Kvantinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. kuantum fiziği vok. Kuantum fiziği, f rus. kuantum fiziği, f pranc. fizik niceliği, f … Fizikos terminų žodynas
Bu terimin başka anlamları da vardır, bkz. Kararlı durum. Durağan bir durum (Latince stationarius'tan hareketsiz duran, hareketsiz), enerjisinin ve diğer dinamiğinin olduğu bir kuantum sisteminin durumudur ... Vikipedi
- ... Vikipedi
Aşağıdaki alt bölümlere sahiptir (liste eksiktir): Kuantum mekaniği Cebirsel kuantum teorisi Kuantum alanı teorisi Kuantum elektrodinamiği Kuantum renk dinamiği Kuantum termodinamiği Kuantum yerçekimi Süper sicim teorisi Ayrıca bakınız... ... Wikipedia
Kuantum mekaniği Belirsizlik ilkesi Giriş... Matematiksel formülasyon... Temel... Vikipedi
FİZİK. 1. Fiziğin konusu ve yapısı Fizik, en basit ve aynı zamanda en önemlisini inceleyen bir bilimdir. Çevremizdeki maddi dünyanın nesnelerinin genel özellikleri ve hareket yasaları. Bu ortaklığın bir sonucu olarak fiziksel özellikleri olmayan hiçbir doğa olayı yoktur. özellikler... Fiziksel ansiklopedi
Hipernükleer fizik, nükleer fizik ile temel parçacık fiziğinin kesişimindeki bir fizik dalıdır; araştırma konusu, proton ve nötronlara ek olarak diğer temel parçacıklar, hiperonlar içeren çekirdek benzeri sistemlerdir. Ayrıca... ... Vikipedi
Hızlandırıcılardaki parçacıkların dinamiklerini ve ayrıca parçacık hızlandırıcıların yapısı ve işleyişiyle ilgili çok sayıda teknik sorunu inceleyen bir fizik dalı. Hızlandırıcı fiziği, parçacıkların üretimi ve birikmesiyle ilgili konuları içerir... Vikipedi
Kristallerin fiziği Kristal kristalografisi Kristal kafes Kristal kafes türleri Kristallerde kırınım Karşılıklı kafes Wigner Seitz hücresi Brillouin bölgesi Temel yapı faktörü Atomik saçılma faktörü Bağ türleri ... ... Wikipedia
Kuantum mantığı, kuantum teorisinin ilkelerini dikkate alan önermeler hakkında akıl yürütmek için gerekli olan bir mantık dalıdır. Bu araştırma alanı 1936 yılında Garith Bierkhoff ve John von Neumann'ın çalışmalarıyla kuruldu.
Kitabın
- Kuantum fiziği, Martinson Leonid Karlovich. Kuantum fiziğinin temelini oluşturan teorik ve deneysel materyal ayrıntılı olarak sunulmaktadır. Temel kuantum kavramlarının ve matematiksel kavramların fiziksel içeriğine çok dikkat edilir.
- Kuantum Fiziği, Sheddad Caid-Sala Ferron. Tüm dünyamız ve içindeki her şey - evler, ağaçlar ve hatta insanlar! - çok küçük parçacıklardan oluşur. “Bilimle ilgili ilk kitaplar” serisinden “Kuantum Fiziği” kitabı, gözle görülmeyeni anlatacak...
Bilim
Kuantum fiziği, evrenimizdeki en küçük şeylerin, yani atom altı parçacıkların davranışlarının incelenmesiyle ilgilenir. Bu nispeten yeni bir bilimdir ve ancak 20. yüzyılın başlarında fizikçilerin radyasyonun bazı etkilerini neden açıklayamadıkları sorusuyla ilgilenmeye başlamasından sonra bilim haline gelmiştir. O dönemin mucitlerinden Max Planck, minik parçacıkları enerjiyle incelerken "kuantum" terimini kullanmış, dolayısıyla "kuantum fiziği" adı da verilmişti. Planck, elektronların içerdiği enerji miktarının keyfi olmadığını, "kuantum" enerji standartlarına karşılık geldiğini kaydetti. Bu bilginin pratik uygulamasının ilk sonuçlarından biri transistörün icadıydı.
Standart fiziğin katı yasalarından farklı olarak kuantum fiziğinin kuralları çiğnenebilir. Bilim insanları tam da madde ve enerji çalışmalarının bir boyutuyla uğraştıklarını düşünürken, onlara bu alanda çalışmanın ne kadar öngörülemez olabileceğini hatırlatan yeni bir gelişme ortaya çıkıyor. Ancak olup biteni tam olarak anlamasalar bile çalışmalarının sonuçlarını gelişmek için kullanabilirler. Bazen fantastik olarak adlandırılabilecek yeni teknolojiler.
Gelecekte kuantum mekaniği askeri sırların korunmasına yardımcı olmanın yanı sıra güvenlik sağlamaya ve banka hesabınızı siber hırsızlardan korumaya da yardımcı olabilir. Bilim insanları artık yetenekleri geleneksel bir bilgisayarın yeteneklerinin çok ötesine geçen kuantum bilgisayarlar üzerinde çalışıyor. Atom altı parçacıklara bölünmüş, Nesneler göz açıp kapayıncaya kadar kolaylıkla bir yerden başka bir yere taşınabilir. Ve belki de kuantum fiziği, evrenin neden oluştuğuna ve yaşamın nasıl başladığına ilişkin en merak uyandırıcı soruyu yanıtlayabilecektir.
