Kas ir kvantu fizika?

Fizikakvants, zināms arī kā kvantu mehānika, ir plaša pētījumu joma, kas paredzēta, lai analizētu un aprakstītu uzvedība fizisko sistēmu ar samazinātu izmēru, tuvu izmēriem molekulas, atomi un daļiņassubatomisks.

Izmantojot kvantu fiziku, bija iespējams saprast sabrukšana radioaktīvs, no gaismas izstarošanas un absorbcijas, ko rada atomi, rentgens, no fotoelektriskais efekts, pusvadītāju elektriskās īpašības utt.

Skatiesarī: Mūsdienu fizika

Kvantu fizika manekeniem

kad mēs iegājām atomu un molekulu skala, plkst makroskopiskās fizikas likumi, kas lieliski spēj aprakstīt ķermeņu kustības stāvokļus, kurus ikdienā redzam sev apkārt novecojis un nespējīgs lai noteiktu fiziskos lielumus, kas saistīti ar šādām sīkām daļiņām.

Kvantu pasaulē notiek tas, ka fizikas likumi vairs nav deterministisks, tas ir, viņi nespēj precīzi paredzēt, kur atrodas kāds objekts vai ar kādu ātrumu: nekas šeit nav deterministisks, mērījumi, kas iegūti no kvantu sistēmām, tiek izteikti izredzes.

Pašlaik mums ir mērījumu sistēmas, kas spēj nodrošināt objekta atrašanās vietu ar ārkārtīgi precīzu precizitāti. Tomēr pat ar vismodernākajām tehnoloģijām mēs nevarētu noteikt, piemēram, precīzu atoma atrašanās vietu. Tas

neiespējamība nav saistīti ierīces izšķirtspējai vai instrumenta strādnieka prasmei, bet jā kvantu fizikas būtībai.

Skatiesarī:Daļiņu fizikas standarta modelis

Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vēl vairāk;)

šis daba kvantu fizikas zinātne laika gaitā ir parādījusies kā patiesa nezināms, ilgu laiku nesaprasts, kas galu galā izraisīja daudzu fiziķu apšaubīšanu, dažādu interpretāciju vai pat pilnīgu noliegšanu. Tomēr tas arī veicināja vairāku mītu un uzskatu radīšanu ap kvantu fizikas jēdzienu.

Lai gan tas šķiet “dīvaini”, kvantu mehānika ir viena no veiksmīgākajām fizikas teorijām, ar šo teoriju sasniegto rezultātu precizitāte ir biedējoša. Pašlaik tiek saukta vispopulārākā un atzītākā kvantu mehānikas interpretācija Kopenhāgenas interpretācija, kuru izstrādājuši daži no lielākajiem zinātnes vārdiem, piemēram, NielsBohr,MaksDzimis,VolfgangsPauli,VernersHeizenbergs un citi.

Kopenhāgenas interpretācija tika konsolidēta Solvay konferences laikā. [1]

Saskaņā ar šo interpretāciju visām kvantu sistēmām ir a viļņu funkcija, kas tos raksturo pilnībā. Šī viļņu funkcija ir sarežģīta un virtuāla matemātiska izteiksme (bez savas realitātes), no kuras ir iespējams iegūt visu šajā sistēmā esošo informāciju.

Rezultāti, kas iegūti, pamatojoties uz viļņu funkcijām, savukārt ir varbūtība, ka kaut kas tiek novērots vai ka mēs atrodam atomu kādā noteiktā enerģijas līmenī. Tomēr tā var būt varbūtība, ka atoms rada radioaktīvu emisiju vai ka a neitronu iziet sabrukšana, pārvēršoties par neitronu un a elektrons. Iespējas ir milzīgas.

Fiziķu uzdevums ir atrast sistēmas viļņu funkciju, un tas nav viegli - jāatrisina viens vai vairāki. vienādojumiiekšāŠrodingers, šis vienādojums attiecas uz enerģijām kinētika un potenciālu kvantu sistēmu.

Skatiesarī:Einšteins un atombumba

Kvantu fizikas lietojumi

Izmantojot kvantu fiziku, ir iespējams saprast

• gaismas izdalījumi no atomiem;

• parādības radioaktīvā sabrukšana;

• - Lāzers, fotoelektriskais efekts;

• piesaiste starp neitroniem un protoniem atomu kodols;

• standarta modelis daļiņu fizika;

• viļņu daļiņu dualitāte;

• visi klasiskās fizikas likumi, kurus mēs zinām (tā kā kvantu mehānikas likumi ir vispārīgāki, tie var izrietēt no likumiem, kas regulē mūsu klasisko pasauli).

