Ak ste si zrazu uvedomili, že ste zabudli na základy a postuláty kvantovej mechaniky alebo neviete, o aký druh mechaniky ide, potom je čas si tieto informácie osviežiť v pamäti. Nikto predsa nevie, kedy sa kvantová mechanika môže v živote hodiť.

Márne sa uškrniete a uškŕňate v domnení, že touto témou sa už nikdy v živote nebudete musieť zaoberať. Koniec koncov, kvantová mechanika môže byť užitočná takmer pre každého človeka, dokonca aj pre tých, ktorí sú od nej nekonečne ďaleko. Napríklad máte nespavosť. Pre kvantovú mechaniku to nie je problém! Pred spaním si prečítajte učebnicu – a už na tretej strane sa vyspíte zdravo. Alebo tak môžete pomenovať svoju skvelú rockovú kapelu. Prečo nie?

Srandu bokom, začnime vážnu kvantovú konverzáciu.

kde začať? Samozrejme, z toho, čo je kvantum.

Kvantové

Kvantum (z latinského quantum - „koľko“) je nedeliteľná časť nejakej fyzikálnej veličiny. Napríklad hovoria - kvantum svetla, kvantum energie alebo poľné kvantum.

Čo to znamená? To znamená, že menej to jednoducho nemôže byť. Keď hovoria, že nejaká hodnota je kvantovaná, chápu, že táto hodnota nadobúda množstvo špecifických, diskrétnych hodnôt. Energia elektrónu v atóme je teda kvantovaná, svetlo sa šíri v „častiach“, teda kvantách.

Samotný pojem „kvantový“ má mnohoraké využitie. Kvantum svetla (elektromagnetické pole) je fotón. Analogicky sa častice alebo kvázičastice zodpovedajúce iným poliam interakcie nazývajú kvantá. Tu si môžeme pripomenúť známy Higgsov bozón, ktorý je kvantom Higgsovho poľa. Ale do týchto džunglí ešte nelezieme.

Kvantová mechanika pre figuríny

Ako môže byť mechanika kvantová?

Ako ste si už všimli, v našom rozhovore sme veľakrát spomínali častice. Možno ste si už zvykli, že svetlo je vlna, ktorá sa jednoducho šíri rýchlosťou s . Ale ak sa na všetko pozriete z pohľadu kvantového sveta, teda sveta častíc, všetko sa zmení na nepoznanie.

Kvantová mechanika je odvetvie teoretickej fyziky, súčasť kvantovej teórie, ktorá popisuje fyzikálne javy na tej najzákladnejšej úrovni – na úrovni častíc.

Účinok takýchto javov je veľkosťou porovnateľný s Planckovou konštantou a Newtonova klasická mechanika a elektrodynamika sa ukázali ako úplne nevhodné na ich popis. Napríklad podľa klasickej teórie musí elektrón rotujúci vysokou rýchlosťou okolo jadra vyžarovať energiu a nakoniec dopadnúť na jadro. Toto, ako viete, sa nestáva. Preto prišli s kvantovou mechanikou – objavené javy bolo potrebné nejako vysvetliť a ukázalo sa, že je to práve teória, v ktorej bolo vysvetlenie najprijateľnejšie a všetky experimentálne dáta sa „zblížili“.

Mimochodom! Pre našich čitateľov je teraz zľava 10%. akýkoľvek druh práce

Trochu histórie

Zrod kvantovej teórie sa udial v roku 1900, keď Max Planck vystúpil na stretnutí Nemeckej fyzikálnej spoločnosti. Čo vtedy povedal Planck? A skutočnosť, že žiarenie atómov je diskrétne a najmenšia časť energie tohto žiarenia sa rovná

Kde h je Planckova konštanta, nu je frekvencia.

Potom Albert Einstein, ktorý predstavil koncept „svetelného kvanta“, použil Planckovu hypotézu na vysvetlenie fotoelektrického efektu. Niels Bohr predpokladal existenciu stacionárnych energetických hladín v atóme a Louis de Broglie rozvinul myšlienku duality vlna-častica, to znamená, že častica (telieska) má tiež vlnové vlastnosti. Schrödinger a Heisenberg sa pripojili k veci, a tak v roku 1925 vyšla prvá formulácia kvantovej mechaniky. V skutočnosti kvantová mechanika nie je ani zďaleka úplná teória, v súčasnosti sa aktívne rozvíja. Treba tiež uznať, že kvantová mechanika so svojimi predpokladmi nedokáže vysvetliť všetky otázky, ktorým čelí. Je dosť možné, že ho nahradí dokonalejšia teória.

Pri prechode z kvantového sveta do sveta známych vecí sa zákony kvantovej mechaniky prirodzene transformujú na zákony klasickej mechaniky. Dá sa povedať, že klasická mechanika je špeciálnym prípadom kvantovej mechaniky, kedy sa akcia odohráva v našom známom a známom makrokozme. Telesá sa tu ticho pohybujú v neinerciálnych vzťažných sústavách rýchlosťou oveľa nižšou ako je rýchlosť svetla a vôbec – všetko okolo je pokojné a zrozumiteľné. Ak chcete poznať polohu tela v súradnicovom systéme - žiadny problém, ak chcete zmerať hybnosť - ste vždy vítaní.

Kvantová mechanika má úplne iný prístup k otázke. V nej sú výsledky meraní fyzikálnych veličín pravdepodobnostného charakteru. To znamená, že pri zmene hodnoty je možných niekoľko výsledkov, z ktorých každý zodpovedá určitej pravdepodobnosti. Uveďme príklad: minca sa točí na stole. Zatiaľ čo sa točí, nie je v žiadnom konkrétnom stave (hlavy-chvosty), ale má len pravdepodobnosť, že sa nachádza v jednom z týchto stavov.

Tu sa pomaly blížime Schrödingerova rovnica a Heisenbergov princíp neurčitosti.

Podľa legendy bol Erwin Schrödinger, vystupujúci na vedeckom seminári v roku 1926 so správou o dualite medzi vlnami a časticami, kritizovaný istým starším vedcom. Schrödinger po tomto incidente odmietol počúvať starších a aktívne sa zapojil do vývoja vlnovej rovnice na popis častíc v rámci kvantovej mechaniky. A zvládol to bravúrne! Schrödingerova rovnica (základná rovnica kvantovej mechaniky) má tvar:

Tento typ rovnice, jednorozmerná stacionárna Schrödingerova rovnica, je najjednoduchší.

Tu x je vzdialenosť alebo súradnica častice, m je hmotnosť častice, E a U sú jej celkové a potenciálne energie. Riešením tejto rovnice je vlnová funkcia (psi)

Vlnová funkcia je ďalším základným konceptom v kvantovej mechanike. Takže každý kvantový systém, ktorý je v nejakom stave, má vlnovú funkciu, ktorá tento stav popisuje.

Napríklad, pri riešení jednorozmernej stacionárnej Schrödingerovej rovnice vlnová funkcia popisuje polohu častice v priestore. Presnejšie povedané, pravdepodobnosť nájdenia častice v určitom bode priestoru. Inými slovami, Schrödinger ukázal, že pravdepodobnosť možno opísať vlnovou rovnicou! Súhlas, na toto sa malo myslieť!

Ale prečo? Prečo sa musíme zaoberať týmito nepochopiteľnými pravdepodobnosťami a vlnovými funkciami, keď, zdalo by sa, nie je nič jednoduchšie, ako len zobrať a zmerať vzdialenosť častice alebo jej rýchlosť.

