Квантовая физика объединяет различные области физики, в которых явления квантовой механики и квантовой теории поля играют фундаментальную роль, проявляясь в микромире, но также влияя на макромир. К ним относятся:.
Квантовая физика для начинающих
Квантовая физика — новая наука, и причудливые гипотезы не препятствуют ее появлению. Перспективы квантовой физики способны удивить любой ум. Вот лишь несколько примеров: появление квантовой криптографии, основанной на передаче информации отдельными фотонами, и разработка квантовых компьютеров, использующих квантовую суперпозицию и квантовую запутанность для обработки информации.
Хотите понять квантовую физику? Не пытайтесь связать эту науку с классической физикой. Если вы это сделаете, вы увидите мир по-другому.
Квантовая гипотеза Планка
Днем рождения квантовой физики считается 14 декабря 1900 года, когда Макс Планк предложил свои теоретические выводы о связи между температурой тела и испускаемым им излучением. Он заявил, что Энергия электромагнитной волны излучается и поглощается только в частях целого, т.е. в кванте. Формула для энергии кванта:.
e = nh,.
где e — энергия излучения, n — частота излучения и h — постоянная Планка.
Эта гипотеза показала, что законы классической физики не применимы к микромиру.
Эйнштейн и фотоэлектрический эффект
В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект на основе квантовой гипотезы Планка.
Фотоэлектрический эффект — это явление выхода электронов из твердых тел и жидкостей под воздействием электромагнитного излучения.
Ученые предположили, что электромагнитное излучение (рассматриваемый свет) состоит из световых квантов (фотонов). Свет поглощается таким образом, что фотоны передают собственную энергию электронам в материале. При фотоэлектрическом эффекте часть электромагнитного излучения отражается от поверхности металла, а другая часть входит в него и поглощается там. Электрон получает энергию от фотона и выполняет задачу покинуть вещество, приобретая начальную скорость.
Где h — постоянная Планка, n — частота электромагнитного излучения, A — работа убегания, а mv^2/2 — кинетическая энергия убегающего электрона.
Это уравнение объясняет все законы внешнего фотоэлектрического эффекта.
- Суммарное число фотоэлектронов, покидающих поверхность вещества, прямо пропорционально числу фотонов, попадающих на поверхность вещества.
- Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона зависит от частоты электромагнитного излучения и работы выхода, но не зависит от интенсивности электромагнитного излучения.
- Для каждого вещества есть граница частоты электромагнитного излучения, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта. Она зависит от работы выхода, химической природы вещества и состояния поверхности.
Благодаря внешнему фотоэлектрическому эффекту мы можем смотреть фильмы со звуком. Фотоэлемент позволяет преобразовать записанный на пленке звук в аудиозапись. Свет от обычной лампочки проходит через звуковую часть пленки, преобразуется и попадает на фотоэлемент. Чем больше света проходит через дорожки, тем громче звук из динамика.
Не начинайте исследование квантовой физики со сложных математических формул. Улавливайте суть законов и экспериментов.
Эйнштейн также математически показал, что понятия времени и пространства являются иллюзией. На самом деле, пространство и время неразделимы и образуют единый четырехмерный континуум. Перед нами только три измерения, что практически невозможно представить.
Квантовая физика
Квантовая физика — отрасль теоретической физики, в которой изучаются квантовомеханические системы и теории поля и их законы движения. Фундаментальные законы квантовой физики изучаются в контексте квантовой механики и квантовой теории полей и применяются к другим областям физики.