Aşağıda kuantum fiziğinin dünyayı nasıl değiştirebileceğine dair gerçekler bulunmaktadır. Niels Bohr'un dediği gibi: "Kuantum mekaniği karşısında şoka uğramayan hiç kimse onun nasıl çalıştığını henüz anlamamıştır."
Türbülans kontrolü
Yakında belki de kuantum fiziği sayesinde uçağa meyve suyu dökmenize neden olan çalkantılı bölgeleri ortadan kaldırmak mümkün olacak. Brezilyalı bilim insanları, bir laboratuvarda ultra soğuk gaz atomlarında kuantum türbülansı yaratarak, uçakların ve teknelerin yaşadığı türbülansı anlayabilirler. Yüzyıllar boyunca türbülans, laboratuvarda yeniden üretilmesinin zorluğu nedeniyle bilim adamlarını şaşırttı.
Türbülansa gaz veya sıvı yığınları neden olur, ancak doğada rastgele ve beklenmedik bir şekilde oluştuğu görülmektedir. Her ne kadar türbülanslı bölgeler su ve havada oluşabilse de, bilim insanları bunların ultra soğuk gaz atomlarında veya süper akışkan helyumda da oluşabileceğini keşfettiler. Bilim insanları, bu olguyu kontrollü laboratuvar koşulları altında inceleyerek, bir gün türbülanslı bölgelerin nerede ortaya çıkacağını doğru bir şekilde tahmin edebilecek ve belki de bunları doğada kontrol edebilecekler.
Spintronik
MIT'de geliştirilen yeni bir manyetik yarı iletken, gelecekte daha hızlı, enerji tasarruflu elektronik cihazların üretilmesine yol açabilir. "Spintronics" olarak adlandırılan bu teknoloji, bilgiyi iletmek ve depolamak için elektronların dönme durumunu kullanır. Geleneksel elektronik devreler yalnızca elektronun yük durumundan yararlanırken, spintronik elektronun dönüş yönünden yararlanır.
Bilginin spintronik devreler kullanılarak işlenmesi, verilerin aynı anda iki yönden birikmesine olanak tanıyacak ve bu da elektronik devrelerin boyutunu azaltacaktır. Bu yeni malzeme, spin yönüne bağlı olarak bir yarı iletkene bir elektron sokar. Elektronlar yarı iletkenden geçerek çıkış tarafında spin dedektörü olmaya hazır hale gelir. Bilim insanları, yeni yarı iletkenlerin oda sıcaklığında çalışabileceğini ve optik olarak şeffaf olduğunu, yani dokunmatik ekranlar ve güneş panelleriyle çalışabileceğini söylüyor. Ayrıca mucitlerin daha da zengin özelliklere sahip cihazlar geliştirmesine yardımcı olacağına inanıyorlar.
Paralel Dünyalar
Zamanda yolculuk etme yeteneğimiz olsaydı hayatımızın nasıl olacağını hiç merak ettiniz mi? Hitler'i öldürür müsün? Yoksa antik dünyayı görmek için Roma lejyonlarına mı katılırsınız? Bununla birlikte, hepimiz zamanda geriye gidebilseydik ne yapacağımıza dair fanteziler kurarken, California Santa Barbara Üniversitesi'ndeki bilim insanları şimdiden geçmiş yılın sıkıntılarını gidermenin yolunu açıyor.
2010 yılında yapılan bir deneyde bilim insanları, bir nesnenin aynı anda iki farklı dünyada var olabileceğini kanıtlamayı başardılar. Küçük bir metal parçasını izole ettiler ve özel koşullar altında onun aynı anda hem hareket ettiğini hem de hareketsiz durduğunu keşfettiler. Bununla birlikte, birisi bu gözlemin aşırı çalışmadan kaynaklanan bir hezeyan olduğunu düşünebilir, ancak fizikçiler nesnenin gözlemlerinin gerçekte onun Evrende iki parçaya ayrıldığını gösterdiğini söylüyor; bunlardan birini görüyoruz ve diğerini görmüyoruz. Paralel dünya teorileri oybirliğiyle her nesnenin kesinlikle parçalandığını söylüyor.
Artık bilim insanları, çöküş anının üzerinden nasıl atlayıp göremediğimiz dünyaya nasıl girebileceklerini bulmaya çalışıyorlar. Zamanda paralel evrenlere yapılan bu yolculuk teorik olarak işe yaramalı çünkü kuantum parçacıkları zamanda hem ileri hem de geri hareket eder. Artık bilim adamlarının tek yapması gereken, kuantum parçacıklarını kullanarak bir zaman makinesi yapmak.
Kuantum noktaları
Yakında kuantum fizikçileri doktorların vücuttaki kanser hücrelerini tespit etmelerine ve bunların nereye yayıldıklarını belirlemelerine yardımcı olabilecek. Bilim insanları, kuantum noktaları adı verilen bazı küçük yarı iletken kristallerin ultraviyole ışığa maruz kaldığında parlayabildiğini keşfettiler ve ayrıca özel bir mikroskop kullanılarak bunların fotoğraflarını çektiler. Daha sonra bunlar kanser hücrelerini “çekici” kılan özel bir materyalle birleştirildi. Vücuda girdiklerinde parlayan kuantum noktaları kanser hücrelerine çekildi ve böylece doktorlara tam olarak nereye bakmaları gerektiğini gösterdi. Parıltı oldukça uzun bir süre devam ediyor ve bilim insanları için noktaları belirli bir kanser türünün özelliklerine göre ayarlama süreci nispeten basit.
