V roku 1803 Thomas Young nasmeroval lúč svetla na nepriehľadnú obrazovku s dvoma štrbinami. Namiesto očakávaných dvoch pruhov svetla na premietacom plátne videl niekoľko pruhov, ako keby došlo k interferencii (superpozícii) dvoch vĺn svetla z každého slotu. V skutočnosti sa práve v tomto momente zrodila kvantová fyzika, alebo skôr otázky pri jej založení. V 20. a 21. storočí sa ukázalo, že nielen svetlo, ale každá jednotlivá elementárna častica a dokonca aj niektoré molekuly sa správajú ako vlna, ako kvantá, akoby prechádzali oboma štrbinami súčasne. Ak je však v blízkosti štrbín umiestnený senzor, ktorý určuje, čo presne sa s časticou v tomto mieste stane a ktorou konkrétnou štrbinou predsa len prejde, tak sa na premietacej ploche objavia len dva pásy, ako keby skutočnosť pozorovania (nepriamy vplyv ) ničí vlnovú funkciu a objekt sa správa ako hmota. ( video)
Heisenbergov princíp neurčitosti je základom kvantovej fyziky!
Vďaka objavu z roku 1927 tisícky vedcov a študentov opakujú rovnaký jednoduchý experiment prechodom laserového lúča cez zužujúcu sa štrbinu. Logicky sa viditeľná stopa z lasera na projekčnej ploche po zmenšení medzery zužuje a zužuje. Ale v určitom bode, keď sa štrbina dostatočne zúži, sa bod z lasera zrazu začne rozširovať a rozširovať, naťahovať sa cez obrazovku a blednúť, až kým štrbina nezmizne. Toto je najzrejmejší dôkaz kvintesencie kvantovej fyziky - princíp neurčitosti Wernera Heisenberga, vynikajúceho teoretického fyzika. Jej podstatou je, že čím presnejšie určíme jednu z párových charakteristík kvantový systém, čím je druhá charakteristika neistejšia. AT tento prípad, čím presnejšie určíme súradnice laserových fotónov zužujúcou sa štrbinou, tým neistejšia bude hybnosť týchto fotónov. V makrokozme môžeme rovnako dobre zmerať buď presnú polohu lietajúceho meča, ktorý ho berieme do rúk, alebo jeho smer, ale nie súčasne, pretože si to odporuje a navzájom sa prekáža. ( , video)
Kvantová supravodivosť a Meissnerov jav
V roku 1933 Walter Meissner objavil zaujímavý jav v kvantovej fyzike: v supravodiči ochladenom na minimálnu teplotu je magnetické pole vytlačené za svoje hranice. Tento jav sa nazýva Meissnerov efekt. Ak je obyčajný magnet umiestnený na hliník (alebo iný supravodič) a potom je ochladený tekutým dusíkom, potom magnet vzlietne a visí vo vzduchu, pretože „uvidí“ svoje vlastné magnetické pole rovnakej polarity posunuté. z chladeného hliníka a rovnaké strany magnetov sa odpudzujú . ( , video)
Kvantová supratekutosť
V roku 1938 Pyotr Kapitsa ochladil kvapalné hélium na teplotu blízku nule a zistil, že látka stratila svoju viskozitu. Tento jav sa v kvantovej fyzike nazýva supratekutosť. Ak sa vychladené tekuté hélium naleje na dno pohára, bude z neho stále vytekať po stenách. V skutočnosti, pokiaľ je hélium dostatočne vychladené, neexistujú žiadne limity pre jeho rozliatie, bez ohľadu na tvar a veľkosť nádoby. Koncom 20. a začiatkom 21. storočia bola supratekutosť za určitých podmienok objavená aj vo vodíku a rôznych plynoch. ( , video)
kvantové tunelovanie
V roku 1960 Ivor Giever uskutočnil elektrické experimenty so supravodičmi oddelenými mikroskopickým filmom nevodivého oxidu hlinitého. Ukázalo sa, že na rozdiel od fyziky a logiky časť elektrónov stále prejde izoláciou. Tým sa potvrdila teória o možnosti efektu kvantového tunelovania. Platí to nielen pre elektrinu, ale aj pre akékoľvek elementárne častice, sú to aj vlny podľa kvantovej fyziky. Môžu prechádzať cez prekážky, ak je šírka týchto prekážok menšia ako vlnová dĺžka častice. Čím je prekážka užšia, tým častejšie cez ňu častice prechádzajú. ( , video)
Kvantové zapletenie a teleportácia
V roku 1982 fyzik Alain Aspe, budúci laureát nobelová cena, poslal dva súčasne vytvorené fotóny do viacsmerných senzorov na určenie ich spinu (polarizácie). Ukázalo sa, že meranie spinu jedného fotónu okamžite ovplyvňuje polohu spinu druhého fotónu, ktorý sa stáva opačným. To dokázalo možnosť kvantového zapletenia elementárne častice a kvantová teleportácia. V roku 2008 sa vedcom podarilo zmerať stav kvantovo zapletených fotónov vo vzdialenosti 144 kilometrov a interakcia medzi nimi sa aj tak ukázala ako okamžitá, akoby boli na jednom mieste alebo tam nebol priestor. Verí sa, že ak takéto kvantovo zapletené fotóny skončia v opačných častiach vesmíru, potom interakcia medzi nimi bude stále okamžitá, hoci svetlo prekoná rovnakú vzdialenosť za desiatky miliárd rokov. Je zvláštne, že podľa Einsteina nie je čas ani na fotóny lietajúce rýchlosťou svetla. Je to náhoda? Fyzici budúcnosti si to nemyslia! ( , video)
