Wat is kwantumfysica?

DE Fysicaquantum, ook gekend als kwantummechanica, is een groot studiegebied gewijd aan het analyseren en beschrijven van de gedrag van fysieke systemen met kleinere afmetingen, dicht bij de afmetingen van moleculen, atomen en deeltjessubatomair.

Door de kwantumfysica was het mogelijk om de mechanismen van vervalt radioactief, van de emissie en absorptie van licht door atomen, van de productie van röntgenfoto, van fotoëlektrisch effect, elektrische eigenschappen van halfgeleiders, enz.

Kijkenook: moderne natuurkunde

Kwantumfysica voor Dummies

toen we binnenkwamen schaal van atomen en moleculen, Bij wetten van de macroscopische fysica, die perfect in staat zijn om de bewegingstoestanden van de lichamen te beschrijven die we dagelijks om ons heen zien, worden verouderd en niet in staat om fysieke grootheden te bepalen die verband houden met zulke kleine deeltjes.

Wat er in de kwantumwereld gebeurt, is dat de wetten van de fysica niet langer bestaan deterministisch, dat wil zeggen, ze zijn niet in staat om precies te voorspellen waar een object is, of met welke snelheid: niets is hier deterministisch, metingen verkregen uit kwantumsystemen worden uitgedrukt in

kansen.

Momenteel hebben we meetsystemen die ons de positie van een object kunnen geven met extreem nauwkeurige precisie. Maar zelfs met de meest geavanceerde technologieën zouden we niet in staat zijn om de exacte positie van bijvoorbeeld een atoom te bepalen. Dat onmogelijkheid is niet verwant naar de resolutie van een apparaat of de vaardigheid van een instrumentmaker, maar ja naar de aard van de kwantumfysica.

Kijkenook:Standaardmodel van deeltjesfysica

deze natuur van de kwantumfysica heeft zich in de loop van de tijd als een echte onbekend, lange tijd verkeerd begrepen, wat er uiteindelijk toe leidde dat veel natuurkundigen het in twijfel gingen trekken, het verschillende interpretaties gaven of het zelfs volledig ontkenden. Het heeft echter ook bijgedragen aan het ontstaan ​​van verschillende mythen en overtuigingen rond het concept van de kwantumfysica.

Hoewel het "vreemd" lijkt, is de kwantummechanica een van de meest succesvolle theorieën in de natuurkunde, maar de precisie van de resultaten die door deze theorie worden bereikt, is beangstigend. Momenteel wordt de meest populaire en geaccepteerde interpretatie van de kwantummechanica genoemd Kopenhagen interpretatie, ontwikkeld door enkele van de grootste namen in de wetenschap, zoals NielsBohr,MaxGeboren,WolfgangPauli,WernerHeisenberg en anderen.

De interpretatie van Kopenhagen werd geconsolideerd tijdens de Solvay-conferentie. [1]

Volgens deze interpretatie hebben alle kwantumsystemen een golffunctie die ze beschrijft volledig. Deze golffunctie is een complexe en virtuele wiskundige uitdrukking (zonder eigen werkelijkheid), waaruit alle informatie in dit systeem kan worden afgeleid.

De resultaten die op basis van de golffuncties worden verkregen, zijn op hun beurt de kansen dat iets wordt waargenomen of dat we een atoom op een bepaald energieniveau vinden. Toch kan het waarschijnlijk zijn dat een atoom een ​​radioactieve emissie maakt, of dat een neutron ondergaan een verval, veranderen in een neutron en a elektron. De mogelijkheden zijn enorm.

De uitdaging voor natuurkundigen is om de golffunctie voor het systeem te vinden, en dat is niet eenvoudig - een of meer moeten worden opgelost. vergelijkingeninSchrödinger, deze vergelijking relateert de energieën kinetiek en potentieel van kwantumsystemen.

Kijkenook:Einstein en de atoombom

Kwantumfysica-toepassingen

Door kwantumfysica is het mogelijk om te begrijpen

• lichtemissies door atomen;

• de verschijnselen van radioactief verval;

• het functioneren van Laser, het foto-elektrisch effect;

• de aantrekkingskracht tussen neutronen en protonen in atoomkern;

• het standaardmodel van deeltjesfysica;

• de golf-deeltjes dualiteit;

• alle wetten van de klassieke fysica die we kennen (omdat, door meer algemeen te zijn, de wetten van de kwantummechanica kunnen worden afgeleid uit de wetten die onze klassieke wereld beheersen).

