ควอนตัมฟิสิกส์คืออะไร

ในโรงเรียนมัธยมที่เราเคยเรียนฟิสิกส์ อย่างไรก็ตาม มีฟิสิกส์ประเภทหนึ่งที่ทุกคนอาจไม่คุ้นเคย มันเป็นเรื่องของ ฟิสิกส์ควอนตัม. หลายคนไม่รู้ว่าควอนตัมฟิสิกส์คืออะไร เป็นหัวข้อที่มีการถกเถียงและน่าสนใจอย่างมากซึ่งสามารถปฏิวัติแนวคิดของเราเกี่ยวกับจักรวาลรอบตัวเราได้ เป็นทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่บรรยายพฤติกรรมของสสารและยังประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้หลายอย่าง

ดังนั้นในบทความนี้ เราจะบอกคุณว่าควอนตัมฟิสิกส์คืออะไรและมีลักษณะอย่างไร

ควอนตัมฟิสิกส์คืออะไร

ฟิสิกส์ควอนตัมเรียกอีกอย่างว่าควอนตัมหรือทฤษฎีทางกล เพราะมันมีพื้นฐานมาจากทฤษฎีทางกลที่เน้นที่มาตราส่วนความยาวและปรากฏการณ์ของพลังงานปรมาณูและพลังงานปรมาณู ทำให้ทฤษฎีเดิมมีชีวิตใหม่ ซึ่งปัจจุบันถือว่าล้าสมัยไปแล้ว

ฟิสิกส์คลาสสิกกับฟิสิกส์ควอนตัมต่างกันอย่างไร หลังอธิบายการแผ่รังสีและสสารเป็นปรากฏการณ์คู่: คลื่นและอนุภาค ดังนั้นความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นถือได้ว่าเป็นหนึ่งในคุณลักษณะของกลไกนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นและอนุภาคได้รับการศึกษาและยืนยันผ่านสองหลักการ:

• หลักการเติมเต็ม
• หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก

เราแน่ใจได้อย่างแน่นอนว่าหลังจากการค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพและการกำเนิดของฟิสิกส์คลาสสิก ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้นำไปสู่ยุคใหม่ ฟิสิกส์สมัยใหม่ ในการศึกษากลศาสตร์ควอนตัมอย่างครอบคลุม จำเป็นต้องมีการบูรณาการระหว่างภาคส่วนต่างๆ ของฟิสิกส์:

• ฟิสิกส์อะตอม
• อนุภาคทางกายภาพ
• ฟิสิกส์ของสสาร
• ฟิสิกส์นิวเคลียร์

แหล่ง

ฟิสิกส์คลาสสิก ไม่สามารถศึกษาเรื่องในระดับจุลภาคในปลายศตวรรษที่ XNUMX ซึ่งสามารถกล่าวได้ว่าอยู่นอกเหนือขอบเขตของการวัดปรมาณู ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะศึกษาความเป็นจริงจากการทดลอง โดยเฉพาะปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแสงและอิเล็กตรอน แต่ผู้คนมักต้องการไปไกลกว่านั้น และความอยากรู้อยากเห็นโดยกำเนิดของเขาผลักดันให้เขาสำรวจเพิ่มเติม

ในช่วงต้นศตวรรษที่ XNUMX การค้นพบที่เกิดขึ้นจากมาตราส่วนอะตอมได้ท้าทายสมมติฐานเก่า ทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิดขึ้นจากคำที่นักวิชาการมักซ์พลังค์สร้างขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ XNUMX แนวคิดพื้นฐานคือขนาดและปริมาณจุลทรรศน์ของระบบกายภาพบางระบบสามารถเปลี่ยนแปลงได้ไม่ต่อเนื่องแต่ไม่ต่อเนื่องกัน

เหล่านี้เป็นการศึกษาและการวิจัยที่ทำให้สามารถบรรลุข้อสรุปเหล่านี้:

• 1803: การรับรู้อะตอมเป็นองค์ประกอบของโมเลกุล
• พ.ศ. 1860 ตารางธาตุจัดกลุ่มอะตอมตามคุณสมบัติทางเคมี
• พ.ศ. 1874: การค้นพบอิเล็กตรอนและนิวเคลียส
• พ.ศ. 1887: การศึกษารังสีอัลตราไวโอเลต

วันสุดท้ายสามารถทำเครื่องหมายเส้นแบ่งหลัก สำหรับความถี่การแผ่รังสีที่ต่ำกว่าเกณฑ์ ปรากฏการณ์อันตรกิริยา (โฟโตอิเล็กทริก) ระหว่างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและสสารจะหายไป เนื่องจากผลของโฟโตอิเล็กทริก พลังงานของอิเล็กตรอนจึงแปรผันตามความถี่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีคลื่นของ Maxwell ไม่เพียงพอที่จะอธิบายปรากฏการณ์บางอย่างได้อีกต่อไป