Kvantový Zeno efekt a zastavenie času
V roku 1989 skupina vedcov vedená Davidom Winelandom pozorovala rýchlosť prechodu iónov berýlia medzi atómovými úrovňami. Ukázalo sa, že samotný fakt merania stavu iónov spomalil ich prechod medzi stavmi. Na začiatku 21. storočia sa pri podobnom experimente s atómami rubídia dosiahlo 30-násobné spomalenie. To všetko je potvrdením kvantového Zeno efektu. Jeho význam spočíva v tom, že už samotný fakt merania stavu nestabilnej častice v kvantovej fyzike spomaľuje rýchlosť jej rozpadu a teoreticky ju môže úplne zastaviť. ( , video v angličtine)
Oneskorená voľba kvantovej gumy
V roku 1999 skupina vedcov pod vedením Marlana Scaliho poslala fotóny cez dve štrbiny, za ktorými stál hranol, ktorý premenil každý vznikajúci fotón na pár kvantovo zapletených fotónov a rozdelil ich do dvoch smerov. Prvý poslal fotóny do hlavného detektora. Druhý smer poslal fotóny do systému 50% reflektorov a detektorov. Ukázalo sa, že ak fotón z druhého smeru dosiahol detektory, ktoré určili štrbinu, z ktorej vyletel, tak hlavný detektor zaznamenal jeho spárovaný fotón ako časticu. Ak fotón z druhého smeru dosiahol detektory, ktoré neurčovali štrbinu, z ktorej vyletel, potom hlavný detektor zaznamenal svoj spárovaný fotón ako vlnu. Nielenže sa meranie jedného fotónu odrazilo na jeho kvantovo previazanom páre, ale stalo sa tak aj mimo vzdialenosti a času, pretože sekundárny systém detektorov zaznamenal fotóny neskôr ako hlavný, akoby budúcnosť určovala minulosť. Verí sa, že ide o najneuveriteľnejší experiment nielen v histórii kvantovej fyziky, ale aj v histórii celej vedy, pretože podkopáva mnohé z bežných základov svetonázoru. ( , video v angličtine)
Kvantová superpozícia a Schrödingerova mačka
V roku 2010 Aaron O'Connell umiestnil malú kovovú platňu do nepriehľadnej vákuovej komory, ktorú ochladil takmer na absolútna nula. Potom použil impulz na platňu, aby sa rozvibrovala. Snímač polohy však ukázal, že platňa vibrovala a zároveň bola v pokoji, čo bolo presne v súlade s teoretickou kvantovou fyzikou. Bolo to prvýkrát, čo dokázal princíp superpozície na makroobjektoch. V izolovaných podmienkach, keď nedochádza k interakcii kvantových systémov, môže byť objekt súčasne v neobmedzenom počte možných pozícií, ako keby už nebol hmotný. ( , video)
Kvantová Cheshire mačka a fyzika
V roku 2014 Tobias Denkmayr a jeho kolegovia rozdelili tok neutrónov na dva lúče a vykonali sériu zložitých meraní. Ukázalo sa, že za určitých okolností môžu byť neutróny v rovnakom zväzku a ich magnetický moment v inom zväzku. Potvrdil sa tak kvantový paradox úsmevu cheshireskej mačky, keď sa častice a ich vlastnosti môžu nachádzať podľa nášho vnímania v rôznych častiach vesmíru, ako úsmev okrem mačky v rozprávke „Alenka v krajine zázrakov“. Opäť sa ukázalo, že kvantová fyzika je záhadnejšia a prekvapivejšia ako ktorákoľvek rozprávka! ( , video v angličtine.)
Vďaka za prečítanie! Teraz ste sa stali o niečo múdrejšími a náš svet sa vďaka tomu trochu rozjasnil. Zdieľajte odkaz na tento článok so svojimi priateľmi a svet bude ešte lepší!
Podľa definície je kvantová fyzika odvetvím teoretickej fyziky, ktorá študuje kvantovo-mechanické systémy a systémy kvantového poľa a zákony ich pohybu. Základné zákony kvantovej fyziky sa študujú v rámci kvantovej mechaniky a kvantová teória oblasti a používajú sa 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, ktorú niektorí fyzikálnych veličín môže nadobudnúť iba určité hodnoty (hovoria, že fyzikálne množstvo je kvantované). V niektorých dôležitých špeciálnych prípadoch môže byť táto hodnota alebo krok jej zmeny len 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 - kvantový oscilačný pohyb kryštálových atómov.
Vo všeobecnosti je kvantizácia 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.
Kvantačný 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 a hoci 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 len hovorí, že sú nedokonalé a nie sú úplné a konečná pravda v poslednej inštancii.
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 len prechodný koncept, súbor metód, prístupov a algoritmov, ktoré ju tvoria, a môže sa 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.
