Kvantna - što je? Definicija i značaj za znanost

Ovaj članak govori o činjenici da je "kvantni" pojam fizike elementarnih čestica. Ovdje je dana definicija ove vrijednosti, prikazana je njezina važnost i dana je kratka povijest njezina otkrića.

Matematika i fizika

Dvije najstrašnije školske discipline za studente s humanitarnim mentalitet nekada ujedinjeni kako bi stvorili novu fazu u proučavanju okolnog svijeta. Sve je počelo s činjenicom da je Max Planck proizveo formulu za distribuciju zračenja apsolutno crno tijelo uveo pojam "kvanta". Značenje riječi je doslovno: najmanji dio nečega, na primjer, energija, polje, trenutak inercije.

I ovaj koncept vrijedi za mikrosvijet: može postojati kvant svjetla i gravitacijsko polje, ali ne može biti kvanta mase ili kiše. Da bi čitatelj bio jasniji, dajemo primjer. Ako su sva moguća stanja elektrona cijela krava, onda je kvant najmanji dio mesa s kojim se može hraniti, to jest, jedan odrezak. Usput, u čuvenom filmu Jamesa Bonda, kvantitet milosrđa sigurno implicira da čak i najzalagađena osoba ima malo suosjećanja u duši.

Borba za kvantnu fiziku

U početku je Max Planck djelovao u okviru prethodnih ideja o fizici. U jednadžbu je uveo kvant, čije se značenje u očima sastojalo samo u praktičnosti matematičkog izraza. Tako se ispostavilo da je ovaj koncept otkrio gotovo slučajno, bez nastojanja da napravi proboj.

Općenito, bio je savjesni istraživač, naporno radio na svakoj temi i dovršio je pitanje. Istrajnost i ustrajnost omogućili su mu da okrene fiziku. Nije bilo briljantnih uvida i iznenadnih ideja. Možda je zato dugo vremena poricao važnost svog otkrića i pokušao nekako "uklopiti", pomiriti novi koncept sa starim pristupom fizici. Čitava galaksija znanstvenika, koja se pojavila zbog uvođenja kvanta, nije ga mogla uvjeriti u temeljno značenje jedne pretpostavke za budućnost znanosti.

Vrijednost za znanost

Prije svega, kvant je osnova za razumijevanje prirode svjetlosti. Znanstvenici još u sedamnaestom stoljeću prilično su točno izmjerili brzinu sunčeve svjetlosti, ali nisu mogli objasniti svoj izgled ili apsorpciju površinama. Ispalo je da je energija elektromagnetski valovi s istim faznim prirastom u vremenu, može uzeti samo višekratnike od E = (N + 1/2) .ω. Objasnit ćemo:

• E je energija;
• N je cijeli broj;
• ħ - smanjena Planckova konstanta, h / 2π;
• ω je kutna frekvencija, tj. vremenski prirast valne faze.

Gornja formula znači da je energija zračenja isω kvantizirana, tj. Ona je skup konačnih paketa ili fotona.

Kvantum i materija

Nakon što su objasnili prirodu svjetla, ljudi su shvatili da kvantum nije samo matematička šala, već i velike mogućnosti. Kasnije su znanstvenici otkrili zašto elektroni u atomima mogu biti samo u određenim orbitama. To je zahtijevalo uvođenje načela dvojnosti valnih čestica za elementarne čestice.

Prijelaz elektrona između dvije orbitale u atomu uvijek se javlja s kretenom. To dovodi do procesa kojima se kvant svjetlosti emitira ili apsorbira. Što ta činjenica znači za znanost, malo objašnjavamo u nastavku. U svakom tipu atoma, skup kvanta prijelaza je jedinstven. To jest, skup energija potrebnih za uzbuđenje elektrona od zlata ne odgovara platini. To omogućuje da se točno odredi koji je prijelaz napravljen i da se razumije koja vrsta atoma se proučava: vodik ili argon, aluminij ili magnezij.

Na toj osnovi je najmoćniji alat za proučavanje i osvajanje materije - spektroskopija. Primjena spektralne analize prilično je opsežna, ovdje su neke od njih:

• proučavanje sastava i strukture novih materijala;
• poboljšanje svojstava već poznatih spojeva;
• proučavanje procesa koji se odvijaju tijekom interakcije različitih vrsta tvari.

Čitatelj će lako zamisliti da se takva metoda može koristiti u svim sferama ljudske aktivnosti.

Vrste kvanta

Osim već opisanog fotona, postoje i druge vrste kvanta:

1. Gluon - kvant vektorskog polja.
2. Graviton je kvant gravitacijskog polja (teoretski predviđen, ali do sada njegovo postojanje nije dokazano praktično).
3. Higgsov bozon kvant je Higsova polja.

Veliki hadronski sudarač, izgrađen 2012. godine, dokazao je da je u njegovim dubinama nastao novi kvant, Higgsov bozon. Tako su fizičari pokazali zašto gluoni i fotoni nemaju masu za odmor.

Laser kao posljedica pripitomljavanja kvanta svjetlosti

Shvativši kako se dobivaju fotoni, znanstvenici su ih mogli "ukrotiti". Kao rezultat toga pojavio se laser - izvor monokromatskih elektromagnetskih valova. S prilično jednostavnim principima koji su temelj istovremene generacije fotona jednog valna duljina (monokromatska), a jednostavna struktura samog uređaja bila je velika tehnička poteškoća.

Prvi je zadatak bio pronaći materijal u kojem bi postojala inverzna populacija elektrona. Drugi zadatak bio je stvoriti dva zrcala na krajevima radnog kristala. Ali obojica su odavno riješena, a razumijevanje onoga što je kvantum prvi je korak za dobivanje takvih složenih uređaja.

U modernom svijetu, laser se koristi svugdje. Koristi se za zabavu (laserski pokazivač) i za ozbiljne svrhe (termonuklearna reakcija).