Pek çok tıbbi ilerlemenin sorumlusu yüksek teknolojili bilim olsa da, insanlar yüzyıllardır hastalıklarla mücadele etmek için başka birçok araca bağımlı olmuşlardır.
Namaz
Bir Kızılderili, bir şaman şifacı ve kuantum fiziğinin öncülerinin ortak noktalarının ne olabileceğini hayal etmek zor. Ancak aralarında hala ortak bir nokta var. Bu garip bilim alanının ilk kaşiflerinden biri olan Niels Bohr, gerçeklik dediğimiz şeyin çoğunun "gözlemci etkisine", yani olanlarla bizim onu nasıl gördüğümüz arasındaki ilişkiye bağlı olduğuna inanıyordu. Bu konu kuantum fizikçileri arasında ciddi tartışmaların gelişmesine yol açtı, ancak Bohr'un yarım yüzyılı aşkın bir süre önce gerçekleştirdiği bir deney onun varsayımını doğruladı.
Bütün bunlar, bilincimizin gerçekliği etkilediği ve onu değiştirebileceği anlamına gelir. Tekrarlanan dua sözleri ve şaman-şifacı törenindeki ritüeller, gerçekliği yaratan "dalganın" yönünü değiştirme girişimleri olabilir. Törenlerin çoğu aynı zamanda çok sayıda gözlemcinin huzurunda gerçekleştirilir; bu, gözlemcilerden ne kadar çok "iyileştirici dalga" yayılırsa, bunların gerçeklik üzerindeki etkisinin de o kadar güçlü olduğunu gösterir.
Nesne İlişkisi
Nesnelerin birbirine bağlanmasının ileriye yönelik güneş enerjisi üzerinde büyük bir etkisi olabilir. Nesnelerin birbirine bağlanması, gerçek fiziksel uzayda ayrılmış atomların kuantum karşılıklı bağımlılığını ima eder. Fizikçiler, ilişkinin bitkilerin fotosentezden veya ışığı enerjiye dönüştürmekten sorumlu kısmında oluşabileceğine inanıyor. Fotosentezden sorumlu yapılar olan kromoforlar aldıkları ışığın yüzde 95'ini enerjiye dönüştürebilmektedirler.
Bilim insanları şimdi, kuantum düzeyindeki bu eşleşmenin, verimli doğal güneş pilleri yaratma umuduyla güneş enerjisinin oluşumunu nasıl etkileyebileceğini araştırıyor. Uzmanlar ayrıca alglerin ışıktan aldıkları enerjiyi hareket ettirmek için bazı kuantum mekaniğini kullanabildiğini ve aynı anda iki yerde depolayabildiğini de keşfetti.
Kuantum hesaplama
Kuantum fiziğinin eşit derecede önemli bir başka yönü, özel bir tür süper iletken elemanın bilgisayara benzeri görülmemiş hız ve güç sağladığı bilgisayar alanında uygulanabilir. Araştırmacılar, elementin yapay atomlar gibi davrandığını, yalnızca ayrı enerji seviyeleri arasında hareket ederek enerji kazanıp kaybedebileceklerini açıklıyor. Yapıdaki en karmaşık atomun beş enerji seviyesi vardır. Bu karmaşık sistem (“qudit”), yalnızca iki enerji seviyesine (“qubit”) sahip olan önceki atomların işleyişine göre önemli avantajlar sunuyor. Quditler ve qubitler standart bilgisayarlarda kullanılan bitlerin bir parçasıdır. Kuantum bilgisayarlar çalışmalarında kuantum mekaniğinin ilkelerini kullanacak ve bu da geleneksel bilgisayarlara göre çok daha hızlı ve daha doğru hesaplamalar yapmalarına olanak sağlayacak.
Ancak kuantum hesaplamanın gerçeğe dönüşmesi durumunda kriptografi veya bilginin kodlanması gibi bir sorun ortaya çıkabilir.
Kuantum kriptografisi
Kredi kartı numaranızdan çok gizli askeri stratejilere kadar her şey internette mevcuttur ve yeterli bilgiye sahip yetenekli bir bilgisayar korsanı ve güçlü bir bilgisayar, banka hesabınızı boşaltabilir veya dünyanın güvenliğini riske atabilir. Özel kodlama bu bilgiyi gizli tutar ve bilgisayar bilimcileri sürekli olarak yeni, daha güvenli kodlama yöntemleri oluşturmaya çalışmaktadır.
Bilginin tek bir ışık parçacığı (foton) içinde kodlanması uzun süredir kuantum kriptografinin bir hedefi olmuştur. Görünüşe göre Toronto Üniversitesi'ndeki bilim adamları, videoyu kodlayabildikleri için bu yöntemi oluşturmaya zaten çok yaklaşmışlardı. Şifreleme, "anahtar" olan sıfırlardan ve birlerden oluşan dizileri içerir. Bir anahtarı bir kez eklemek bilgiyi kodlar, tekrar eklemek onu çözer. Dışarıdan biri anahtarı ele geçirmeyi başarırsa bilgiler hacklenebilir. Ancak anahtarlar kuantum düzeyinde kullanılsa bile, bunların kullanılması gerçeği kesinlikle bir bilgisayar korsanının varlığına işaret edecektir.
ışınlanma
Bu bilim kurgu, başka bir şey değil. Ancak bu, insan katılımıyla değil, büyük moleküllerin katılımıyla gerçekleştirildi. Ancak sorunun yattığı yer burasıdır. İnsan vücudundaki her molekülün her iki taraftan da taranması gerekir. Ancak bunun yakın gelecekte gerçekleşmesi pek mümkün görünmüyor. Başka bir sorun daha var: Bir parçacığı kuantum fiziği yasalarına göre taradığınızda onu değiştirirsiniz, yani onun tam bir kopyasını yapmanın hiçbir yolu yoktur.
