Was ist Quantenphysik?

DAS PhysikQuanten, auch bekannt als Quantenmechanik, ist ein großes Studiengebiet, das sich der Analyse und Beschreibung der Verhalten von physikalischen Systemen mit reduzierten Abmessungen, nahe der Größe von Moleküle, Atome und Partikelsubatomar.

Durch die Quantenphysik war es möglich, die Mechanismen von zerfällt radioaktiv, aus der Emission und Absorption von Licht durch Atome, aus der Produktion von Röntgen, von photoelektrischer Effekt, elektrische Eigenschaften von Halbleitern usw.

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Quantenphysik für Dummies

als wir die betraten Skala von Atomen und Molekülen, beim Gesetze der makroskopischen Physik, die durchaus in der Lage sind, die Bewegungszustände der Körper, die wir täglich um uns herum sehen, zu beschreiben, werden zu veraltet und unfähig um physikalische Größen zu bestimmen, die sich auf solche winzigen Teilchen beziehen.

Was in der Quantenwelt passiert, ist, dass die Gesetze der Physik nicht mehr gelten deterministisch, das heißt, sie können nicht genau vorhersagen, wo sich ein Objekt befindet oder mit welcher Geschwindigkeit: Nichts hier ist deterministisch, Messungen von Quantensystemen werden ausgedrückt in

Chancen.

Derzeit verfügen wir über Messsysteme, die uns die Position eines Objekts mit äußerster Präzision liefern können. Aber selbst mit den fortschrittlichsten Technologien könnten wir beispielsweise die genaue Position eines Atoms nicht bestimmen. Das Unmöglichkeit ist nicht verbunden auf die Auflösung eines Geräts oder die Fähigkeiten eines Instrumentenarbeiters, aber ja zur Natur der Quantenphysik.

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Dieses hier Natur der Quantenphysik hat sich im Laufe der Zeit als wahres Unbekannt, lange Zeit missverstanden, was viele Physiker dazu veranlasste, sie in Frage zu stellen, anders zu interpretieren oder sogar ganz zu leugnen. Es trug jedoch auch zur Entstehung mehrerer Mythen und Überzeugungen rund um das Konzept der Quantenphysik bei.

Obwohl es „seltsam“ erscheint, ist die Quantenmechanik eine der erfolgreichsten Theorien der Physik, die Genauigkeit der Ergebnisse dieser Theorie ist erschreckend. Die derzeit beliebteste und akzeptierteste Interpretation der Quantenmechanik heißt Kopenhagen-Interpretation, entwickelt von einigen der größten Namen der Wissenschaft, wie z NielsBohr,MaxGeboren,WolfgangPauli,WernerHeisenberg und andere.

Die Kopenhagener Interpretation wurde während der Solvay-Konferenz konsolidiert. [1]

Nach dieser Interpretation haben alle Quantensysteme a Wellenfunktion, die sie beschreibt vollständig. Diese Wellenfunktion ist ein komplexer und virtueller mathematischer Ausdruck (ohne eigene Realität), aus dem alle Informationen in diesem System extrahiert werden können.

Die auf der Grundlage der Wellenfunktionen erhaltenen Ergebnisse sind wiederum die Wahrscheinlichkeiten, dass etwas beobachtet wird oder wir ein Atom auf einem bestimmten Energieniveau finden. Dennoch kann es wahrscheinlich sein, dass ein Atom eine radioaktive Emission abgibt oder dass a Neutron zerfallen, verwandeln sich in ein Neutron und a Elektron. Die Möglichkeiten sind riesig.

Die Herausforderung für Physiker besteht darin, die Wellenfunktion für das System zu finden, und das ist nicht einfach – eine oder mehrere müssen gelöst werden. GleichungenimSchrödinger, diese Gleichung bezieht sich auf die Energien Kinetik und Potenzial von Quantensystemen.

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Anwendungen der Quantenphysik

Durch die Quantenphysik ist es möglich zu verstehen

• Lichtemissionen durch Atome;

• die Phänomene von radioaktiver Zerfall;

• die Funktionsweise von Laser, der photoelektrische Effekt;

• die Anziehung zwischen Neutronen und Protonen in Atomkern;

• das Standardmodell von Teilchenphysik;

• die Welle-Teilchen-Dualität;

• alle Gesetze der klassischen Physik, die wir kennen (da die Gesetze der Quantenmechanik, weil sie allgemeiner sind, aus den Gesetzen unserer klassischen Welt abgeleitet werden können).

