Що таке квантова фізика?

THE Фізикаквантовий, також відомий як квантова механіка, - це велика область досліджень, присвячена аналізу та опису поведінки фізичних систем зменшених розмірів, близьких до розмірів молекули, атоми і частинкисубатомний.

Завдяки квантовій фізиці можна було зрозуміти механізми розпадається радіоактивний, від випромінювання та поглинання світла атомами, від виробництва Рентген, з фотоелектричний ефект, електричні властивості напівпровідників тощо.

Дивисьтакож: Сучасна фізика

Квантова фізика для чайників

коли ми увійшли до шкала атомів і молекул, в закони макроскопічної фізики, які цілком здатні описати стани руху тіл, які ми бачимо навколо себе щодня, стають застарілий і недієздатний для визначення будь-яких фізичних величин, пов’язаних з такими крихітними частинками.

У квантовому світі відбувається те, що закони фізики вже не існують детермінований, тобто вони не здатні точно передбачити, де знаходиться якийсь об’єкт або з якою швидкістю: тут нічого не є детермінованим, виміри, отримані з квантових систем, виражаються в шанси.

В даний час ми маємо вимірювальні системи, здатні забезпечити нам положення об'єкта з надзвичайно точною точністю. Однак навіть за найдосконаліших технологій ми не змогли б визначити точне положення атома, наприклад. Це неможливість не пов'язані до роздільної здатності пристрою або майстерності інструменталіста, але так до самої природи квантової фізики.

Дивисьтакож:Стандартна модель фізики частинок

Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)

ось цей природи квантової фізики з часом проявляє себе як справжня невідомо, довгий час неправильно зрозумілий, що в підсумку призвело до того, що багато фізиків ставили під сумнів, давали йому різні тлумачення або навіть повністю заперечували. Однак це також сприяло створенню декількох міфів і вірувань навколо концепції квантової фізики.

Хоча це здається «дивним», квантова механіка є однією з найуспішніших теорій у фізиці, точність результатів, досягнутих цією теорією, лякає. В даний час називається найпопулярніша і прийнята інтерпретація квантової механіки Інтерпретація Копенгагена, розроблений деякими найбільшими іменами науки, такими як НільсБора,МаксНародженийВольфгангПаулі,ВернерГейзенберг і інші.

Інтерпретація в Копенгагені була закріплена під час конференції Сольвей. [1]

Згідно з цим тлумаченням, усі квантові системи мають a хвильова функція, яка їх описує повністю. Ця хвильова функція є складним і віртуальним математичним виразом (без власної реальності), з якого можна витягти всю інформацію в цій системі.

Результати, отримані на основі хвильових функцій, у свою чергу, є ймовірностями того, що щось спостерігається або що ми знаходимо атом на якомусь конкретному енергетичному рівні. Тим не менше, це може бути ймовірність того, що атом виробляє радіоактивне випромінювання, або що a нейтрон зазнають розпаду, перетворюючись на нейтрон і a електрон. Можливості величезні.

Завданням для фізиків є пошук хвильової функції для системи, і це непросто - потрібно вирішити одну або кілька. рівняннявШредінгер, це рівняння пов'язує енергії кінетика і потенціал квантових систем.

Дивисьтакож:Ейнштейн та атомна бомба

Застосування квантової фізики

Завдяки квантовій фізиці це можна зрозуміти

• випромінювання світла атомами;

• явища радіоактивний розпад;

• функціонування Лазерний, фотоефект;

• притягання між нейтронами і протонами в атомне ядро;

• стандартна модель фізика частинок;

• двоїстість хвильових частинок;

• усі відомі нам закони класичної фізики (оскільки, будучи загальнішими, закони квантової механіки можуть виходити із законів, які керують нашим класичним світом).

Функціонування лазера було отримано лише при вивченні квантової механіки.

Походження

Виникнення сучасної квантової фізики відбулося в 1920 р., Коли німецький фізик МаксПланк вдалося пояснити механізм чорне тіло питання і його відношення до химерної помилки в розрахунках на той час, називається ультрафіолетова катастрофа.

Виявляється, що чорні тіла, об'єкти, здатні поглинати все випромінювання, яке спрямоване на них, повторно випромінюючи його у вигляді теплового випромінювання, не випромінювали його, як очікується сучасною електромагнітною теорією. Щоб вирішити ситуацію, Макс Планк запропонував бути енергією електромагнітного поля квантовані, тобто підрозділяється на невеликі пучки енергії, які трохи пізніше стали називати фотони - ти скільки енергії.

Інтерпретація Планка випромінювання чорних тіл була погано сприйнята (або навіть ним), однак, через кілька років, Альберт Ейнштейнвикористав той самий аргумент і зумів пояснити фотоефект.

У 1905 році Ейнштейн опублікував серію статей, в яких дату позначено як «чудодійний рік фізики», але його визнання відбулося через Нобелівську премію з фізики за пояснення механізму, що лежить в основі фотоелектричність. Ейнштейн дійшов висновку, що світло поводиться як частинка, так і як хвиля. Ця поведінка стала відомою як подвійна природа світла.

Дивисьтакож: основні сили природи

У 1924 р. Настала черга Росії ЛуївБроглісприяти квантовій механіці. Де Бройль опублікував у своїй докторській дисертації, що квантові частинки також мають довжина хвилі, а також світло і, отже, повинен представляти хвильову поведінку за певних умов.