Содержание
Квантовая физика объединяет различные области физики, в которых явления квантовой механики и квантовой теории поля играют фундаментальную роль, проявляясь в микромире, но также влияя на макромир. К ним относятся:.
| Геометрическая оптика • Физическая оптика • Волновая оптика • Квантовая оптика • Нелинейная оптика • Теория испускания света • Теория взаимодействия света с веществом • Спектроскопия • Лазерная оптика • Фотометрия • Физиологическая оптика • Оптоэлектроника • Оптические приборы | |
| Смежные направления | Акустооптика • Кристаллооптика |
|---|---|
| Общая (физическая) акустика • Геометрическая акустика • Психоакустика • Биоакустика • Электроакустика • Гидроакустика • Ультразвуковая акустика • Квантовая акустика (акустоэлектроника) • Акустическая фонетика (Акустика речи) | |
| Прикладная акустика | Архитектурная акустика (Строительная акустика) • Аэроакустика • Музыкальная акустика • Акустика транспорта • Медицинская акустика • Цифровая акустика |
|---|---|
| Смежные направления | Акустооптика |
Фонд Викимедиа. 2010.
Полезное
Смотреть что такое «Квантовая физика» в других словарях:
Квантовая физика — Квантовая физика статус Tsritisphysics atitikmenys: angl. quantum physics vok. Quantenphysics, frus. quantum physics, fpranc. quantitative physics, f … физика изодинамики.
Стационарное состояние (квантовая физика) — у этого термина существуют и другие значения. См. устойчивое состояние. Стационарное состояние (от лат. stationarius — не движущийся) — это состояние динамической квантовой системы, энергия и другие … Википедия
Квантовая теория — имеет следующие подразделы (неполный список): квантовая механика алгебраическая квантовая теория квантовая теория поля квантовая электродинамика квантовая хромодинамика квантовая термодинамика квантовая гравитация теория суперструн Похожие статьи… … Википедия.
Квантовые системы — Квантовомеханические принципы неопределенности Введение. Математическая формулировка. На основе … Википедия
Физика. -Физика. 1. предмет и структура физики Ф. Наука, изучающая простейшие и в то же время наиболее общие свойства и законы движения объектов окружающего нас материального мира. В силу этой всеобщности не существует природных явлений без природных … Энциклопедия физики.
Гиперядерная физика — Гиперядерная физика, часть физики на границе между ядерной физикой и физикой фундаментальных частиц, имеет дело с системами, которые выглядят как ядра и содержат гипероны в дополнение к протонам и нейтронам и другим фундаментальным частицам. Также доступно на сайте …… Википедия.
Эйнштейн также математически показал, что понятия времени и пространства являются иллюзией. На самом деле, пространство и время неразделимы и образуют единый четырехмерный континуум. Перед нами только три измерения, что практически невозможно представить.
Кратко об истории квантовой физики
Все началось в начале 20 века, когда ньютоновская физика не могла объяснить многое, и ученые были в тупике. Затем Макс Планк ввел понятие кванта. Альберт Эйнштейн взял эту идею на вооружение и доказал, что свет распространяется не непрерывно, а частично — квантами (фотонами). До этого считалось, что свет имеет волнообразную форму.
Однако, как выяснилось позже, все фундаментальные частицы являются не только квантовыми, то есть твердыми частицами, но и волнами. Так возник дуализм частица-волна в квантовой физике, первый парадокс и начало открытия загадочных явлений микромира.
Самый интересный парадокс начался со знаменитого эксперимента с двумя щелями, после которого загадок стало гораздо больше. Можно сказать, что квантовая физика началась с нее. См.
Эксперимент с двумя щелями в квантовой физике
Представьте себе плиту с двумя прорезями в виде вертикальных полос. Установите экран за этой пластиной. Когда вы включаете свет на пластине, на экране появляется интерференционная картина. Это означает, что темные и светлые вертикальные полосы чередуются. Интерференция — это результат поведения чего-то, в данном случае световых волн.
Прохождение волны воды через два отверстия, расположенных рядом, показывает, что такое интерференция. Поэтому кажется, что свет обладает волнообразными свойствами. Но, как показала физика, а точнее Эйнштейн, она распространяется частицами-фотонами. Уже парадокс. Но проблема не в этом. Двойственность соматических волн больше не удивляет нас. Согласно квантовой физике, свет ведет себя как волна, но состоит из фотонов. Но чудо только началось.