Spočiatku 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. Jeden z najviac slávne experimenty v tejto oblasti je experiment s dvomi štrbinami, kedy prúd elektrónov smeroval na platňu, v ktorej boli dve paralelné úzke štrbiny, za platňou bola pre elektróny nepreniknuteľná clona, na ktorej bolo možné presne vidieť, aké vzory sa na ňom objavujú 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 iba jednou štrbinou a súčasne dvoma štrbinami, čo je úplne vylúčené, 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 prelínanie primárnych energií alebo látok, ktoré sú skrútené dohromady 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 veľké množstvo experimentov, nikdy nebolo možné presne určiť, kde sa elektrón v danom časovom okamihu nachádza na obežnej dráhe, dá sa to určiť len s určitou pravdepodobnosťou. A to všetko z toho istého dôvodu, že elektrón nie je pevná 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 nesmierne 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, iný sa k nemu priblíži a začne ho pozorne sledovať a v tom momente sa tento človek buď pomýli, alebo urobí nejaký mimovoľný 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 vzdelaná a vychovávaná v školách aj v ústavoch, že všetko naokolo a fyzicky hustá hmota a všetky predmety a my sa skladáme z atómov a atómy sa skladajú z jadier a okolo nich sa otáčajú. elektróny a jadrá sú protóny a neutróny a všetko sú to také tvrdé gule, ktoré sú vzájomne prepojené odlišné typy chemické väzby, a práve typy týchto väzieb určujú povahu a vlastnosti látky. A o možnom správaní 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 takýchto neveriacich a nič netušiacich ľudí sú na planéte miliardy, je dosť možné, že totalita povedomia verejnosti všetci ľudia na Zemi, ako akýsi priemer pre nemocnicu, definujú ako predvolené zariadenie okolitého sveta ako súbor častíc, stavebných blokov a nič viac (napokon, podľa jedného z modelov, všetky ľudstvo je obrovská zbierka 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, čiže 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 spojenie 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 bol rozrezaný 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 ožiarený ničím) 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 bolo ovplyvnené 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! Aj tento kus uhlia zmenil svoje fyzikálne vlastnosti, hoci to nebolo ožiarené, ale iný kus (s ktorým boli kedysi súčasťou jedného celku, čo je zásadne dôležitý bod pre pochopenie podstaty), pričom vzdialenosť 2000 km medzi týmito kusmi nebola vôbec prekážkou, došlo okamžite k zmenám v štruktúre oboch kusov uhlia, čo sa potvrdilo opakovaným opakovaním experimentu. Musíte však pochopiť, že tento proces nie je nutne pravdivý iba pre uhlie, môžete použiť akýkoľvek iný materiál a efekt, celkom očakávaný, bude 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 makroobjekty sa skladajú 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 prístroja, detektora lži, používaného na vypočúvanie subjektov v laboratóriách CIA. Bolo vykonaných niekoľko úspešných experimentov na registráciu a stanovenie rôznych emocionálne stavy v závislosti od hodnôt na polygrafe a rozvinuté účinných metód, a dnes slúži na vypočúvanie cez detektor 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 nasledovný - 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 konkrétne hodnoty na polygrafe zodpovedali určitým stresujúce podmienky osoba. Bol dodržaný prísny protokol, kde sa prehľadne zaznamenával čas dostávania sa do stresových situácií a viedol sa aj protokol na zaznamenávanie odpočtov polygrafu napojeného na skúmavku s ešte živými bunkami synchronicita medzi vstupom človeka do stresovej situácii a takmer simultánna reakcia buniek vo forme zodpovedajúcich polygrafických grafov! To znamená, že hoci bunky odobraté osobe na testovanie a osobe samotnej boli oddelené v priestore, stále medzi nimi existovalo spojenie a zmena emocionálneho a mentálny stavčloveka takmer okamžite odráža v reakcii buniek in vitro.
Výsledok sa mnohokrát opakoval, boli pokusy inštalovať olovené sitá, aby sa skúmavka izolovala polygrafom, ale nepomohlo to,
napriek tomu aj za olovenou clonou prebiehala takmer synchrónna registrácia zmien stavov.
To znamená, že kvantová previazanosť a kvantová nelokálnosť platia pre neživú aj živú prírodu, navyše je to úplne prirodzené prírodný úkaz deje 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 odhadovanú trajektóriu hviezdy, môžeme predpokladať, kde by mala byť teraz, a navyše môžeme vypočítať, kde by mala byť v budúcnosti v budúcnosti (v časovom období, rovná sa tomučas, ktorý potrebuje svetlo na cestu od nás k tejto hviezde), ak si priblížime trajektóriu jej pohybu.A pomocou ďalekohľadu špeciálnej konštrukcie (reflexný teleskop) sa potvrdilo, že nielenže existuje typ signály,
šíriaci 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 práve v tomto vypočítanom bode trajektórie. Tu nevyhnutne vzniká predpoklad, že 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. Tento fakt, bol spravidla ignorovaný a braný ako chyba a žiaľ, často sa zdá, že vedci jednoducho nenabrali odvahu nazvať čiernu čiernou 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. Systém symbolov bol vyvinutý, dobre naučený a osvojený oboma operátormi. V určenom čase sa pomocou Kozyrevových zrkadiel preniesol 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 stále nemajú striktne oficiálne vedecké vysvetlenie, ale zjavne sú rovnakej povahy. 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!
WikiHow je wiki, čo znamená, že veľa našich článkov je napísaných viacerými autormi. Pri vytváraní tohto článku pracovalo 11 ľudí na jeho úprave a zlepšovaní, a to aj anonymne.
Kvantová fyzika (alias kvantová teória alebo kvantová mechanika) je samostatný odbor fyziky, ktorý sa zaoberá popisom správania a interakcie hmoty a energie na úrovni elementárnych častíc, fotónov a niektorých materiálov pri veľmi nízkych teplotách. Kvantové pole je definované ako „akcia“ (alebo v niektorých prípadoch moment hybnosti) častice, ktorá je v rozsahu malého fyzikálna konštanta, ktorá sa nazýva Planckova konštanta.