ทฤษฎีควอนตัม

เพื่อสรุปปัจจัยที่นำไปสู่การกำเนิดของฟิสิกส์ควอนตัม เราสามารถระบุวันที่ที่สำคัญกว่าที่เกี่ยวข้องกับการค้นพบและความรู้ที่ใช้ในการติดตามประวัติของกลศาสตร์ควอนตัม:

• 1900: พลังค์ฉันนำเสนอแนวคิดที่ว่าพลังงานถูกวัดปริมาณ ดูดซับ และปล่อยออกมา
• 1905: ไอน์สไตน์ แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริก (พลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกขนส่งโดยควอนตัมของแสง (โฟตอน)
• 1913: บอร์ หาปริมาณการเคลื่อนที่ของวงโคจรของอิเล็กตรอน
• 1915: ซอมเมอร์เฟลด์ แนะนำกฎใหม่ วิธีการหาปริมาณทั่วๆ ไป

แต่จากปี 1924 นั้น ทฤษฎีควอนตัม อย่างที่เรารู้ตอนนี้ ได้วางรากฐาน ในวันนี้ Louise de Broggie ได้พัฒนาทฤษฎีคลื่นสสาร ในปีถัดมา ไฮน์สบวร์กรับช่วงต่อจากการกำหนดกลศาสตร์เมทริกซ์ และจากนั้น Dirac ได้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในปี 1927 จนกระทั่งปี 1982 เมื่อสถาบันออพติคออร์เซย์เสร็จสิ้นการสอบสวนการละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์ การค้นพบเหล่านี้ยังคงดำเนินต่อไปทีละคน .

หลักฟิสิกส์ควอนตัม

ท่ามกลางการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดที่เราพบ:

• ความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น
• หลักการเติมเต็ม
• จุดเริ่มต้นของความไม่แน่นอน

คลื่นอนุภาคคู่

ก่อนหน้านี้มีเพียงฟิสิกส์คลาสสิกเท่านั้น กฎหมายนี้แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:

• กฎของนิวตัน
• กฎของแมกซ์เวลล์

กฎชุดแรกอธิบายการเคลื่อนไหวและพลวัตของวัตถุทางกล ในขณะที่กฎชุดที่สองอธิบายแนวโน้มและความเชื่อมโยงระหว่างวัตถุที่เป็นส่วนหนึ่งของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า: แสงและคลื่นวิทยุตัวอย่างเช่น

การทดลองบางอย่างแสดงให้เห็นว่าแสงสามารถคิดได้ว่าเป็นคลื่น แต่พวกเขายังไม่ได้รับการยืนยัน ในทางกลับกัน แสงมีลักษณะเป็นอนุภาค (จากไอน์สไตน์และพลังค์) ดังนั้น แนวคิดที่ว่าแสงประกอบด้วยโฟตอนจึงได้รับความชอบธรรมมากขึ้นเรื่อยๆ ต้องขอบคุณบอร์ที่ทำให้เข้าใจว่าธรรมชาติของสสารและการแผ่รังสีคือ:

• ทำให้เป็นคลื่น
• ทำให้มันเป็นร่างกาย

เป็นไปไม่ได้อีกต่อไปที่จะคิดจากมุมมองใดมุมมองหนึ่ง แต่จากมุมมองเสริม หลักการเสริมของ Bohr เน้นเฉพาะประเด็นนี้เท่านั้น นั่นคือ ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระดับอะตอมมีคุณสมบัติคู่ของคลื่นและอนุภาค

หลักการความไม่แน่นอนของไฮน์เซนเบิร์ก

ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในปี 1927 ไฮน์เซนเบิร์กแสดงให้เห็นว่าปริมาณทางกายภาพบางคู่ เช่น ความเร็วและตำแหน่ง ไม่สามารถลงทะเบียนพร้อมกันได้โดยไม่มีข้อผิดพลาด. ความแม่นยำอาจส่งผลต่อการวัดค่าใดค่าหนึ่งจากสองค่า แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่างพร้อมกัน เนื่องจากปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ความเร็วจะส่งผลต่อผลการวัดอื่นๆ และทำให้การวัดเป็นโมฆะ

ในการหาตำแหน่งอิเล็กตรอน จำเป็นต้องให้แสงโฟตอน ยิ่งความยาวคลื่นของโฟตอนสั้นลงเท่าใด การวัดตำแหน่งอิเล็กตรอนก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น ในฟิสิกส์ควอนตัม โฟตอนความถี่คลื่นต่ำมีพลังงานและความเร็วมากกว่าที่อิเล็กตรอนดูดซับ ในเวลาเดียวกัน การวัดเหล่านี้ไม่สามารถกำหนดได้

ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมว่าควอนตัมฟิสิกส์คืออะไรและมีลักษณะอย่างไร