Apa itu fisika kuantum?

ITU Fisikakuantum, juga dikenal sebagai mekanika kuantum, adalah area studi yang luas yang didedikasikan untuk menganalisis dan mendeskripsikan tingkah laku sistem fisik dengan dimensi tereduksi, mendekati ukuran molekul, atom dan partikelsubatomik.

Melalui fisika kuantum, dimungkinkan untuk memahami mekanisme meluruh radioaktif, dari emisi dan penyerapan cahaya oleh atom, dari produksi sinar X, dari efek fotoelektrik, sifat listrik semikonduktor, dll.

Lihatjuga: Fisika modern

Fisika Kuantum untuk Dummies

ketika kita memasuki skala atom dan molekul, di hukum fisika makroskopik, yang sangat mampu menggambarkan keadaan pergerakan tubuh yang kita lihat di sekitar kita setiap hari, menjadi usang dan tidak mampu untuk menentukan kuantitas fisik apa pun yang terkait dengan partikel kecil seperti itu.

Apa yang terjadi di dunia kuantum adalah bahwa hukum fisika tidak lagi deterministik, yaitu, mereka tidak dapat memprediksi dengan tepat di mana suatu objek berada, atau pada kecepatan apa: tidak ada yang deterministik di sini, pengukuran yang diperoleh dari sistem kuantum dinyatakan dalam

peluang.

Saat ini, kami memiliki sistem pengukuran yang mampu memberi kami posisi objek dengan presisi yang sangat akurat. Namun, bahkan dengan teknologi tercanggih sekalipun, kita tidak akan dapat menentukan posisi yang tepat dari sebuah atom, misalnya. Bahwa ketidakmungkinan tidak terkait dengan resolusi perangkat atau keterampilan pekerja instrumen, tapi ya dengan sifat fisika kuantum.

Lihatjuga:Model Standar Fisika Partikel

yang ini alam fisika kuantum telah menunjukkan dirinya dari waktu ke waktu sebagai tidak diketahui, untuk waktu yang lama disalahpahami, yang akhirnya menyebabkan banyak fisikawan mempertanyakannya, memberikan interpretasi yang berbeda atau bahkan menyangkalnya sepenuhnya. Namun, itu juga berkontribusi pada penciptaan beberapa mitos dan kepercayaan seputar konsep fisika kuantum.

Meski terkesan “aneh”, mekanika kuantum adalah salah satu teori paling sukses dalam fisika, namun ketepatan hasil yang dicapai teori ini menakutkan. Saat ini interpretasi mekanika kuantum yang paling populer dan diterima disebut interpretasi Kopenhagen, dikembangkan oleh beberapa nama besar dalam sains, seperti NielsBohr,MaksLahir,Wolfgangpauli,WernerHeisenberg dan lain-lain.

Penafsiran Kopenhagen dikonsolidasikan selama konferensi Solvay. [1]

Menurut interpretasi ini, semua sistem kuantum memiliki fungsi gelombang yang menjelaskannya sama sekali. Fungsi gelombang ini adalah ekspresi matematika yang kompleks dan virtual (tanpa realitasnya sendiri), yang darinya dimungkinkan untuk mengekstrak semua informasi dalam sistem ini.

Hasil yang diperoleh berdasarkan fungsi gelombang, pada gilirannya, adalah probabilitas bahwa sesuatu diamati atau kita menemukan atom pada tingkat energi tertentu. Namun, itu bisa menjadi probabilitas bahwa sebuah atom membuat emisi radioaktif, atau bahwa a neutron mengalami peluruhan, berubah menjadi neutron dan a elektron. Kemungkinannya sangat besar.

Tantangan bagi fisikawan adalah menemukan fungsi gelombang untuk sistem, dan itu tidak mudah — satu atau lebih perlu dipecahkan. persamaandiSchrödinger, persamaan ini menghubungkan energi kinetika dan potensi dari sistem kuantum.

Lihatjuga:Einstein dan bom atom

Aplikasi Fisika Kuantum

Melalui fisika kuantum, adalah mungkin untuk memahami

• emisi cahaya oleh atom;

• fenomena dari peluruhan radioaktif;

• berfungsinya Laser, efek fotolistrik;

• gaya tarik-menarik antara neutron dan proton dalam inti atom;

• model standar dari fisika partikel;

• dualitas gelombang-partikel;

• semua hukum fisika klasik yang kita ketahui (karena, dengan menjadi lebih umum, hukum mekanika kuantum dapat diturunkan dari hukum yang mengatur dunia klasik kita).

