Na strednej škole sme zvyknutí študovať fyziku. Existuje však druh fyziky, na ktorý azda každý nie je zvyknutý. Ide o kvantová fyzika. Mnohí nevedia, čo je kvantová fyzika. Je to veľmi diskutovaná a fascinujúca téma, ktorá môže zmeniť našu predstavu o vesmíre okolo nás. Práve teória fyziky popisuje správanie hmoty a má aj niekoľko aplikácií v bežnom živote.
Preto vám v tomto článku povieme, čo je kvantová fyzika a aké sú jej charakteristiky.
Čo je kvantová fyzika
Kvantová fyzika sa nazýva aj kvantová alebo mechanická teória. Pretože je založená na mechanickej teórii, ktorá sa zameriava na rozsah dĺžok a javy atómovej a subatomárnej energie, čím dáva nový život predchádzajúcim teóriám, ktoré sa dnes považujú za zastarané.
Aký je rozdiel medzi klasickou fyzikou a kvantovou fyzikou? Ten opisuje žiarenie a hmotu ako duálne javy: vlny a častice. Preto môže byť dualita vlna-častica považovaná za jednu z charakteristík tejto mechaniky. Vzťah medzi vlnami a časticami je študovaný a potvrdený pomocou dvoch princípov:
- Princíp komplementarity
- Heisenbergov princíp neurčitosti (ten druhý formalizuje prvý).
Môžeme si byť istí, že po objavení teórie relativity a zrode klasickej fyziky, tieto poznatky ohlásili novú éru, modernú fyziku. Na komplexné štúdium kvantovej mechaniky je potrebná integrácia medzi rôznymi sektormi fyziky:
- Atómová fyzika
- Fyzikálne častice
- Fyzika hmoty
- Jadrová fyzika
Pôvod
Klasická fyzika nemohli študovať hmotu na mikroúrovni koncom XNUMX. storočia, o ktorej sa dá povedať, že je nad rámec atómového merania. Preto je nemožné študovať experimentálnu realitu, najmä javy súvisiace so svetlom a elektrónmi. Ľudia však vždy chcú ísť ďalej a jeho vrodená zvedavosť ho ženie k ďalšiemu skúmaniu.
Na začiatku XNUMX. storočia objavy, ktoré sa objavili v atómovom meradle, spochybňovali staré predpoklady. Kvantová teória sa zrodila vďaka termínu, ktorý vytvoril akademik Max Planck na začiatku XNUMX. storočia. Základným konceptom je, že mikroskopická veľkosť a množstvo niektorých fyzikálnych systémov sa môže dokonca meniť diskontinuálne, ale diskrétne.
Toto sú štúdie a výskumy, ktoré umožnili dospieť k týmto záverom:
- 1803: rozpoznanie atómov ako základného prvku molekúl
- 1860: periodická tabuľka zoskupuje atómy podľa chemických vlastností
- 1874: objav elektrónu a jadra
- 1887: štúdie o ultrafialovom žiarení
Posledný dátum môže označiť hlavnú deliacu čiaru. Pre frekvencie žiarenia pod prahom mizne jav interakcie (fotoelektrický jav) medzi elektromagnetickým žiarením a hmotou. V dôsledku fotoelektrického javu je energia elektrónov úmerná frekvencii elektromagnetického žiarenia. Maxwellova vlnová teória už nestačí na vysvetlenie niektorých javov.
Kvantová teória
Aby sme zhrnuli faktory, ktoré prispeli k zrodu kvantovej fyziky, môžeme uviesť dôležitejšie dátumy, ktoré sú spojené s objavmi a poznatkami používanými na sledovanie histórie kvantovej mechaniky:
- 1900: Planck i.Zavádza myšlienku, že energia je kvantifikovaná, absorbovaná a emitovaná.
- 1905: Einstein demonštruje fotoelektrický efekt (energia elektromagnetického poľa je transportovaná kvantami svetla (fotóny)
- 1913: Bohr kvantifikuje orbitálny pohyb elektrónu.
- 1915: Summerfeld zavádza nové pravidlá, zovšeobecňujúce metódy kvantifikácie.
Ale od roku 1924 položila základy kvantová teória, ako ju poznáme teraz. V tento deň Louise de Broggie vyvinula teóriu vĺn hmoty. Nasledujúci rok prevzal Heinsburg, sformuloval maticovú mechaniku a potom Dirac v roku 1927 navrhol špeciálnu teóriu relativity. Až do roku 1982, keď Orsay Institute of Optics dokončil vyšetrovanie porušenia Bellovej nerovnosti, tieto objavy pokračovali jeden po druhom. .
Princípy kvantovej fyziky
Medzi najfascinujúcejšie objavy nájdeme:
- Dualita vlny a častíc
- Princíp komplementarity
- Začiatok neistoty
Vlnovo-časticový dualizmus
Predtým existovala len klasická fyzika. Toto bolo rozdelené do dvoch skupín zákonov:
- Newtonove zákony
- Maxwellove zákony
Prvý súbor zákonov popisuje pohyb a dynamiku mechanických predmetov, zatiaľ čo druhý súbor zákonov popisuje tendencie a súvislosti medzi subjektmi, ktoré sú súčasťou elektromagnetických polí: svetlo a rádiové vlnynapríklad.
Niektoré experimenty ukazujú, že svetlo si možno predstaviť ako vlnu. Tie sa však nepotvrdili. Na druhej strane má svetlo časticovú povahu (od Einsteina a Plancka), a preto myšlienka, že sa skladá z fotónov, získava čoraz väčšiu legitimitu. Vďaka Bohrovi sa pochopilo, že povaha hmoty a žiarenia sú:
- Urobte z toho vlnu
- Urobte z toho telo
Už nebolo možné myslieť z tej či onej perspektívy, ale z komplementárnej perspektívy. Bohrov komplementárny princíp len zdôrazňuje tento bod, tj. javy, ktoré sa vyskytujú v atómovom meradle, majú dvojité vlastnosti vĺn a častíc.
Heinsenbergov princíp neurčitosti
Ako sme už spomenuli v roku 1927, Heinsenberg ukázal, že určité dvojice fyzikálnych veličín, ako je rýchlosť a poloha, nemôže súčasne bez chyby zaregistrovať. Presnosť môže ovplyvniť jedno z dvoch meraní, ale nie obe súčasne, pretože javy ako rýchlosť ovplyvnia druhý výsledok merania a znehodnotia meranie.
Na lokalizáciu elektrónu je potrebné osvetliť fotón. Čím je vlnová dĺžka fotónu kratšia, tým je meranie polohy elektrónu presnejšie. V kvantovej fyzike nesie nízka vlnová frekvencia fotónov viac energie a rýchlosti, ako elektróny absorbujú. Zároveň sa tieto merania nedajú určiť.
Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o tom, čo je kvantová fyzika a aké sú jej charakteristiky.