Hvad er kvantefysik?

DET Fysikkvante, også kendt som kvantemekanik, er et stort studieområde dedikeret til at analysere og beskrive opførsel af fysiske systemer med reducerede dimensioner tæt på størrelserne på molekyler, atomer og partiklersubatomær.

Gennem kvantefysik var det muligt at forstå mekanismerne for henfald radioaktivt, fra emission og absorption af lys fra atomer, fra produktion af Røntgen, af fotoelektrisk effekt, elektriske egenskaber for halvledere osv.

Seogså: Moderne fysik

Kvantefysik til dummies

da vi gik ind i skala af atomer og molekyler, kl love for makroskopisk fysik, som er perfekt i stand til at beskrive bevægelsestilstandene for de kroppe, som vi ser omkring os dagligt, bliver forældet og ude af stand for at bestemme fysiske størrelser relateret til sådanne små partikler.

Hvad der sker i kvanteverdenen er, at fysikkens love ikke længere er deterministisk, det vil sige, at de ikke er i stand til at forudsige nøjagtigt, hvor et objekt er, eller i hvilken hastighed: intet her er deterministisk, målinger opnået fra kvantesystemer udtrykkes i odds.

I øjeblikket har vi målesystemer, der er i stand til at give os en genstands position med ekstrem nøjagtig præcision. Selv med de mest avancerede teknologier ville vi f.eks. Ikke være i stand til at bestemme den nøjagtige position af et atom. At umulighed er ikke relaterede til en enheds opløsning eller en instrumentarbejders dygtighed, men ja til kvantefysikens natur.

Seogså:Standardmodel for partikelfysik

Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)

denne natur af kvantefysik har vist sig over tid som en sand ukendt, i lang tid misforstået, hvilket endte med at få mange fysikere til at sætte spørgsmålstegn ved det, give det forskellige fortolkninger eller endog benægte det fuldstændigt. Men det bidrog også til skabelsen af ​​flere myter og overbevisninger omkring begrebet kvantefysik.

Trods tilsyneladende ”mærkelig” er kvantemekanik en af ​​de mest succesrige fysikteorier, præcisionen af ​​de resultater, der opnås med denne teori, er skræmmende. I øjeblikket kaldes den mest populære og accepterede fortolkning af kvantemekanik Københavns fortolkning, udviklet af nogle af de største navne inden for videnskab, såsom NielsBohr,MaksFødt,WolfgangPauli,WernerHeisenberg og andre.

Københavns fortolkning blev konsolideret under Solvay-konferencen. [1]

Ifølge denne fortolkning har alle kvantesystemer en bølgefunktion, der beskriver dem fuldstændig. Denne bølgefunktion er et komplekst og virtuelt matematisk udtryk (uden sin egen virkelighed), hvorfra det er muligt at udtrække al information i dette system.

De opnåede resultater baseret på bølgefunktionerne er til gengæld sandsynlighederne for, at der observeres noget, eller at vi finder et atom på et bestemt energiniveau. Alligevel kan det være sandsynligheder, at et atom udsender en radioaktiv emission, eller at en neutron gennemgå et forfald, blive til en neutron og en elektron. Mulighederne er enorme.

Udfordringen for fysikere er at finde bølgefunktionen til systemet, og det er ikke let - en eller flere skal løses. ligningeriSchrodinger, denne ligning relaterer til energierne kinetik og potentiel af kvantesystemer.

Seogså:Einstein og atombomben

Kvantefysik applikationer

Gennem kvantefysik er det muligt at forstå

• lysemissioner fra atomer;

• fænomenerne i Radioaktivt henfald;

• funktion af Laser, den fotoelektriske effekt;

• tiltrækningen mellem neutroner og protoner i atomkerne;

• standardmodellen af partikelfysik;

• bølge-partikel dualitet;

• alle de love i klassisk fysik, som vi kender (da kvantemekanikens love er mere generelle i stand til at stamme fra de love, der styrer vores klassiske verden).

Funktionen af ​​laseren blev kun opnået ved at studere kvantemekanik.

Oprindelse

Fremkomsten af ​​moderne kvantefysik fandt sted i 1920, da den tyske fysiker MaksPlanck formået at forklare mekanismen for sort kropsproblem og dets forhold til en bizar fejl i beregningerne på det tidspunkt kaldet ultraviolet katastrofe.

Det viser sig, at sorte kroppegenstande, der er i stand til at absorbere al stråling, der er rettet mod dem, genudsender den i form af termisk stråling, udsendte den ikke som forventet af den nuværende elektromagnetiske teori. For at løse situationen foreslog Max Planck, at energien i det elektromagnetiske felt var kvantiseret, det vil sige opdelt i små energibunter, som lidt senere skulle komme til at blive kaldt fotoner - dig hvor meget energi.

Plancks fortolkning af blackbody-stråling blev ikke godt accepteret (eller endda af ham), dog et par år senere, Albert Einsteinbrugte det samme argument og lykkedes at forklare den fotoelektriske effekt.

I 1905 offentliggjorde Einstein en række artikler, der markerede datoen som ”det fysiske mirakuløse år”, men hans anerkendelse kom gennem hans Nobelpris i fysik for at forklare mekanismen bag fotoelektricitet. Einstein havde konkluderet, at lys opfører sig både som en partikel og som en bølge. Denne adfærd blev kendt som dobbelt karakter af lys.

Seogså: grundlæggende naturkræfter

I 1924 var det tur til LouisiBrogliebidrage til kvantemekanik. De Broglie offentliggjorde i sin doktorafhandling, at kvantepartikler også har en bølgelængde, såvel som lys og bør derfor præsentere bølgefunktioner under visse forhold.