De werking van de laser werd alleen verkregen door de kwantummechanica te bestuderen.

Oorsprong

De opkomst van de moderne kwantumfysica vond plaats in 1920, toen de Duitse natuurkundige MaxPlanck erin geslaagd om het mechanisme van probleem met zwart lichaam body en de relatie met een bizarre fout in berekeningen destijds, genaamd ultraviolette catastrofe.

Het blijkt dat de zwarte lichamen, objecten die in staat zijn om alle straling die op hen wordt gericht te absorberen en deze opnieuw uit te zenden in de vorm van thermische straling, hebben deze niet uitgestraald zoals verwacht door de huidige elektromagnetische theorie. Om de situatie op te lossen, suggereerde Max Planck dat de energie van het elektromagnetische veld gekwantiseerd, dat wil zeggen, onderverdeeld in kleine bundels energie, die iets later zouden gaan heten fotonen - u hoeveel energie?.

Plancks interpretatie van blackbody-straling werd niet goed geaccepteerd (of zelfs niet door hem), maar een paar jaar later, Albert Einsteinmaakte gebruik van hetzelfde argument en slaagde erin het foto-elektrisch effect te verklaren.

In 1905 publiceerde Einstein een reeks artikelen die de datum markeerden als het "wonderbaarlijke jaar van de natuurkunde", maar de zijn toejuiching kwam door zijn Nobelprijs voor natuurkunde, voor het uitleggen van het mechanisme achter de foto-elektriciteit. Einstein had geconcludeerd dat licht zich zowel als deeltje als als golf gedraagt. Dit gedrag werd bekend als de dubbele aard van licht.

Kijkenook: fundamentele krachten van de natuur

In 1924 was het de beurt aan LouisinBrogliebijdragen aan de kwantummechanica. De Broglie publiceerde in zijn proefschrift dat kwantumdeeltjes ook een golflengte, evenals licht en zou daarom onder bepaalde omstandigheden golfgedrag moeten vertonen.

De Franse natuurkundige voorspelde dat elektronen een interferentiepatroon zouden vertonen wanneer ze aan het dubbelspletenexperiment worden onderworpen, net als golven. In 1927 werd zijn hypothese bevestigd door de Davisson-Germer-experiment: werd opgericht de dualiteit tussenin golf en materie.

De reden achter het dubbele gedrag van materie bleef onbekend totdat, in 1927, WernerHeisenberg verkondigde een natuurkundig principe afgeleid van de wiskundige eigenschappen van de kwantumtheorie. Volgens dit principe, bekend als de onzekerheidsprincipe, zijn er paren variabelen die niet gelijktijdig met volledige precisie konden worden gemeten. Deze variabelen heten geconjugeerde variabelen.

positie en snelheidzijn bijvoorbeeld fysieke grootheden die in de kwantumwereld niet met volledige precisie kunnen worden bepaald: als we met grote precisie weten met welke snelheid een atoom is, we verloren de precisie in zijn positie volledig, op dezelfde manier, als we de snelheid van een atoom zouden kunnen meten, zouden we niet kunnen zeggen wat zijn positie in diezelfde positie is ogenblikkelijk.

Om het onzekerheidsprincipe te begrijpen: nadenken over hoe we dingen zien: het licht van objecten moet onze ogen bereiken, zodat deze informatie door onze hersenen wordt vertaald. Met andere woorden, voor ons om te zien, hebben we nodig: wissel fotonen uit met de omgeving. In het geval van atomen en deeltjes is dit ernstiger dan het klinkt: stel je voor dat je wilt weten waar een atoom is, daarvoor heb je zenden een foton naar je toe, maar daarbij zou het atoom door de botsing sneller worden, zodat je niet meer zou kunnen zien waar het was. het is.

Daarom stelt het onzekerheidsprincipe ons in staat om de dualiteitsgolfmaterie iets beter te begrijpen: in de kwantumwereld, de fysieke grootheden gedragen zich op een niet-deterministische manier, alsof het golven zijn, waarvan de amplituden in feite kansen.