Všetko je veľmi jednoduché! V makrokozme to skutočne platí - vzdialenosť meriame páskou s určitou presnosťou a chyba merania je určená charakteristikami zariadenia. Na druhej strane môžeme okom takmer presne určiť vzdialenosť k objektu, napríklad k stolu. V každom prípade presne rozlišujeme jeho polohu v miestnosti voči nám a iným predmetom. Vo svete častíc je situácia zásadne iná – jednoducho fyzicky nemáme meracie nástroje na presné meranie požadovaných veličín. Merací nástroj totiž prichádza do priameho kontaktu s meraným objektom a v našom prípade sú objektom aj nástrojom častice. Práve táto nedokonalosť, zásadná nemožnosť zohľadniť všetky faktory pôsobiace na časticu, ako aj samotná skutočnosť zmeny stavu systému pod vplyvom merania, sú základom Heisenbergovho princípu neurčitosti.

Predstavme si jeho najjednoduchšiu formuláciu. Predstavte si, že existuje nejaká častica a my chceme poznať jej rýchlosť a súradnicu.

V tejto súvislosti Heisenbergov princíp neistoty uvádza, že nie je možné presne zmerať polohu a rýchlosť častice súčasne. . Matematicky je to napísané takto:

Tu delta x je chyba pri určení súradnice, delta v je chyba pri určení rýchlosti. Zdôrazňujeme, že tento princíp hovorí, že čím presnejšie určíme súradnicu, tým menej presne budeme poznať rýchlosť. A ak zadefinujeme rýchlosť, nebudeme mať ani najmenšiu predstavu o tom, kde sa častica nachádza.

Existuje veľa vtipov a anekdot o princípe neurčitosti. Tu je jeden z nich:

Policajt zastaví kvantového fyzika.
- Pane, viete ako rýchlo ste sa pohybovali?
- Nie, ale presne viem, kde som.

A, samozrejme, pripomíname! Ak vám náhle z nejakého dôvodu riešenie Schrödingerovej rovnice pre časticu v potenciálnej studni nedovolí zaspať, kontaktujte našich autorov– profesionáli, ktorí boli vychovaní s kvantovou mechanikou na perách!

Nikto na tomto svete nechápe, čo je kvantová mechanika. To je možno to najdôležitejšie, čo o nej treba vedieť. Samozrejme, mnohí fyzici sa naučili používať zákony a dokonca predpovedať javy na základe kvantových výpočtov. Stále však nie je jasné, prečo pozorovateľ experimentu určuje správanie systému a núti ho zaujať jeden z dvoch stavov.

Tu je niekoľko príkladov experimentov s výsledkami, ktoré sa pod vplyvom pozorovateľa nevyhnutne zmenia. Ukazujú, že kvantová mechanika sa prakticky zaoberá zásahom vedomého myslenia do materiálnej reality.

V súčasnosti existuje veľa interpretácií kvantovej mechaniky, ale kodanská interpretácia je snáď najznámejšia. V 20. rokoch 20. storočia sformulovali jeho všeobecné postuláty Niels Bohr a Werner Heisenberg.

Základom kodanskej interpretácie bola vlnová funkcia. Ide o matematickú funkciu obsahujúcu informácie o všetkých možných stavoch kvantového systému, v ktorom súčasne existuje. Podľa Kodanskej interpretácie stav systému a jeho polohu voči iným stavom možno určiť len pozorovaním (vlnová funkcia sa používa len na matematický výpočet pravdepodobnosti, že sa systém nachádza v jednom alebo druhom stave).

Dá sa povedať, že po pozorovaní sa kvantový systém stáva klasickým a okamžite prestáva existovať v iných stavoch, ako bol ten, v ktorom bol pozorovaný. Tento záver si našiel svojich odporcov (spomeňte si na slávne Einsteinovo „Boh nehrá kocky“), no presnosť výpočtov a predpovedí mala predsa len svoje.

Napriek tomu počet priaznivcov kodanskej interpretácie klesá a hlavným dôvodom je záhadný okamžitý kolaps vlnovej funkcie počas experimentu. Slávny myšlienkový experiment Erwina Schrödingera s úbohou mačkou by mal demonštrovať absurdnosť tohto javu. Pripomeňme si detaily.

Vo vnútri čiernej skrinky sedí čierna mačka a s ňou liekovka s jedom a mechanizmus, ktorý dokáže náhodne uvoľniť jed. Napríklad rádioaktívny atóm počas rozpadu môže rozbiť bublinu. Presný čas rozpadu atómu nie je známy. Známy je len polčas rozpadu, počas ktorého dochádza k rozpadu s pravdepodobnosťou 50 %.

Je zrejmé, že pre vonkajšieho pozorovateľa je mačka vo vnútri krabice v dvoch stavoch: buď je živá, ak všetko prebehlo dobre, alebo mŕtva, ak došlo k rozkladu a fľaštička sa rozbila. Oba tieto stavy sú opísané vlnovou funkciou mačky, ktorá sa v priebehu času mení.

Čím viac času uplynulo, tým je pravdepodobnejšie, že došlo k rádioaktívnemu rozpadu. No akonáhle otvoríme krabicu, vlnová funkcia skolabuje a my okamžite vidíme výsledky tohto neľudského experimentu.

V skutočnosti, kým pozorovateľ neotvorí krabicu, mačka bude nekonečne balansovať medzi životom a smrťou, alebo bude živá aj mŕtva. O jej osude možno rozhodnúť iba v dôsledku konania pozorovateľa. Na túto absurditu poukázal Schrödinger.

Podľa prieskumu slávnych fyzikov The New York Times je experiment elektrónovej difrakcie jednou z najúžasnejších štúdií v histórii vedy. Aká je jeho povaha? Existuje zdroj, ktorý vysiela lúč elektrónov na fotocitlivú obrazovku. A týmto elektrónom stojí v ceste prekážka, medená platňa s dvoma štrbinami.

Aký obraz môžeme očakávať na obrazovke, ak sú pre nás elektróny zvyčajne reprezentované ako malé nabité guľôčky? Dva pruhy oproti štrbinám v medenej doske. Ale v skutočnosti sa na obrazovke objaví oveľa zložitejší vzor striedajúcich sa bielych a čiernych pruhov. Je to spôsobené tým, že pri prechode štrbinou sa elektróny začnú správať nielen ako častice, ale aj ako vlny (fotóny alebo iné svetelné častice, ktoré môžu byť zároveň vlnou, sa správajú rovnako).

Tieto vlny interagujú v priestore, narážajú a navzájom sa posilňujú, a v dôsledku toho sa na obrazovke zobrazuje zložitý vzor striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Zároveň sa výsledok tohto experimentu nemení, aj keď elektróny prechádzajú jeden po druhom - aj jedna častica môže byť vlna a prechádzať cez dve štrbiny súčasne. Tento postulát bol jedným z hlavných v kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky, keď častice môžu súčasne demonštrovať svoje „obyčajné“ fyzikálne vlastnosti a exotické vlastnosti ako vlna.

Ale čo pozorovateľ? Práve on robí tento mätúci príbeh ešte mätúcim. Keď sa fyzici v experimentoch, ako je tento, pokúsili použiť prístroje na určenie, ktorou štrbinou elektrón skutočne prechádza, obraz na obrazovke sa dramaticky zmenil a stal sa „klasickým“: s dvoma osvetlenými časťami priamo oproti štrbinám bez akýchkoľvek striedajúcich sa pruhov.