Kroky
Planckova konštanta
- Napríklad moment hybnosti elektrónu viazaného na atóm alebo molekulu je kvantovaný a môže nadobúdať iba hodnoty, ktoré sú násobkami redukovanej Planckovej konštanty. Toto kvantovanie zvyšuje orbitál elektrónu o sériu celých primárnych kvantových čísel. Na rozdiel od toho moment hybnosti blízkych neviazaných elektrónov nie je kvantovaný. Planckova konštanta sa používa aj v kvantovej teórii svetla, kde kvantom svetla je fotón a hmota interaguje s energiou prenosom elektrónov medzi atómami alebo „kvantovým skokom“ viazaného elektrónu.
- Jednotky Planckovej konštanty možno považovať aj za časový moment energie. Napríklad v oblasti časticovej fyziky sú virtuálne častice reprezentované ako množstvo častíc, ktoré sa spontánne vynárajú z vákua na veľmi malej ploche a zohrávajú úlohu v ich interakcii. Limitom života týchto virtuálnych častíc je energia (hmotnosť) každej častice. Kvantová mechanika má rozsiahlu oblasť, ale Planckova konštanta je prítomná v každej jej matematickej časti.
-
Prečítajte si o ťažkých časticiach.Ťažké častice prechádzajú z klasického prechodu na kvantovú energiu. Aj keď sa voľný elektrón, ktorý má nejaké kvantové vlastnosti (napríklad rotáciu), ako neviazaný elektrón priblíži k atómu a spomalí sa (možno kvôli emisii fotónov), prejde z klasického na kvantové správanie, keď jeho energia klesne pod ionizačnej energie. Elektrón sa viaže na atóm a jeho moment hybnosti vzhľadom na atómové jadro je obmedzený kvantovou hodnotou orbitálu, ktorý môže zaberať. Tento prechod je náhly. Dá sa to prirovnať k mechanickému systému, ktorý mení svoj stav z nestabilného na stabilný, alebo sa jeho správanie mení z jednoduchého na chaotické, alebo ho možno dokonca prirovnať k raketovej lodi, ktorá spomaľuje a ide pod rýchlosť vzletu a obieha okolo nejakého hviezda alebo iný nebeský objekt. Na rozdiel od nich fotóny (ktoré sú bez tiaže) nerobia takýto prechod: jednoducho prechádzajú priestorom nezmenené, kým neinteragujú s inými časticami a nezmiznú. Ak sa pozriete na nočnú oblohu, fotóny niektorých hviezd cestujú svetelné roky nezmenené, potom interagujú s elektrónom vo vašej molekule sietnice, vyžarujú svoju energiu a potom zmiznú.
Začnite tým, že sa naučíte fyzikálny koncept Planckovej konštanty. V kvantovej mechanike je Planckova konštanta kvantum akcie, označované ako h. Podobne pre interagujúce elementárne častice, kvant moment hybnosti je redukovaná Planckova konštanta (Planckova konštanta delená 2 π) označovaná ako ħ a nazýva sa „h s pomlčkou“. Hodnota Planckovej konštanty je extrémne malá, kombinuje tie impulzné momenty a označenia akcií, ktoré majú všeobecnejší matematický koncept. názov kvantová mechanika znamená, že niektoré fyzikálne veličiny, ako napríklad moment hybnosti, sa môžu iba meniť diskrétne, nie nepretržité ( cm. analógovým) spôsobom.
Klasická fyzika, ktorá existovala pred vynálezom kvantovej mechaniky, opisuje prírodu v obyčajnom (makroskopickom) meradle. Väčšina teórií klasickej fyziky sa dá odvodiť ako aproximácie fungujúce na mierkach, na ktoré sme zvyknutí. Kvantová fyzika (je to aj kvantová mechanika) sa líši od klasickej vedy tým, že energia, hybnosť, moment hybnosti a ďalšie veličiny spojeného systému sú obmedzené na diskrétne hodnoty (kvantizácia). Objekty majú špeciálne vlastnosti ako vo forme častíc, tak aj vo forme vĺn (dualita vlnových častíc). Aj v tejto vede existujú hranice presnosti, s ktorou je možné merať veličiny (princíp neistoty).
Dá sa povedať, že po nástupe kvantovej fyziky nastala v exaktných vedách akási revolúcia, ktorá umožnila prehodnotiť a rozobrať všetky staré zákony, ktoré boli predtým považované za nespochybniteľné pravdy. Je to dobré alebo zlé? Možno je to dobré, pretože skutočná veda by nikdy nemala stáť na mieste.
„Kvantová revolúcia“ však bola akýmsi úderom pre fyzikov zo starej školy, ktorí sa museli vyrovnať s tým, že to, v čo verili predtým, sa ukázalo byť len súborom chybných a archaických teórií, ktoré potrebovali urýchlenú revíziu. a prispôsobenie sa nová realita. Väčšina fyzikov s nadšením prijala tieto nové myšlienky o známej vede a prispela k jej štúdiu, rozvoju a realizácii. Dnes kvantová fyzika určuje dynamiku celej vedy ako celku. Pokročilé experimentálne projekty (ako Veľký hadrónový urýchľovač) vznikli práve kvôli nej.
Otvorenie
Čo možno povedať o základoch kvantovej fyziky? Postupne vzišla z rôznych teórií určených na vysvetlenie javov, ktoré sa nedali zosúladiť s klasickou fyzikou, ako napríklad riešenie Maxa Plancka v roku 1900 a jeho prístup k problému žiarenia z mnohých vedeckých problémov, ako aj súlad medzi energiou a frekvenciou v článku Alberta Einsteina z roku 1905, ktorý vysvetlil fotoelektrické efekty. Raná teória kvantovej fyziky bola dôkladne prepracovaná v polovici 20. rokov 20. storočia Wernerom Heisenbergom, Maxom Bornom a ďalšími. Moderná teória formulované v rôznych špeciálne vyvinutých matematických konceptoch. V jednom z nich nám aritmetická funkcia (alebo vlnová funkcia) poskytuje komplexnú informáciu o amplitúde pravdepodobnosti umiestnenia impulzu.
