מהי פיזיקה קוונטית?

ה פיזיקהקוונטית, מוכר גם בשם מכניקה קוואנטית, הוא שטח לימוד גדול המוקדש לניתוח ותיאור ה- התנהגות של מערכות פיסיקליות במידות מופחתות, קרוב לגדלים של מולקולות, אטומים ו חלקיקיםתת אטומי.

באמצעות פיזיקה קוונטית ניתן היה להבין את המנגנונים של מתפורר רדיואקטיבי, מפליטת וספיגת האור על ידי אטומים, מייצור צילום רנטגן, של אפקט פוטואלקטרי, תכונות חשמליות של מוליכים למחצה וכו '.

תראהגַם: פיזיקה מודרנית

פיזיקה קוונטית לבובות

כשנכנסנו ל סולם של אטומים ומולקולות, בשעה חוקי הפיזיקה המקרוסקופית, המסוגלים לחלוטין לתאר את מצבי התנועה של גופים שאנו רואים סביבנו על בסיס יומיומי, הופכים להיות מיושן ולא מסוגל כדי לקבוע כמויות פיזיקליות הקשורות לחלקיקים זעירים כאלה.

מה שקורה בעולם הקוונטים הוא שחוקי הפיזיקה כבר אינם דטרמיניסטי, כלומר, הם אינם מסוגלים לחזות בדיוק היכן נמצא אובייקט כלשהו, ​​או באיזו מהירות: שום דבר כאן אינו דטרמיניסטי, מדידות המתקבלות ממערכות קוונטיות מתבטאות ב קְטָטָה.

נכון לעכשיו, יש לנו מערכות מדידה המסוגלות לספק לנו מיקום של אובייקט בדיוק מדויק ביותר. עם זאת, אפילו בטכנולוגיות המתקדמות ביותר, לא נוכל לקבוע את מיקומו המדויק של אטום, למשל. זֶה

אִי אֶפְשָׁרוּת לא קָשׁוּר לרזולוציה של מכשיר או מיומנות של עובד מכשיר, אבל כן לאופי הטבע של הפיזיקה הקוונטית.

תראהגַם:מודל סטנדרטי לפיזיקת חלקיקים

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

זֶה טֶבַע של פיזיקת הקוונטים מראה את עצמו לאורך זמן כנכון לא ידוע, במשך תקופה ארוכה שלא הובנו כראוי, מה שהוביל בסופו של דבר לפיזיקאים רבים להטיל ספק בכך, לתת לו פרשנויות שונות או אפילו להכחיש זאת לחלוטין. עם זאת, זה תרם גם ליצירת מספר מיתוסים ואמונות סביב מושג הפיזיקה הקוונטית.

למרות שזה נראה "מוזר", מכניקת הקוונטים היא אחת התיאוריות המצליחות ביותר של הפיזיקה, אך הדיוק בתוצאות שהשיגו תיאוריה זו מפחיד. נכון לעכשיו נקראת הפרשנות הפופולרית והמקובלת ביותר של מכניקת הקוונטים פרשנות קופנהגן, שפותחה על ידי כמה מהשמות הגדולים ביותר במדע, כגון נילסבוהר,מקסימוםנוֹלָד,וולפגנגפאולי,ורנרהייזנברג ואחרים.

הפרשנות של קופנהגן אוחדה במהלך ועידת סולוויי. [1]

על פי פרשנות זו, לכל מערכות הקוונטים יש פונקציית גל המתארת ​​אותם לַחֲלוּטִין. פונקציית גל זו היא ביטוי מתמטי מורכב ווירטואלי (ללא מציאות משלו), שממנו ניתן לחלץ את כל המידע במערכת זו.

התוצאות שהתקבלו על סמך פונקציות הגל, בתורן, עוסקות בהסתברות שמשהו נצפה או שנמצא אטום ברמת אנרגיה ספציפית כלשהי. ובכל זאת, סביר להניח שאטום יוצר פליטה רדיואקטיבית, או ש- נֵיטרוֹן עוברים ריקבון, הופכים לנויטרונים ו אֶלֶקטרוֹן. האפשרויות עצומות.

האתגר של הפיזיקאים הוא למצוא את פונקציית הגלים למערכת, וזה לא קל - צריך לפתור אחד או יותר. משוואותבשרודינגר, משוואה זו מתייחסת לאנרגיות קינטיקה ו פוטנציאל של מערכות קוונטיות.