Zdalo sa, že elektróny sa zdráhali odhaliť svoju vlnovú povahu pozornému oku prizerajúcich sa. Vyzerá to ako tajomstvo zahalené tmou. Existuje však jednoduchšie vysvetlenie: pozorovanie systému nemožno vykonávať bez fyzického vplyvu naň. Budeme o tom diskutovať neskôr.

2. Vyhrievané fullerény

Experimenty s difrakciou častíc sa robili nielen s elektrónmi, ale aj s inými, oveľa väčšími objektmi. Používali sa napríklad fullerény, veľké a uzavreté molekuly pozostávajúce z niekoľkých desiatok atómov uhlíka. Nedávno sa skupina vedcov z Viedenskej univerzity pod vedením profesora Zeilingera pokúsila do týchto experimentov zahrnúť prvok pozorovania. Aby to urobili, ožiarili pohybujúce sa molekuly fullerénu laserovými lúčmi. Potom, zahrievané vonkajším zdrojom, molekuly začali žiariť a nevyhnutne odrážali svoju prítomnosť pre pozorovateľa.

Spolu s touto inováciou sa zmenilo aj správanie molekúl. Pred takýmto komplexným pozorovaním sa fullerény celkom úspešne vyhli prekážke (vykazujúcej vlnové vlastnosti), podobne ako v predchádzajúcom príklade s elektrónmi narážajúcimi na obrazovku. Ale s prítomnosťou pozorovateľa sa fullerény začali správať ako fyzikálne častice, ktoré dokonale dodržiavajú zákony.

3. Meranie chladenia

Jedným z najznámejších zákonov vo svete kvantovej fyziky je Heisenbergov princíp neurčitosti, podľa ktorého nie je možné určiť rýchlosť a polohu kvantového objektu súčasne. Čím presnejšie zmeriame hybnosť častice, tým presnejšie dokážeme zmerať jej polohu. V našom makroskopickom reálnom svete však platnosť kvantových zákonov pôsobiacich na drobné častice zvyčajne zostáva nepovšimnutá.

Nedávne experimenty prof. Schwaba z USA sú veľmi cenným príspevkom k tejto oblasti. Kvantové efekty v týchto experimentoch sa nepreukázali na úrovni elektrónov alebo molekúl fullerénu (ktoré majú približný priemer 1 nm), ale na väčších objektoch, malej hliníkovej stuhe. Táto páska bola upevnená na oboch stranách, takže jej stred bol v zavesenom stave a mohol vibrovať pod vonkajším vplyvom. Okrem toho bolo v blízkosti umiestnené zariadenie schopné presne zaznamenať polohu pásky. Výsledkom experimentu bolo objavených niekoľko zaujímavých vecí. Po prvé, akékoľvek meranie súvisiace s polohou objektu a pozorovaním pásky ju ovplyvnilo, po každom meraní sa poloha pásky zmenila.

Experimentátori určili súradnice pásky s vysokou presnosťou, a tak v súlade s Heisenbergovým princípom zmenili jej rýchlosť a tým aj následnú polohu. Po druhé, a celkom neočakávane, niektoré merania viedli k ochladeniu pásky. Pozorovateľ teda môže meniť fyzikálne vlastnosti predmetov už len ich prítomnosťou.

4. Mrazivé častice

Ako viete, nestabilné rádioaktívne častice sa rozpadajú nielen pri pokusoch s mačkami, ale aj samostatne. Každá častica má priemernú životnosť, ktorá sa, ako sa ukazuje, môže pod drobnohľadom pozorovateľa predĺžiť. Tento kvantový efekt bol predpovedaný už v 60. rokoch a jeho skvelý experimentálny dôkaz sa objavil v článku publikovanom skupinou vedenou nositeľom Nobelovej ceny za fyziku Wolfgangom Ketterlem z Massachusettského technologického inštitútu.

V tejto práci sa študoval rozpad nestabilných excitovaných atómov rubídia. Ihneď po príprave systému boli atómy excitované pomocou laserového lúča. Pozorovanie prebiehalo v dvoch režimoch: kontinuálnom (systém bol neustále vystavený malým svetelným impulzom) a pulznom (systém bol z času na čas ožarovaný silnejšími impulzmi).

Získané výsledky plne súhlasili s teoretickými predpoveďami. Vonkajšie svetelné efekty spomaľujú rozpad častíc a vracajú ich do pôvodného stavu, ktorý je vzdialený od stavu rozpadu. Veľkosť tohto efektu sa tiež zhodovala s predpoveďami. Maximálna životnosť nestabilných excitovaných atómov rubídia sa zvýšila 30-krát.

5. Kvantová mechanika a vedomie

Elektróny a fullerény prestávajú vykazovať svoje vlnové vlastnosti, hliníkové platne sa ochladzujú a nestabilné častice spomaľujú ich rozpad. Pozorné oko diváka doslova mení svet. Prečo to nemôže byť dôkazom zapojenia našej mysle do práce sveta? Možno mali Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakúsky fyzik, laureát Nobelovej ceny, priekopník kvantovej mechaniky) predsa len pravdu, keď povedali, že zákony fyziky a vedomia by sa mali považovať za vzájomne sa dopĺňajúce?

Sme len krôčik od toho, aby sme si uvedomili, že svet okolo nás je len iluzórnym produktom našej mysle. Predstava je to desivá a lákavá. Skúsme sa opäť obrátiť na fyzikov. Najmä v posledných rokoch, keď čoraz menej ľudí verí kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky s jej záhadnými vlnovými kolapsmi, ktoré sa obracia na svetskejšiu a spoľahlivejšiu dekoherenciu.

Faktom je, že pri všetkých týchto experimentoch s pozorovaniami experimentátori nevyhnutne ovplyvňovali systém. Osvetlili ho laserom a nainštalovali meracie prístroje. Spájal ich dôležitý princíp: nemôžete pozorovať systém alebo merať jeho vlastnosti bez interakcie s ním. Akákoľvek interakcia je proces úpravy vlastností. Najmä keď je malý kvantový systém vystavený kolosálnym kvantovým objektom. Nejaký večne neutrálny budhistický pozorovateľ je z princípu nemožný. A tu vstupuje do hry pojem „dekoherencia“, ktorý je z hľadiska termodynamiky nezvratný: kvantové vlastnosti systému sa menia pri interakcii s iným veľkým systémom.

Počas tejto interakcie kvantový systém stráca svoje pôvodné vlastnosti a stáva sa klasickým, akoby „poslúchal“ veľký systém. To vysvetľuje aj paradox Schrödingerovej mačky: mačka je príliš veľký systém, takže ju nemožno izolovať od zvyšku sveta. Samotný dizajn tohto myšlienkového experimentu nie je úplne správny.

V každom prípade, ak predpokladáme realitu aktu stvorenia vedomím, dekoherencia sa javí ako oveľa pohodlnejší prístup. Možno až príliš pohodlné. S týmto prístupom sa celý klasický svet stáva jedným veľkým dôsledkom dekoherencie. A ako uviedol autor jednej z najznámejších kníh v tejto oblasti, takýto prístup logicky vedie k výrokom ako „na svete nie sú žiadne častice“ alebo „na základnej úrovni neexistuje čas“.