Vedecký výskum Vlnová podstata svetla začala pred viac ako 200 rokmi, keď veľkí a uznávaní vedci tej doby navrhli, vyvinuli a dokázali teóriu svetla na základe vlastných experimentálnych pozorovaní. Nazvali to vlna.
V roku 1803 uskutočnil slávny anglický vedec Thomas Young svoj slávny dvojitý experiment, v dôsledku čoho napísal slávne dielo „O povahe svetla a farieb“, ktoré zohralo obrovskú úlohu pri formovaní moderných predstáv o týchto známych javoch. Tento experiment zohral hlavnú úlohu vo všeobecnom prijatí tejto teórie.
Takéto experimenty sú často opísané v rôznych knihách, napríklad „Základy kvantovej fyziky pre figuríny“. Moderné experimenty so zrýchľovaním elementárnych častíc, napríklad hľadanie Higgsovho bozónu vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (skrátene LHC) sa vykonávajú práve preto, aby našli praktické potvrdenie mnohých čisto teoretických kvantových teórií.
Príbeh
V roku 1838 Michael Faraday na radosť celého sveta objavil katódové lúče. Po týchto senzačných štúdiách nasledovalo vyhlásenie o probléme žiarenia, takzvané „čierne teleso“ (1859), ktoré urobil Gustav Kirchhoff, ako aj slávny predpoklad Ludwiga Boltzmanna, že energetické stavy akéhokoľvek fyzikálneho systému môžu tiež byť diskrétny (1877). Neskôr sa objavila kvantová hypotéza vyvinutá Maxom Planckom (1900). Považuje sa za jeden zo základov kvantovej fyziky. Odvážna predstava, že energia môže byť emitovaná aj absorbovaná v diskrétnych „kvantách“ (alebo energetických balíčkoch), je presne v súlade s pozorovateľnými vzormi žiarenia čierneho telesa.
Veľký prínos do kvantovej fyziky priniesol svetoznámy Albert Einstein. Pod dojmom kvantových teórií vyvinul svoju vlastnú. všeobecná teória relativita - tak sa tomu hovorí. Vývoj ovplyvnili aj objavy v kvantovej fyzike špeciálna teória relativity. Mnohí vedci v prvej polovici minulého storočia začali študovať túto vedu na návrh Einsteina. Bola vtedy v popredí, všetci ju mali radi, všetci sa o ňu zaujímali. Niet sa čomu čudovať, veď uzavrela toľko „dier“ v klasickej fyzikálnej vede (vytvorila však aj nové), ponúkla vedecké zdôvodnenie cestovania v čase, telekinézy, telepatie a paralelných svetov.
Úloha pozorovateľa
Akákoľvek udalosť alebo stav závisí priamo od pozorovateľa. Zvyčajne sa takto stručne vysvetľujú základy kvantovej fyziky ľuďom, ktorí majú ďaleko od exaktných vied. V skutočnosti je však všetko oveľa komplikovanejšie.
To je v dokonalom súlade s mnohými okultnými a náboženskými tradíciami, ktoré po stáročia trvali na schopnosti ľudí ovplyvňovať okolité dianie. Určitým spôsobom je to základ aj pre vedecké vysvetlenie mimozmyslového vnímania, pretože teraz sa nezdá absurdné tvrdenie, že človek (pozorovateľ) je schopný ovplyvňovať fyzikálne deje silou myšlienky.
Každý vlastný stav pozorovateľnej udalosti alebo objektu zodpovedá vlastnému vektoru pozorovateľa. Ak je spektrum operátora (pozorovateľa) diskrétne, pozorovaný objekt môže dosiahnuť iba diskrétny vlastné hodnoty. To znamená, že predmet pozorovania, ako aj jeho charakteristiky, sú úplne určené práve týmto operátorom.
Na rozdiel od klasickej klasickej mechaniky (alebo fyziky) nie je možné simultánne predpovedať konjugované premenné, ako je poloha a hybnosť. Napríklad elektróny sa môžu (s určitou pravdepodobnosťou) nachádzať približne v určitej oblasti priestoru, ale ich presná matematická poloha je v skutočnosti neznáma.
Obrysy konštantnej hustoty pravdepodobnosti, často označované ako "oblaky", môžu byť nakreslené okolo jadra atómu, aby sa konceptualizovalo, kde sa elektrón s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza. Heisenbergov princíp neistoty dokazuje neschopnosť presne lokalizovať časticu vzhľadom na jej konjugovanú hybnosť. Niektoré modely v tejto teórii majú čisto abstraktný výpočtový charakter a neimplikujú aplikovanú hodnotu. Často sa však používajú na výpočet zložitých interakcií na úrovni a iných jemných záležitostí. Okrem toho toto odvetvie fyziky umožnilo vedcom predpokladať možnosť skutočnej existencie mnohých svetov. Snáď ich budeme môcť čoskoro vidieť.
vlnové funkcie
Zákony kvantovej fyziky sú veľmi rozsiahle a rozmanité. Prelínajú sa s myšlienkou vlnových funkcií. Niektoré špeciálne vytvárajú rozptyl pravdepodobností, ktorý je vo svojej podstate konštantný alebo nezávislý od času, napríklad keď sa v stacionárnom stave energie zdá, že čas mizne vzhľadom na vlnovú funkciu. Toto je jeden z efektov kvantovej fyziky, ktorá je pre ňu zásadná. Zaujímavým faktom je, že fenomén času bol v tejto nezvyčajnej vede radikálne revidovaný.