Den franske fysiker forudsagde, at elektroner skulle vise et interferensmønster, når de blev udsat for dobbelt spalteeksperiment, ligesom bølger gør. I 1927 blev hans hypotese bekræftet af Davisson-Germer eksperiment: blev oprettet dualitet ind i mellem bølge og stof.

Årsagen bag den dobbelte opførsel af stof forblev ukendt indtil i 1927 WernerHeisenberg udtalt et fysisk princip afledt af kvanteteoriens matematiske egenskaber. I henhold til dette princip, kendt som usikkerhedsprincip, der er par variabler, der ikke kunne måles samtidigt med fuld præcision. Disse variabler kaldes konjugerede variabler.

position og hastigheder for eksempel fysiske størrelser, der ikke kan bestemmes med fuldstændig præcision i kvanteverdenen: hvis vi med stor præcision kender hastigheden, hvormed et atom er, vi mistede fuldstændigt præcisionen i dens position, ligesom hvis vi kunne måle et atoms hastighed, kunne vi ikke fortælle, hvad dets position er i den samme øjeblikkelig.

At forstå usikkerhedsprincippet, bare tænk på, hvordan vi ser tingene: lyset fra objekter skal nå vores øjne, så denne information oversættes af vores hjerne. Med andre ord, for at vi kan se, har vi brug for det udveksle fotoner med omgivelserne. I tilfælde af atomer og partikler er dette mere alvorligt end det lyder: Forestil dig at du vil vide, hvor et atom er, at gøre det, du har brug for udsender en foton mod dig, men ved at gøre det ville atomet få fart på grund af kollisionen, så du ikke længere kunne fortælle, hvor det var. det er.

Usikkerhedsprincippet giver os derfor mulighed for at forstå lidt bedre dualitetsbølgematerialet: i kvanteverdenen fysiske størrelser opfører sig på en ikke-deterministisk måde, som om de var bølger, hvis amplituder faktisk er odds.

Seogså:Kernefysik

Kvantefysik, spiritualitet og pseudovidenskab

I dag er det blevet almindeligt at læse reklamer for kurser, mirakelkur, revolutionerende produkter, terapier ufejlbarlige, bønner for at tiltrække penge og endda helbredelsesmetoder ved hjælp af termer relateret til fysik kvante.

Det er dog nødvendigt at understrege, at der i ingen af ​​disse tilfælde er et direkte forhold til den viden, der er resultatet af forskning inden for kvantefysik. De er faktisk en misbrug, som kun blev mulig takket være uvidenhed af en stor del af befolkningen, når det kommer til moderne og nutidig fysik.

Forståelse af kvantefysik involverer mestring af en stor matematisk formalisme og en masse viden om fysik, algebra, geometri, elektrodynamik og så videre. Derfor tager det mange års studier at forstå det på en måde, der er minimalt acceptabel af akademiske standarder.

Det er også rigtigt, at mange mennesker tror, ​​at deres praksis er baseret på kvantefænomener, og det er ikke ualmindeligt at finde udtalelser fra folk, der følte sig bedre, når de gik til disse handlinger. Vi kan dog nævne grunde, der tror på effektiviteten af ​​den såkaldte kvantepraksis:

• Kvantefænomener bliver kun relevante og observerbare på atomskalaer. Efter en vis størrelse begynder alt at opføre sig i overensstemmelse med klassisk fysik, fysikken i den makroskopiske skala.

• Fordelene ved folk, der køber produkter eller begynder at udføre en slags relateret aktivitet til "kvante" kan ses i nogle eksperimenter, hvor forbedringer observeres hos patienter behandlet med placebo. Disse virkninger sker, fordi patienter tror, ​​de er bedre, og de betinger sig selv på det.

På grund af den store mangel på viden om den virkelige betydning, der er knyttet til ordet kvante, det er naturligt, at dette involverer mystik, der får os til at se det ofte brugt i de mest usandsynlige sammenhænge: motiverende foredrag, kurser i coaching kvante, kvantebønner, kvantekosmetik, kvantebehandling osv.

På trods af at de er meget forskellige, har alle disse annoncer noget til fælles: de er det pseudovidenskabelig og for det meste sigter de mod fortjeneste. Derfor kan de i nogle tilfælde kaldes kvakksalveri, hvis mål er at tilføje værdi og pålidelighed til produkter, tjenester eller almindelig told i deres essens.

Når du bemærker brugen af ​​meget abstrakte begreber i usandsynlige sammenhænge, mistillid og forsøg at søge information fra pålidelige kilder, såsom etablerede uddannelseswebsteder, sider linket til uddannelsesinstitutioner eller videnskabelige artikler. DET Information det er den eneste måde at forhindre svindel, charlatanisme og andre typer overbevisninger, der forkert bruger navnet på videnområder, der er indviet, men kun kendt af få.

Seogså:Strengteori

Bøger

Hvis du er interesseret i bedre at forstå, hvordan kvantefysik fungerer, men du er lægmand eller gerne vil høre kilder stolet på dette område af fysik, tjek nogle bøger, der kan hjælpe dig med bedre at forstå den mærkelige verden kvante:

• kvante mysteriet - Andrés Cassinello og José Luiz Sánchez Gomez

• Forstå kvanteteori: En billedbog - JP McEvoy og Oscar Zarate

• det elegante univers -Brian Greene

• Quantum Enigma: Find fysik med bevidsthed - Charles Townes

[1] Billedkreditter: Benjamin Couprie, Institut International de Physique de Solvay / Wikimedia Commons.

Af mig Rafael Helerbrock