Čo je pravda: v tvorcovi-pozorovateľovi alebo v silnej dekoherencii? Musíme si vybrať medzi dvoma zlami. Napriek tomu sú vedci čoraz viac presvedčení, že kvantové efekty sú prejavom našich duševných procesov. A kde končí pozorovanie a začína realita, závisí od každého z nás.

Podľa topinfopost.com

Kvantinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. kvantová fyzika vok. Quantenphysik, f rus. kvantová fyzika, f pranc. physique quantique, f … Fizikos terminų žodynas

Tento výraz má iné významy, pozri Stacionárny stav. Stacionárny stav (z lat. stationarius nehybne stáť, nehybne) je stav kvantového systému, v ktorom je jeho energia a iné dynamické ... Wikipedia

- ... Wikipedia

Má nasledujúce podsekcie (zoznam je neúplný): Kvantová mechanika Algebraická kvantová teória Kvantová teória poľa Kvantová elektrodynamika Kvantová chromodynamika Kvantová termodynamika Kvantová gravitácia Teória superstrun Pozri tiež ... ... Wikipedia

Kvantová mechanika Princíp neistoty Úvod ... Matematická formulácia ... Základ ... Wikipedia

FYZIKA. 1. Predmet a štruktúra fyziky F. veda, ktorá študuje najjednoduchšie a zároveň najviac. všeobecné vlastnosti a zákony pohybu objektov hmotného sveta, ktorý nás obklopuje. V dôsledku tejto všeobecnosti neexistujú žiadne prírodné javy, ktoré by nemali fyzické. vlastnosti... Fyzická encyklopédia

Hypernukleárna fyzika je odvetvie fyziky na priesečníku jadrovej fyziky a fyziky elementárnych častíc, v ktorom sú predmetom skúmania systémy podobné jadru obsahujúce okrem protónov a neutrónov aj ďalšie hyperóny elementárnych častíc. Tiež ... ... Wikipedia

Oblasť fyziky, ktorá študuje dynamiku častíc v urýchľovačoch, ako aj početné technické problémy spojené s konštrukciou a prevádzkou urýchľovačov častíc. Fyzika urýchľovačov zahŕňa otázky súvisiace s produkciou a akumuláciou častíc ... Wikipedia

Fyzika kryštálov Kryštalografia kryštálov Kryštalická mriežka Typy kryštálových mriežok Difrakcia v kryštáloch Recipročná mriežka Wigner Seitzova bunka Brillouinova zóna Faktor štruktúry Atómový rozptylový faktor Typy väzieb v ... ... Wikipedia

Kvantová logika je časť logiky potrebná na uvažovanie o vetách, ktoré zohľadňujú princípy kvantovej teórie. Táto oblasť výskumu bola založená v roku 1936 prácou Garita Bierhofa a Johna von Neumanna, ktorí sa pokúsili ... ... Wikipedia

knihy

• Kvantová fyzika, Leonid Karlovich Martinson. Podrobne je prezentovaný teoretický a experimentálny materiál, ktorý je základom kvantovej fyziky. Veľká pozornosť sa venuje fyzickému obsahu základných kvantových pojmov a matematických ...
• Kvantová fyzika, Sheddad Qaid-Sala Ferron. Celý náš svet a všetko, čo je v ňom - ​​domy, stromy a dokonca aj ľudia! - skladá sa z drobných čiastočiek. Kniha „Kvantová fyzika“ zo série „Prvé knihy o vede“ povie o neviditeľnom pre naše ...

Podľa definície je kvantová fyzika odvetvím teoretickej fyziky, ktorá študuje kvantové mechanické systémy a systémy kvantových polí a zákony ich pohybu. Základné zákony kvantovej fyziky sa študujú v rámci kvantovej mechaniky a kvantovej teórie poľa a uplatňujú sa aj v iných odvetviach fyziky. Kvantová fyzika a jej hlavné teórie – kvantová mechanika, kvantová teória poľa – boli vytvorené v prvej polovici 20. storočia mnohými vedcami, medzi nimi Max Planck, Albert Einstein, Arthur Compton, Louis de Broglie, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Paul Dirac. Wolfgang Pauli.Kvantová fyzika spája viacero odvetví fyziky, v ktorých zohrávajú zásadnú úlohu javy kvantovej mechaniky a kvantovej teórie poľa prejavujúce sa na úrovni mikrokozmu, ale majúce (dôležité) dôsledky aj na úrovni makrokozmu.

Tie obsahujú:

kvantová mechanika;

kvantová teória poľa – a jej aplikácie: jadrová fyzika, fyzika elementárnych častíc, fyzika vysokých energií;

kvantová štatistická fyzika;

kvantová teória kondenzovanej hmoty;

kvantová teória pevného telesa;

kvantová optika.

Samotný pojem Quantum (z latinského quantum - „koľko“) je nedeliteľnou časťou akejkoľvek veličiny vo fyzike. Koncept je založený na myšlienke kvantovej mechaniky, že niektoré fyzikálne veličiny môžu nadobudnúť iba určité hodnoty (hovoria, že fyzikálna veličina je kvantovaná). V niektorých dôležitých špeciálnych prípadoch môže byť táto hodnota alebo krok jej zmeny iba celými násobkami nejakej základnej hodnoty – a tá sa nazýva kvantum.

Kvantá niektorých polí majú špeciálne názvy:

fotón - kvantum elektromagnetického poľa;

gluón - kvantum vektorového (gluónového) poľa v kvantovej chromodynamike (poskytuje silnú interakciu);

graviton - hypotetické kvantum gravitačného poľa;

fonón - kvantum vibračného pohybu atómov kryštálov.

Kvantizácia je vo všeobecnosti postup na konštruovanie niečoho pomocou diskrétnej množiny veličín, napríklad celých čísel,

na rozdiel od konštruovania pomocou súvislej množiny veličín, ako sú reálne čísla.

Vo fyzike:

Kvantovanie - konštrukcia kvantovej verzie nejakej nekvantovej (klasickej) teórie alebo fyzikálneho modelu

podľa faktov kvantovej fyziky.

Feynmanovo kvantovanie - kvantovanie z hľadiska funkčných integrálov.

Druhá kvantizácia je metóda na opis viacčasticových kvantových mechanických systémov.

Diracova kvantizácia

Geometrické kvantovanie

V informatike a elektronike:

Kvantovanie je rozdelenie rozsahu hodnôt určitej veličiny do konečného počtu intervalov.

Kvantizačný šum - chyby, ktoré sa vyskytujú pri digitalizácii analógového signálu.

V hudbe:

Kvantizácia nôt – presúvanie nôt na najbližšie doby v sekvenceri.

Je potrebné poznamenať, že napriek množstvu určitých úspechov v popise podstaty mnohých javov a procesov vyskytujúcich sa vo svete okolo nás, dnes kvantová fyzika spolu s celým komplexom jej subdisciplín nie je uceleným, uceleným pojmom, resp. aj keď sa pôvodne chápalo, že v rámci kvantovej fyziky sa vybuduje jednotná integrálna, konzistentná a všetky známe javy vysvetľujúca disciplína, dnes to tak nie je, napríklad kvantová fyzika nedokáže vysvetliť princípy a súčasnosť. fungujúci model gravitácie, hoci nikto nepochybuje o tom, že gravitácia je jedným zo základných základných zákonov vesmíru a nemožnosť vysvetliť ju z hľadiska kvantových prístupov hovorí len o tom, že sú nedokonalé a nie sú úplné a konečná pravda v poslednom prípade.