Французький фізик передбачив, що електрони повинні мати інтерференційну картину під час експерименту з подвійною щілиною, як це роблять хвилі. У 1927 р. Його гіпотеза була підтверджена Експеримент Девіссона-Гермера: було створено двоїстість між хвиля і матерія.

Причина подвійної поведінки речовини залишалася невідомою до 1927 р. ВернерГейзенберг проголосив фізичний принцип, похідний від математичних властивостей квантової теорії. Відповідно до цього принципу, відомого як принцип невизначеності, є пари змінних, які неможливо виміряти одночасно з повною точністю. Ці змінні називаються спряжені змінні.

положення та швидкість, наприклад, це фізичні величини, які неможливо визначити з повною точністю в квантовому світі: якщо ми з великою точністю знаємо швидкість, з якою знаходиться атом, ми повністю втратили точність в його положенні, так само, якби ми могли виміряти швидкість атома, ми не могли б сказати, яке його положення в тому самому миттєвий.

Щоб зрозуміти принцип невизначеності, просто подумайте, як ми бачимо речі: світло, що виходить від предметів, повинно потрапляти до наших очей, щоб ця інформація перекладалася нашим мозку. Іншими словами, щоб ми бачили, нам потрібно обмінюватися фотонами з оточенням. У випадку атомів і частинок це серйозніше, ніж здається: уявіть, ви хочете знати, де знаходиться атом, і зробити те, що вам потрібно випромінюють фотон до себе, але, роблячи це, атом набирає швидкість через зіткнення, тому ви більше не зможете визначити, де він був. Це є.

Отже, принцип невизначеності дозволяє нам трохи краще зрозуміти речовину хвилі двоїстості: в квантовому світі фізичні величини поводяться недетерміновано, ніби це хвилі, амплітуди яких насправді шанси.

Дивисьтакож:Ядерна фізика

Квантова фізика, духовність і псевдонаука

У наш час стало звичним читати рекламу курсів, диво-лікування, революційні продукти, терапію безпомилковість, молитви про залучення грошей і навіть методи зцілення з використанням термінів, що стосуються фізики квантовий.

Однак необхідно зазначити, що в жодному з цих випадків не існує прямої залежності від знань, що виникли в результаті досліджень в квантовій фізиці. Вони насправді є привласнення, що стало можливим лише завдяки незнання значної частини населення, коли мова йде про сучасну та сучасну фізику.

Розуміння квантової фізики передбачає оволодіння великим математичний формалізм і багато знань з фізики, алгебри, геометрії, електродинаміки тощо. Тому потрібно багато років навчання, щоб зрозуміти це так, щоб мінімально було прийнятним за академічними стандартами.

Також правдою є те, що багато людей вірять, що їхні практики ґрунтуються на квантові явища, і не рідко можна зустріти відгуки людей, які почувались краще, вдаючись до цих дій. Однак ми можемо навести причини, які вважають ефективністю так званих квантових практик:

• Квантові явища стають актуальними та спостережуваними лише в атомних масштабах. Після певного розміру все починає поводитися відповідно до класичної фізики, фізики макроскопічного масштабу.

• Переваги, які відчувають люди, які купують товари або починають займатися певними видами діяльності до "кванту" можна побачити в деяких експериментах, в яких спостерігаються поліпшення стану у пацієнтів, які отримують лікування плацебо. Ці наслідки трапляються тому, що пацієнти вважають, що їм стало краще, і вони самі цим обумовлюються.

Через велику відсутність знань про справжнє значення, що додається до цього слова квантовий, це природно для цього залучити містика, що змушує нас бачити, як це часто використовується в найневірогідніших контекстах: мотиваційні лекції, курси коучинг квантові, квантові молитви, квантова косметика, квантові лікування тощо.

Незважаючи на те, що вони дуже різні, усі ці оголошення мають щось спільне: вони є псевдонауковий і, здебільшого, вони націлені на прибуток. Тому в деяких випадках їх можна назвати шарлатанством, метою якого є додайте вартість та надійність до товарів, послуг чи звичайних звичаїв за своєю суттю.

Коли ви помічаєте використання дуже абстрактних понять у малоймовірних контекстах, недовіра і намагайтеся шукати інформацію у надійних джерелах, таких як створені освітні веб-сайти, сторінки, що посилаються на навчальні заклади або наукові статті. THE інформація це єдиний спосіб запобігти шахрайству, шарлатанству та іншим типам вірувань, які неправильно використовують назву областей знань, які освячені, але відомі небагатьом.

Дивисьтакож:Теорія струн

Книги

Якщо вам цікаво краще зрозуміти, як працює квантова фізика, але ви неспеціаліст або хочете проконсультуватися з джерелами довіряєте в цій галузі фізики, ознайомтеся з деякими книгами, які допоможуть вам краще зрозуміти дивний світ квант:

• квантова таємниця - Андрес Кассінелло та Хосе Луїс Санчес Гомес

• Розуміння квантової теорії: Книга з картинками - JP JP McEvoy та Oscar Zarate

• елегантний Всесвіт -Брайан Грін

• Квантова загадка: пошук фізики зі свідомістю - Чарльз Таунс

[1] Кредити зображення: Бенджамін Купрі, Міжнародний інститут фізики Сольвея / Wikimedia Commons.

Мені Рафаель Хелерброк