תראהגַם:איינשטיין ופצצת האטום

יישומים לפיזיקה קוונטית

באמצעות פיזיקה קוונטית אפשר להבין

• פליטת אור על ידי אטומים;

• התופעות של ריקבון רדיואקטיבי;

• התפקוד של לייזר, האפקט הפוטואלקטרי;

• המשיכה בין נויטרונים לפרוטונים ב גרעין אטומי;

• המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים;

• הדואליות של חלקיקי הגל;

• את כל חוקי הפיזיקה הקלאסית שאנו מכירים (מכיוון שהחוקים של מכניקת הקוונטים מסוגלים להיגרם מהחוקים השולטים בעולמנו הקלאסי).

תפקוד הלייזר הושג רק על ידי לימוד מכניקת קוונטים.

מָקוֹר

הופעתה של פיזיקת הקוונטים המודרנית התרחשה בשנת 1920, כאשר הפיזיקאי הגרמני מקסימוםפלאנק הצליח להסביר את המנגנון של נושא גוף שחור והיחס שלה לשגיאה מוזרה בחישובים באותה תקופה, נקרא קטסטרופה אולטרה סגולה.

מתברר כי ה גופים שחורים, עצמים המסוגלים לקלוט את כל הקרינה המופנית אליהם, לפלוט אותה מחדש בצורת קרינה תרמית, לא פלטו אותה כמצופה מהתאוריה האלקטרומגנטית הנוכחית. כדי לפתור את המצב, הציע מקס פלאנק שהאנרגיה של השדה האלקטרומגנטי תהיה לכמתכלומר, מחולק לחבילות אנרגיה קטנות, שלימים מעט ייקראו להיקרא פוטונים - אתה כמה אנרגיה.

הפרשנות של פלנק לקרינת גוף שחור לא הייתה מקובלת (ואף לא על ידו), אולם כעבור כמה שנים, אלברט איינשטייןעשה שימוש באותו טיעון והצליח להסביר את האפקט הפוטואלקטרי.

בשנת 1905 פרסם איינשטיין סדרת מאמרים שסימנה את התאריך כ"שנה הפלאית של הפיזיקה ", אך השבחים שלו הגיעו באמצעות פרס נובל לפיזיקה, על כך שהסביר את המנגנון שמאחורי פוטואלקטריות. איינשטיין הגיע למסקנה שאור מתנהג גם כחלקיק וגם כגל. התנהגות זו נודעה בשם טבע כפול של אור.

תראהגַם: כוחות טבע בסיסיים

בשנת 1924 הגיע תורו של לואיבברוגלילתרום למכניקת הקוונטים. דה ברוגלי פרסם, בעבודת הדוקטורט שלו, כי לחלקיקים קוונטיים יש גם אֹרֶך גַל, כמו גם אור ולכן, עליהם להציג התנהגות גל בתנאים מסוימים.

הפיזיקאי הצרפתי חזה כי אלקטרונים צריכים להראות דפוס הפרעה כאשר הם נתונים לניסוי כפול חריץ, בדיוק כמו שגלים. בשנת 1927, ההשערה שלו אושרה על ידי ניסוי דייוויסון-גרמר: הוקמה שְׁנִיוּת בין לבין גל וחומר.

הסיבה להתנהגות הכפולה של החומר נותרה לא ידועה עד שב- 1927, ורנרהייזנברג גילה עקרון פיזיקלי הנגזר מהתכונות המתמטיות של תורת הקוונטים. על פי עיקרון זה, המכונה עקרון אי - הוודאות, ישנם זוגות משתנים שלא ניתן היה למדוד בו זמנית בדיוק מלא. משתנים אלה נקראים משתנים מצומדים.

מיקום ומהירות, למשל, הם כמויות פיזיקליות שלא ניתן לקבוע בדיוק מלא בעולם הקוונטי: אם אנו יודעים בדיוק רב את המהירות בה נמצא האטום, איבדנו לחלוטין את הדיוק במיקומו, באופן דומה, אם היינו יכולים למדוד את מהירות האטום, לא היינו יכולים לדעת מה המיקום שלו באותו רֶגַע.

להבין את עקרון אי הוודאות, סתם תחשוב איך אנחנו רואים דברים: האור הבוקע מאובייקטים צריך להגיע לעינינו, כך שמידע זה מתורגם על ידי המוח שלנו. במילים אחרות, כדי שנראה, אנחנו צריכים החלף פוטונים עם הסביבה. במקרה של אטומים וחלקיקים, זה חמור יותר ממה שזה נשמע: דמיין שאתה רוצה לדעת איפה אטום, לעשות את זה שאתה צריך פולטים פוטון לעברך, אך בכך האטום היה תופס תאוצה בגלל ההתנגשות, כך שלא תוכל עוד לדעת היכן הוא נמצא. זה.

