Kvantinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. kvantna fizika vok. Quantenphysik, f rus. kvantna fizika, f pranc. physique quantique, f ... Fizikos terminų žodynas
Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Stacionarno stanje. Stacionarno stanje (od latinskog stationarius stoji mirno, nepomično) je stanje kvantnog sistema, u kojem se njegova energija i druge dinamike ... Wikipedia
- ... Wikipedia
Ima sljedeće pododjeljke (lista je nepotpuna): Kvantna mehanika Algebarska kvantna teorija Kvantna teorija polja Kvantna elektrodinamika Kvantna hromodinamika Kvantna termodinamika Kvantna gravitacija Teorija superstruna Vidi također ... ... Wikipedia
Princip nesigurnosti kvantne mehanike Uvod ... Matematička formulacija ... Osnova ... Wikipedia
FIZIKA. 1. Predmet i struktura fizike F. nauka koja proučava najjednostavnije i ujedno naib. opšta svojstva i zakoni kretanja objekata materijalnog sveta oko nas. Zbog ove zajedničkosti, nema prirodnih pojava koje nemaju fizičke. svojstva ... Fizička enciklopedija
Fizika hipernukleusa je grana fizike na spoju nuklearne fizike i fizike elementarnih čestica, u kojoj su predmet istraživanja jezgrini sistemi koji osim protona i neutrona sadrže i druge elementarne čestice hiperona. Također ... ... Wikipedia
Grana fizike koja proučava dinamiku čestica u akceleratorima, kao i brojne tehničke probleme vezane za konstrukciju i rad akceleratora čestica. Fizika akceleratora uključuje pitanja vezana za proizvodnju i akumulaciju čestica... Wikipedia
Fizika kristala Kristalna kristalografija Kristalna rešetka Tipovi kristalnih rešetki Difrakcija u kristalima Reverzna rešetka Wigner Seitz ćelija Brillouinova zona Faktor osnovne strukture Faktor atomskog raspršenja Tipovi veza u ... ... Wikipedia
Kvantna logika je dio logike neophodan za razmišljanje o rečenicama koje uzimaju u obzir principe kvantne teorije. Ovo područje istraživanja osnovano je 1936. godine radom Garita Bierhofa i Johna von Neumanna, koji su pokušali ... ... Wikipedia
Knjige
- Kvantna fizika, Martinson Leonid Karlovič. Detaljno je predstavljen teorijski i eksperimentalni materijal koji leži u osnovi kvantne fizike. Mnogo pažnje se poklanja fizičkom sadržaju osnovnih kvantnih pojmova i matematičkih ...
- Kvantna fizika, Sheddad Qaid-Sala Ferron. Cijeli naš svijet i sve što je u njemu - kuće, drveće pa čak i ljudi! - sastoji se od sitnih čestica. Knjiga "Kvantna fizika" iz serije "Prve knjige o nauci" govoriće o nevidljivom za naše ...
Nauka
Kvantna fizika radi tako što proučava ponašanje najmanjih stvari u našem svemiru: subatomskih čestica. Ovo je relativno nova nauka, tek početkom 20. veka postala je takva nakon što su se fizičari zainteresovali za pitanje zašto ne mogu da objasne neke od efekata zračenja. Jedan od inovatora tog vremena, Max Planck, koristio je termin "kvanta" za proučavanje sićušnih čestica sa energijom, pa otuda i naziv "kvantna fizika". Planck je primijetio da količina energije sadržana u elektronima nije proizvoljna, već je u skladu sa "kvantnim" energetskim standardima. Jedan od prvih rezultata praktične primjene ovog znanja bio je pronalazak tranzistora.
Za razliku od nefleksibilnih zakona standardne fizike, pravila kvantne fizike mogu se prekršiti. Kada naučnici vjeruju da se bave jednim aspektom proučavanja materije i energije, pojavljuje se novi obrt događaja koji ih podsjeća na to koliko rad u ovoj oblasti može biti nepredvidiv. Međutim, oni, čak i ako ne razumiju u potpunosti šta se dešava, mogu iskoristiti rezultate svog rada za razvoj nove tehnologije koje se ponekad mogu nazvati ništa manje nego fantastičnim.
U budućnosti, kvantna mehanika može pomoći u čuvanju vojnih tajni sigurnim i sigurnim i zaštititi vaš bankovni račun od sajber lopova. Naučnici trenutno rade na kvantnim računarima, čije mogućnosti daleko prevazilaze obične računare. Podijeljen na subatomske čestice predmeti se mogu lako prenijeti s jednog mjesta na drugo u tren oka. I možda kvantna fizika može dati odgovor na najintrigantnije pitanje o tome od čega je napravljen svemir i kako je život nastao.
