3 213

Квантовая физика – одна из самых сложных тем в физике. И хотя каждый человек имеет минимальное представление о квантовой физике, не каждый может это объяснить.

Что такое квантовая физика

Квантовая физика, как вы, возможно, уже знаете, — это изучение поведения вещества и энергии на самых маленьких уровнях — молекулярном, атомном, ядерном и даже меньшем. Эта отрасль физики появилась благодаря открытию в начале 20-го века того факта, что законы физики, регулирующие вопросы макроскопического масштаба, не функционируют в сфере микроскопических объектов. Квант – латинское слово, означающее, сколько. В современной физике он используется для обозначения наименьшей возможной дискретной единицы материи или энергии, которую можно прогнозировать и наблюдать различными способами.

Кто разработал квантовую теорию

Квантовая теория была впервые предложена Максом Планком в его статье об излучении черного тела, которую он представил Немецкому физическому обществу в 1900 году. Когда он пытался выяснить, почему излучение от светящегося тела меняет цвет с красного на оранжевый и синий, когда оно становится горячее, он обнаружил, что на этот вопрос можно ответить, предполагая, что энергия существует в отдельных единицах так, как материя существует и, следовательно, поддается количественной оценке.

“Квантовая физика сломала шаблон предыдущей структуры, классической физики, установив, что предсказания науки обязательно являются вероятностными.”

– Брайан Грин

Чтобы доказать свою теорию, Планк написал математическое уравнение, включающее наименьшую возможную единицу энергии, которую он назвал «квантами». С помощью этого уравнения он успешно объяснил, что энергия от светящегося тела занимает разные области цветового спектра при разных дискретных уровнях температуры. Он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1918 году за свою работу.

В 1905 году Эйнштейн добавил еще один кирпич к теории, предположив, что не только энергия, но и излучение были сделаны из квантов. В 1924 году физик Луи де Бройль предположил, что на атомном и субатомном уровне нет принципиального различия в составе и поведении вещества и энергии. Он сказал, что они оба ведут себя так, как будто они сделаны из волн или частиц. Эта теория называется принципом дуальности волны-частицы.

“Если квантовая физика вас не сбивает с толку, значит вы ее не понимаете.”

– Джон Уилер

В 1927 году физик Вернер Гейзенберг предположил, что невозможно измерить два дополнительных значения, таких как момент и положение субатомной частицы. Эта теория называется принципом неопределенности.

Позже другие физики, такие как Нильс Бор и Эрвин Шредингер, внесли важный вклад в эту область.

Каковы важные идеи в квантовой теории

Наиболее важные идеи, которые вы должны понимать в квантовой теории:

Все во вселенной квантовано. Величины, такие как энергия, масса, электрический заряд и импульс, происходят в дискретных квантовых единицах. Даже пространство и время происходят в дискретных квантовых единицах.

“Квантовая физика была и остается революционной, прежде всего потому, что требует введения радикально новых концепций для лучшего описания мира.”

– Ален Аспект

Поведение частиц на субатомном уровне не может быть описано классической (ньютоновской) физикой.
На субатомном уровне частицы существуют в разных квантовых конфигурациях, называемых «состояниями». Состояние характеризуется своими свойствами, такими как энергия и момент импульса.
Энергия электромагнитного излучения передается в дискретных квантовых пакетах, известных как фотоны.

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно определить положение и импульс любых субатомных частиц с бесконечной точностью.