Какво е квантова физика?
Квантовата физика е изучаването на поведението на материята и енергията на молекулярно, атомно, ядрено, а и на още по-малки, микроскопични нива. В началото на 20 век, е открито, че законите, които уреждат макроскопични обекти не функционират на същия принцип в по-малки размери.
Какво означава квантова физика?
"Quantum" идва от латински и означава "колко". Тя се отнася до отделни единици на материята и енергията, които се предвиждат и изучават от квантовата физика. Според нея дори пространството и времето, които изглеждат изключително непрекъснати и продължителни, са променливи в най-малките си възможни стойности.
Какво разглежда квантовата физика?
Квантова физика се нарича раздел на теоретичната физика, в който се изучават квантовомеханичните и квантовосиловите системи, взаимодействия и законите на тяхното движение. Квантовата физика обединява няколко раздела на физиката:
1. квантова механика - фундаментална физична теория, описваща поведението на микроскопичните частици.
2. квантова теория на полето - с приложения във физиката на елементарните частици, ядрената физика, физика на високите енергии и др.
3. квантова оптика - разделът от оптиката, изучаващ явления, в които се проявяват квантовите свойства на светлината. Такива явления са например: топлинното излъчване, фотоелектрическият ефект, ефектът на Комптън, ефектът на Раман, фотохимичните процеси, стимулираното излъчване (и съответно физиката на лазерите) и др.
Развитите квантовата механика
Въпреки, че първите стъпки в квантовата механика са направени в началото на 19 век, за основополагаща се счита теорията на Макс Планк през 1900 година. Според неговата хипотеза всяка енергия може да се поглъща или отделя само във вид на малки порции от кванти, имащи определена енергия и тя да е пропорционална на честота с коефициент на пропорционалност, определян по формула. Според учения това определя само свойството на енергията, но не и характера и.
Малко по-късно, през 1905 година, изследвайки фотоелектричния ефект на основата на квантовата хипотеза, Алберт Айнщайн стига до извода, че светлината представлява поток от отделни кванти, които впоследствие са наречени фотони. Именно от този прост постулат на Айнщайн се ражда "широко поле" на обсъждания, теоретични работи и експерименти, в резултат на което възниква нова област от физиката – квантовата физика.
Необходимостта от теория ражда закони
Експериментално се установява, че свързаните електрони и другите елементарни частици се държат не като свързани точки, а като неголеми облачета. Но тези облачета са неделими – те изграждат едно цяло. На практика се получава така, че част от електрона е тук, а друга част от него – там, което може да е навсякъде, но тъй като теоретично е невъзможен подобен отговор, предполагаемо се приема, че всеки електрон се намира на точно определено място. Това е многократно доказван експеримент. Това е най-важната особеност на квантовата механика –
описанието на микрочастиците е вероятностно, а не точно.
Учените достигат до следното:
-Електронът може да бъде регистриран само като цяло.
-Електронът има предполагаемо местонахождение.
-Електронът има предполагаема скорост.
Тези твърдения обричат на неуспех всички опити за прилагане към микрочастиците на класическата Нютонова механика.
Съотношение на неопределеност на Хайзенберг
Хайзенберг достига до извода, че в една система можем да определим координатите на една частица или нейната скорост, но никога и двете едновременно , като в частност това важи за атома — ние описваме не къде, а с каква вероятност може да се намира електрона в една пространствена област около ядрото, като точно тази пространствена област наричаме „електронен облак“ (тоест не можем да определим добре координатите на електрона), и можем добре да определим неговата скорост (тоест от двете — координати или скорост ние можем да определим скорост).
На кратко – Ако се опитаме да намалим неопределеността на координатите на електрона, ние увеличаваме неопределеността на неговия импулс.
Всяко взаимодействие, следователно и наблюдаването, въздейства върху наблюдаемия обект, променя свойствата му. Важното е, че не е възможно това въздействие да се направи пренебрежимо малко.
Какво е специалното на квантовата физика?
В областта на квантовата физика, наблюдаването на нещо действително влияе върху физическите му процеси. Светлинните вълни действат като частици и частиците действат като вълни (двойственост на частиците ). Материята може да премине от едно място на друго, без да се движи през междинното пространство (чрез така наречените, квантови тунели). Информацията се движи незабавно на големи разстояния. В действителност, в квантовата механика се твърди, че цялата вселена е всъщност поредица от вероятности.
Квантовата оптика
Квантовата оптика е клон на квантовата физика, която се фокусира основно върху поведението на светлината и фотоните. От гледна точка на квантовата оптика, поведението на отделните фотони има отношение към изходната светлина, за разлика от класическата оптика, която беше разработена от сър Исак Нютон. Всъщност лазерите са разработени, в следвствие на проучването на квантовата оптика.
Квантова електродинамика
Квантовата електродинамика е изследвателски метод за опрделяне на взаимодействието на електрони и фотони. Тя е разработена в края на 1940 от Ричард Файнман , Юлиян Швингер, Синитро Томонаге и други. Предположенията на квантовата електродинамика по отношение на разсейване на фотони и електрони са точни до единадесет знака след десетичната запетая.
Единна теория на полето:
Квантова теория на полето е раздел на физиката, изучаващ поведението на квантовите системи с безкрайно големи стойности на степените на свобода. Тя се явява теоретична основа за описание на микрочастиците, техните взаимодействия и преобразувания. На квантовата теория на полето се основават физиката на елементарните частици и физиката на кондензираното състояние.
Основни фигури в квантовата физика са:
· Нилс Бор
· Ричард Файнман
· Алберт Айнщайн