Ispod su činjenice o tome kako kvantna fizika može promijeniti svijet. Kao što je Niels Bohr rekao, "svako ko nije šokiran kvantom mehanikom jednostavno ne razumije kako ona funkcionira."
Upravljanje turbulencijama
Uskoro će, možda zahvaljujući kvantnoj fizici, biti moguće eliminirati turbulentne zone koje uzrokuju da prolijete sok po avionu. Stvaranjem kvantne turbulencije u ultrahladnim atomima gasa u laboratoriji, brazilski naučnici bi mogli da razumeju turbulentne zone sa kojima se avioni i čamci sudaraju. Vekovima je turbulencija zbunjivala naučnike zbog poteškoća da je repliciraju u laboratorijskom okruženju.
Turbulenciju uzrokuju mrlje plina ili tekućine, ali u prirodi se čini da se formira nasumično i neočekivano. Iako se turbulentne zone mogu formirati u vodi i vazduhu, naučnici su otkrili da se mogu formirati i u prisustvu ultrahladnih atoma gasa ili superfluidnog helijuma. Proučavanjem ovog fenomena u kontrolisanim laboratorijskim uslovima, naučnici će jednog dana moći precizno predvideti gde će se pojaviti turbulentne zone, a možda i kontrolisati ih u prirodi.
Spintronics
Novi magnetni poluprovodnik razvijen na MIT-u mogao bi dovesti do još bržeg energetski efikasnog elektronskog uređaja u budućnosti. Nazvana spintronika, ova tehnologija koristi spinsko stanje elektrona za prijenos i pohranjivanje informacija. Dok konvencionalna elektronska kola koriste samo stanje naelektrisanja elektrona, spintronika koristi prednost smjera okretanja elektrona.
Obrada informacija pomoću spintronic kola omogućit će da se podaci akumuliraju iz dva smjera odjednom, što će također smanjiti veličinu elektronskih kola. Ovaj novi materijal implantira elektron u poluvodič na osnovu njegove spin orijentacije. Elektroni prolaze kroz poluvodič i postaju spremni da budu spin detektori na izlaznoj strani. Naučnici kažu da novi poluprovodnici mogu raditi na sobnoj temperaturi i da su optički providni, što znači da mogu raditi sa ekranima osjetljivim na dodir i solarnim panelima. Oni također vjeruju da će to pomoći izumiteljima da smisle još više uređaja bogatih funkcijama.
Parallel Worlds
Jeste li se ikada zapitali kako bi izgledao naš život da imamo priliku putovati kroz vrijeme? Da li biste ubili Hitlera? Ili biste se pridružili rimskim legijama da vidite antički svijet? Ipak, dok svi maštamo o tome šta bismo uradili da imamo priliku da se vratimo u prošlost, naučnici sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari već krče put za obnavljanje ljutnje iz prošlosti.
U eksperimentu iz 2010. godine, naučnici su uspjeli dokazati da objekt može istovremeno postojati u dva različita svijeta. Izolovali su sićušni komad metala i, pod posebnim uslovima, ustanovili da se istovremeno pomera i miruje. Međutim, neko bi ovo zapažanje mogao smatrati zabludom uzrokovanom preopterećenošću, ali fizičari kažu da posmatranja nekog objekta zaista pokazuju da se on u Univerzumu raspada na dva dijela – jedan od njih vidimo, a drugi ne. Teorije paralelnih svjetova jednoglasno kažu da se apsolutno svaki predmet raspada.
Sada naučnici pokušavaju da smisle kako da "preskoče" trenutak raspada i uđu u svet koji mi ne vidimo. Ovo putovanje u paralelne svemire u vremenu bi teoretski trebalo funkcionirati, jer se kvantne čestice kreću i naprijed i nazad u vremenu. Sada, sve što naučnici treba da urade je da naprave vremensku mašinu koristeći kvantne čestice.
Kvantne tačke
Uskoro će kvantni fizičari moći pomoći doktorima da otkriju ćelije raka u tijelu i odrede gdje su se proširile. Naučnici su otkrili da neki mali poluvodički kristali, nazvani kvantne tačke, mogu da sijaju kada su izloženi ultraljubičastom zračenju, a fotografisani su i pomoću posebnog mikroskopa. Zatim su kombinovani sa posebnim materijalom "privlačnim" za ćelije raka. Po ulasku u tijelo, svjetleće kvantne tačke privučene su ćelijama raka, pokazujući tako doktorima gdje tačno da traže. Sjaj traje prilično dugo, a za naučnike je proces prilagođavanja tačaka karakteristikama određene vrste raka relativno jednostavan.
Dok je nauka visoke tehnologije svakako odgovorna za mnoge medicinske napretke, ljudi su stoljećima ovisili o mnogim drugim sredstvima u borbi protiv bolesti.