Poruchová teória
Existuje však niekoľko spoľahlivých spôsobov, ako vyvinúť riešenia potrebné na prácu so vzorcami a teóriami v kvantovej fyzike. Jedna takáto metóda, bežne známa ako "teória porúch", používa analytický výsledok pre elementárny kvantový mechanický model. Bol vytvorený, aby priniesol výsledky z experimentov s cieľom vyvinúť ešte zložitejší model, ktorý súvisí s jednoduchším modelom. Tu je rekurzia.
Tento prístup je dôležitý najmä v teórii kvantového chaosu, ktorá je mimoriadne populárna na interpretáciu rôznych udalostí v mikroskopickej realite.
Pravidlá a zákony
Základom sú pravidlá kvantovej mechaniky. Tvrdia, že priestor nasadenia systému je absolútne zásadný (má bodový súčin). Ďalším tvrdením je, že efekty pozorované týmto systémom sú zároveň zvláštnymi operátormi, ktoré ovplyvňujú vektory práve v tomto médiu. Nepovedia nám však, ktorý Hilbertov priestor alebo ktorí operátori v súčasnosti existujú. Môžu byť zvolené vhodne na získanie kvantitatívneho popisu kvantového systému.
Význam a vplyv
Od vzniku tejto nezvyčajnej vedy mnohé antiintuitívne aspekty a výsledky štúdia kvantovej mechaniky vyvolali hlasné filozofické debaty a mnohé interpretácie. Dokonca zásadné otázky, ako sú pravidlá pre výpočet rôznych amplitúd a rozdelenia pravdepodobnosti, si zaslúžia rešpekt verejnosti a mnohých popredných vedcov.
Napríklad jedného dňa smutne poznamenal, že si vôbec nie je istý, či niekto z vedcov vôbec rozumie kvantovej mechanike. Podľa Stevena Weinberga v súčasnosti neexistuje univerzálna interpretácia kvantovej mechaniky. To naznačuje, že vedci vytvorili „monštrum“, aby plne pochopili a vysvetlili existenciu, ktorej sami nie sú schopní. To však nijako nepoškodzuje relevantnosť a popularitu tejto vedy, ale priťahuje mladých odborníkov, ktorí chcú riešiť skutočne zložité a nepochopiteľné problémy.
Kvantová mechanika si navyše vynútila úplnú revíziu objektívnych fyzikálnych zákonov vesmíru, čo je dobrá správa.
Kodanská interpretácia
Podľa tejto interpretácie už nie je potrebná štandardná definícia kauzality, ktorú poznáme z klasickej fyziky. Podľa kvantových teórií kauzalita v pre nás obvyklom zmysle vôbec neexistuje. Všetky fyzikálnych javov vysvetľujú sa z pohľadu interakcie najmenších elementárnych častíc na subatomárnej úrovni. Táto oblasť je napriek zdanlivej nepravdepodobnosti mimoriadne perspektívna.
kvantová psychológia
Čo možno povedať o vzťahu medzi kvantovou fyzikou a ľudským vedomím? Krásne je to napísané v knihe, ktorú napísal Robert Anton Wilson v roku 1990 s názvom Kvantová psychológia.
Podľa teórie uvedenej v knihe sú všetky procesy prebiehajúce v našom mozgu determinované zákonmi opísanými v tomto článku. To znamená, že ide o akýsi pokus o prispôsobenie teórie kvantovej fyziky psychológii. Táto teória sa považuje za paravedeckú a akademická obec ju neuznáva.
Wilsonova kniha je pozoruhodná tým, že v nej poskytuje súbor rôznych techník a praktík, ktoré do istej miery potvrdzujú jeho hypotézu. Tak či onak, čitateľ sa musí sám rozhodnúť, či verí alebo neverí v životaschopnosť takýchto pokusov aplikovať matematické a fyzikálne modely na humanitné vedy.
Niektorí brali Wilsonovu knihu ako pokus ospravedlniť mystické myslenie a spojiť ho s vedecky overenými novodobými fyzikálnymi formuláciami. Toto veľmi netriviálne a nápadné dielo je žiadané už viac ako 100 rokov. Kniha vychádza, prekladá a číta sa po celom svete. Kto vie, možno s rozvojom kvantovej mechaniky, postoj vedeckej komunity k kvantová psychológia.
Záver
Vďaka tejto pozoruhodnej teórii, ktorá sa čoskoro stala samostatnou vedou, sme mohli skúmať okolitú realitu na úrovni subatomárnych častíc. Toto je najmenšia úroveň zo všetkých možných, úplne neprístupná nášmu vnímaniu. To, čo fyzici predtým vedeli o našom svete, si vyžaduje okamžitú revíziu. S týmto súhlasí úplne každý. Ukázalo sa, že rôzne častice môžu navzájom interagovať na úplne nepredstaviteľné vzdialenosti, ktoré môžeme merať iba zložitými matematickými vzorcami.
Okrem toho kvantová mechanika (a kvantová fyzika) dokázala možnosť mnohých paralelných realít, cestovania v čase a iných vecí, ktoré boli v histórii považované len za sci-fi. To je nepochybne obrovský prínos nielen pre vedu, ale aj pre budúcnosť ľudstva.