Kijkenook:Kernfysica

Kwantumfysica, spiritualiteit en pseudowetenschap

Tegenwoordig is het gebruikelijk geworden om advertenties te lezen voor cursussen, wondermiddelen, revolutionaire producten, therapieën onfeilbaarheden, gebeden om geld aan te trekken, en zelfs methoden van genezing met termen uit de natuurkunde quantum.

Het is echter noodzakelijk om te benadrukken dat er in geen van deze gevallen een directe relatie is met de kennis die voortkwam uit onderzoek in de kwantumfysica. Ze zijn in feite een verduistering, die alleen mogelijk werd gemaakt dankzij onwetendheid van een groot deel van de bevolking, als het gaat om moderne en hedendaagse natuurkunde.

Het begrijpen van de kwantumfysica omvat het beheersen van een groot wiskundig formalisme en veel kennis van natuurkunde, algebra, meetkunde, elektrodynamica enzovoort. Daarom kost het vele jaren van studie om het te begrijpen op een manier die minimaal acceptabel is volgens academische normen.

Het is ook waar dat veel mensen geloven dat hun praktijken gebaseerd zijn op kwantumverschijnselen, en het is niet ongewoon om getuigenissen te vinden van mensen die zich beter voelden toen ze hun toevlucht namen tot deze acties. We kunnen echter redenen noemen die de effectiviteit van de zogenaamde kwantumpraktijken logenstraffen:

• Kwantumverschijnselen worden pas relevant en waarneembaar op atomaire schaal. Na een bepaalde grootte begint alles zich te gedragen volgens de klassieke fysica, de fysica van de macroscopische schaal.

• De voordelen die mensen ervaren die producten kopen of een soort gerelateerde activiteit beginnen uit te voeren tot "kwantum" kan worden gezien in sommige experimenten, waarbij verbeteringen worden waargenomen bij patiënten die worden behandeld met placebo. Deze effecten treden op omdat patiënten denken dat ze beter zijn, en ze zichzelf daarop conditioneren.

Vanwege het grote gebrek aan kennis over de werkelijke betekenis van het woord quantum, het is natuurlijk dat dit gepaard gaat met mystiek, waardoor we zien dat het vaak wordt gebruikt in de meest onwaarschijnlijke contexten: motiverende lezingen, cursussen van coaching kwantum, kwantumgebeden, kwantumcosmetica, kwantumkuren, enz.

Ondanks dat ze heel verschillend zijn, hebben al deze advertenties iets gemeen: ze zijn pseudowetenschappelijk en voor het grootste deel streven ze naar winst. Daarom kunnen ze in sommige gevallen kwakzalverij worden genoemd, met als doel: toegevoegde waarde en betrouwbaarheid tot producten, diensten of gewone gebruiken in hun wezen.

Wanneer u het gebruik van zeer abstracte concepten in onwaarschijnlijke contexten opmerkt, wantrouwen en probeer informatie te zoeken bij betrouwbare bronnen, zoals gevestigde educatieve websites, pagina's die zijn gekoppeld aan onderwijsinstellingen of wetenschappelijke artikelen. DE informatie het is de enige manier om oplichting, charlatanisme en andere soorten overtuigingen te voorkomen die op ongepaste wijze de naam gebruiken van kennisgebieden die toegewijd zijn maar door weinigen bekend zijn.

Kijkenook:Snaartheorie

Boeken

Als je geïnteresseerd bent om beter te begrijpen hoe de kwantumfysica werkt, maar je bent een leek, of wil bronnen raadplegen consult vertrouwd op dit gebied van de natuurkunde, bekijk enkele boeken die u kunnen helpen de vreemde wereld beter te begrijpen quantum:

• het kwantummysterie - Andrés Cassinello en José Luiz Sánchez Gomez

• Quantumtheorie begrijpen: een prentenboek - JP McEvoy en Oscar Zarate

• het elegante universum -Brian Greene

• Het Quantum Enigma: Natuurkunde vinden met bewustzijn - Charles Townes

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

Door mij Rafael Helerbrock

Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-fisica-quantica.htm