Molitva
Teško je zamisliti šta bi Indijanci, šamani iscjelitelji i pioniri kvantne fizike mogli imati zajedničko. Međutim, još uvijek postoji nešto zajedničko između njih. Niels Bohr, jedan od ranih istraživača ove čudne oblasti nauke, vjerovao je da mnogo toga što nazivamo stvarnošću zavisi od "efekta posmatrača", odnosno odnosa između onoga što se događa i onoga kako to vidimo. Ova tema izazvala je razvoj ozbiljne debate među stručnjacima za kvantnu fiziku, međutim, eksperiment koji je proveo Bohr prije više od pola stoljeća potvrdio je njegovu pretpostavku.
Sve to znači da naša svijest utiče na stvarnost i može je promijeniti. Ponavljane riječi molitve i rituali ceremonije šamana-iscjelitelja mogu biti pokušaji promjene smjera "talasa" koji stvara stvarnost. Većina ceremonija se takođe izvodi u prisustvu brojnih posmatrača, što ukazuje da što više "talasa isceljenja" izbija iz posmatrača, to snažnije utiču na stvarnost.
Odnos objekata
Međusobna povezanost objekata može dalje imati ogroman utjecaj na solarnu energiju. Međusobna povezanost objekata podrazumijeva kvantnu međuzavisnost atoma odvojenih u realnom fizičkom prostoru. Fizičari vjeruju da se međusobne veze mogu formirati u dijelovima biljaka odgovornim za fotosintezu, odnosno pretvaranje svjetlosti u energiju. Strukture odgovorne za fotosintezu, hromofori, mogu pretvoriti 95 posto primljene svjetlosti u energiju.
Naučnici sada proučavaju kako ovaj odnos na kvantnom nivou može uticati na stvaranje sunčeve energije u nadi da će stvoriti efikasne prirodne solarne ćelije. Također su otkrili da alge mogu koristiti neke od odredbi kvantne mehanike da pomjere energiju primljenu od svjetlosti, kao i da je pohranjuju na dva mjesta u isto vrijeme.
Kvantno računarstvo
Drugi jednako važan aspekt kvantne fizike može se primijeniti na kompjutersko polje, gdje poseban tip supravodljivog elementa daje kompjuteru brzinu i snagu bez presedana. Istraživači objašnjavaju da se element ponaša poput umjetnih atoma, jer mogu dobiti ili izgubiti energiju samo krećući se između diskretnih energetskih nivoa. Najsloženiji atom ima pet nivoa energije. Ovaj složeni sistem ("kudit") ima značajne prednosti u odnosu na rad prethodnih atoma, koji su imali samo dva nivoa energije ("qubit"). Kubiti i kubiti su dio bitova koji se koriste u standardnim računarima. Kvantni računari će u svom radu koristiti principe kvantne mehanike, što će im omogućiti da izvode proračune mnogo brže i preciznije od tradicionalnih računara.
Postoji, međutim, problem koji bi mogao nastati ako kvantno računanje postane stvarnost – kriptografija ili kodiranje informacija.
Kvantna kriptografija
Sve informacije, od broja vaše kreditne kartice do strogo povjerljivih vojnih strategija, nalaze se na internetu, a vješt haker sa dovoljno znanja i moćnim računarom može isprazniti vaš bankovni račun ili ugroziti sigurnost svijeta. Posebno kodiranje čuva ove informacije u tajnosti, a kompjuterski stručnjaci neprestano rade na stvaranju novih, sigurnijih metoda kodiranja.
Kodiranje informacija unutar jedne čestice svjetlosti (fotona) dugo je bio cilj kvantne kriptografije. Činilo se da su naučnici sa Univerziteta u Torontu već bili veoma blizu kreiranju ove metode, pošto su uspeli da kodiraju video. Šifriranje uključuje nizove nula i jedinica, koji su "ključ". Dodavanje ključa jednom kodira informacije, dodavanjem ih ponovo dekodira. Ako stranac uspije doći do ključa, informacija može biti hakovana. Ali čak i ako se ključevi koriste na kvantnom nivou, sama činjenica njihovog korištenja sigurno će implicirati prisustvo hakera.
Teleportacija
Ovo je naučna fantastika, ništa više. Međutim, to je izvedeno, ali ne uz učešće ljudi, već uz učešće velikih molekula. Ali u tome leži problem. Svaki molekul u ljudskom tijelu mora biti skeniran sa dvije strane. Ali malo je vjerovatno da će se to dogoditi u skorije vrijeme. Postoji još jedan problem: čim skenirate česticu, prema zakonima kvantne fizike, vi je promijenite, odnosno ne možete napraviti njenu tačnu kopiju.