Fungsi laser hanya diperoleh dengan mempelajari mekanika kuantum.

Asal

Kemunculan fisika kuantum modern terjadi pada tahun 1920, ketika fisikawan Jerman MaksPlanck berhasil menjelaskan mekanisme masalah tubuh hitam dan hubungannya dengan kesalahan aneh dalam perhitungan pada saat itu, yang disebut bencana ultraviolet.

Ternyata tubuh hitam, benda yang mampu menyerap semua radiasi yang diarahkan padanya, memancarkannya kembali dalam bentuk radiasi termal, tidak memancarkannya seperti yang diharapkan oleh teori elektromagnetik saat ini. Untuk mengatasi situasi tersebut, Max Planck menyarankan agar energi medan elektromagnetik menjadi terkuantisasi, yaitu, dibagi lagi menjadi kumpulan kecil energi, yang, beberapa saat kemudian, akan disebut foton - kamu berapa banyak energi.

Interpretasi Planck tentang radiasi benda hitam tidak diterima dengan baik (atau bahkan olehnya), namun, beberapa tahun kemudian, Albert Einsteinmenggunakan argumen yang sama dan berhasil menjelaskan efek fotolistrik.

Pada tahun 1905, Einstein menerbitkan serangkaian artikel yang menandai tanggal tersebut sebagai "tahun ajaib fisika", tetapi pujiannya datang melalui Hadiah Nobel dalam Fisika, untuk menjelaskan mekanisme di balik fotolistrik. Einstein telah menyimpulkan bahwa cahaya berperilaku baik sebagai partikel dan gelombang. Perilaku ini kemudian dikenal sebagai sifat ganda cahaya.

Lihatjuga: kekuatan dasar alam

Pada tahun 1924 giliran LouisdiBroglieberkontribusi pada mekanika kuantum. De Broglie menerbitkan, dalam tesis doktornya, bahwa partikel kuantum juga memiliki panjang gelombang, serta cahaya dan, oleh karena itu, harus menyajikan perilaku gelombang dalam kondisi tertentu.

Fisikawan Prancis meramalkan bahwa elektron harus menunjukkan pola interferensi ketika mengalami eksperimen celah ganda, seperti halnya gelombang. Pada tahun 1927, hipotesisnya dikonfirmasi oleh Eksperimen Davisson-Germer: didirikan dualitas diantara gelombang dan materi.

Alasan di balik perilaku ganda materi tetap tidak diketahui sampai, pada tahun 1927, WernerHeisenberg mengucapkan prinsip fisika yang diturunkan dari sifat matematika teori kuantum. Menurut prinsip ini, yang dikenal sebagai prinsip ketidakpastian, ada pasangan variabel yang tidak dapat diukur secara bersamaan dengan presisi penuh. Variabel ini disebut variabel konjugasi.

posisi dan kecepatan, misalnya, adalah kuantitas fisik yang tidak dapat ditentukan dengan presisi lengkap di dunia kuantum: jika kita tahu dengan presisi tinggi kecepatan sebuah atom, kita benar-benar kehilangan presisi dalam posisinya, sama halnya, jika kita dapat mengukur kecepatan sebuah atom, kita tidak dapat mengetahui apa posisinya dalam posisi yang sama. instan.

Untuk memahami prinsip ketidakpastian, cukup pikirkan tentang bagaimana kita melihat sesuatu: cahaya yang memancar dari benda harus sampai ke mata kita, agar informasi ini diterjemahkan oleh otak kita. Dengan kata lain, bagi kita untuk melihat, kita perlu bertukar foton dengan lingkungan. Dalam kasus atom dan partikel, ini lebih serius daripada kedengarannya: bayangkan Anda ingin tahu di mana sebuah atom, untuk melakukan itu Anda perlu memancarkan foton ke arah Anda, tetapi dengan melakukan itu, atom akan bertambah cepat karena tumbukan, sehingga Anda tidak akan dapat mengetahui lagi di mana ia berada. ini.

Oleh karena itu, prinsip ketidakpastian memungkinkan kita untuk memahami sedikit lebih baik materi gelombang dualitas: di dunia kuantum, kuantitas fisik berperilaku dengan cara yang non-deterministik, seolah-olah mereka adalah gelombang, yang amplitudonya, pada kenyataannya, peluang.