Pre milencov vedecký obraz svete, môže byť táto veda priateľom aj nepriateľom. Faktom je, že kvantová teória otvára široké možnosti pre rôzne špekulácie na paravedeckú tému, ako sa už ukázalo na príklade jednej z alternatív psychologické teórie. Niektorí moderní okultisti, ezoterici a priaznivci alternatívnych náboženských a duchovných hnutí (najčastejšie psychokultov) sa obracajú k teoretickým konštrukciám tejto vedy, aby dokázali racionalitu a pravdivosť svojich mystických teórií, presvedčení a praktík.
Ide o bezprecedentný prípad, keď jednoduché myšlienky teoretikov a abstraktné matematické vzorce viedli k skutočnej vedeckej revolúcii a vytvorili nová veda, preškrtol všetko, čo bolo predtým známe. Kvantová fyzika do určitej miery vyvrátila zákony aristotelovskej logiky, pretože ukázala, že pri výbere „buď-alebo“ existuje ešte jedna (alebo možno niekoľko) alternatív.
29.10.2016Napriek zvučnosti a tajomnosti dnešnej témy sa pokúsime povedať Čo študuje kvantová fyzika jednoduchými slovami , aké úseky kvantovej fyziky majú miesto a prečo je kvantová fyzika v princípe potrebná.
Nižšie ponúkaný materiál je prístupný každému na pochopenie.
Predtým, ako začneme chváliť, čo študuje kvantová fyzika, bolo by vhodné pripomenúť, ako to všetko začalo...
Komu polovice devätnásteho storočia sa ľudstvo vyrovnalo so štúdiom problémov, ktoré nebolo možné vyriešiť pomocou aparátu klasickej fyziky.
Množstvo javov pôsobilo „čudne“. Niektoré otázky neboli zodpovedané vôbec.
V roku 1850 William Hamilton, veril tomu klasickej mechaniky nedokáže presne opísať pohyb svetelných lúčov, ponúka vlastnú teóriu, ktorá vstúpila do dejín vedy pod názvom formalizmus Hamiltona-Jacobiho, ktorý vychádzal z postulátu vlnovej teórie svetla.
V roku 1885, po hádke s priateľom, odvodil švajčiarsky fyzik Johann Balmer empiricky vzorec, ktorý umožnil vypočítať vlnové dĺžky spektrálnych čiar s veľmi vysokou presnosťou.
Balmer vtedy nevedel vysvetliť dôvody odhalených vzorov.
V roku 1895 Wilhelm Roentgen pri skúmaní katódových lúčov objavil žiarenie, ktoré nazval röntgenové (neskôr premenované na lúče), ktoré sa vyznačovalo silným prenikavým charakterom.
O rok neskôr, v roku 1896, Henri Becquerel, študujúci uránové soli, objavil spontánne žiarenie s podobnými vlastnosťami. Nový jav sa nazýval rádioaktivita.
V roku 1899 bola dokázaná vlnová povaha röntgenových lúčov.
Foto 1. Zakladatelia kvantovej fyziky Max Planck, Erwin Schrödinger, Niels Bohr
Rok 1901 bol poznačený objavením sa prvého planetárneho modelu atómu, ktorý navrhol Jean Perrin. Bohužiaľ, samotný vedec opustil túto teóriu a nenašiel jej potvrdenie z hľadiska teórie elektrodynamiky.
O dva roky neskôr vedec z Japonska Hantaro Nagaoka navrhol ďalší planetárny model atómu, v strede ktorého sa mala nachádzať kladne nabitá častica, okolo ktorej by po dráhach obiehali elektróny.
Táto teória však nezohľadňovala žiarenie vyžarované elektrónmi, a preto nemohla napríklad vysvetliť teóriu spektrálnych čiar.
Keď sa zamyslel nad štruktúrou atómu, v roku 1904 Joseph Thomson ako prvý interpretoval pojem valencie z fyzikálneho hľadiska.
Za rok zrodu kvantovej fyziky možno možno považovať rok 1900, s ktorým sa spája prejav Maxa Plancka na stretnutí nemeckej fyziky.
Bol to Planck, kto navrhol teóriu, ktorá spájala mnohých dovtedy nesúrodých fyzikálne pojmy, vzorce a teórie, vrátane Boltzmannovej konštanty, spájajúcej energiu a teplotu, Avogadroho čísla, Wienovho zákona posunu, náboja elektrónu, Boltzmannovho zákona žiarenia...
Zaviedol aj pojem kvantum akcie (druhá – po Boltzmannovej konštante – základná konštanta).
Ďalší rozvoj kvantovej fyziky je priamo spojený s menami Hendrika Lorentza, Alberta Einsteina, Ernsta Rutherforda, Arnolda Sommerfelda, Maxa Borna, Nielsa Bohra, Erwina Schrödingera, Louisa de Broglie, Wernera Heisenberga, Wolfganga Pauliho, Paula Diraca, Enrica Fermiho a mnoho ďalších pozoruhodných vedcov, vytvorených v prvej polovici 20. storočia.
Vedcom sa podarilo porozumieť podstate elementárnych častíc s bezprecedentnou hĺbkou, študovať interakcie častíc a polí, odhaliť kvarkovú povahu hmoty, odvodiť vlnovú funkciu a vysvetliť základné pojmy diskrétnosti (kvantizácie) a vlnovo-časticovej duality.
Kvantová teória, ako žiadna iná, priviedla ľudstvo bližšie k pochopeniu základných zákonov vesmíru, nahradila zvyčajné pojmy presnejšími, prinútila prehodnotiť obrovské množstvo fyzikálnych modelov.
