Kas yra kvantinė fizika?

Fizikakvantinė, taip pat žinomas kaip Kvantinė mechanika, yra didelė studijų sritis, skirta analizuoti ir aprašyti elgesys sumažintų matmenų fizinių sistemų, artimų dydžiams molekulės, atomai ir dalelėssubatominis.

Pasitelkus kvantinę fiziką, buvo galima suprasti irsta radioaktyvūs, spinduliuojant ir absorbuojant šviesai, susidarant atomams Rentgeno spinduliai, apie fotoelektrinis efektas, puslaidininkių elektrinės savybės ir kt.

Pažiūrėktaip pat: Šiuolaikinė fizika

Kvantinė fizika manekenams

kai įėjome į atomų ir molekulių skalė, makroskopinės fizikos dėsniai, kurios puikiai sugeba apibūdinti kūnų judėjimo būsenas, kurias mes kasdien matome aplinkui pasenę ir nepajėgūs nustatyti bet kokius fizinius dydžius, susijusius su tokiomis mažomis dalelėmis.

Kvantiniame pasaulyje vyksta tai, kad fizikos dėsnių nebėra deterministinis, tai yra, jie nesugeba tiksliai numatyti, kur yra koks objektas ir kokiu greičiu: nieko čia nėra deterministinio, iš kvantinių sistemų gauti matavimai išreiškiami šansai.

Šiuo metu mes turime matavimo sistemas, galinčias mums ypač tiksliai nustatyti objekto padėtį. Tačiau net ir su pažangiausiomis technologijomis negalėtume nustatyti tikslios, pavyzdžiui, atomo padėties. Tai neįmanoma nėra susijęs į prietaiso skiriamąją gebą ar instrumento darbuotojo įgūdžius, bet taip į pačią kvantinės fizikos prigimtį.

Pažiūrėktaip pat:Standartinis dalelių fizikos modelis

Nesustokite dabar... Po reklamos yra daugiau;)

šitas gamta kvantinės fizikos laikui bėgant rodė save kaip tiesa nežinoma, ilgą laiką buvo nesuprasta, o tai daugelį fizikų privertė suabejoti, skirtingai interpretuoti ar net visiškai paneigti. Tačiau tai taip pat prisidėjo prie kelių mitų ir įsitikinimų, susijusių su kvantinės fizikos sąvoka, kūrimo.

Nepaisant atrodančios „keistos“, kvantinė mechanika yra viena sėkmingiausių fizikos teorijų, šios teorijos pasiektų rezultatų tikslumas gąsdina. Šiuo metu vadinama populiariausia ir priimtiniausia kvantinės mechanikos interpretacija Kopenhagos interpretacija, kurią sukūrė vieni didžiausių mokslo vardų, pvz NielsasBohr,MaksGimė,VolfgangasPauli,VernerisHeisenbergas ir kiti.

Kopenhagos interpretacija buvo įtvirtinta „Solvay“ konferencijos metu. [1]

Pagal šį aiškinimą visos kvantinės sistemos turi a juos apibūdinanti bangų funkcija visiškai. Ši bangos funkcija yra sudėtinga ir virtuali matematinė išraiška (be savo tikrovės), iš kurios galima išgauti visą šioje sistemoje esančią informaciją.

Rezultatai, gauti remiantis bangų funkcijomis, savo ruožtu yra tikimybė, kad kažkas yra pastebėta arba kad mes randame atomą esant tam tikram energijos lygiui. Vis dėlto gali būti tikimybė, kad atomas išmeta radioaktyvią spinduliuotę, arba kad a neutronas patiria skilimą, virsta neutronu ir a elektronas. Galimybės didžiulės.

Fizikų uždavinys yra rasti bangos funkciją sistemai, ir tai nėra lengva - reikia išspręsti vieną ar daugiau. lygtisįSchrodinger, ši lygtis susieja energijas kinetika ir potencialus kvantinių sistemų.

Pažiūrėktaip pat:Einšteinas ir atominė bomba

Kvantinės fizikos programos

Pasitelkus kvantinę fiziką įmanoma suprasti

• šviesos atomų spinduliavimas;

• reiškinius radioaktyvusis skilimas;

• - Lazeris, fotoelektrinis efektas;

• trauka tarp neutronų ir protonų atomo branduolys;

• standartinis modelis dalelių fizika;

• bangos-dalelės dvilypumas;

• visi mums žinomi klasikinės fizikos dėsniai (kadangi, būdami bendresni, kvantinės mechanikos dėsniai gali atsirasti iš dėsnių, kurie valdo mūsų klasikinį pasaulį).