Die Funktionsweise des Lasers wurde erst durch das Studium der Quantenmechanik erlangt.

Ursprung

Die Entstehung der modernen Quantenphysik erfolgte 1920, als der deutsche Physiker MaxPlanck gelang es, den Mechanismus von. zu erklären Problem mit dem schwarzen Körper und seine Beziehung zu einem bizarren Berechnungsfehler zu dieser Zeit, genannt ultraviolette Katastrophe.

Es stellt sich heraus, dass die schwarze Körper, Objekte, die in der Lage sind, die gesamte auf sie gerichtete Strahlung zu absorbieren und in Form von Wärmestrahlung wieder abzugeben, emittiert sie nicht wie von der aktuellen elektromagnetischen Theorie erwartet. Um die Situation zu lösen, schlug Max Planck vor, dass die Energie des elektromagnetischen Felds quantisiert, d. h. in kleine Energiebündel unterteilt, die wenig später als Photonen - Sie wie viel energie.

Plancks Interpretation der Schwarzkörperstrahlung wurde nicht gut akzeptiert (oder sogar von ihm), jedoch einige Jahre später, Albert Einsteinbenutzte das gleiche Argument und gelang es, den photoelektrischen Effekt zu erklären.

1905 veröffentlichte Einstein eine Reihe von Artikeln, die das Datum als „Wunderjahr der Physik“ bezeichneten, aber die but seinen Beifall erhielt er durch seinen Nobelpreis für Physik für die Erklärung des Mechanismus hinter dem Fotoelektrizität. Einstein hatte geschlussfolgert, dass sich Licht sowohl als Teilchen als auch als Welle verhält. Dieses Verhalten wurde als. bekannt Doppelnatur des Lichts.

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1924 war es an der Reihe LouisimBrogliezur Quantenmechanik beitragen. De Broglie veröffentlichte in seiner Doktorarbeit, dass Quantenteilchen auch a also Wellenlänge, sowie Licht und sollten daher unter bestimmten Bedingungen ein Wellenverhalten aufweisen.

Der französische Physiker sagte voraus, dass Elektronen beim Doppelspaltexperiment ein Interferenzmuster zeigen sollten, genau wie Wellen. 1927 wurde seine Hypothese von der Davisson-Germer-Experiment: wurde gegründet Dualität zwischen Welle und Materie.

Der Grund für das duale Verhalten der Materie blieb bis 1927 unbekannt. WernerHeisenberg formulierte ein physikalisches Prinzip, das aus den mathematischen Eigenschaften der Quantentheorie abgeleitet wurde. Nach diesem Prinzip, bekannt als Unschärferelation, gibt es Variablenpaare, die nicht gleichzeitig mit voller Genauigkeit gemessen werden können. Diese Variablen heißen Variablen konjugieren.

Position und Geschwindigkeit, zum Beispiel, sind physikalische Größen, die in der Quantenwelt nicht mit absoluter Genauigkeit bestimmt werden können: Wenn wir mit großer Genauigkeit wissen, mit welcher Geschwindigkeit sich ein Atom bewegt, Wir haben die Genauigkeit seiner Position vollständig verloren. Wenn wir die Geschwindigkeit eines Atoms messen könnten, könnten wir nicht sagen, wo seine Position ist sofortig.

Um das Unschärfeprinzip zu verstehen, einfach, denk darüber nach, wie wir die Dinge sehen: Das von Objekten ausgehende Licht muss unsere Augen erreichen, damit diese Informationen von unserem Gehirn übersetzt werden. Mit anderen Worten, damit wir sehen können, brauchen wir Photonen mit der Umgebung austauschen. Bei Atomen und Teilchen ist das ernster als es klingt: Stellen Sie sich vor, Sie möchten wissen, wo sich ein Atom befindet, dazu müssten Sie das tun ein Photon auf dich zu emittieren, aber dabei würde das Atom durch die Kollision schneller werden, sodass du nicht mehr sagen könntest, wo es sich befindet. es ist.

Daher erlaubt uns das Unschärfeprinzip, die Dualitätswellenmaterie ein wenig besser zu verstehen: In der Quantenwelt ist die physikalische Größen verhalten sich nicht deterministisch, als wären sie Wellen, deren Amplituden tatsächlich Chancen.