Navyše v samotnej kvantovej fyzike existujú rôzne prúdy a smery, z ktorých zástupcovia ponúkajú svoje vlastné vysvetlenia pre fenomenologické experimenty, ktoré nemajú jednoznačnú interpretáciu. V rámci samotnej kvantovej fyziky jej zastupujúci vedci nemajú spoločný názor a spoločné chápanie, často sú ich interpretácie a vysvetlenia tých istých javov dokonca protichodné. A čitateľ by mal pochopiť, že samotná kvantová fyzika je iba prechodný koncept, súbor metód, prístupov a algoritmov, ktoré ju tvoria, a môže sa dobre ukázať, že po chvíli sa vyvinie oveľa úplnejší, dokonalejší a konzistentnejší koncept. , s inými prístupmi a inými metódami. Čitateľa však určite budú zaujímať hlavné javy, ktoré sú predmetom štúdia kvantovej fyziky a ktoré, keď sa ich vysvetľujúce modely spoja do jedného systému, sa môžu stať základom pre úplne novú vedeckú paradigmu. Takže tu sú udalosti:

1. Dualizmus korpuskulárnej vlny.

Pôvodne sa predpokladalo, že dualita vlna-častica je charakteristická len pre fotóny svetla, ktoré v niektorých prípadoch

správať sa ako prúd častíc a v iných ako vlny. Ale mnohé experimenty kvantovej fyziky ukázali, že toto správanie je charakteristické nielen pre fotóny, ale aj pre akékoľvek častice, vrátane tých, ktoré tvoria fyzikálne hustú hmotu. Jedným z najznámejších experimentov v tejto oblasti je experiment s dvoma štrbinami, kedy prúd elektrónov smeroval na platňu, v ktorej boli dve paralelné úzke štrbiny, za platňou bola elektrónom nepriepustná clona, ​​na ktorej bolo možné aby ste presne videli, aké vzory sa na ňom objavili.z elektrónov. A v niektorých prípadoch tento obrázok pozostával z dvoch rovnobežných pásikov, rovnakých ako dve štrbiny na doske pred obrazovkou, ktoré charakterizovali správanie elektrónového lúča, niečo ako prúd malých guľôčok, ale v iných prípadoch na obrazovke sa vytvoril vzor, ​​ktorý je charakteristický pre interferenciu vĺn (veľa paralelných pruhov, s najhrubšími v strede a tenšími na okrajoch). Pri pokuse o podrobnejšie skúmanie procesu sa ukázalo, že jeden elektrón môže prechádzať buď iba jednou štrbinou alebo dvoma štrbinami súčasne, čo je úplne nemožné, ak by elektrón bol iba pevnou časticou. V skutočnosti už v súčasnosti existuje názor, aj keď nie je dokázaný, ale zjavne veľmi blízky pravde a z hľadiska svetonázoru mimoriadne dôležitý, že elektrón v skutočnosti nie je ani vlna, ani častica. , ale je to prepletenie primárnych energií alebo látok, ktoré sú spolu skrútené a cirkulujú po určitej obežnej dráhe a v niektorých prípadoch demonštrujú vlastnosti vlny. av niektorých vlastnostiach častice.

Mnoho obyčajných ľudí rozumie veľmi zle, ale čo je elektrónový oblak obklopujúci atóm, ktorý bol opísaný v r

škola, no, čo to je, oblak elektrónov, teda, že ich je veľa, tieto elektróny, nie, nie takto, oblak je ten istý elektrón,

ide len o to, že je na obežnej dráhe rozmazaný ako kvapka, a keď sa pokúšate určiť jeho presnú polohu, musíte vždy použiť

pravdepodobnostné prístupy, keďže hoci sa uskutočnilo obrovské množstvo experimentov, nikdy nebolo možné presne určiť, kde sa elektrón v danom časovom bode nachádza na obežnej dráhe, dá sa to určiť len s určitou pravdepodobnosťou. A to všetko z toho istého dôvodu, že elektrón nie je tuhá častica a zobrazovať ho, ako v školských učebniciach, ako pevnú guľu krúžiacu po obežnej dráhe, je zásadne nesprávne a vytvára u detí mylnú predstavu o \u200b\ U200b ako sa veci v skutočnosti dejú v prírode.procesy na mikroúrovni, všade okolo nás, vrátane nás samých.

2. Vzťah medzi pozorovaným a pozorovateľom, vplyv pozorovateľa na pozorované.

Pri rovnakých experimentoch s platňou s dvoma štrbinami a clonou a pri podobných sa neočakávane zistilo, že správanie elektrónov ako vlny a ako častice bolo v úplne merateľnej závislosti od toho, či bol prítomný priamy vedec-pozorovateľ. v experimente alebo nie, a ak bol prítomný, aké očakávania mal od výsledkov experimentu!

Keď pozorujúci vedec očakával, že sa elektróny budú správať ako častice, správali sa ako častice, ale keď na jeho miesto nastúpil vedec, ktorý očakával, že sa budú správať ako vlny, elektróny sa správali ako prúd vĺn! Očakávanie pozorovateľa priamo ovplyvňuje výsledok experimentu, aj keď nie vo všetkých prípadoch, ale v úplne merateľnom percente experimentov! Je dôležité, veľmi dôležité pochopiť, že pozorovaný experiment a samotný pozorovateľ nie sú niečím oddeleným od seba, ale sú súčasťou jedného jediného systému, bez ohľadu na to, aké steny medzi nimi stoja. Je mimoriadne dôležité uvedomiť si, že celý proces nášho života je nepretržitým a neustálym pozorovaním,

pre iných ľudí, javy a predmety a pre seba. A hoci očakávanie pozorovateľného nie vždy presne určuje výsledok akcie,

okrem toho existuje mnoho ďalších faktorov, avšak vplyv tohto je veľmi citeľný.

Spomeňme si, koľkokrát sa v našom živote vyskytli situácie, keď človek podniká, príde za ním ďalší a začne ho pozorne sledovať a v tom momente sa tento človek buď pomýli, alebo urobí nedobrovoľný čin. A mnohí poznajú tento nepolapiteľný pocit, keď urobíte nejakú akciu, začnú vás pozorne pozorovať a v dôsledku toho prestanete byť schopní túto akciu urobiť, hoci ste to urobili celkom úspešne pred objavením sa pozorovateľa.

A teraz si pripomeňme, že väčšina ľudí je vychovávaná a vychovávaná, ako v školách, tak v ústavoch, že všetko naokolo a fyzicky hustá hmota a všetky predmety, aj my sami, pozostávajú z atómov a atómy sa skladajú z jadier a okolo nich sa točia. elektróny a jadrá sú protóny a neutróny a všetko sú to také tvrdé guľôčky, ktoré sú pospájané rôznymi typmi chemických väzieb a práve typy týchto väzieb určujú povahu a vlastnosti hmoty. A o možnom správaní sa častíc z pohľadu vĺn, a teda všetkých objektov, z ktorých sa tieto častice skladajú, a nás samotných,

nikto nehovorí! Väčšina to nevie, neverí tomu a nepoužíva to! To znamená, že od okolitých objektov očakáva správanie presne ako súbor pevných častíc. Nuž, správajú sa a správajú ako súbor častíc v rôznych kombináciách. Takmer nikto neočakáva správanie objektu vyrobeného z fyzicky hustej hmoty, ako je prúd vĺn, zdá sa zdravému rozumu nemožné, hoci tomu nebránia žiadne zásadné prekážky, a to všetko preto, že nesprávne a chybné modely a chápanie okolitého sveta sú v ľuďoch položené od detstva, v dôsledku toho Keď človek vyrastie, tieto príležitosti nevyužíva, ani nevie, že existujú. Ako môžete použiť to, čo nepoznáte. A keďže sú na planéte miliardy takýchto neveriacich a ignorantských ľudí, je celkom možné, že totalita sociálneho vedomia všetkých ľudí na Zemi, ako akýsi priemer pre nemocnicu, definuje štandardné usporiadanie sveta. okolo ako súbor častíc, stavebných blokov a nič viac (napokon podľa jedného z modelov je celé ľudstvo obrovskou zbierkou pozorovateľov).