Lazerio veikimas buvo gautas tik studijuojant kvantinę mechaniką.

Kilmė

Šiuolaikinė kvantinė fizika atsirado 1920 m., Kai vokiečių fizikas MaksPlanckas sugebėjo paaiškinti mechanizmą juodo kūno problema ir jo santykis su tuo metu keistu klaidingu skaičiavimu, vadinamas ultravioletinių spindulių katastrofa.

Pasirodo, kad juodi kūnaiobjektai, galintys sugerti visą į juos nukreiptą spinduliuotę, pakartotinai ją spinduliuodami šiluminės spinduliuotės pavidalu, neišleido jos taip, kaip tikėtasi dabartinės elektromagnetinės teorijos. Norėdami išspręsti situaciją, Maxas Planckas pasiūlė, kad elektromagnetinio lauko energija būtų kiekybiškai, tai yra, suskirstyti į mažus energijos ryšulius, kurie šiek tiek vėliau būtų pradėti vadinti fotonai - tu kiek energijos.

Plancko juodųjų kūnų spinduliuotės interpretacija nebuvo gerai priimta (ar net jis pats), tačiau po kelerių metų Albertas Einšteinaspasinaudojo tuo pačiu argumentu ir jam pavyko paaiškinti fotoelektrinį efektą.

1905 m. Einšteinas paskelbė straipsnių seriją, kurioje data buvo pažymėta kaip „stebuklingi fizikos metai“, tačiau jo pripažinimą pelnė Nobelio fizikos premija, paaiškinusi mechanizmą fotoelektros. Einšteinas padarė išvadą, kad šviesa elgiasi ir kaip dalelė, ir kaip banga. Šis elgesys tapo žinomas kaip dviguba šviesos prigimtis.

Pažiūrėktaip pat: pagrindinės gamtos jėgos

1924 m. Atėjo eilė LuisasįBroglieprisidėti prie kvantinės mechanikos. De Broglie daktaro disertacijoje paskelbė, kad kvantinės dalelės taip pat turi a bangos ilgis, taip pat šviesa, todėl tam tikromis sąlygomis turėtų sukelti bangų elgseną.

Prancūzų fizikas prognozavo, kad atliekant dvigubo plyšio eksperimentą elektronai turėtų rodyti trukdžių modelį, kaip ir bangos. 1927 m. Jo hipotezę patvirtino Davissono-Germerio eksperimentas: buvo įkurta dvilypumas tarp banga ir materija.

Dvejopo materijos elgesio priežastis liko nežinoma, kol 1927 m. VernerisHeisenbergas išaiškino fizinį principą, gautą iš matematinių kvantinės teorijos savybių. Pagal šį principą, žinomą kaip neapibrėžtumo principas, yra kintamųjų porų, kurių negalima tiksliai išmatuoti vienu metu. Šie kintamieji vadinami konjuguoti kintamieji.

padėtis ir greitis, pavyzdžiui, yra fiziniai dydžiai, kurių negalima tiksliai nustatyti kvantiniame pasaulyje: jei labai tiksliai žinome, koks yra atomo greitis, mes visiškai praradome jo padėties tikslumą, panašiai, jei galėtume išmatuoti atomo greitį, negalėtume pasakyti, kokia yra jo padėtis tame pačiame akimirksniu.

Norint suprasti netikrumo principą, tiesiog pagalvok, kaip mes matome daiktus: iš daiktų sklindanti šviesa turi pasiekti mūsų akis, kad šią informaciją išverstų mūsų smegenys. Kitaip tariant, mums reikia pamatyti keistis fotonais su aplinka. Atomų ir dalelių atveju tai rimčiau nei skamba: įsivaizduokite, kad norite sužinoti, kur yra atomas, tai padaryti jums reikės skleidžia jūsų link fotoną, tačiau tai darydamas atomas padidintų greitį dėl susidūrimo, todėl nebegalėtumėte pasakyti, kur jis buvo. tai yra.

Todėl neapibrėžtumo principas leidžia mums šiek tiek geriau suprasti dvilypumo bangos materiją: kvantiniame pasaulyje fiziniai dydžiai elgiasi nedeterministiškai, tarsi jos būtų bangos, kurių amplitudės iš tikrųjų yra šansai.

