Mis on kvantfüüsika?

THE Füüsikakvant, tuntud ka kui kvantmehaanikaon suur uurimisvaldkond, mis on pühendatud programmi analüüsimisele ja kirjeldamisele käitumine vähendatud mõõtmetega füüsikaliste süsteemide suurus, mis on lähedane mõõtmetele molekulid, aatomid ja osakesedsubatoomiline.

Kvantfüüsika kaudu oli võimalik mõista selle mehhanisme laguneb radioaktiivne, aatomite valguse kiirgusest ja neeldumisest, Röntgen, of fotoelektriline efekt, pooljuhtide elektrilised omadused jne.

Vaataka: Kaasaegne füüsika

Kvantfüüsika mannekeenidele

kui me sisse astusime aatomite ja molekulide skaala, kell makroskoopilise füüsika seadused, mis on täiesti võimelised kirjeldama kehade liikumisseisundeid, mida igapäevaselt enda ümber näeme vananenud ja teovõimetu selliste väikeste osakestega seotud füüsikaliste suuruste määramiseks.

Kvantmaailmas toimub see, et füüsikaseadusi enam pole deterministlik, see tähendab, et nad ei suuda täpselt ennustada, kus mõni objekt asub või millise kiirusega: siin pole midagi deterministlikku, kvantsüsteemidest saadud mõõtmised väljendatakse koefitsiendid.

Praegu on meil mõõtmissüsteemid, mis suudavad pakkuda meile eriti täpse täpsusega objekti asukohta. Kuid isegi kõige arenenumate tehnoloogiate korral ei suudaks me näiteks aatomi täpset asukohta kindlaks teha. Seda võimatus ei ole seotud seadme resolutsioonile või pillitöölise oskusele, aga jah kvantfüüsika olemuse juurde.

Vaataka:Osakeste füüsika standardmudel

Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)

see loodus kvantfüüsika näitas end aja jooksul tõena teadmata, pikka aega valesti aru saanud, mis lõpuks pani paljud füüsikud selle kahtluse alla panema, tõlgendama erinevaid või isegi täielikult eitama. Kuid see aitas kaasa ka mitmete müütide ja uskumuste loomisele kvantfüüsika mõiste ümber.

Ehkki see tundub „imelik“, on kvantmehaanika füüsikas üks edukamaid teooriaid, kuid selle teooria abil saavutatud tulemuste täpsus on hirmutav. Praegu nimetatakse kvantmehaanika kõige populaarsemat ja aktsepteeritumat tõlgendust Kopenhaageni tõlgendus, mille on välja töötanud teaduse mõned suurimad nimed, näiteks NielsBohr,MaksSündinud,WolfgangPauli,WernerHeisenberg ja teised.

Kopenhaageni tõlgendus konsolideeriti Solvay konverentsi käigus. [1]

Selle tõlgenduse kohaselt on kõigil kvantsüsteemidel a neid kirjeldav lainefunktsioon täielikult. See lainefunktsioon on keeruline ja virtuaalne matemaatiline avaldis (ilma oma reaalsuseta), millest on võimalik kogu selles süsteemis olev teave välja tõmmata.

Lainefunktsioonide põhjal saadud tulemused on omakorda tõenäosus, et midagi täheldatakse või leiame aatomi mingil konkreetsel energiatasandil. Sellegipoolest võib see olla tõenäosus, et aatom tekitab radioaktiivset kiirgust või et a neutron läbima lagunemise, muutudes neutroniks ja a elektron. Võimalused on tohutud.

Füüsikute väljakutse on leida süsteemile lainefunktsioon ja see pole lihtne - üks või mitu tuleb lahendada. võrrandidaastalSchrodinger, see võrrand seob energiad kineetika ja potentsiaal kvantsüsteemidest.

Vaataka:Einstein ja aatomipomm

Kvantfüüsika rakendused

Kvantfüüsika kaudu on võimalik aru saada

• valgusemissioon aatomite poolt;

• nähtused radioaktiivne lagunemine;

• - toimimine Laser, fotoelektriline efekt;

• neutronite ja prootonite vaheline külgetõmbejõud aatomituum;

• standardmudel osakeste füüsika;

• laineosakeste duaalsus;

• kõik klassikalise füüsika seadused, mida me teame (kuna üldisemalt öeldes on kvantmehaanika seadused võimelised tuletama seadustest, mis reguleerivad meie klassikalist maailma).