Nesnelerin birbirine bağlanmasının devreye girdiği yer burasıdır. İki nesneyi sanki tekmiş gibi birbirine bağlar. Parçacığın bir yarısını tarıyoruz ve diğer yarısı ışınlanan kopyayı oluşturacak. Parçacığın kendisini ölçmediğimiz için tam bir kopyası olacak, onun iki katını ölçtük. Yani ölçtüğümüz parçacık yok olacak ama onun tam kopyası, ikizi tarafından yeniden canlandırılacak.
Tanrı Parçacıkları
Bilim insanları çok büyük yaratımları olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nı son derece küçük ama çok önemli bir şeyi, yani Evrenimizin kökeninin altında yattığına inanılan temel parçacıkları incelemek için kullanıyorlar.
Tanrı parçacıkları, bilim adamlarının temel parçacıklara (elektronlar, kuarklar ve gluonlar) kütle kazandırdığını söyledikleri şeylerdir. Uzmanlar, Tanrı parçacıklarının tüm uzaya nüfuz etmesi gerektiğine inanıyor ancak bu parçacıkların varlığı henüz kanıtlanamadı.
Bu parçacıkların bulunması, fizikçilerin Evrenin Büyük Patlama'dan sonra nasıl toparlandığını ve bugün bildiğimiz haline nasıl geldiğini anlamalarına yardımcı olacak. Bu aynı zamanda maddenin antimadde ile nasıl dengelendiğini açıklamaya da yardımcı olacaktır. Kısacası bu parçacıkları izole etmek her şeyin açıklanmasına yardımcı olacaktır.
WikiHow bir wiki gibi çalışır; bu, makalelerimizin çoğunun birden fazla yazar tarafından yazıldığı anlamına gelir. Bu makale, anonim olanlar da dahil olmak üzere 11 kişi tarafından düzenlemek ve geliştirmek amacıyla hazırlanmıştır.
Kuantum fiziği (kuantum teorisi veya kuantum mekaniği olarak da bilinir), çok düşük sıcaklıklarda temel parçacıklar, fotonlar ve bazı malzemeler düzeyinde madde ve enerjinin davranışının ve etkileşiminin tanımlanmasıyla ilgilenen ayrı bir fizik dalıdır. Kuantum alanı, Planck sabiti adı verilen küçük bir fiziksel sabitin boyutu içindeki bir parçacığın "hareketi" (veya bazı durumlarda açısal momentum) olarak tanımlanır.
Adımlar
Planck sabiti
- Örneğin, bir atom veya moleküle bağlı bir elektronun açısal momentumu kuantize edilir ve yalnızca indirgenmiş Planck sabitinin katları olan değerleri alabilir. Bu niceleme, elektronun yörüngesini bir dizi tamsayı birincil kuantum sayısı kadar artırır. Bunun aksine, yakındaki bağlanmamış elektronların açısal momentumu kuantize edilmez. Planck sabiti aynı zamanda ışığın kuantum teorisinde de kullanılır; burada ışığın kuantumu bir fotondur ve madde, atomlar arasında elektron transferi veya bağlı bir elektronun "kuantum sıçraması" yoluyla enerji ile etkileşime girer.
- Planck sabitinin birimleri aynı zamanda enerji anının zamanı olarak da düşünülebilir. Örneğin parçacık fiziğinin konu alanında sanal parçacıklar, çok küçük bir alanda boşluktan kendiliğinden ortaya çıkan ve bunların etkileşiminde rol oynayan parçacık kütlesi olarak temsil edilir. Bu sanal parçacıkların yaşam sınırı, her parçacığın enerjisidir (kütlesidir). Kuantum mekaniğinin geniş bir konu alanı vardır ancak her matematiksel kısmı Planck sabitini içermektedir.
-
Ağır parçacıklar hakkında bilgi edinin. Ağır parçacıklar klasik enerjiden kuantum enerjiye geçişe uğrar. Bazı kuantum özelliklere sahip (spin gibi) serbest bir elektron, bağlı olmayan bir elektron olarak bir atoma yaklaşıp yavaşlasa bile (belki de foton yaymasından dolayı), enerjisinin altına düşmesiyle klasik davranıştan kuantum davranışına geçer. iyonlaşma enerjisi. Bir elektron bir atoma bağlanır ve atom çekirdeğine göre açısal momentumu işgal edebileceği yörüngenin kuantum değeriyle sınırlıdır. Bu geçiş ani. Durumunu kararsız durumdan kararlı duruma değiştiren veya davranışı basitten kaotik duruma değişen mekanik bir sisteme benzetilebilir, hatta yavaşlayıp kalkış hızının altına inen ve bir hızla hareket eden bir roket gemisine bile benzetilebilir. bir yıldızın veya başka bir gök cismin etrafında yörüngede döner. Bunun aksine, (ağırlıksız olan) fotonlar bu geçişi yapmazlar: diğer parçacıklarla etkileşime girip yok olana kadar uzayı değişmeden geçerler. Gece gökyüzüne baktığınızda, bazı yıldızlardan gelen fotonların birçok ışık yılı boyunca değişmeden seyahat ettiğini, ardından retinanızdaki bir moleküldeki bir elektronla etkileşime girerek enerjilerini serbest bıraktığını ve sonra ortadan kaybolduğunu görürsünüz.