3. Kvantová nelokálnosť a kvantová previazanosť.

Jedným zo základných kameňov a definujúcich konceptov kvantovej fyziky je kvantová nelokálnosť a kvantová previazanosť s ňou priamo súvisiaca alebo kvantová previazanosť, čo je v podstate to isté. Pozoruhodnými príkladmi kvantového zapletenia sú napríklad experimenty uskutočnené Alainom Aspectom, v ktorých sa uskutočnila polarizácia fotónov emitovaných rovnakým zdrojom a prijímaných dvoma rôznymi prijímačmi. A ukázalo sa, že ak zmeníte polarizáciu (orientáciu spinu) jedného fotónu, zároveň sa zmení polarizácia druhého fotónu a naopak, a táto zmena polarizácie nastane okamžite, bez ohľadu na vzdialenosť, v ktorej tieto fotóny sú od seba navzájom. Vyzerá to tak, že dva fotóny emitované jedným zdrojom sú prepojené, hoci medzi nimi nie je zjavné priestorové prepojenie a zmena parametrov jedného fotónu okamžite vedie k zmene parametrov iného fotónu. Je dôležité pochopiť, že fenomén kvantového zapletenia alebo zapletenia platí nielen pre mikro, ale aj pre makroúroveň.

Jedným z prvých demonštračných experimentov v tejto oblasti bol experiment ruských (vtedy ešte sovietskych) torzných fyzikov.

Schéma experimentu bola nasledovná: zobrali kus najobyčajnejšieho hnedého uhlia ťaženého v baniach na spaľovanie v kotolniach a rozrezali ho na 2 časti. Keďže ľudstvo pozná uhlie už veľmi dlho, ide o veľmi dobre prebádaný objekt, a to z hľadiska jeho fyzikálnych a chemických vlastností, molekulárnych väzieb, tepla uvoľneného pri spaľovaní na jednotku objemu a pod. Takže jeden kus tohto uhlia zostal v laboratóriu v Kyjeve, druhý kus uhlia bol odvezený do laboratória v Krakove. Každý z týchto kusov sa zase rozrezal na 2 rovnaké časti, výsledkom bolo - 2 rovnaké kusy rovnakého uhlia boli v Kyjeve a 2 rovnaké kusy boli v Krakove. Potom vzali po jednom kuse v Kyjeve a Krakove a súčasne oba spálili a zmerali množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní. Dopadlo to približne rovnako, ako sa očakávalo. Potom sa kus uhlia v Kyjeve ožiaril torzným generátorom (ten v Krakove nebol ničím ožiarený) a oba tieto kusy sa opäť spálili. A tentoraz obidva tieto kusy poskytli efekt asi o 15% viac tepla pri spaľovaní ako pri spaľovaní prvých dvoch kusov. Nárast uvoľňovania tepla pri spaľovaní uhlia v Kyjeve bol pochopiteľný, pretože bol ovplyvnený žiarením, v dôsledku toho sa zmenila jeho fyzikálna štruktúra, čo spôsobilo zvýšenie uvoľňovania tepla pri spaľovaní asi o 15%. Ale ten kúsok, ktorý bol v Krakove, tiež zvýšil uvoľňovanie tepla o 15 %, hoci nebol ničím ožiarený! Tento kus uhlia zmenil aj svoje fyzikálne vlastnosti, hoci nebol ožiarený on, ale iný kus (s ktorým boli kedysi súčasťou jedného celku, čo je zásadne dôležitý bod pre pochopenie podstaty), a vzdialenosť 2000 km medzi týmito kusmi absolútne nebola prekážkou, zmeny v štruktúre oboch kusov uhlia nastali okamžite, čo sa potvrdilo opakovaným opakovaním experimentu. Musíme však pochopiť, že tento proces sa nemusí nevyhnutne týkať iba uhlia, je možné použiť akýkoľvek iný materiál a účinok bude, celkom očakávane, úplne rovnaký!

To znamená, že kvantová previazanosť a kvantová nelokálnosť sú platné aj v makroskopickom svete a nielen v mikrokozme elementárnych častíc – vo všeobecnosti je to celkom pravda, pretože všetky makro objekty pozostávajú práve z týchto elementárnych častíc!

Pre spravodlivosť treba poznamenať, že torzní fyzici považovali mnohé kvantové javy za prejav torzných polí a niektorí kvantoví fyzici naopak považovali torzné polia za špeciálny prípad prejavu kvantových efektov. Čo vo všeobecnosti nie je prekvapujúce, pretože obaja študujú a skúmajú rovnaký svet okolo, s rovnakými univerzálnymi zákonmi, na mikro aj na makro úrovni,

a nech pri vysvetľovaní javov používajú rôzne prístupy a inú terminológiu, podstata je stále rovnaká.

Platí však tento jav len pre neživé predmety, aká je situácia so živými organizmami, je možné tam zaznamenať podobné efekty?

Ukázalo sa, že áno a jedným z tých, ktorí to dokázali, bol americký lekár Cleve Baxter. Spočiatku sa tento vedec špecializoval na testovanie polygrafu, teda zariadenia na detektor lži, ktorý sa používa na vypočúvanie subjektov v laboratóriách CIA. Uskutočnilo sa množstvo úspešných experimentov na registráciu a zistenie rôznych emocionálnych stavov medzi vypočúvanými v závislosti od údajov na detektore lži a boli vyvinuté účinné techniky, ktoré sa dodnes používajú pri výsluchoch prostredníctvom detektora lži. Postupom času sa záujem lekára rozšíril a začal experimentovať s rastlinami a zvieratami. Spomedzi množstva veľmi zaujímavých výsledkov treba vyzdvihnúť jeden, ktorý priamo súvisí s kvantovou previazanosťou a kvantovou nelokálnosťou, a to - účastníkovi experimentu boli odobraté živé bunky z úst a vložené do skúmavky (tj. je známe, že bunky odobraté pre vzorku

ľudia žijú ešte niekoľko hodín), táto skúmavka bola pripojená k polygrafu. Potom človek, ktorému bola táto vzorka odobratá, precestoval niekoľko desiatok, ba až stoviek kilometrov a zažil tam rôzne stresové situácie. Počas rokov výskumu Cleve Baxter dobre študoval, ktoré hodnoty na polygrafe zodpovedali určitým stresujúcim ľudským podmienkam. Bol dodržaný prísny protokol, kde sa prehľadne zaznamenával čas dostávania sa do stresových situácií a vedený bol aj protokol na zaznamenávanie odpočtov polygrafu napojeného na skúmavku s ešte živými bunkami.synchronizácia medzi človekom vstupujúcim do stresovej situácie a takmer simultánna reakcia buniek vo forme zodpovedajúcich polygrafických grafov! To znamená, že hoci bunky odobraté osobe na testovanie a osoba samotná boli oddelené v priestore, stále medzi nimi existovalo spojenie a zmena emocionálneho a psychický stav človeka sa takmer okamžite prejavil na reakcii buniek v skúmavke.

