Che cos'è la fisica quantistica?

IL Fisicaquantistica, conosciuto anche come meccanica quantistica, è un'ampia area di studio dedicata all'analisi e alla descrizione del comportamento di sistemi fisici di dimensioni ridotte, prossime alle dimensioni di molecole, atomi e particellesubatomico.

Attraverso la fisica quantistica, è stato possibile comprendere i meccanismi di decade radioattivo, dall'emissione e dall'assorbimento della luce da parte degli atomi, dalla produzione di Raggi X, di effetto fotoelettrico, proprietà elettriche dei semiconduttori, ecc.

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Fisica quantistica per manichini

quando siamo entrati nel scala di atomi e molecole, a leggi della fisica macroscopica, perfettamente in grado di descrivere gli stati di movimento dei corpi che quotidianamente vediamo intorno a noi, diventano obsoleto e incapace per determinare qualsiasi quantità fisica relativa a tali minuscole particelle.

Quello che succede nel mondo quantistico è che le leggi della fisica non esistono più deterministico, cioè non sono in grado di prevedere esattamente dove si trova un oggetto, né a quale velocità: nulla qui è deterministico, le misurazioni ottenute dai sistemi quantistici sono espresse

probabilità.

Attualmente disponiamo di sistemi di misurazione in grado di fornirci la posizione di un oggetto con una precisione estremamente accurata. Tuttavia, anche con le tecnologie più avanzate, non saremmo in grado di determinare l'esatta posizione di un atomo, per esempio. Quella impossibilità non è relazionato alla risoluzione di un dispositivo o all'abilità di un lavoratore dello strumento, ma sì alla natura stessa della fisica quantistica.

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Questo natura della fisica quantistica si è mostrata nel tempo come un vero sconosciuto, per lungo tempo frainteso, che ha finito per portare molti fisici a metterlo in discussione, a dargli interpretazioni diverse o addirittura a negarlo completamente. Tuttavia, ha anche contribuito alla creazione di numerosi miti e credenze attorno al concetto di fisica quantistica.

Nonostante sembri “strana”, la meccanica quantistica è una delle teorie della fisica di maggior successo, la precisione dei risultati raggiunti da questa teoria è spaventosa. Attualmente si chiama l'interpretazione più popolare e accettata della meccanica quantistica Interpretazione di Copenaghen, sviluppato da alcuni dei più grandi nomi della scienza, come Nielsbohr,MaxNato,WolfgangPaolo,WernerHeisenberg e altri.

L'interpretazione di Copenaghen è stata consolidata durante la conferenza Solvay. [1]

Secondo questa interpretazione, tutti i sistemi quantistici hanno a funzione d'onda che li descrive completamente. Questa funzione d'onda è un'espressione matematica complessa e virtuale (senza una propria realtà), dalla quale è possibile estrarre tutte le informazioni in questo sistema.

I risultati ottenuti in base alle funzioni d'onda, a loro volta, sono le probabilità che si osservi qualcosa o che troviamo un atomo a un certo livello di energia. Tuttavia, possono essere le probabilità che un atomo emetta un'emissione radioattiva, o che a neutrone subiscono un decadimento, trasformandosi in un neutrone e a elettrone. Le possibilità sono enormi.

La sfida per i fisici è trovare la funzione d'onda per il sistema, e non è facile: uno o più devono essere risolti. equazioninelSchrödinger, questa equazione mette in relazione le energie cinetica e potenziale dei sistemi quantistici.

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Applicazioni di fisica quantistica

Attraverso la fisica quantistica, è possibile capire

• emissioni luminose degli atomi;

• i fenomeni di decadimento radioattivo;

• il funzionamento di Laser, l'effetto fotoelettrico;

• l'attrazione tra neutroni e protoni in nucleo atomico;

• il modello standard di fisica delle particelle;

• la dualità onda-particella;

• tutte le leggi della fisica classica che conosciamo (poiché, essendo più generali, le leggi della meccanica quantistica possono derivare dalle leggi che governano il nostro mondo classico).

Il funzionamento del laser è stato ottenuto solo studiando la meccanica quantistica.

Origine

L'emergere della moderna fisica quantistica ebbe luogo nel 1920, quando il fisico tedesco MaxPlanck riuscito a spiegare il meccanismo di problema del corpo nero e la sua relazione con un bizzarro errore di calcolo dell'epoca, chiamato catastrofe ultravioletta.

Si scopre che il corpi neri, oggetti capaci di assorbire tutta la radiazione che viene loro diretta, riemettendola sotto forma di radiazione termica, non la emettevano nel modo previsto dall'attuale teoria elettromagnetica. Per risolvere la situazione, Max Planck suggerì che l'energia del campo elettromagnetico fosse quantizzato, cioè suddivisa in piccoli fasci di energia, che, di lì a poco, verrebbe chiamata fotoni - voi quanta energia.

L'interpretazione di Planck della radiazione del corpo nero non fu ben accettata (o anche da lui), tuttavia, pochi anni dopo, Albert Einsteinutilizzò lo stesso argomento e riuscì a spiegare l'effetto fotoelettrico.

Nel 1905, Einstein pubblicò una serie di articoli che segnavano la data come "l'anno miracoloso della fisica", ma il il suo plauso è arrivato attraverso il suo Premio Nobel per la Fisica, per aver spiegato il meccanismo alla base del fotoelettricità. Einstein aveva concluso che la luce si comporta sia come particella che come onda. Questo comportamento divenne noto come duplice natura della luce.

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Nel 1924 fu la volta di LouisnelBrogliecontribuire alla meccanica quantistica. De Broglie pubblicò nella sua tesi di dottorato che anche le particelle quantistiche hanno una lunghezza d'onda, così come la luce e, quindi, dovrebbe presentare un comportamento ondulatorio in determinate condizioni.