Planck sabitinin fiziksel kavramını öğrenerek başlayın. Kuantum mekaniğinde Planck sabiti bir kuantum eylemdir ve şu şekilde gösterilir: H. Benzer şekilde, etkileşen temel parçacıklar için kuantum açısal momentum- bu indirgenmiş Planck sabitidir (Planck sabiti 2 π'ye bölünür) şu şekilde gösterilir: ħ ve "çubuklu h" olarak adlandırılır. Planck sabitinin değeri son derece küçüktür; dürtü anlarını ve daha genel bir matematiksel kavrama sahip eylem tanımlarını birleştirir. İsim Kuantum mekaniği açısal momentuma benzer bazı fiziksel niceliklerin yalnızca değişebileceğini ima eder gizlice, sürekli değil ( santimetre. analog) yol.
1803 yılında Thomas Young, iki yarıklı opak bir ekrana ışık huzmesini yönlendirdi. Projeksiyon ekranında beklenen iki ışık şeridi yerine, sanki her yarıktan gelen iki ışık dalgasının girişimi (süperpozisyon) varmış gibi birkaç şerit gördü. Aslında kuantum fiziği, daha doğrusu özündeki sorular işte bu anda doğdu. 20. ve 21. yüzyıllarda sadece ışığın değil, herhangi bir temel parçacığın ve hatta bazı moleküllerin sanki her iki yarıktan aynı anda geçiyormuş gibi bir dalga gibi, kuantum gibi davrandığı gösterildi. Bununla birlikte, yarıklara, buradaki parçacığa tam olarak ne olduğunu ve hangi belirli yarıktan geçtiğini belirleyen bir sensör yerleştirirseniz, sanki gözlem gerçeği (dolaylı etki) yok ediyormuş gibi, projeksiyon ekranında yalnızca iki şerit görünür. dalga fonksiyonu ve nesne madde gibi davranır. ( video)
Heisenberg'in belirsizlik ilkesi kuantum fiziğinin temelidir!
1927'deki keşif sayesinde binlerce bilim insanı ve öğrenci, daralan bir yarıktan lazer ışınını geçirerek aynı basit deneyi tekrarlıyor. Mantıksal olarak, projeksiyon ekranındaki lazerin görünür izi, aralık azaldıkça daraldıkça daralır. Ancak belirli bir anda, yarık yeterince daraldığında, lazerden gelen nokta birdenbire giderek genişlemeye başlar, ekran boyunca uzar ve yarık kaybolana kadar kararır. Bu, kuantum fiziğinin mükemmelliğinin en açık kanıtıdır - seçkin bir teorik fizikçi olan Werner Heisenberg'in belirsizlik ilkesi. Bunun özü, bir kuantum sisteminin eşleştirilmiş özelliklerinden birini ne kadar doğru belirlersek, ikinci özelliğin de o kadar belirsiz hale gelmesidir. Bu durumda, daralan yarığa sahip lazer fotonlarının koordinatlarını ne kadar doğru belirlersek, bu fotonların momentumu da o kadar belirsiz hale gelir. Makrokozmosta, uçan bir kılıcı elimize alarak tam konumunu veya yönünü de doğru bir şekilde ölçebiliriz, ancak aynı anda bunu yapamayız, çünkü bu birbiriyle çelişir ve birbirine müdahale eder. ( , video)
Kuantum süperiletkenliği ve Meissner etkisi
1933'te Walter Meissner kuantum fiziğinde ilginç bir olguyu keşfetti: Minimum sıcaklıklara soğutulan bir süperiletkende, manyetik alan sınırlarının ötesinde yer değiştirir. Bu olaya Meissner etkisi denir. Sıradan bir mıknatıs alüminyumun (veya başka bir süper iletkenin) üzerine yerleştirilirse ve daha sonra sıvı nitrojenle soğutulursa, mıknatıs uçacak ve havada asılı kalacaktır, çünkü aynı polaritedeki kendi manyetik alanının soğutulmuş olandan yer değiştirdiğini "görecektir". alüminyum ve mıknatısların aynı tarafları itiyor. ( , video)
Kuantum aşırı akışkanlığı
1938 yılında Pyotr Kapitsa sıvı helyumu sıfıra yakın bir sıcaklığa soğuttu ve maddenin viskozitesini kaybettiğini keşfetti. Kuantum fiziğindeki bu olguya süperakışkanlık denir. Soğutulmuş sıvı helyum bir bardağın tabanına dökülürse, yine de duvarlar boyunca camdan dışarı akacaktır. Aslında helyum yeterince soğutulduğu sürece kabın şekli veya boyutu ne olursa olsun dökülmesinin bir sınırı yoktur. 20. yüzyılın sonu ve 21. yüzyılın başında hidrojen ve çeşitli gazlarda da belirli koşullar altında aşırı akışkanlık keşfedildi. ( , video)
Kuantum tünelleme
1960 yılında Ivor Jayever, iletken olmayan alüminyum oksitten oluşan mikroskobik bir filmle ayrılmış süper iletkenlerle elektrik deneyleri yaptı. Fiziğin ve mantığın aksine, bazı elektronların hala izolasyondan geçtiği ortaya çıktı. Bu, kuantum tünel etkisinin olasılığı hakkındaki teoriyi doğruladı. Bu sadece elektrik için değil, aynı zamanda herhangi bir temel parçacık için de geçerlidir, bunlar aynı zamanda kuantum fiziğine göre dalgadır. Bu engellerin genişliği parçacığın dalga boyundan küçükse engelleri aşabilirler. Engel ne kadar dar olursa parçacıklar o kadar sık içinden geçer. ( , video)