Lāzera darbība tika iegūta, tikai pētot kvantu mehāniku.

Izcelsme

Mūsdienu kvantu fizikas parādīšanās notika 1920. gadā, kad vācu fiziķis MaksPlanck izdevās izskaidrot melnā ķermeņa jautājums un tā saistība ar dīvainu kļūdu aprēķinos tajā laikā, ko sauc ultravioletā katastrofa.

Izrādās, ka melni ķermeņi, objekti, kas spēj absorbēt visu uz tiem vērsto starojumu, atkārtoti izstarojot to siltuma starojuma veidā, neizstaroja to, kā paredzēts pašreizējā elektromagnētiskajā teorijā. Lai atrisinātu situāciju, Makss Planks ieteica elektromagnētiskā lauka enerģijai būt kvantitatīvi, tas ir, sadalīts mazos enerģijas saišķos, kurus mazliet vēlāk varētu saukt fotoni - jūs cik daudz enerģijas.

Plancka interpretācija par melnā ķermeņa starojumu netika pieņemta (vai pat viņš pats), tomēr dažus gadus vēlāk Alberts Einšteinsizmantoja to pašu argumentu un izdevās izskaidrot fotoelektrisko efektu.

1905. gadā Einšteins publicēja rakstu sēriju, kas datumu atzīmēja kā “brīnumaino fizikas gadu”, bet viņa atzinību izpelnījās Nobela prēmija fizikā, izskaidrojot mehānismu, kas slēpjas fotoelektrība. Einšteins bija secinājis, ka gaisma izturas gan kā daļiņa, gan kā vilnis. Šī uzvedība kļuva pazīstama kā gaismas duālā daba.

Skatiesarī: dabas pamatspēki

1924. gadā pienāca kārta LuissiekšāBroglieveicināt kvantu mehāniku. De Broglie savā promocijas darbā publicēja, ka kvantu daļiņām ir arī a viļņa garums, kā arī gaismu, un tāpēc tai vajadzētu radīt viļņu uzvedību noteiktos apstākļos.

Franču fiziķis paredzēja, ka, veicot dubultās spraugas eksperimentu, elektroniem vajadzētu uzrādīt traucējumu modeli, tāpat kā viļņiem. 1927. Gadā viņa hipotēzi apstiprināja Davisona-Germera eksperiments: tika izveidots dualitāte starp vilnis un matērija.

Matērijas divējādas uzvedības iemesls palika nezināms, līdz 1927. gadā VernersHeizenbergs izrunāja fizisko principu, kas iegūts no kvantu teorijas matemātiskajām īpašībām. Saskaņā ar šo principu, kas pazīstams kā nenoteiktības princips, ir mainīgo pāri, kurus nevarēja izmērīt vienlaikus ar pilnu precizitāti. Šos mainīgos sauc konjugētie mainīgie.

stāvoklis un ātrums, piemēram, ir fiziski lielumi, kurus kvantu pasaulē nevar noteikt ar pilnīgu precizitāti: ja mēs ļoti precīzi zinām atoma ātrumu, mēs pilnībā zaudējām precizitāti tā stāvoklī, tāpat, ja mēs varētu izmērīt atoma ātrumu, mēs nevarētu pateikt, kāda ir tā atrašanās vieta tajā pašā tūlītēja.

Lai saprastu nenoteiktības principu, vienkārši padomājiet par to, kā mēs redzam lietas: gaismai, kas izstaro no objektiem, jānonāk mūsu acīs, lai šī informācija tiktu iztulkota mūsu smadzenēs. Citiem vārdiem sakot, lai mēs redzētu, mums tas ir vajadzīgs apmainīt fotonus ar apkārtni. Atomu un daļiņu gadījumā tas ir nopietnāk, nekā izklausās: iedomājieties, ka vēlaties uzzināt, kur atrodas atoms, lai to izdarītu, tas jums būtu nepieciešams izstaro pret jums fotonu, taču, to darot, atoms sadursmes dēļ palielinātu ātrumu, tāpēc jūs vairs nevarētu pateikt, kur tas atradās. tas ir.

Tāpēc nenoteiktības princips ļauj mums nedaudz labāk izprast dualitātes viļņa matēriju: kvantu pasaulē fiziskie lielumi uzvedas nedeterministiski, it kā tie būtu viļņi, kuru amplitūdas patiesībā ir izredzes.