Поместите пушку перед пластиной с двумя щелями, которые испускают электроны вместо света. Начните стрелять электронами. Что вы видите на экране за тарелкой?
Поскольку электроны являются частицами, ток электронов, проходящий через две щели, должен оставить на экране только две полосы, т.е. два следа по разные стороны щелей. Можете ли вы представить себе камешек, пролетающий через две щели и ударяющийся об экран?
Но что мы видим на самом деле? Тот же интерполированный рисунок. Вывод заключается в том, что электроны распространяются подобно волнам. Таким образом, электрон — это волна. Но это субатомная частица. Опять же, дуализм «частица-волна» в физике.
Однако на более глубоком уровне мы можем сделать вывод, что электроны — это частицы, и когда эти частицы встречаются, они начинают вести себя как волны. Например, океанские волны — это волны, но в конечном итоге они состоят из капелек воды и, на более мелком уровне, молекул, а затем атомов. Логика здравая.
Далее, вместо потока электронов, давайте выстрелим из пушки, заставив электроны излучать по отдельности в какой-то момент. Выплевывает отдельные капли воды из детского водомета, как будто океанские волны не проходят через щель.
В этом случае вполне логично, что разные капли воды попадают в разные щели. На экране за пластиной не видно никакой картины интерференции волн, но видны две четкие полосы от удара с противоположной стороны каждой щели. То же самое можно наблюдать, когда бросают маленький камень. Маленький камень проходит через две щели и оставляет за собой теневой след из двух отверстий. Теперь запустите отдельные электроны, чтобы увидеть эти две полосы на экране от ударов электронов. Оставьте одну, подождите, подождите секунду, подождите и так далее. Ученые в области квантовой физики смогли провести такие эксперименты.
Но страх. Вместо этих двух бахромок существует такая же интерполяция многих бахромок. Как; это может произойти, если электрон проходит через две щели одновременно, проходит за пластиной, как волна, сталкивается сам с собой и вмешивается. Однако этого не происходит, потому что частицы не могут находиться в двух местах одновременно. Он вылетает из первой или второй щели.
Вот здесь-то и проявляется действительно замечательная особенность квантовой физики.
Суперпозиция в квантовой физике
При более глубоком анализе ученые обнаружили, что каждая фундаментальная квантовая частица или тот же свет (фотон) на самом деле может находиться во многих местах одновременно. И это не чудеса, а реальные события в микрокосме. Именно это утверждает квантовая физика. Именно поэтому мы наблюдаем эффект интерференции при испускании одной частицы из пушки. За пластиной электрон сталкивается сам с собой, создавая интерференционную картину.
Общие для нас объекты макромира всегда находятся в одном и том же месте и имеют одинаковые условия. Например, сейчас вы сидите в кресле, весите, скажем, 50 кг и имеете пульс 60 ударов в минуту. Конечно, эти признаки меняются, но они меняются со временем. В конце концов, нельзя весить 50 кг и 100 кг и одновременно находиться дома и на работе. Все это понятно, это здравый смысл.
В воплощении физики все по-другому.
Квантовая механика утверждает, что каждая элементарная частица может иметь множество состояний, что уже было показано экспериментально. При этом многие точки как в пространстве, так и во вращении.
Все это происходит вне нашей головы, подрывает наше обычное мировоззрение, и мы можем смело сказать, что старые законы физики отменяют наше мышление и приводят к безумию.
Именно так мы понимаем термин «суперпозиция» в квантовой механике.
Суперпозиция означает, что объекты в микромире могут находиться в разных частях пространства и иметь множество состояний одновременно. И это нормально для элементарных частиц. Таков закон микромира, каким бы странным и мнимым он ни казался.
Вы удивлены, но это только цветочки, а самые необъяснимые чудеса, загадки и парадоксы квантовой физики еще впереди.