Kuantum dolaşıklığı ve ışınlanma
1982'de, geleceğin Nobel Ödülü sahibi fizikçi Alain Aspe, dönüşlerini (polarizasyonunu) belirlemek için eşzamanlı olarak oluşturulan iki fotonu zıt yönlü sensörlere gönderdi. Bir fotonun dönüşünün ölçülmesinin, zıt olan ikinci fotonun dönüşünün konumunu anında etkilediği ortaya çıktı. Böylece temel parçacıkların kuantum dolaşıklığı ve kuantum ışınlanma olasılığı kanıtlandı. 2008 yılında bilim insanları, 144 kilometre uzaklıktaki kuantum dolanık fotonların durumunu ölçebildiler ve aralarındaki etkileşim, sanki aynı yerdeymişler ya da boşluk yokmuş gibi hâlâ anlıktı. Bu tür kuantum dolanık fotonların evrenin farklı bölgelerine ulaşması durumunda, ışığın aynı mesafeyi kat etmesi on milyarlarca yıl almasına rağmen aralarındaki etkileşimin yine anlık olacağına inanılıyor. İlginçtir ama Einstein'a göre ışık hızında hareket eden fotonlar için de zaman yoktur. Bu bir tesadüf mü? Geleceğin fizikçileri öyle düşünmüyor! ( , video)
Kuantum Zeno etkisi ve zamanın durdurulması
1989'da David Wineland liderliğindeki bir grup bilim adamı berilyum iyonlarının atom seviyeleri arasındaki geçiş hızını gözlemledi. İyonların durumunu ölçme gerçeğinin, onların durumlar arasındaki geçişini yavaşlattığı ortaya çıktı. 21. yüzyılın başında rubidyum atomlarıyla yapılan benzer bir deneyde 30 kat yavaşlama elde edildi. Bütün bunlar kuantum Zeno etkisinin doğrulanmasıdır. Bunun anlamı, kuantum fiziğinde kararsız bir parçacığın durumunun ölçülmesi gerçeğinin, onun bozunum hızını yavaşlatması ve teoride onu tamamen durdurabilmesidir. ( , video ingilizce)
Gecikmeli seçimli kuantum silgi
1999 yılında, Marlan Scali liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, fotonları iki yarıktan yönlendirdi; bunların arkasında, ortaya çıkan her fotonu bir çift kuantum dolaşık fotona dönüştüren ve onları iki yöne ayıran bir prizma vardı. İlki ana dedektöre fotonlar gönderdi. İkinci yön, fotonları %50 yansıtıcı ve dedektörlerden oluşan bir sisteme gönderdi. İkinci yönden gelen bir fotonun yayıldığı yarığı belirleyen dedektörlere ulaşması durumunda, ana dedektörün eşleştirilmiş fotonunu bir parçacık olarak kaydettiği ortaya çıktı. İkinci yönden gelen bir foton, yayıldığı yarığı tespit edemeyen dedektörlere ulaşırsa, ana dedektör, eşleştirilmiş fotonunu bir dalga olarak kaydetti. Bir fotonun ölçümü yalnızca kuantum dolaşık çiftine yansımakla kalmadı, aynı zamanda mesafe ve zamanın ötesinde de gerçekleşti, çünkü ikincil dedektör sistemi, sanki gelecek geçmişi belirliyormuş gibi, fotonları ana fotonlardan daha sonra kaydetti. Bunun yalnızca kuantum fiziği tarihinde değil, aynı zamanda tüm bilim tarihinde de en inanılmaz deney olduğuna inanılıyor, çünkü dünya görüşünün pek çok olağan temelini baltalıyor. ( , video İngilizce)
Kuantum süperpozisyonu ve Schrödinger'in kedisi
2010 yılında Aaron O'Connell, opak bir vakum odasına küçük bir metal plaka yerleştirdi ve onu neredeyse mutlak sıfıra kadar soğuttu. Daha sonra titreşmesi için plakaya itme uyguladı. Ancak konum sensörü, plakanın aynı anda titreştiğini ve sessiz olduğunu gösterdi; bu da teorik kuantum fiziğine tam olarak karşılık geliyordu. Bu, makro nesneler üzerindeki süperpozisyon ilkesinin kanıtlandığı ilk seferdi. Yalıtılmış koşullarda, kuantum sistemleri arasında etkileşim olmadığında, bir nesne sanki artık maddi değilmiş gibi aynı anda sınırsız sayıda olası konumda olabilir. ( , video)
Kuantum Cheshire Kedisi ve Fiziği
2014 yılında Tobias Denkmair ve meslektaşları nötron ışınını iki ışına böldüler ve bir dizi karmaşık ölçüm gerçekleştirdiler. Belirli koşullar altında nötronların bir ışında olabileceği ve manyetik momentlerinin başka bir ışında olabileceği ortaya çıktı. Böylece, Cheshire kedisinin gülümsemesinin kuantum paradoksu doğrulandı; parçacıklar ve özellikleri, algımıza göre, uzayın farklı yerlerinde, "Alice Harikalar Diyarında" masalındaki kediden ayrı bir gülümseme gibi olabilir. Kuantum fiziğinin herhangi bir peri masalından daha gizemli ve şaşırtıcı olduğu bir kez daha ortaya çıktı! ( , video ingilizce.)
