: jedwali la upimaji hupanga atomi kulingana na mali ya kemikali
• 1874: ugunduzi wa elektroni na kiini
• 1887: masomo juu ya mionzi ya ultraviolet

Tarehe ya mwisho inaweza kuashiria mstari kuu wa kugawanya. Kwa masafa ya mionzi chini ya kizingiti, jambo la mwingiliano (athari ya photoelectric) kati ya mionzi ya umeme na suala hupotea. Kutokana na athari ya picha, nishati ya elektroni ni sawia na mzunguko wa mionzi ya umeme. Nadharia ya mawimbi ya Maxwell haitoshi tena kueleza matukio fulani.

Nadharia ya Quantum

Kwa muhtasari wa mambo yaliyochangia kuzaliwa kwa fizikia ya quantum, tunaweza kuorodhesha tarehe muhimu zaidi ambazo zinahusishwa na uvumbuzi na ujuzi uliotumiwa kufuatilia historia ya quantum mechanics:

• 1900: Planck i.Inaleta wazo kwamba nishati inakadiriwa, kufyonzwa, na kutolewa.
• 1905: Einstein inaonyesha athari ya upigaji picha (nishati ya uwanja wa sumakuumeme husafirishwa na quanta ya mwanga (photons)
• 1913: Bohr huhesabu mwendo wa obiti wa elektroni.
• 1915: Summerfeld huanzisha sheria mpya, kujumlisha njia za hesabu.

Lakini ilikuwa kutoka 1924 kwamba nadharia ya quantum, kama tunavyoijua sasa, iliweka misingi. Siku hii, Louise de Broggie alianzisha nadharia ya mawimbi ya suala. Mwaka uliofuata, Heinsburg alichukua hatamu, akaunda mechanics ya matrix, na kisha Dirac akapendekeza nadharia maalum ya uhusiano mnamo 1927. Hadi 1982, wakati Taasisi ya Orsay ya Optics ilipokamilisha uchunguzi wake wa ukiukaji wa usawa wa Bell, uvumbuzi huu uliendelea mmoja baada ya mwingine. .

Kanuni za fizikia ya quantum

Miongoni mwa uvumbuzi wa kuvutia zaidi tunapata:

• Uwili wa chembe ya wimbi
• Kanuni ya kukamilishana
• Mwanzo wa kutokuwa na uhakika

Uwili wa chembe ya wimbi

Hapo awali, tu fizikia ya classical ilikuwepo. Hii iligawanywa katika vikundi viwili vya sheria:

• Sheria za Newton
• Sheria za Maxwell

Seti ya kwanza ya sheria inaelezea mwendo na mienendo ya vitu vya mitambo, wakati seti ya pili ya sheria inaelezea mielekeo na miunganisho kati ya masomo ambayo ni sehemu ya uwanja wa sumakuumeme: mwanga na mawimbi ya redio, kwa mfano.

Majaribio mengine yanaonyesha kuwa mwanga unaweza kuzingatiwa kama wimbi. Lakini hazijathibitishwa. Kwa upande mwingine, mwanga una asili ya chembe (kutoka kwa Einstein na Planck) na, kwa hiyo, wazo kwamba linajumuisha photons limepata uhalali zaidi na zaidi. Shukrani kwa Bohr ilieleweka kuwa asili ya maada na mionzi ilikuwa:

• Fanya kuwa wimbi
• Ufanye mwili

Haikuwezekana tena kufikiria kutoka kwa mtazamo mmoja au mwingine, lakini kutoka kwa mtazamo wa ziada. Kanuni ya nyongeza ya Bohr inasisitiza tu jambo hili, yaani, matukio yanayotokea kwa kiwango cha atomiki yana sifa mbili za mawimbi na chembe.

Kanuni ya kutokuwa na uhakika ya Heinsenberg

Kama tulivyotaja hapo awali katika 1927, Heinsenberg alionyesha kwamba jozi fulani za kiasi cha kimwili, kama vile kasi na nafasi, haiwezi kujiandikisha kwa wakati mmoja bila makosa. Usahihi unaweza kuathiri moja ya vipimo viwili, lakini si vyote kwa wakati mmoja, kwa sababu matukio kama vile kasi yataathiri matokeo mengine ya kipimo na kubatilisha kipimo.

Ili kupata elektroni, ni muhimu kuangazia photon. Ufupi wa urefu wa mawimbi ya fotoni, ndivyo kipimo sahihi zaidi cha nafasi ya elektroni. Katika fizikia ya quantum, mawimbi ya chini ya mawimbi ya fotoni hubeba nishati na kasi zaidi kuliko elektroni kunyonya. Wakati huo huo, vipimo hivi haviwezi kuamua.

Natumai kuwa kwa habari hii unaweza kujifunza zaidi juu ya fizikia ya quantum ni nini na sifa zake ni nini.