Ovdje dolazi do izražaja međusobna povezanost objekata. Povezuje dva objekta kao da su jedan. Skeniraćemo jednu polovinu čestice, a teleportabilnu kopiju napraviće druga polovina. Ovo će biti tačna kopija, pošto nismo mjerili samu česticu, mjerili smo njen parnjak. Odnosno, čestica koju smo izmjerili bit će uništena, ali njenu tačnu kopiju reanimira njen dvojnik.
Čestice Boga
Naučnici koriste svoju ogromnu kreaciju - Veliki hadronski sudarač - da istraže nešto izuzetno malo, ali vrlo važno - fundamentalne čestice za koje se vjeruje da su u osnovi rođenja našeg svemira.
Čestice Boga su ono što naučnici kažu da daje masu elementarnim česticama (elektronima, kvarkovima i gluonima). Stručnjaci smatraju da bi čestice Boga trebale prožimati cijeli prostor, ali do sada postojanje ovih čestica nije dokazano.
Pronalaženje ovih čestica pomoglo bi fizičarima da shvate kako se svemir oporavio od Velikog praska i transformirao u ono što o njemu danas znamo. To bi takođe pomoglo da se objasni kako materija balansira sa antimaterijom. Ukratko, izolovanje ovih čestica pomoći će da se sve objasni.
WikiHow radi kao wiki, što znači da mnoge naše članke piše više autora. Da bi kreirali ovaj članak, 11 ljudi, neki anonimni, radilo je na njegovom uređivanju i poboljšanju tokom vremena.
Kvantna fizika (aka kvantna teorija ili kvantna mehanika) je zasebna grana fizike koja se bavi opisom ponašanja i interakcije materije i energije na nivou elementarnih čestica, fotona i nekih materijala na vrlo niskim temperaturama. Kvantno polje je definirano kao "akcija" (ili, u nekim slučajevima, ugaoni moment) čestice koja je unutar veličine male fizičke konstante koja se naziva Planckova konstanta.
Koraci
Plankova konstanta
- Na primjer, ugaoni moment elektrona vezanog za atom ili molekulu je kvantiziran i može poprimiti samo vrijednosti koje su višekratne smanjene Planckove konstante. Ova kvantizacija povećava orbitalu elektrona za niz cjelobrojnog primarnog kvantnog broja. Nasuprot tome, ugaoni moment nevezanih elektrona koji se nalaze u blizini nije kvantizovan. Planckova konstanta se također koristi u kvantnoj teoriji svjetlosti, gdje je foton kvant svjetlosti, a materija stupa u interakciju s energijom kroz prijelaz elektrona između atoma ili "kvantni skok" vezanog elektrona.
- Jedinice Planckove konstante mogu se posmatrati i kao vrijeme momenta energije. Na primjer, u predmetnoj oblasti fizike čestica, virtualne čestice su predstavljene kao masa čestica koje spontano izlaze iz vakuuma na vrlo malom području i igraju ulogu u njihovoj interakciji. Životni vijek ovih virtualnih čestica je energija (masa) svake čestice. Kvantna mehanika ima veliku predmetnu oblast, ali Plankova konstanta je prisutna u svakom njenom matematičkom dijelu.
-
Naučite o teškim česticama. Teške čestice prelaze iz klasične u kvantnu energetsku tranziciju. Čak i ako se slobodni elektron, koji ima neka kvantna svojstva (kao što je rotacija), kao nevezani elektron, približi atomu i uspori (vjerovatno zbog emisije fotona iz njega), on prelazi iz klasičnog u kvantno ponašanje, jer energija pada ispod energije jonizacije. Elektron se veže za atom i njegov ugaoni moment u odnosu na atomsko jezgro ograničen je kvantnom vrijednošću orbite koju može zauzeti. Ova tranzicija je iznenadna. Može se uporediti sa mehaničkim sistemom koji menja svoje stanje iz nestabilnog u stabilno, ili se njegovo ponašanje menja iz jednostavnog u haotično, ili se čak može uporediti sa raketnim brodom koji usporava i ide ispod brzine razdvajanja i zauzima orbiti oko neke zvijezde ili drugog nebeskog objekta. Nasuprot tome, fotoni (koji su bestežinski) ne čine takav prijelaz: oni jednostavno prelaze prostor nepromijenjeni dok ne stupe u interakciju s drugim česticama i nestanu. Ako pogledate u noćno nebo, fotoni nekih zvijezda lete nepromijenjeni duge svjetlosne godine, a zatim stupaju u interakciju s elektronom u molekulu u vašoj mrežnjači, emitujući svoju energiju i zatim nestaju.