Skatiesarī:Kodolfizika

Kvantu fizika, garīgums un pseidozinātne

Mūsdienās ir kļuvis ierasts lasīt kursu, brīnumlīdzekļu, revolucionāru produktu, terapiju reklāmas nekļūdīgi, lūgšanas naudas piesaistīšanai un pat dziedināšanas metodes, izmantojot terminus, kas attiecas uz fiziku kvants.

Tomēr ir jāuzsver, ka nevienā no šiem gadījumiem nav tiešas saistības ar zināšanām, kas radušās kvantu fizikas pētījumu rezultātā. Viņi faktiski ir a piesavināšanās, kas bija iespējams tikai pateicoties vienaldzība liela daļa iedzīvotāju, runājot par mūsdienu un mūsdienu fiziku.

Kvantu fizikas izpratne ietver liela apgūšanu matemātiskais formālisms un daudz zināšanu par fiziku, algebru, ģeometriju, elektrodinamiku un tā tālāk. Tāpēc, lai to izprastu akadēmiskajos standartos minimāli pieņemamā veidā, nepieciešami daudzu gadu studijas.

Tāpat ir taisnība, ka daudzi cilvēki uzskata, ka viņu prakse ir balstīta kvantu parādības, un nav nekas neparasts, ka atrodamas atsauksmes no cilvēkiem, kuri jutās labāk, ķeroties pie šīm darbībām. Tomēr mēs varam minēt iemeslus, kas maldina tā saukto kvantu praksi:

• Kvantu parādības kļūst nozīmīgas un novērojamas tikai atomu mērogos. Pēc noteikta lieluma viss sāk uzvesties saskaņā ar klasisko fiziku, makroskopiskās skalas fiziku.

• Priekšrocības, ko izjūt cilvēki, kuri iegādājas produktus vai sāk veikt kādu saistītu darbību līdz "kvantam" var redzēt dažos eksperimentos, kuros uzlabojumi tiek novēroti ar placebo. Šie efekti rodas tāpēc, ka pacienti uzskata, ka viņi ir labāki, un viņi sevi no tā kondicionē.

Sakarā ar lielo zināšanu trūkumu par vārdam piesaistīto patieso nozīmi kvants, tas ir dabiski, ka tas ir iesaistīts mistika, liekot mums redzēt, ka to bieži lieto visdrīzākajā kontekstā: motivējošās lekcijās, koučings kvants, kvantu lūgšanas, kvantu kosmētika, kvantu dziedniecības utt.

Neskatoties uz to, ka šīs reklāmas ir ļoti atšķirīgas, visām šīm reklāmām ir kaut kas kopīgs: tās ir pseidozinātniski un lielākoties tie ir peļņas nolūkos. Tāpēc dažos gadījumos tos var saukt par kvekšķēšanu, kuru mērķis ir pievienotā vērtība un uzticamība produktiem, pakalpojumiem vai parastajām paražām pēc būtības.

Kad pamanāt ļoti abstraktu jēdzienu lietošanu maz ticams kontekstā, neuzticēšanās un mēģiniet meklēt informāciju no uzticamiem avotiem, piemēram, izveidotām izglītības vietnēm, lapām, kas saistītas ar izglītības iestādēm, vai zinātniskiem rakstiem. informāciju tas ir vienīgais veids, kā novērst krāpšanos, šarlatānismu un cita veida uzskatus, kuros nepareizi tiek izmantotas zināšanu jomas, kuras ir iesvētītas, bet kuras zina maz.

Skatiesarī:Stīgu teorija

Grāmatas

Ja jūs interesē labāka izpratne par kvantu fizikas darbību, bet esat lajs vai vēlaties konsultēties ar avotiem uzticoties šai fizikas jomai, apskatiet dažas grāmatas, kas var palīdzēt labāk izprast dīvaino pasauli kvants:

• kvantu noslēpums - Andrés Cassinello un José Luiz Sánchez Gomez

• Kvantu teorijas izpratne: bilžu grāmata - JP Makevojs un Oskars Zarāts

• elegantais Visums -Briāns Grīns

• Kvantu mīkla: fizikas atrašana ar apziņu - Čārlzs Taunss

[1] Attēlu kredīti: Benjamin Couprie, Institūta International de Physique de Solvay / Wikimedia Commons.

Autors: Rafaels Helerbroks