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Quantenphysik, Spiritualität und Pseudowissenschaft

Heutzutage ist es üblich, Anzeigen für Kurse, Wunderheilungen, revolutionäre Produkte, Therapien zu lesen Unfehlbarkeiten, Gebete, um Geld anzuziehen, und sogar Heilmethoden mit Begriffen aus der Physik Quantum.

Es muss jedoch betont werden, dass in keinem dieser Fälle ein direkter Zusammenhang mit den Erkenntnissen besteht, die aus der Forschung in der Quantenphysik hervorgegangen sind. Sie sind in der Tat a Veruntreuung, was nur möglich wurde dank Ignoranz eines großen Teils der Bevölkerung, wenn es um moderne und zeitgenössische Physik geht.

Um die Quantenphysik zu verstehen, muss man ein großes mathematischer Formalismus und viel Wissen in Physik, Algebra, Geometrie, Elektrodynamik und so weiter. Daher braucht es viele Jahre des Studiums, um es so zu verstehen, dass es für akademische Standards minimal akzeptabel ist.

Es stimmt auch, dass viele Menschen glauben, dass ihre Praktiken auf Quantenphänomene, und es ist nicht ungewöhnlich, Erfahrungsberichte von Menschen zu finden, die sich besser fühlten, als sie auf diese Maßnahmen zurückgriffen. Wir können jedoch Gründe anführen, die die Wirksamkeit der sogenannten Quantenpraktiken widerlegen:

• Quantenphänomene werden erst auf atomarer Skala relevant und beobachtbar. Ab einer gewissen Größe verhält sich alles nach klassischer Physik, der Physik der makroskopischen Skala.

• Die Vorteile, die Menschen erfahren, die Produkte kaufen oder damit beginnen, eine Art von verwandter Aktivität auszuführen zu "Quantum" ist in einigen Experimenten zu sehen, bei denen Verbesserungen bei Patienten beobachtet werden, die mit. behandelt wurden Placebo. Diese Effekte treten auf, weil die Patienten glauben, dass es ihnen besser geht, und sie konditionieren sich darauf.

Aufgrund des großen Mangels an Wissen über die wahre Bedeutung des Wortes Quantum, das gehört natürlich dazu Mystik, was dazu führt, dass es häufig in den unwahrscheinlichsten Kontexten verwendet wird: Motivationsvorträge, Kurse von Coaching Quanten, Quantengebete, Quantenkosmetik, Quantenkuren usw.

Obwohl sie sehr unterschiedlich sind, haben alle diese Anzeigen eines gemeinsam: Sie sind pseudowissenschaftlich und zum größten Teil sind sie gewinnorientiert. Daher können sie in einigen Fällen als Quacksalberei bezeichnet werden, deren Ziel es ist, Mehrwert und Zuverlässigkeit auf Produkte, Dienstleistungen oder gewöhnliche Gepflogenheiten in ihrem Wesen.

Wenn Sie die Verwendung sehr abstrakter Konzepte in unwahrscheinlichen Kontexten bemerken, Misstrauen und versuchen Sie, Informationen aus zuverlässigen Quellen wie etablierten Bildungs-Websites, mit Bildungseinrichtungen verlinkten Seiten oder wissenschaftlichen Artikeln zu suchen. DAS Information es ist die einzige Möglichkeit, Betrug, Scharlatanerie und andere Arten von Überzeugungen zu verhindern, die in unzulässiger Weise den Namen von Wissensgebieten verwenden, die geweiht sind, aber nur wenigen bekannt sind.

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Bücher

Wenn Sie daran interessiert sind, die Funktionsweise der Quantenphysik besser zu verstehen, aber Laie sind oder Quellen konsultieren möchten Vertrauen in diesem Bereich der Physik, lesen Sie einige Bücher, die Ihnen helfen können, die fremde Welt besser zu verstehen Quantum:

• das quantengeheimnis - Andrés Cassinello und José Luiz Sánchez Gomez

• Quantentheorie verstehen: Ein Bilderbuch - JP McEvoy und Oscar Zarate

• das elegante universum -Brian Greene

• Das Quantenrätsel: Physik mit Bewusstsein finden - Charles Townes

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

Von mir. Rafael Helerbrock