Započnite učenjem o fizičkom konceptu Planckove konstante. U kvantnoj mehanici, Planckova konstanta je kvant akcije, označen kao h... Slično, za interakciju elementarnih čestica, kvant ugaoni moment je redukovana Plankova konstanta (Plankova konstanta podijeljena sa 2 π) označava se kao ħ i zove se "h sa trakom". Vrijednost Planckove konstante je izuzetno mala, ona kombinuje one momente zamaha i oznake radnji koje imaju opštiji matematički koncept. Ime kvantna mehanika implicira da se neke fizičke veličine poput ugaonog momenta mogu samo mijenjati diskretno radije nego kontinuirano ( cm. analogni) način.
1803. Tomas Jung je usmerio snop svetlosti na neprozirni ekran sa dva proreza. Umjesto očekivane dvije pruge svjetlosti na projekcijskom platnu, vidio je nekoliko pruga, kao da je došlo do interferencije (preklapanja) dva svjetlosna talasa iz svakog proreza. Zapravo, u tom trenutku je rođena kvantna fizika, odnosno pitanja u njenom temelju. U XX i XXI veku pokazalo se da se ne samo svetlost, već i svaka pojedinačna elementarna čestica, pa čak i neki molekuli ponašaju kao talas, kao kvanti, kao da prolaze kroz oba proreza u isto vreme. Međutim, ako stavite senzor blizu proreza koji određuje šta se tačno dešava sa česticom na ovom mestu i kroz koji prorez ona još uvek prolazi, tada se na projekcijskom platnu pojavljuju samo dve trake, kao da je činjenica posmatranja (indirektan uticaj) uništava valnu funkciju i objekt se ponaša kao materija. ( video)
Heisenbergov princip nesigurnosti - temelj kvantne fizike!
Zahvaljujući otkriću iz 1927. godine, hiljade naučnika i studenata ponavljaju isti jednostavan eksperiment šaljući laserski snop kroz prorez koji se sužava. Logično, vidljivi trag od lasera na projekcijskom platnu postaje uži i već nakon smanjenja zazora. Ali u određenom trenutku, kada prorez postane dovoljno uzak, laserska tačka odjednom počinje da postaje sve šira i šira, protežući se preko ekrana i zatamnjujući sve dok prorez ne nestane. Ovo je najočitiji dokaz kvintesencije kvantne fizike - principa nesigurnosti Wernera Heisenberga, izvanrednog teoretskog fizičara. Njegova suština je da što preciznije odredimo jednu od uparenih karakteristika kvantnog sistema, to druga karakteristika postaje nesigurnija. U ovom slučaju, što preciznije odredimo koordinate laserskih fotona pomoću proreza za sužavanje, impuls ovih fotona postaje neizvjesniji. U makrokosmosu također možemo izmjeriti ili tačnu lokaciju letećeg mača podizanjem ili njegov smjer, ali ne u isto vrijeme, jer je to u suprotnosti i ometa jedno drugo. (, video)
Kvantna supravodljivost i Meissnerov efekat
Godine 1933., Walter Meissner je otkrio zanimljiv fenomen u kvantnoj fizici: u supraprovodniku ohlađenom na minimalne temperature, magnetsko polje se potiskuje iz njega. Ovaj fenomen se naziva Meissnerov efekat. Ako se običan magnet stavi na aluminij (ili neki drugi supravodič), a zatim ohladi tečnim dušikom, magnet će poletjeti i lebdjeti u zraku, jer će "vidjeti" vlastito magnetsko polje istog polariteta izmješteno iz ohlađenog aluminija. , a iste strane magneta se odbijaju... (, video)
Kvantna superfluidnost
Godine 1938. Pyotr Kapitsa je ohladio tečni helijum na temperaturu blizu nule i otkrio da je supstanca izgubila svoj viskozitet. Ovaj fenomen u kvantnoj fizici naziva se superfluidnost. Ako se ohlađeni tečni helijum izlije na dno čaše, on će i dalje istjecati iz nje duž stijenki. Zapravo, sve dok je helijum dovoljno ohlađen, nema ograničenja za izlivanje, bez obzira na oblik ili veličinu posude. Krajem 20. i početkom 21. vijeka, superfluidnost je pod određenim uslovima pronađena i u vodoniku i raznim gasovima. (, video)
Kvantno tuneliranje
Godine 1960. Ivor Gayever je proveo električne eksperimente sa supravodnicima odvojenim mikroskopskim filmom od neprovodnog aluminij oksida. Ispostavilo se da, suprotno fizici i logici, dio elektrona još uvijek prolazi kroz izolaciju. Ovo je potvrdilo teoriju o mogućnosti kvantnog tunelskog efekta. To se odnosi ne samo na elektricitet, već i na sve elementarne čestice, one su također valovi prema kvantnoj fizici. Oni mogu proći kroz prepreke ako je širina tih prepreka manja od valne dužine čestice. Što je prepreka uža, čestice češće prolaze kroz njih. (, video)