Laseri toimimine saadi ainult kvantmehaanikat uurides.

Päritolu

Kaasaegse kvantfüüsika tekkimine toimus 1920. aastal, kui saksa füüsik MaksPlanck õnnestus selgitada mehhanismi musta keha küsimus ja selle seos kummalise veaga tolleaegsetes arvutustes, nn ultraviolettkatastroof.

Tuleb välja, et mustad kehad, objektid, mis on võimelised absorbeerima kogu neile suunatud kiirgust, kiirgades seda uuesti soojuskiirguse kujul, ei kiirganud seda praeguse elektromagnetilise teooria kohaselt ootuspäraselt. Olukorra lahendamiseks soovitas Max Planck elektromagnetvälja energia olla kvantiseeritudehk siis jagatud väikesteks energiakimpudeks, mida hakati veidi hiljem kutsuma footonid - sina kui palju energiat.

Plancki mustkeha kiirguse tõlgendust ei aktsepteeritud (või isegi tema poolt), kuid mõni aasta hiljem Albert Einsteinkasutas sama argumenti ja õnnestus selgitada fotoelektrilist efekti.

1905. aastal avaldas Einstein rea artikleid, mis tähistasid kuupäeva kui “imelist füüsika aastat”, kuid tema tunnustus tuli tema Nobeli füüsikapreemia kaudu, selgitades selle taga olnud mehhanismi fotoelekter. Einstein oli jõudnud järeldusele, et valgus käitub nii osakese kui ka lainena. See käitumine sai tuntuks kui valguse kahekordne olemus.

Vaataka: looduse põhijõud

1924. aastal oli see kord LouisaastalBrogliepanustada kvantmehaanikasse. De Broglie avaldas doktoritöös, et kvantosakestel on ka a laine pikkus, samuti valgus ja seetõttu peaks see teatud tingimustes käituma lainega.

Prantsuse füüsik ennustas, et kahekordse piluga katse läbiviimisel peaksid elektronid näitama interferentsimustrit, täpselt nagu lained. 1927. Aastal kinnitas tema hüpoteesi Davissoni-Germeri eksperiment: loodi duaalsus vahel laine ja mateeria.

Aine kahekordse käitumise põhjus jäi teadmata, kuni 1927. aastal WernerHeisenberg välja toonud kvantteooria matemaatilistest omadustest tuletatud füüsikalise printsiibi. Selle põhimõtte kohaselt, tuntud kui määramatuse põhimõte, on paar muutujaid, mida ei olnud võimalik täppistäpsusega samaaegselt mõõta. Neid muutujaid nimetatakse konjugeeritud muutujad.

asend ja kiiruson näiteks füüsikalised suurused, mida ei saa kvantmaailmas täieliku täpsusega määrata: kui me teame suure täpsusega aatomi kiirust, me kaotasime täielikult oma asukoha täpsuse, samamoodi, kui me suudaksime mõõta aatomi kiirust, ei saaks me öelda, mis on tema asukoht samas kohene.

Määramatuse põhimõtte mõistmiseks lihtsalt mõtle sellele, kuidas me asju näeme: objektidest tulev valgus peab jõudma meie silmadesse, nii et meie aju tõlgib seda teavet. Teisisõnu, meie nägemiseks on vaja vahetada footoneid ümbrusega. Aatomite ja osakeste puhul on see tõsisem, kui see kõlab: kujutage ette, et soovite teada, kus on aatom, selleks oleks vaja kiirgaks teie poole footoni, kuid seda tehes kiirendaks aatom kokkupõrke tõttu kiirust, nii et te ei saaks enam öelda, kus see oli. see on.

Seetõttu võimaldab ebakindluse põhimõte meil duaalsuse laineainet veidi paremini mõista: kvantmaailmas füüsikalised suurused käituvad mitte-deterministlikult, nagu oleksid nad lained, mille amplituudid on tegelikult koefitsiendid.