Okuduğunuz için teşekkürler! Artık biraz daha akıllı oldunuz ve bu da dünyamızı biraz daha parlak hale getiriyor. Bu makalenin bağlantısını arkadaşlarınızla paylaşın, dünya daha da iyi bir yer haline gelsin!
29.10.2016Bugünkü konunun sesine ve gizemine rağmen, anlatmaya çalışacağız. Basit kelimelerle kuantum fiziğinin çalışmaları nelerdir?, kuantum fiziğinin hangi dalları yer alıyor ve prensipte kuantum fiziğine neden ihtiyaç duyuluyor.
Aşağıda sunulan materyal herkes tarafından anlaşılabilir.
Kuantum fiziğinin hangi çalışmalardan bahsettiğini söylemeden önce her şeyin nerede başladığını hatırlamakta fayda var...
19. yüzyılın ortalarına gelindiğinde insanlık, klasik fizik aygıtlarını kullanarak çözülmesi imkansız olan problemleri ciddi şekilde incelemeye başladı.
Bir takım olaylar “tuhaf” görünüyordu. Bazı sorulara ise hiç cevap bulunamadı.
1850'lerde, klasik mekaniğin ışık ışınlarının hareketini doğru bir şekilde tanımlayamayacağına inanan William Hamilton, bilim tarihine Hamilton-Jacobi formalizmi adı altında geçen kendi teorisini önerdi. Işığın dalga teorisi.
1885 yılında İsviçreli fizikçi Johann Balmer bir arkadaşıyla tartıştıktan sonra deneysel olarak spektral çizgilerin dalga boylarını çok yüksek doğrulukla hesaplamayı mümkün kılan bir formül elde etti.
Balmer belirlenen kalıpların nedenlerini açıklayamadı.
1895 yılında Wilhelm Roentgen, katot ışınlarını incelerken, X-ışınları (daha sonra ışınlar olarak yeniden adlandırıldı) adını verdiği ve güçlü nüfuz edici bir karaktere sahip olan radyasyonu keşfetti.
Bir yıl sonra, 1896'da Henri Becquerel, uranyum tuzlarını incelerken benzer özelliklere sahip kendiliğinden radyasyonu keşfetti. Yeni olguya radyoaktivite adı verildi.
1899'da X ışınlarının dalga doğası kanıtlandı.
Fotoğraf 1. Kuantum fiziğinin kurucuları Max Planck, Erwin Schrödinger, Niels Bohr
1901 yılı, Jean Perrin tarafından önerilen atomun ilk gezegen modelinin ortaya çıkışıyla kutlandı. Ne yazık ki bilim adamı, elektrodinamik teorisi açısından onay bulamadığı için bu teoriyi kendisi terk etti.
İki yıl sonra Japon bilim adamı Hantaro Nagaoka, merkezinde pozitif yüklü bir parçacığın olması gereken ve etrafında elektronların yörüngelerde döneceği başka bir atom gezegen modeli önerdi.
Ancak bu teori elektronların yaydığı radyasyonu hesaba katmıyordu ve bu nedenle örneğin spektral çizgiler teorisini açıklayamıyordu.
Atomun yapısı üzerine düşünen Joseph Thomson, 1904 yılında değerlik kavramını ilk kez fiziksel açıdan yorumladı.
Kuantum fiziğinin doğuş yılı belki de Max Planck'ın Alman Fiziği toplantısında yaptığı konuşmayla ilişkilendirilerek 1900 olarak kabul edilebilir.
Enerji ve sıcaklığı birbirine bağlayan Boltzmann sabiti, Avogadro sayısı, Wien'in yer değiştirme yasası, elektron yükü, Boltzmann'ın radyasyon yasası dahil olmak üzere şimdiye kadar birbirinden farklı birçok fiziksel kavramı, formülü ve teoriyi birleştiren bir teori öneren Planck'tı...
Ayrıca eylem kuantumu kavramını da (Boltzmann sabitinden sonraki ikinci temel sabit) kullanıma sundu.
Kuantum fiziğinin daha da gelişmesi doğrudan Hendrik Lorentz, Albert Einstein, Ernst Rutherford, Arnold Sommerfeld, Max Born, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Enrico Fermi ve 20. yüzyılın ilk yarısında çalışan diğer birçok dikkate değer bilim adamı.
Bilim adamları, temel parçacıkların doğasını benzeri görülmemiş bir derinlikle anlamayı, parçacıkların ve alanların etkileşimlerini incelemeyi, maddenin kuark doğasını ortaya çıkarmayı, dalga fonksiyonunu türetmeyi ve ayrıklık (kuantizasyon) ve dalga-parçacık ikiliği gibi temel kavramları açıklamayı başardılar.
Kuantum teorisi, başka hiçbir şeye benzemeyen şekilde, insanlığı evrenin temel yasalarını anlamaya yaklaştırdı, geleneksel kavramları daha doğru olanlarla değiştirdi ve bizi çok sayıda fiziksel modeli yeniden düşünmeye zorladı.
Kuantum fiziği neyi araştırıyor?
Kuantum fiziği, mikro nesnelerin (kuantum nesneleri) hareket yasalarını inceleyerek, maddenin özelliklerini mikro fenomen düzeyinde tanımlar.
Kuantum fiziğinin çalışma konusu boyutları 10 −8 cm veya daha küçük olan kuantum nesneleri oluşturur. Bu:
- moleküller,
- atomlar,
- atom çekirdeği,
- temel parçacıklar.
Mikro nesnelerin temel özellikleri dinlenme kütlesi ve elektrik yüküdür. Bir elektronun (me) kütlesi 9,1 × 10 −28 g'dır.