Pažiūrėktaip pat:Branduolinė fizika

Kvantinė fizika, dvasingumas ir pseudomokslas

Šiais laikais tapo įprasta skaityti kursų, stebuklingų vaistų, revoliucinių produktų, terapijų reklamas neklystantys dalykai, maldos pritraukti pinigų ir net gydymo metodai, naudojant terminus, susijusius su fizika kvantinė.

Tačiau būtina pabrėžti, kad nė vienu iš šių atvejų nėra tiesioginio ryšio su žiniomis, kurios atsirado dėl kvantinės fizikos tyrimų. Jie iš tikrųjų yra a pasisavinimas, kuri buvo įmanoma tik dėka nežinojimas didelės dalies gyventojų, kalbant apie šiuolaikinę ir šiuolaikinę fiziką.

Kvantinės fizikos supratimas apima didžiojo įvaldymą matematinis formalizmas ir daug žinių apie fiziką, algebrą, geometriją, elektrodinamiką ir pan. Todėl reikia daugybės studijų, kad ją suprastum kuo mažiau priimtinu pagal akademinius standartus.

Taip pat tiesa, kad daugelis žmonių tiki, kad jų praktika yra pagrįsta kvantiniai reiškiniai, ir neretai galima rasti žmonių, kurie pasijuto geriau, atlikdami šiuos veiksmus, atsiliepimus. Tačiau galime nurodyti priežastis, paneigiančias vadinamosios kvantinės praktikos efektyvumą:

• Kvantiniai reiškiniai tampa aktualūs ir pastebimi tik atominėse skalėse. Po tam tikro dydžio viskas pradeda elgtis pagal klasikinę fiziką, makroskopinės skalės fiziką.

• Privalumai, kuriuos patiria žmonės, perkantys produktus arba pradedantys vykdyti tam tikrą susijusią veiklą iki „kvantinės“, galima pastebėti atliekant kai kuriuos eksperimentus, kurių metu pastebėti pagerėjimai pacientams, gydytiems placebo. Šie padariniai atsiranda dėl to, kad pacientai mano, kad jie yra geresni, ir jie tuo save sąlygoja.

Dėl to, kad trūksta žinių apie tikrąją žodžio prasmę kvantinė, natūralu, kad tai apima mistika, todėl mes jį matome dažnai vartojamus mažai tikėtinuose kontekstuose: motyvacinėse paskaitose, koučingas kvantinės, kvantinės maldos, kvantinė kosmetika, kvantiniai vaistai ir kt.

Nepaisant labai skirtingų skelbimų, visi šie skelbimai turi kažką bendro: jie yra pseudomokslinis ir didžiąja dalimi jie skirti pelnui. Todėl kai kuriais atvejais jie gali būti vadinami kekeriais, kurių tikslas yra pridėtinę vertę ir patikimumą produktams, paslaugoms ar įprastiems papročiams.

Kai pastebite labai abstrakčių sąvokų vartojimą mažai tikėtinuose kontekstuose, nepasitikėjimas ir bandyti ieškoti informacijos iš patikimų šaltinių, tokių kaip įsteigtos švietimo svetainės, puslapiai, susieti su švietimo įstaigomis, ar moksliniai straipsniai. informacija tai vienintelis būdas užkirsti kelią sukčiams, šarlatanizmui ir kitokiems įsitikinimams, kuriuose netinkamai naudojamas pašventintų, bet nedaugelio žinomų žinių sričių pavadinimas.

Pažiūrėktaip pat:Styginių teorija

Knygos

Jei jus domina geriau suprasti, kaip veikia kvantinė fizika, tačiau esate pasaulietis arba norėtumėte pasikonsultuoti su šaltiniais pasitiki šia fizikos sritimi, peržiūrėk keletą knygų, kurios gali padėti geriau suprasti keistą pasaulį kvantas:

• kvantinė paslaptis - Andrésas Cassinello ir José Luizas Sánchezas Gomezas

• Kvantinės teorijos supratimas: iliustruota knyga - JP McEvoy ir Oskaras Zarate'as

• elegantiška visata -Brianas Greene

• Kvantinė mįslė: fizikos radimas su sąmone - Charlesas Townesas

[1] Vaizdo kreditai: Benjaminas Couprie, Institutas International de Physique de Solvay / Wikimedia Commons.

Mano. Rafaelis Helerbrockas