Vaataka:Tuumafüüsika

Kvantfüüsika, vaimsus ja pseudoteadus

Tänapäeval on muutunud tavaliseks lugeda kursuste, imeravimite, revolutsiooniliste toodete, teraapiate reklaame eksimatud, raha meelitamise palved ja isegi ravimeetodid, kasutades füüsikaga seotud termineid kvant.

Siiski on vaja rõhutada, et ühelgi neist juhtudest ei ole otsest seost kvantfüüsika uuringutest tulenevate teadmistega. Nad on tegelikult a omastamine, mis sai võimalikuks ainult tänu teadmatus suure osa elanikkonnast, kui rääkida moodsast ja kaasaegsest füüsikast.

Kvantfüüsika mõistmine hõlmab suure valdamist matemaatiline formalism ning palju teadmisi füüsikast, algebrast, geomeetriast, elektrodünaamikast ja nii edasi. Seetõttu võtab selle mõistmine akadeemiliste standardite järgi minimaalselt vastuvõetaval viisil mitu aastat õppimist.

Samuti on tõsi, et paljud inimesed usuvad, et nende tavad põhinevad kvantnähtusedja pole haruldane, et leitakse iseloomustusi inimestelt, kes tundsid end nende toimingute kasutamisel paremini. Siiski võime tuua põhjused, mis halvustavad nn kvantpraktika tõhusust:

• Kvantnähtused muutuvad asjakohaseks ja vaadeldavaks ainult aatomiskaalal. Pärast teatud suurust hakkab kõik käituma kooskõlas klassikalise füüsikaga, makroskoopilise skaala füüsikaga.

• Kasu, mida kogevad inimesed, kes ostavad tooteid või alustavad mingit tüüpi seotud tegevust "kvantini" võib näha mõnes katses, milles täheldati paranemist patsientidel, keda raviti platseebo. Need mõjud ilmnevad seetõttu, et patsiendid usuvad, et nad on paremad, ja nad sõltuvad sellest.

Sõna tegeliku tähenduse kohta teadmiste puudumise tõttu kvant, on loomulik, et see kaasab müstika, pannes meid nägema, et seda kasutatakse sageli kõige ebatõenäolisemates kontekstides: motiveerivad loengud, kursused juhendamine kvant, kvantpalved, kvantkosmeetika, kvantravimid jne.

Hoolimata sellest, et need reklaamid on väga erinevad, on kõigil neil reklaamidel midagi ühist: nad on pseudoteaduslik ja enamasti on nende eesmärk kasum. Seetõttu võib neid mõnel juhul nimetada vutiks, mille eesmärk on lisaväärtus ja usaldusväärsus toodete, teenuste või tavade suhtes.

Kui märkate väga abstraktsete mõistete kasutamist ebatõenäolistes kontekstides, usaldamatus ja proovige otsida teavet usaldusväärsetest allikatest, näiteks väljakujunenud haridusveebisaitidelt, haridusasutustega seotud lehtedelt või teadusartiklitest. THE teavet see on ainus viis ennetada petuskeeme, šarlatanismi ja muud tüüpi uskumusi, mis vääralt kasutavad teadmisvaldkondade nime, mis on pühitsetud, kuid mida vähesed teavad.

Vaataka:Keelpilliteooria

Raamatud

Kui olete huvitatud kvantfüüsika toimimise paremast mõistmisest, kuid olete võhik või soovite teada saada allikatest selles füüsika valdkonnas usaldatud, vaadake mõnda raamatut, mis aitavad teil kummalist maailma paremini mõista kvant:

• kvantmüsteerium - Andrés Cassinello ja José Luiz Sánchez Gomez

• Kvantteooria mõistmine: pildiraamat - JP McEvoy ja Oscar Zarate

• elegantne universum -Brian Greene

• Kvantmõistatus: füüsika leidmine teadvusega - Charles Townes

[1] Pildikrediidid: Benjamin Couprie, Instituut International de Physique de Solvay / Wikimedia Commons.

Minu poolt. Rafael Helerbrock