Lihatjuga:Fisika nuklir

Fisika Kuantum, Spiritualitas, dan Pseudosains

Saat ini, telah menjadi umum untuk membaca iklan untuk kursus, obat ajaib, produk revolusioner, terapi kesempurnaan, doa untuk menarik uang, dan bahkan metode penyembuhan menggunakan istilah yang berkaitan dengan fisika kuantum.

Namun, perlu ditekankan bahwa tidak satu pun dari kasus ini yang memiliki hubungan langsung dengan pengetahuan yang dihasilkan dari penelitian dalam fisika kuantum. Mereka sebenarnya adalah penyalahgunaan, yang hanya dimungkinkan berkat ketidakpedulian sebagian besar populasi, ketika datang ke Fisika modern dan kontemporer.

Memahami fisika kuantum melibatkan penguasaan besar formalisme matematika dan banyak pengetahuan tentang Fisika, Aljabar, Geometri, Elektrodinamika dan sebagainya. Oleh karena itu, diperlukan studi bertahun-tahun untuk memahaminya dengan cara yang minimal dapat diterima oleh standar akademik.

Juga benar bahwa banyak orang percaya bahwa praktik mereka didasarkan pada fenomena kuantum, dan tidak jarang menemukan testimonial dari orang-orang yang merasa lebih baik saat melakukan tindakan ini. Namun, kita dapat mengutip alasan yang menyangkal keefektifan dari apa yang disebut praktik kuantum:

• Fenomena kuantum hanya menjadi relevan dan dapat diamati pada skala atom. Setelah ukuran tertentu, semuanya mulai berperilaku sesuai dengan fisika klasik, fisika skala makroskopik.

• Manfaat yang dialami oleh orang yang membeli produk atau mulai melakukan beberapa jenis aktivitas terkait untuk "kuantum" dapat dilihat dalam beberapa percobaan, di mana perbaikan diamati pada pasien yang diobati dengan plasebo. Efek ini terjadi karena pasien percaya bahwa mereka lebih baik, dan mereka mengkondisikan diri mereka di atasnya.

Karena kurangnya pengetahuan tentang arti sebenarnya yang melekat pada kata kuantum, itu wajar untuk melibatkan tasawuf, menyebabkan kita melihatnya sering digunakan dalam konteks yang paling tidak mungkin: kuliah motivasi, kursus pelatihan kuantum, doa kuantum, kosmetik kuantum, penyembuhan kuantum, dll.

Meskipun sangat berbeda, semua iklan ini memiliki kesamaan: yaitu ilmu semu dan, sebagian besar, mereka bertujuan untuk mendapatkan keuntungan. Oleh karena itu, dalam beberapa kasus, mereka dapat disebut perdukunan, yang tujuannya adalah untuk menambah nilai dan keandalan untuk produk, layanan atau kebiasaan biasa pada dasarnya.

Ketika Anda memperhatikan penggunaan konsep yang sangat abstrak dalam konteks yang tidak mungkin, ketidakpercayaan dan mencari informasi dari sumber yang dapat dipercaya, seperti situs web pendidikan yang mapan, halaman yang terhubung dengan lembaga pendidikan, atau artikel ilmiah. ITU informasi itu adalah satu-satunya cara untuk mencegah penipuan, penipu dan jenis kepercayaan lain yang menggunakan, secara tidak benar, nama bidang pengetahuan yang disucikan tetapi diketahui oleh sedikit orang.

Lihatjuga:teori string

Buku

Jika Anda tertarik untuk lebih memahami cara kerja fisika kuantum, tetapi Anda orang awam, atau ingin berkonsultasi dengan sumber tepercaya di bidang Fisika ini, lihat beberapa buku yang dapat membantu Anda lebih memahami dunia yang aneh kuantum:

• misteri kuantum - Andrés Cassinello dan José Luiz Sánchez Gomez

• Memahami Teori Kuantum: Buku Bergambar - JP McEvoy dan Oscar Zarate

• alam semesta yang elegan -Brian Greene

• The Quantum Enigma: Menemukan Fisika dengan Kesadaran - Charles Townes Town

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

Oleh Saya. Rafael Helerbrock

Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-fisica-quantica.htm