לכן, עקרון אי הוודאות מאפשר לנו להבין קצת יותר טוב את עניין גל הדואליות: בעולם הקוונטי, כמויות פיזיקליות מתנהגות בצורה לא דטרמיניסטית, כאילו היו גלים, שמשרעתם היא, למעשה, קְטָטָה.

תראהגַם:פיזיקה גרעינית

פיזיקה קוונטית, רוחניות ומדעי פסאודו

כיום מקובל לקרוא פרסומות לקורסים, תרופות פלא, מוצרים מהפכניים, טיפולים תקלות, תפילות כדי למשוך כסף ואפילו שיטות ריפוי באמצעות מונחים הקשורים לפיזיקה קוונטית.

עם זאת, יש להדגיש כי באף אחד מהמקרים הללו אין קשר ישיר עם הידע שנבע ממחקר בפיזיקה קוונטית. הם, למעשה, א ניכוי לא נכון, שהתאפשר רק בזכות בּוּרוּת של חלק גדול מהאוכלוסייה, כשמדובר בפיזיקה מודרנית ועכשווית.

הבנת פיזיקה קוונטית כוללת שליטה בגדול פורמליזם מתמטי והרבה ידע בפיזיקה, אלגברה, גיאומטריה, אלקטרודינמיקה וכן הלאה. לכן נדרשים שנים רבות של לימוד כדי להבין זאת באופן המקובל ביותר על פי אמות מידה אקדמיות.

נכון גם שאנשים רבים מאמינים שהפרקטיקות שלהם מבוססות על תופעות קוונטיות, ולא נדיר למצוא המלצות מאנשים שהרגישו טוב יותר כאשר הם נוקטים בפעולות אלה. עם זאת, אנו יכולים לציין סיבות המאמינות את יעילותן של מה שמכונה שיטות קוונטיות:

• תופעות קוונטיות הופכות להיות רלוונטיות וניתנות לצפייה רק ​​במאזני האטום. לאחר גודל מסוים, הכל מתחיל להתנהג בהתאם לפיזיקה הקלאסית, הפיזיקה של הסולם המקרוסקופי.

• היתרונות שחווים אנשים שרוכשים מוצרים או מתחילים לבצע פעילות קשורה כלשהי ל"קוונטי "ניתן לראות בכמה ניסויים, בהם נצפים שיפורים בחולים שטופלו תרופת דמה. תופעות אלה קורות מכיוון שהמטופלים מאמינים שהם טובים יותר, והם מתנים את עצמם בכך.

בשל חוסר הידע הרב אודות המשמעות האמיתית המצורפת למילה קוונטית, זה טבעי לערב תוֹרַת הַנִסתָרמה שגורם לנו לראות את השימוש בו לעתים קרובות בהקשרים הכי לא סבירים: הרצאות מוטיבציה, קורסים של אימון תפילות קוונטיות, תפילות קוונטיות, קוסמטיקה קוונטית, ריפוי קוונטי וכו '.

למרות היותם שונים מאוד, יש למשותף לכל המודעות הללו: הן כן מדעי פסאודו ולרוב הם למטרות רווח. לכן, במקרים מסוימים, הם יכולים להיקרא quackery, שמטרתם היא להוסיף ערך ואמינות למוצרים, שירותים או מכס רגיל במהותם.

כאשר אתה מבחין בשימוש במושגים מופשטים מאוד בהקשרים בלתי סבירים, חוסר אמון ולנסות לחפש מידע ממקורות אמינים, כגון אתרי חינוך מבוססים, דפים המקושרים למוסדות חינוך או מאמרים מדעיים. ה מֵידָע זו הדרך היחידה למנוע הונאות, שרלטנות וסוגים אחרים של אמונות המשתמשות, באופן לא תקין, בשם של אזורי ידע שמוקדשים, אך ידועים רק מעטים.

תראהגַם:תיאוריית המיתרים

ספרים

אם אתה מעוניין להבין טוב יותר כיצד עובדת הפיזיקה הקוונטית, אך אתה הדיוט, או ברצונך להתייעץ עם מקורות מהימנים בתחום זה בפיסיקה, בדוק כמה ספרים שיכולים לעזור לך להבין טוב יותר את העולם המוזר קוונטית:

• תעלומת הקוונטים - אנדרס קאסינלו וחוסה לואיס סאנצ'ס גומז

• הבנת תורת הקוונטים: ספר תמונות - ג'יי.פי מקווי ואוסקר זרטה

• היקום האלגנטי בריאן גרין

• אניגמה קוונטית: מציאת פיזיקה עם תודעה צ'ארלס טאונס

[1] נקודות זכות תמונה: בנג'מין קופרי, המכון הבינלאומי לפיזיקה דה סולוויי / Wikimedia Commons.

על ידי רפאל הלרברוק