Kvantna zapetljanost i teleportacija
Godine 1982., fizičar Alain Aspe, budući nobelovac, poslao je dva istovremeno stvorena fotona na višesmjerne senzore kako bi odredili njihov spin (polarizaciju). Ispostavilo se da mjerenje spina jednog fotona trenutno utiče na položaj spina drugog fotona, koji postaje suprotan. Tako je dokazana mogućnost kvantnog zapletanja elementarnih čestica i kvantne teleportacije. Naučnici su 2008. godine uspjeli izmjeriti stanje kvantno isprepletenih fotona na udaljenosti od 144 kilometra, a interakcija između njih se i dalje pokazala trenutnom, kao da su na istom mjestu ili da nema prostora. Vjeruje se da ako se takvi kvantno zapleteni fotoni nađu u suprotnim dijelovima svemira, onda će interakcija između njih i dalje biti trenutna, iako svjetlost prevlada istu udaljenost za desetine milijardi godina. Zanimljivo je da prema Einsteinu nema vremena za fotone koji putuju brzinom svjetlosti. Je li ovo slučajnost? Fizičari budućnosti ne misle tako! (, video)
Kvantni Zeno efekat i zaustavljanje vremena
Godine 1989. grupa naučnika predvođena Davidom Winelandom je posmatrala brzinu kojom joni berilijuma prolaze između atomskih nivoa. Pokazalo se da je sama činjenica mjerenja stanja jona usporila njihov prijelaz između stanja. Početkom XXI veka, u sličnom eksperimentu sa atomima rubidijuma, bilo je moguće postići 30-struko usporavanje. Sve ovo je potvrda kvantnog Zeno efekta. Njegovo značenje je da sama činjenica mjerenja stanja nestabilne čestice u kvantnoj fizici usporava brzinu njenog raspada i, u teoriji, može je potpuno zaustaviti. (, engleski video)
Odgođena kvantna gumica
Godine 1999. tim naučnika predvođen Marlanom Skalijem usmjerio je fotone kroz dva proreza, iza kojih je stajala prizma koja svaki odlazeći foton pretvara u par kvantno isprepletenih fotona i dijeli ih u dva smjera. Prvi je poslao fotone do glavnog detektora. Drugi pravac je poslao fotone u sistem od 50% reflektora i detektora. Ispostavilo se da ako foton iz drugog smjera stigne do detektora koji definiraju prorez iz kojeg je izletio, tada je glavni detektor snimio svoj upareni foton kao česticu. Ako je foton iz drugog smjera stigao do detektora koji nisu odredili prorez iz kojeg je izletio, tada je glavni detektor svoj upareni foton bilježio kao val. Ne samo da se mjerenje jednog fotona odrazilo na njegov kvantno isprepleteni par, već se to dešavalo i van udaljenosti i vremena, jer je sekundarni sistem detektora snimao fotone kasnije od glavnog, kao da budućnost određuje prošlost. Vjeruje se da je ovo najnevjerovatniji eksperiment ne samo u historiji kvantne fizike, već i sasvim u povijesti cijele nauke, budući da podriva mnoge uobičajene temelje svjetonazora. (, engleski video)
Kvantna superpozicija i Schrödingerova mačka
Godine 2010. Aaron O'Connell je stavio malu metalnu ploču u neprozirnu vakuumsku komoru, koju je ohladio na skoro apsolutnu nulu. Zatim je dao impuls ploči da vibrira. Međutim, senzor položaja pokazao je da ploča vibrira i da je istovremeno tiha, što je bilo potpuno u skladu s teorijskom kvantnom fizikom. Ovo je bio prvi koji je dokazao princip superpozicije na makroobjektima. U izolovanim uslovima, kada nema interakcije kvantnih sistema, objekat može istovremeno biti u neograničenom broju mogućih položaja, kao da više nije materijal. (, video)
Kvantna Češirska mačka i fizika
Godine 2014. Tobias Denkmire i njegove kolege podijelili su fluks neutrona na dva snopa i izvršili niz složenih mjerenja. Ispostavilo se da pod određenim okolnostima neutroni mogu biti u jednom snopu, a njihov magnetni moment u drugom snopu. Time je potvrđen kvantni paradoks osmeha češirske mačke, kada čestice i njihova svojstva mogu biti, prema našoj percepciji, u različitim delovima prostora, poput osmeha odvojenog od mačke u bajci "Alisa u zemlji čuda". Još jednom se pokazalo da je kvantna fizika misterioznija i više iznenađujuća od bilo koje bajke! (, video engleski.)
Hvala na čitanju! Sad si postao malo pametniji i od ovoga se naš svijet malo razvedrio. Podijelite link do ovog članka sa svojim prijateljima i svijet će biti još bolji!