Karşılaştırma için, bir müonun kütlesi 207 me, bir nötronun 1839 me, bir protonun 1836 me'dir.
Bazı parçacıkların hiç durgun kütlesi yoktur (nötrinolar, fotonlar). Kütleleri 0 ben.
Herhangi bir mikro nesnenin elektrik yükü, 1,6 × 10 −19 C'ye eşit olan elektron yükünün katıdır. Yüklü nesnelerin yanı sıra yükü sıfır olan nötr mikro nesneler de vardır.
Fotoğraf 2. Kuantum fiziği bizi dalga, alan ve parçacık kavramlarına ilişkin geleneksel görüşleri yeniden düşünmeye zorladı
Karmaşık bir mikro nesnenin elektrik yükü, onu oluşturan parçacıkların yüklerinin cebirsel toplamına eşittir.
Mikro nesnelerin özellikleri şunları içerir: döndürmek(kelimenin tam anlamıyla İngilizceden çevrilmiştir - “döndürmek”).
Genellikle dış koşullardan bağımsız olarak bir kuantum nesnesinin açısal momentumu olarak yorumlanır.
Gerçek dünyada sırtın yeterli görüntüsünü bulmak zordur. Kuantum yapısından dolayı topaç olarak düşünülemez. Klasik fizik bu nesneyi tanımlamaya muktedir değildir.
Spinin varlığı mikro nesnelerin davranışını etkiler.
Dönmenin varlığı, çoğu (kararsız nesneler) kendiliğinden bozunarak diğer kuantum nesnelerine dönüşen mikro dünya nesnelerinin davranışına önemli özellikler katar.
Nötrinoları, elektronları, fotonları, protonları, atomları ve molekülleri içeren kararlı mikro nesneler, yalnızca güçlü enerjinin etkisi altında bozunma yeteneğine sahiptir.
Kuantum fiziği, klasik fiziği kendi sınırlayıcı durumu olarak kabul ederek tamamen içine alır.
Aslında kuantum fiziği geniş anlamda modern fiziktir.
Kuantum fiziğinin mikro dünyada tanımladığını algılamak imkansızdır. Bu nedenle, klasik fiziğin tanımladığı nesnelerin aksine, kuantum fiziğinin birçok hükmünü hayal etmek zordur.
Buna rağmen yeni teoriler dalgalar ve parçacıklar, dinamik ve olasılıksal tanımlama, sürekli ve ayrık hakkındaki fikirlerimizi değiştirmeyi mümkün kıldı.
Kuantum fiziği sadece yeni çıkmış bir teori değildir.
Bu, atom çekirdeğinde meydana gelen süreçlerden dış uzaydaki makroskobik etkilere kadar inanılmaz sayıda olayı tahmin edebilen ve açıklayabilen bir teoridir.
Kuantum fiziği - klasik fiziğin aksine - maddeyi temel düzeyde inceler ve çevredeki gerçeklikteki fenomenlere geleneksel fiziğin sağlayamadığı yorumlar verir (örneğin, atomların neden sabit kaldığı veya temel parçacıkların gerçekten temel olup olmadığı).
Kuantum teorisi bize dünyayı, başlangıcından önce kabul edildiğinden daha doğru bir şekilde tanımlama fırsatını veriyor.
Kuantum Fiziğinin Önemi
Kuantum fiziğinin özünü oluşturan teorik gelişmeler, hem hayal edilemeyecek kadar büyük uzay nesnelerinin hem de son derece küçük temel parçacıkların incelenmesine uygulanabilir.
Kuantum elektrodinamiği Bizi fotonların ve elektronların dünyasına sürüklüyor, aralarındaki etkileşimlerin incelenmesine odaklanıyor.
Yoğunlaştırılmış maddenin kuantum teorisi süperakışkanlar, mıknatıslar, sıvı kristaller, amorf katılar, kristaller ve polimerler hakkındaki bilgimizi derinleştirir.
Fotoğraf 3. Kuantum fiziği insanlığa etrafımızdaki dünyanın çok daha doğru bir tanımını verdi
Son yıllardaki bilimsel araştırmalar, kuantum fiziğinin bağımsız bir dalı çerçevesinde temel parçacıkların kuark yapısının incelenmesine odaklanmıştır. kuantum kromodinamiği.
Göreli olmayan kuantum mekaniği(Einstein'ın görelilik teorisinin kapsamı dışında olan) nispeten düşük bir hızda (daha az) hareket eden mikroskobik nesneleri, moleküllerin ve atomların özelliklerini, yapılarını inceler.
Kuantum optiğiışığın kuantum özelliklerinin (fotokimyasal süreçler, termal ve uyarılmış radyasyon, fotoelektrik etki) tezahürüyle ilgili gerçeklerin bilimsel çalışmasıyla uğraşmaktadır.
Kuantum alan teorisi görelilik teorisi ve kuantum mekaniğinin fikirlerini birleştiren birleştirici bir bölümdür.
Kuantum fiziği çerçevesinde geliştirilen bilimsel teoriler, kuantum elektroniğinin, teknolojinin, katıların kuantum teorisinin, malzeme biliminin ve kuantum kimyasının gelişimine güçlü bir ivme kazandırmıştır.
Belirtilen bilgi dallarının ortaya çıkması ve gelişmesi olmasaydı, uzay gemilerinin, nükleer buz kırıcıların, mobil iletişimin ve diğer birçok faydalı buluşun yaratılması imkansız olurdu.