Výsledok sa mnohokrát opakoval, boli pokusy o inštaláciu olovených obrazoviek, aby sa skúmavka izolovala polygrafom, ale nepomohlo to,

napriek tomu aj za predchádzajúcou clonou prebiehala takmer synchrónna registrácia zmien stavov.

To znamená, že kvantová previazanosť a kvantová nelokálnosť platí pre neživú aj živú prírodu, navyše ide o úplne prirodzený prírodný jav, ktorý sa vyskytuje všade okolo nás! Myslím, že mnohých čitateľov to zaujíma, ba čo viac, dá sa cestovať nielen vo vesmíre, ale aj v čase, možno existujú nejaké experimenty, ktoré to potvrdzujú a zrejme tu môže pomôcť kvantová previazanosť a kvantová nelokálnosť? Ukázalo sa, že takéto experimenty existujú! Jeden z nich vykonal známy sovietsky astrofyzik Nikolaj Alexandrovič Kozyrev a pozostával z nasledujúceho. Každý vie, že poloha hviezdy, ktorú vidíme na oblohe, nie je pravdivá, pretože za tie tisícky rokov, čo svetlo letí z hviezdy k nám, sa ona sama už za tento čas posunula, do úplne merateľnej vzdialenosti. Keď poznáme vypočítanú trajektóriu hviezdy, môžeme uhádnuť, kde by mala byť teraz, a navyše je možné vypočítať, kde by mala byť v budúcnosti nabudúce (v časovom období rovnajúcom sa času, ktorý potrebuje svetlo na cestu z nás k tejto hviezde), ak si priblížime trajektóriu jej pohybu.A pomocou ďalekohľadu špeciálnej konštrukcie (reflexný ďalekohľad) sa potvrdilo, že nielenže existuje druh signálov,

šíriacim sa vesmírom takmer okamžite, bez ohľadu na vzdialenosť tisícok svetelných rokov (v skutočnosti sa „rozmazáva“ vesmírom, ako elektrón na obežnej dráhe), ale je možné zaregistrovať aj signál z budúcej polohy hviezdy, teda polohu, v ktorej ešte nie je, Ona tam tak skoro nebude! A to je v tomto vypočítanom bode trajektórie. Tu nevyhnutne vzniká predpoklad, že podobne ako elektrón „rozmazaný“ pozdĺž obežnej dráhy a keďže ide v podstate o kvantovo nelokálny objekt, hviezda rotujúca okolo stredu galaxie, ako elektrón okolo jadra atómu, má tiež niektoré podobné vlastnosti. A tiež tento experiment dokazuje možnosť prenosu signálov nielen v priestore, ale aj v čase. Tento experiment je v médiách dosť aktívne diskreditovaný,

s pripisovaním mýtických a mystických vlastností, ale treba poznamenať, že to bolo zopakované aj po smrti Kozyreva na dvoch rôznych laboratórnych základniach dvoma nezávislými skupinami vedcov, jednou v Novosibirsku (pod vedením akademika Lavrentieva) a druhý na Ukrajine, výskumnou skupinou Kukoch, navyše na rôznych hviezdach a všade boli dosiahnuté rovnaké výsledky, potvrdzujúce Kozyrevov výskum! Spravodlivo stojí za zmienku, že v elektrotechnike aj v rádiotechnike existujú prípady, keď za určitých podmienok je signál prijímaný prijímačom niekoľko okamihov predtým, ako bol vysielaný zdrojom. Táto skutočnosť bola spravidla ignorovaná a braná ako chyba a žiaľ, často sa zdá, že vedci jednoducho nenašli odvahu nazvať čiernu a bielu bielou len preto, že je to údajne nemožné a nemôže byť.

Uskutočnili sa ďalšie podobné experimenty, ktoré by potvrdili tento záver? Ukazuje sa, že to boli doktor lekárskych vied, akademik Vlail Petrovič Kaznacheev. Boli vyškolení operátori, z ktorých jeden sa nachádzal v Novosibirsku a druhý - na severe, na Diksone. Bol vyvinutý systém symbolov, ktorý sa dobre naučili a osvojili si ho obaja operátori. V určenom čase sa pomocou Kozyrevových zrkadiel prenášal signál od jedného operátora k druhému a prijímajúca strana vopred nevedela, ktorá z postáv bude vyslaná. Bol vedený prísny protokol, ktorý zaznamenával čas odosielania a prijímania znakov. A po kontrole protokolov sa ukázalo, že niektoré znaky boli prijaté takmer súčasne s odoslaním, niektoré boli prijaté neskoro, čo sa zdá byť možné a celkom prirodzené, ale niektoré znaky boli operátorom akceptované PRED odoslaním! To znamená, že v skutočnosti boli poslaní z budúcnosti do minulosti. Tieto experimenty dodnes nemajú striktne oficiálne vedecké vysvetlenie, no je zrejmé, že sú rovnakého charakteru. Na ich základe možno s dostatočnou mierou presnosti predpokladať, že kvantová previazanosť a kvantová nelokálnosť sú nielen možné, ale existujú nielen v priestore, ale aj v čase!

Fyzika je najzáhadnejšia zo všetkých vied. Fyzika nám umožňuje pochopiť svet okolo nás. Fyzikálne zákony sú absolútne a platia pre každého bez výnimky, bez ohľadu na osobu a sociálne postavenie.

Tento článok je určený pre osoby staršie ako 18 rokov.

Už máš viac ako 18?

Základné objavy v kvantovej fyzike

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein a mnohí ďalší sú veľkými sprievodcami ľudstva v nádhernom svete fyziky, ktorí ako proroci odhalili ľudstvu najväčšie tajomstvá vesmíru a schopnosť ovládať fyzikálne javy. Ich svetlé hlavy preťali temnotu nevedomosti nerozumnej väčšiny a ako vodiaca hviezda v tme noci ukazovali cestu ľudstvu. Jedným z týchto vodičov vo svete fyziky bol Max Planck, otec kvantovej fyziky.

Max Planck je nielen zakladateľom kvantovej fyziky, ale aj autorom svetoznámej kvantovej teórie. Kvantová teória je najdôležitejšou súčasťou kvantovej fyziky. Jednoducho povedané, táto teória popisuje pohyb, správanie a interakciu mikročastíc. Zakladateľ kvantovej fyziky nám priniesol aj mnohé ďalšie vedecké práce, ktoré sa stali základnými kameňmi modernej fyziky:

• teória tepelného žiarenia;
• špeciálna teória relativity;
• výskum v oblasti termodynamiky;
• výskum v oblasti optiky.