29.10.2016Uprkos zvučnosti i misteriji današnje teme, pokušaćemo da ispričamo ono što kvantna fizika proučava, jednostavnim riječima, koji dijelovi kvantne fizike imaju mjesto i zašto je kvantna fizika u principu potrebna.
Dolje ponuđeni materijal dostupan je za razumijevanje svima.
Prije nego što počnemo govoriti o tome šta proučava kvantnu fiziku, bit će prikladno prisjetiti se kako je sve počelo...
Do sredine 19. vijeka, čovječanstvo se uhvatilo u koštac sa proučavanjem problema koji se ne mogu riješiti korištenjem aparata klasične fizike.
Brojni fenomeni su se činili "čudnim". Pojedinačna pitanja uopće nisu našla odgovor.
1850-ih William Hamilton, vjerujući da klasična mehanika nije u stanju da precizno opiše kretanje svjetlosnih zraka, predlaže vlastitu teoriju koja je ušla u historiju nauke pod imenom Hamilton-Jacobijev formalizam, koji se zasnivao na postulat talasne teorije svetlosti.
Godine 1885., nakon svađe sa prijateljem, švicarski fizičar Johann Balmer izveo je empirijsku formulu koja je omogućila izračunavanje talasnih dužina spektralnih linija sa vrlo visokom preciznošću.
Balmer tada nije mogao objasniti razloge otkrivenih obrazaca.
Godine 1895. Wilhelm Roentgen je, proučavajući katodne zrake, otkrio zračenje, koje je nazvao X-zrake (kasnije preimenovane u zrake), koje karakterizira snažan prodoran karakter.
Godinu dana kasnije, 1896., Henri Becquerel je, proučavajući soli uranijuma, otkrio spontano zračenje sličnih svojstava. Novi fenomen nazvan je radioaktivnost.
Godine 1899. dokazana je talasna priroda rendgenskih zraka.
Slika 1. Pioniri kvantne fizike Max Planck, Erwin Schrödinger, Niels Bohr
1901. godine pojavio se prvi planetarni model atoma, koji je predložio Jean Perrin. Nažalost, sam naučnik je napustio ovu teoriju, ne nalazeći njenu potvrdu sa stanovišta teorije elektrodinamike.
Dvije godine kasnije, naučnik iz Japana, Hantaro Nagaoka, predložio je još jedan planetarni model atoma, u čijem središtu bi trebala biti smještena pozitivno nabijena čestica oko koje bi se elektroni vrtjeli po orbitama.
Ova teorija, međutim, nije uzela u obzir zračenje koje emituju elektroni, pa stoga nije mogla, na primjer, objasniti teoriju spektralnih linija.
Razmišljajući o strukturi atoma, 1904. godine, Joseph Thomson je prvi protumačio koncept valencije sa fizičke tačke gledišta.
Godina rođenja kvantne fizike, možda, može se prepoznati kao 1900., povezujući sa njom govor Maksa Planka na sastanku nemačke fizike.
Planck je bio taj koji je predložio teoriju koja je ujedinila mnoge do sada različite fizičke koncepte, formule i teorije, uključujući Boltzmannovu konstantu koja povezuje energiju i temperaturu, Avogadrov broj, Wienov zakon pomaka, naboj elektrona, Boltzmannov zakon zračenja...
Uveo je i koncept kvanta akcije (druga, nakon Boltzmannove konstante, je fundamentalna konstanta).
Dalji razvoj kvantne fizike direktno je vezan za imena Hendrika Lorentza, Alberta Einsteina, Ernsta Rutherforda, Arnolda Sommerfelda, Maksa Borna, Nielsa Bora, Erwina Schrödingera, Louisa de Brogliea, Wernera Heisenberga, Wolfganga Paulija, Paula Diraca i mnogih drugih. koji je radio u prvoj polovini 20. veka.
Naučnici su uspjeli da nauče prirodu elementarnih čestica sa neviđenom dubinom, prouče interakcije čestica i polja, otkriju kvarkovu prirodu materije, izvedu valne funkcije, objasne fundamentalne koncepte diskretnosti (kvantizacije) i dualnosti talas-čestica.
Kvantna teorija, kao nijedna druga, približila je čovječanstvo razumijevanju temeljnih zakona svemira, zamijenila uobičajene koncepte preciznijim, primorala na ponovno promišljanje ogromnog broja fizičkih modela.
Šta proučava kvantna fizika?
Kvantna fizika opisuje svojstva materije na nivou mikro-fenomena, istražujući zakone kretanja mikro-objekata (kvantnih objekata).
Predmet proučavanja kvantne fizikečine kvantne objekte dimenzija 10-8 cm ili manje. Ovo:
- molekule,
- atomi,
- atomska jezgra,
- elementarne čestice.
Glavne karakteristike mikro-objekata su masa mirovanja i električni naboj. Masa jednog elektrona (me) je 9,1 10 −28 g.
