У школі ми звикли вивчати фізику. Однак є тип фізики, до якого ви можете не звикнути, і з яким кожен повинен бути знайомий. Це квантова фізика. Багато хто не знає, що таке квантова фізика. Це дуже обговорювана і захоплююча тема, яка може змінити наше уявлення про всесвіт навколо нас. Це теорія фізики, яка описує поведінку матерії, а також має кілька застосувань у повсякденному житті.
Тому в цій статті ми розповімо вам, що таке квантова фізика і які її характеристики.
Що таке квантова фізика
Квантову фізику також називають квантовою або механічною теорією. Тому що вона заснована на механічній теорії, яка зосереджується на шкалі довжин і явищах атомної та субатомної енергії, даючи нове життя попереднім теоріям, які зараз вважаються застарілими.
Яка різниця між класичною фізикою та квантовою фізикою? Останній описує випромінювання та матерію як подвійні явища: хвилі та частинки. Тому подвійність хвиля-частинка можна вважати однією з характеристик цієї механіки. Зв'язок між хвилями і частинками вивчається і підтверджується двома принципами:
- Принцип комплементарності
- Принцип невизначеності Гейзенберга (останній формалізує перший).
Ми можемо бути впевнені, що після відкриття теорії відносності та народження класичної фізики, ці ідеї започаткували нову еру — сучасну фізику. Для всебічного вивчення квантової механіки необхідна інтеграція між різними секторами фізики:
- Атомна фізика
- Фізичні частинки
- Фізика матерії
- Ядерна фізика
Походження
Класична фізика не міг вивчати матерію на мікрорівні в кінці XNUMX ст., що, можна сказати, виходить за рамки атомного вимірювання. Тому досліджувати експериментальну реальність, особливо явища, пов’язані зі світлом та електронами, неможливо. Але люди завжди хочуть йти далі, і його вроджена цікавість спонукає його досліджувати більше.
На початку XNUMX-го століття відкриття, які з'явилися в атомному масштабі, поставили під сумнів старі припущення. Квантова теорія народилася завдяки терміну, введеному академіком Максом Планком на початку XNUMX століття. Основна концепція полягає в тому, що мікроскопічна величина і кількість деяких фізичних систем можуть змінюватися навіть дискретно, але дискретно.
Ось дослідження та дослідження, які дозволили зробити такі висновки:
- 1803: визнання атомів складовим елементом молекул
- 1860: періодична система групує атоми за хімічними властивостями
- 1874: відкриття електрона і ядра
- 1887: дослідження ультрафіолетового випромінювання
Остання дата може позначати основну лінію розмежування. Для частот випромінювання нижче порогової явище взаємодії (фотоелектричний ефект) між електромагнітним випромінюванням і речовиною зникає. Завдяки фотоефекту енергія електронів пропорційна частоті електромагнітного випромінювання. Хвильової теорії Максвелла вже недостатньо для пояснення певних явищ. Ви можете дізнатися більше про цю історію в нашій статті що таке світло.
Квантова теорія
Щоб підсумувати фактори, які сприяли зародженню квантової фізики, ми можемо перерахувати важливіші дати, пов’язані з відкриттями та знаннями, які використовуються для простежування історії квантової механіки:
- 1900: Планк вводить ідею, що енергія квантується, поглинається та випромінюється.
- 1905: Ейнштейн демонструє фотоефект (енергія електромагнітного поля переноситься квантами світла (фотонами)
- 1913: Бор кількісно визначає орбітальний рух електрона.
- 1915: Зоммерфельд вводить нові правила, узагальнюючи методи кількісної оцінки.
Але з 1924 року квантова теорія, як ми її знаємо сьогодні, заклала основи. У цей день Луїза де Броггі розробила теорію хвиль матерії. Наступного року Хайнсбург перейшов на роботу, сформулював матричну механіку, а потім Дірак запропонував спеціальну теорію відносності в 1927 році. До 1982 року, коли Інститут оптики Орсе завершив дослідження порушення нерівності Белла, ці відкриття продовжувалися одне за одним. Цікаво, що біографія в Макс Планк може надати вам більше інформації про свій внесок.
Принципи квантової фізики
Серед найбільш захоплюючих відкриттів ми знаходимо:
- Подвійність хвиля-частинка
- Принцип комплементарності
- Початок невизначеності
Хвильово-частковий дуалізм
Раніше існувала лише класична фізика. Це було поділено на дві групи законів:
- Закони Ньютона
- Закони Максвелла
Перший набір законів описує рух і динаміку механічних об'єктів, а другий набір законів описує тенденції та зв'язки між суб'єктами, які є частиною електромагнітних полів: світлові та радіохвилі, Наприклад.
Деякі експерименти показують, що світло можна розглядати як хвилю. Але вони не підтверджені. З іншого боку, світло має природу частинок (за Ейнштейном і Планком), і, отже, ідея про те, що воно складається з фотонів, набуває все більшої законності. Завдяки Бору було зрозуміло, що природа матерії та випромінювання:
- Зробіть це хвилею
- Зробіть це тіло
Вже не можна було думати з тієї чи іншої точки зору, а з точки зору, що доповнює. Додатковий принцип Бора лише підкреслює цей момент, тобто Явища, які відбуваються в атомному масштабі, мають подвійні властивості хвиль і частинок. Щоб краще зрозуміти це явище, ви можете проконсультуватися зі статтею квантова суперпозиція.
Принцип невизначеності Гейзенберга
Як ми згадували раніше в 1927 році, Гейзенберг показав, що деякі пари фізичних величин, наприклад швидкість і положення, не можна одночасно зареєструватися без помилки. Точність може вплинути на одне з двох вимірювань, але не на обидва одночасно, оскільки такі явища, як швидкість, впливатимуть на інший результат вимірювання та роблять вимірювання недійсними.
Щоб знайти електрон, необхідно підсвітити фотон. Чим коротша довжина хвилі фотона, тим точніше вимірювання положення електрона. У квантовій фізиці фотони з низькою довжиною хвилі несуть більше енергії та швидкості, ніж поглинають електрони. Водночас ці заходи неможливо визначити. Детальніше про цей принцип можна прочитати в статті про Біографія Гейзенберга.
Сподіваюся, що за допомогою цієї інформації ви зможете дізнатися більше про те, що таке квантова фізика і які її характеристики.