Teória kvantovej fyziky o správaní a interakcii mikročastíc sa stala základom fyziky kondenzovaných látok, fyziky elementárnych častíc a fyziky vysokých energií. Kvantová teória nám vysvetľuje podstatu mnohých javov nášho sveta – od fungovania elektronických počítačov až po štruktúru a správanie nebeských telies. Max Planck, tvorca tejto teórie, nám vďaka svojmu objavu umožnil pochopiť skutočnú podstatu mnohých vecí na úrovni elementárnych častíc. Vytvorenie tejto teórie však zďaleka nie je jedinou zásluhou vedca. Ako prvý objavil základný zákon vesmíru – zákon zachovania energie. Príspevok Maxa Plancka k vede je ťažké preceňovať. Jeho objavy sú skrátka na nezaplatenie pre fyziku, chémiu, históriu, metodológiu a filozofiu.

kvantová teória poľa

Stručne povedané, kvantová teória poľa je teória popisu mikročastíc, ako aj ich správania v priestore, vzájomnej interakcie a vzájomných premien. Táto teória študuje správanie sa kvantových systémov v rámci takzvaných stupňov voľnosti. Toto krásne a romantické meno mnohým z nás nič nehovorí. Pre figuríny sú stupne voľnosti počtom nezávislých súradníc, ktoré sú potrebné na označenie pohybu mechanického systému. Zjednodušene povedané, stupne voľnosti sú charakteristikami pohybu. Zaujímavé objavy v oblasti interakcie elementárnych častíc urobil Steven Weinberg. Objavil takzvaný neutrálny prúd – princíp interakcie medzi kvarkami a leptónmi, za čo dostal v roku 1979 Nobelovu cenu.

Kvantová teória Maxa Plancka

V deväťdesiatych rokoch osemnásteho storočia sa nemecký fyzik Max Planck pustil do štúdia tepelného žiarenia a nakoniec dostal vzorec na rozdelenie energie. Kvantová hypotéza, ktorá sa zrodila v priebehu týchto štúdií, znamenala začiatok kvantovej fyziky, ako aj kvantovej teórie poľa, objavenej v roku 1900. Planckova kvantová teória hovorí, že počas tepelného žiarenia je vyprodukovaná energia emitovaná a absorbovaná nie neustále, ale epizodicky, kvantovo. Rok 1900 sa vďaka tomuto objavu Maxa Plancka stal rokom zrodu kvantovej mechaniky. Za zmienku stojí aj Planckov vzorec. Jeho podstata je v skratke nasledovná – vychádza z pomeru telesnej teploty a jeho vyžarovania.

Kvantovo-mechanická teória štruktúry atómu

Kvantová mechanická teória štruktúry atómu je jednou zo základných teórií konceptov v kvantovej fyzike a vlastne vo fyzike všeobecne. Táto teória nám umožňuje pochopiť štruktúru všetkého hmotného a otvára závoj tajomstva nad tým, z čoho sa veci vlastne skladajú. A závery založené na tejto teórii sú veľmi neočakávané. Stručne zvážte štruktúru atómu. Z čoho je teda atóm skutočne vyrobený? Atóm pozostáva z jadra a oblaku elektrónov. Základ atómu, jeho jadro, obsahuje takmer celú hmotnosť samotného atómu – viac ako 99 percent. Jadro má vždy kladný náboj a ten určuje chemický prvok, ktorého je atóm súčasťou. Na jadre atómu je najzaujímavejšie, že obsahuje takmer celú hmotnosť atómu, no zároveň zaberá len jednu desaťtisícinu jeho objemu. Čo z toho vyplýva? A záver je veľmi nečakaný. To znamená, že hustá hmota v atóme je len jedna desaťtisícina. A čo všetko ostatné? Všetko ostatné v atóme je elektrónový oblak.

Elektrónový oblak nie je trvalá a v skutočnosti ani hmotná látka. Elektrónový oblak je len pravdepodobnosť výskytu elektrónov v atóme. To znamená, že jadro zaberá iba jednu desaťtisícinu v atóme a všetko ostatné je prázdnota. A ak vezmeme do úvahy, že všetky objekty okolo nás, od prachových častíc až po nebeské telesá, planéty a hviezdy, pozostávajú z atómov, ukáže sa, že všetko hmotné v skutočnosti pozostáva z viac ako 99 percent prázdnoty. Táto teória sa zdá byť úplne nedôveryhodná a jej autor je prinajmenšom pomýlený človek, pretože veci, ktoré existujú okolo, majú pevnú konzistenciu, váhu a sú cítiť. Ako môže pozostávať z prázdnoty? Vkradla sa do tejto teórie o štruktúre hmoty chyba? Ale tu nie je žiadna chyba.

Všetky hmotné veci sa javia ako husté len vďaka interakcii medzi atómami. Veci majú pevnú a hustú konzistenciu iba vďaka priťahovaniu alebo odpudzovaniu medzi atómami. To zaisťuje hustotu a tvrdosť kryštálovej mriežky chemikálií, z ktorých pozostáva všetok materiál. Zaujímavosťou však je, že keď sa napríklad zmenia teplotné podmienky prostredia, väzby medzi atómami, to znamená ich príťažlivosť a odpudzovanie, sa môžu oslabiť, čo vedie k oslabeniu kryštálovej mriežky a dokonca k jej zničeniu. To vysvetľuje zmenu fyzikálnych vlastností látok pri zahrievaní. Napríklad, keď sa železo zahreje, stane sa tekutým a dá sa tvarovať do akéhokoľvek tvaru. A keď sa ľad topí, deštrukcia kryštálovej mriežky vedie k zmene skupenstva hmoty a z pevnej látky sa mení na kvapalinu. Toto sú jasné príklady oslabenia väzieb medzi atómami a v dôsledku toho oslabenia alebo zničenia kryštálovej mriežky a umožňujú, aby sa látka stala amorfnou. A dôvodom takýchto záhadných metamorfóz je práve to, že látky pozostávajú z hustej hmoty len z jednej desaťtisíciny a všetko ostatné je prázdnota.

A látky sa zdajú byť pevné len vďaka silným väzbám medzi atómami, ktorých oslabením sa látka mení. Kvantová teória štruktúry atómu nám teda umožňuje úplne iný pohľad na svet okolo nás.

Zakladateľ teórie atómu Niels Bohr predložil zaujímavý koncept, že elektróny v atóme nevyžarujú energiu neustále, ale iba v momente prechodu medzi trajektóriami svojho pohybu. Bohrova teória pomohla vysvetliť mnohé vnútroatómové procesy a tiež urobila prelom vo vede chémie, keď vysvetlila hranicu tabuľky, ktorú vytvoril Mendelejev. Podľa , posledný prvok, ktorý môže existovať v čase a priestore, má poradové číslo sto tridsaťsedem a prvky začínajúce od stotridsiateho ôsmeho nemôžu existovať, pretože ich existencia je v rozpore s teóriou relativity. Bohrova teória tiež vysvetlila povahu takého fyzikálneho javu, akým sú atómové spektrá.

Ide o interakčné spektrá voľných atómov, ktoré vznikajú, keď sa medzi nimi vyžaruje energia. Takéto javy sú typické pre plynné, parné látky a látky v plazmovom stave. Kvantová teória teda urobila revolúciu vo svete fyziky a umožnila vedcom napredovať nielen v oblasti tejto vedy, ale aj v oblasti mnohých príbuzných vied: chémie, termodynamiky, optiky a filozofie. A tiež umožnil ľudstvu preniknúť do tajomstiev podstaty vecí.

Ľudstvo musí vo svojom vedomí ešte veľa urobiť, aby si uvedomilo podstatu atómov, pochopilo princípy ich správania a vzájomného pôsobenia. Keď to pochopíme, budeme schopní pochopiť povahu sveta okolo nás, pretože všetko, čo nás obklopuje, počnúc prachovými časticami a končiac samotným slnkom, a my sami - všetko pozostáva z atómov, ktorých povaha je tajomná. a úžasné a plné tajomstiev.