Čo študuje kvantová fyzika?
Kvantová fyzika popisuje vlastnosti hmoty na úrovni mikrojavov, pričom skúma zákonitosti pohybu mikroobjektov (kvantových objektov).
Predmet kvantovej fyziky sú kvantové objekty s rozmermi 10 −8 cm alebo menej. to:
- molekuly,
- atómy,
- atómové jadrá,
- elementárne častice.
Hlavnými charakteristikami mikroobjektov sú pokojová hmota a nabíjačka. Hmotnosť jedného elektrónu (me) je 9,1 10 −28 g.
Pre porovnanie, hmotnosť miónu je 207 me, neutrónu je 1839 me a protónu je 1836 me.
Niektoré častice nemajú vôbec žiadnu pokojovú hmotnosť (neutríno, fotón). Ich hmotnosť je 0 me.
Elektrický náboj akéhokoľvek mikroobjektu je násobkom náboja elektrónu rovnajúcemu sa 1,6 · 10 −19 C. Spolu s nabitými sú neutrálne mikroobjekty, ktorých náboj je rovný nule.
Foto 2. Kvantová fyzika prinútená prehodnotiť tradičné názory na koncepty vĺn, polí a častíc
Elektrický náboj komplexného mikroobjektu sa rovná algebraickému súčtu nábojov jeho častíc.
Medzi vlastnosti mikroobjektov patrí točiť(v doslovný preklad z angličtiny - "točiť").
Je zvykom interpretovať ho ako nezávislý od vonkajšie podmienky moment hybnosti kvantového objektu.
Zadná strana sa ťažko hľadá adekvátny obraz v reálnom svete. Nemožno ho reprezentovať ako kolovrat kvôli jeho kvantovej povahe. Klasická fyzika nedokáže opísať tento objekt.
Prítomnosť spinu ovplyvňuje správanie mikroobjektov.
Prítomnosť rotácie vnáša do správania objektov v mikrokozme významné črty, z ktorých väčšina – nestabilné objekty – sa spontánne rozpadá a mení sa na iné kvantové objekty.
Stabilné mikroobjekty, ktoré zahŕňajú neutrína, elektróny, fotóny, protóny, ako aj atómy a molekuly, sa môžu rozpadnúť iba pod vplyvom silnej energie.
Kvantová fyzika úplne pohlcuje klasickú fyziku a považuje ju za jej limitujúci prípad.
V skutočnosti je kvantová fyzika – in široký zmysel- moderná fyzika.
To, čo popisuje kvantová fyzika v mikrokozme, nemožno vnímať. Z tohto dôvodu sú mnohé ustanovenia kvantovej fyziky ťažko predstaviteľné, na rozdiel od objektov opísaných klasickou fyzikou.
Napriek tomu nové teórie umožnili zmeniť naše predstavy o vlnách a časticiach, o dynamickom a pravdepodobnostnom popise, o spojitom a diskrétnom.
Kvantová fyzika nie je len nová teória.
Toto je teória, ktorá dokázala predpovedať a vysvetliť neuveriteľné množstvo javov - z procesov prebiehajúcich v atómové jadrá k makroskopickým javom vo vesmíre.
Kvantová fyzika – na rozdiel od klasickej fyziky – študuje hmotu na základnej úrovni a poskytuje interpretácie javov okolitej reality, ktoré tradičná fyzika nedokáže poskytnúť (napríklad, prečo atómy zostávajú stabilné alebo či sú elementárne častice skutočne elementárne).
Kvantová teória nám dáva možnosť opísať svet presnejšie, ako bolo akceptované pred jeho vznikom.
Význam kvantovej fyziky
Teoretický vývoj, ktorý tvorí podstatu kvantovej fyziky, je použiteľný na štúdium oboch nepredstaviteľne obrovských vesmírne objekty a extrémne malé elementárne častice.
kvantová elektrodynamika nás ponorí do sveta fotónov a elektrónov so zameraním na štúdium interakcií medzi nimi.
Kvantová teória kondenzovanej hmoty prehlbuje naše znalosti o supratekutinách, magnetoch, tekutých kryštáloch, amorfných telesách, kryštáloch a polyméroch.
Foto 3. Kvantová fyzika dala ľudstvu oveľa presnejší popis sveta okolo nás
Vedecký výskum sa v posledných desaťročiach zameral na štúdium kvarkovej štruktúry elementárnych častíc v rámci samostatného odboru kvantovej fyziky - kvantová chromodynamika.
Nerelativistická kvantová mechanika(tá, ktorá je nad rámec Einsteinovej teórie relativity) študuje mikroskopické objekty pohybujúce sa relatívne nízkou rýchlosťou (menej ako), vlastnosti molekúl a atómov, ich štruktúru.
kvantová optika zaoberajúci sa vedeckým štúdiom skutočností spojených s prejavom kvantových vlastností svetla (fotochemické procesy, tepelné a stimulované žiarenie, fotoelektrický efekt).
kvantová teória poľa je zjednocujúca časť, ktorá zahŕňa myšlienky teórie relativity a kvantovej mechaniky.
Vedecké teórie vyvinuté v rámci kvantovej fyziky dali silný impulz rozvoju, kvantová elektronika, technológia, kvantová teória pevné telo, veda o materiáloch, kvantová chémia.
Bez vzniku a rozvoja známych odvetví poznania by nebolo možné vytvoriť, vesmírne lode, jadrové ľadoborce, mobilná komunikácia a mnoho ďalších užitočných vynálezov.