Za poređenje, masa miona je 207 me, neutrona 1839 me, protona 1836 me.
Neke čestice uopšte nemaju masu mirovanja (neutrino, foton). Njihova masa je 0 mene.
Električni naboj bilo kojeg mikro-objekta je višekratnik naboja elektrona jednak 1,6 · 10 -19 C. Uz nabijene postoje neutralni mikroobjekti, čiji je naboj jednak nuli.
Slika 2. Kvantna fizika prisiljena da preispita tradicionalne poglede na koncepte talasa, polja i čestica
Električni naboj složenog mikro-objekta jednak je algebarskom zbiru naboja njegovih sastavnih čestica.
Svojstva mikro-objekata uključuju spin(doslovno prevedeno sa engleskog - "rotirati").
Obično se tumači kao ugaoni moment kvantnog objekta koji ne zavisi od spoljašnjih uslova.
Na leđima je teško pronaći adekvatnu sliku u stvarnom svijetu. Zbog svoje kvantne prirode ne može se smatrati rotirajućim vrhom. Klasična fizika nije u stanju da opiše ovaj objekat.
Prisustvo spina utiče na ponašanje mikro objekata.
Prisustvo spina unosi značajne karakteristike u ponašanje objekata u mikrosvijetu, od kojih većina - nestabilni objekti - spontano se raspadaju, pretvarajući se u druge kvantne objekte.
Stabilni mikroobjekti, koji uključuju neutrine, elektrone, fotone, protone, kao i atome i molekule, sposobni su da se raspadaju samo pod uticajem moćne energije.
Kvantna fizika u potpunosti apsorbuje klasičnu fiziku, smatrajući je svojim graničnim slučajem.
U stvari, kvantna fizika je – u širem smislu – moderna fizika.
Nemoguće je uočiti ono što kvantna fizika opisuje u mikrokosmosu. Zbog toga je mnoge odredbe kvantne fizike teško zamisliti, za razliku od objekata koje opisuje klasična fizika.
Unatoč tome, nove teorije su omogućile promjenu naših ideja o valovima i česticama, o dinamičkom i vjerovatnostom opisu, o kontinuiranom i diskretnom.
Kvantna fizika nije samo nova teorija.
Ovo je teorija koja je uspjela da predvidi i objasni nevjerovatan broj fenomena - od procesa koji se odvijaju u atomskim jezgrima do makroskopskih efekata u svemiru.
Kvantna fizika, za razliku od klasične fizike, proučava materiju na fundamentalnom nivou, dajući tumačenja fenomena okolne stvarnosti koje tradicionalna fizika nije u stanju dati (na primjer, zašto atomi ostaju stabilni ili jesu li elementarne čestice zaista elementarne).
Kvantna teorija nam daje mogućnost da opišemo svijet preciznije nego što je bilo prihvaćeno prije njenog nastanka.
Važnost kvantne fizike
Teorijski razvoj koji čini suštinu kvantne fizike primjenjiv je na proučavanje kako nezamislivo ogromnih svemirskih objekata tako i ekstremno malih elementarnih čestica.
Kvantna elektrodinamika uranja nas u svijet fotona i elektrona, s naglaskom na proučavanju interakcija između njih.
Kvantna teorija kondenzirane materije produbljuje naše znanje o superfluidima, magnetima, tečnim kristalima, amorfnim čvrstim materijama, kristalima i polimerima.
Slika 3. Kvantna fizika dala je čovječanstvu mnogo tačniji opis svijeta oko nas.
Naučna istraživanja poslednjih decenija fokusirana su na proučavanje kvarkovske strukture elementarnih čestica u okviru nezavisne grane kvantne fizike - kvantna hromodinamika.
Nerelativistička kvantna mehanika(onaj koji je izvan okvira Einsteinove teorije relativnosti) proučava mikroskopske objekte koji se kreću konvencionalno malom brzinom (manjom od), svojstva molekula i atoma, njihovu strukturu.
Kvantna optika bavi se naučnim proučavanjem činjenica povezanih sa ispoljavanjem kvantnih svojstava svetlosti (fotohemijski procesi, toplotno i stimulisano zračenje, fotoelektrični efekat).
Kvantna teorija polja je objedinjujuća sekcija koja je ugradila ideje teorije relativnosti i kvantne mehanike.
Naučne teorije razvijene u okviru kvantne fizike dale su snažan podsticaj razvoju kvantne elektronike, tehnologije, kvantne teorije čvrstih tijela, nauke o materijalima i kvantne hemije.
Bez pojave i razvoja navedenih grana znanja, bilo bi nemoguće stvoriti svemirske brodove, nuklearne ledolomce, mobilne komunikacije i mnoge druge korisne izume.