Il fisico francese ha predetto che gli elettroni dovrebbero mostrare uno schema di interferenza quando sottoposti all'esperimento della doppia fenditura, proprio come fanno le onde. Nel 1927 la sua ipotesi fu confermata dal Esperimento Davisson-Germer: è stato istituito il dualità nel mezzo onda e materia.

La ragione del duplice comportamento della materia rimase sconosciuta finché, nel 1927, WernerHeisenberg enunciato un principio fisico derivato dalle proprietà matematiche della teoria dei quanti. Secondo questo principio, noto come principio di indeterminazione, ci sono coppie di variabili che non possono essere misurate simultaneamente con piena precisione. Queste variabili sono chiamate variabili coniugate.

posizione e velocità, ad esempio, sono quantità fisiche che non possono essere determinate con assoluta precisione nel mondo quantistico: se conosciamo con grande precisione la velocità con cui si trova un atomo, abbiamo perso completamente la precisione nella sua posizione, allo stesso modo, se potessimo misurare la velocità di un atomo, non potremmo dire quale sia la sua posizione in quello stesso immediato.

Per comprendere il principio di indeterminazione, basta pensa a come vediamo le cose: la luce emanata dagli oggetti deve raggiungere i nostri occhi, affinché questa informazione venga tradotta dal nostro cervello. In altre parole, per vedere, abbiamo bisogno scambiare fotoni con l'ambiente circostante. Nel caso di atomi e particelle, questo è più serio di quanto sembri: immagina di voler sapere dove si trova un atomo, per farlo ti servirebbe emetterà un fotone verso di te, ma così facendo l'atomo prenderebbe velocità a causa della collisione, quindi non saresti più in grado di dire dove si trovasse. è.

Pertanto, il principio di indeterminazione ci permette di capire un po' meglio la materia d'onda dualità: nel mondo quantistico, la grandezze fisiche si comportano in modo non deterministico, come se fossero onde, le cui ampiezze sono, infatti, probabilità.

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Fisica quantistica, spiritualità e pseudoscienza

Oggigiorno è diventato comune leggere pubblicità di corsi, cure miracolose, prodotti rivoluzionari, terapie infallibili, preghiere per attirare denaro e persino metodi di guarigione usando termini relativi alla fisica quantistico.

Tuttavia, è necessario sottolineare che in nessuno di questi casi esiste un rapporto diretto con le conoscenze scaturite dalla ricerca in fisica quantistica. Sono, infatti, a appropriazione indebita, che è stato reso possibile solo grazie a ignoranza di gran parte della popolazione, quando si parla di Fisica moderna e contemporanea.

Comprendere la fisica quantistica implica padroneggiare un grande formalismo matematico e molta conoscenza di Fisica, Algebra, Geometria, Elettrodinamica e così via. Pertanto, ci vogliono molti anni di studio per capirlo in un modo che sia minimamente accettabile per gli standard accademici.

È anche vero che molte persone credono che le loro pratiche siano basate su fenomeni quantistici, e non è raro trovare testimonianze di persone che si sono sentite meglio quando hanno fatto ricorso a queste azioni. Tuttavia, possiamo citare ragioni che smentiscono l'efficacia delle cosiddette pratiche quantistiche:

• I fenomeni quantistici diventano rilevanti e osservabili solo su scale atomiche. Dopo una certa dimensione, tutto inizia a comportarsi secondo la fisica classica, la fisica della scala macroscopica.

• I benefici sperimentati dalle persone che acquistano prodotti o iniziano a svolgere qualche tipo di attività correlata a "quantistico" può essere visto in alcuni esperimenti, in cui si osservano miglioramenti in pazienti trattati con placebo. Questi effetti si verificano perché i pazienti credono di essere migliori e se ne condizionano.

A causa della grande mancanza di conoscenza del vero significato attribuito alla parola quantistica, è naturale che questo coinvolga misticismo, facendocelo vedere frequentemente utilizzato nei contesti più improbabili: lezioni motivazionali, corsi di istruire quantistica, preghiere quantistiche, cosmetici quantistici, cure quantistiche, ecc.

Nonostante siano molto diversi, tutti questi annunci hanno qualcosa in comune: sono pseudoscientifico e, per la maggior parte, mirano al profitto. Pertanto, in alcuni casi, possono essere chiamati ciarlataneria, il cui scopo è quello di valore aggiunto e affidabilità a prodotti, servizi o consuetudini ordinarie nella loro essenza.

Quando noti l'uso di concetti molto astratti in contesti improbabili, diffidenza e cercare di cercare informazioni da fonti affidabili, come siti Web educativi affermati, pagine collegate a istituzioni educative o articoli scientifici. IL informazione è l'unico modo per prevenire truffe, ciarlatanerie e altri tipi di credenze che usano, impropriamente, il nome di aree del sapere consacrate ma conosciute da pochi.

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Libri

Se sei interessato a capire meglio come funziona la fisica quantistica, ma sei un laico, o desideri consultare le fonti fidati in questo settore della fisica, dai un'occhiata ad alcuni libri che possono aiutarti a capire meglio lo strano mondo quantico:

• il mistero quantistico - Andrés Cassinello e José Luiz Sánchez Gomez

• Comprensione della teoria quantistica: un libro illustrato - JP McEvoy e Oscar Zarate

• l'universo elegante -Brian Greene

• L'enigma quantistico: trovare la fisica con la coscienza - Charles Townes

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

Di Me. Rafael Helerbrock

Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-fisica-quantica.htm