Omówienie, pojęcia i historia fizyki kwantowej

Fizyka kwantowa to nauka o zachowaniu materia i energia na poziomie molekularnym, atomowym, jądrowym, a nawet na mniejszych poziomach mikroskopowych. Na początku XX wieku naukowcy odkryli, że prawa rządzące obiektami makroskopowymi nie działają tak samo w tak małych królestwach.

„Kwant” pochodzi z łaciny, co oznacza „ile”. Odnosi się do dyskretnych jednostek materii i energii, które są przewidywane i obserwowane w fizyce kwantowej. Nawet przestrzeń i czas, które wydają się być wyjątkowo ciągłe, mają najmniejsze możliwe wartości.

Gdy naukowcy zdobyli technologię pomiaru z większą precyzją, zaobserwowano dziwne zjawiska. Narodziny fizyki kwantowej przypisuje się pracy Maxa Plancka z 1900 r. Na temat promieniowania ciała czarnego. Opracowanie pola zostało wykonane przez Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger i inne postacie świecące w terenie. Jak na ironię, Albert Einstein miał poważne teoretyczne problemy z mechaniką kwantową i przez wiele lat próbował ją obalić lub zmodyfikować.

W dziedzinie fizyki kwantowej obserwowanie czegoś faktycznie wpływa na zachodzące procesy fizyczne. Fale świetlne działają jak cząstki, a cząsteczki działają jak fale (zwane dualizm cząstek falowych). Materia może przechodzić z jednego miejsca do drugiego bez przemieszczania się przez przestrzeń pośrednią (zwaną tunelowaniem kwantowym). Informacje przesyłane są natychmiast na duże odległości. W rzeczywistości w mechanice kwantowej odkrywamy, że cały wszechświat jest w rzeczywistości szeregiem prawdopodobieństw. Na szczęście psuje się, gdy ma do czynienia z dużymi obiektami, jak pokazuje to Kot Schrödingera eksperyment myślowy.

Jedną z kluczowych koncepcji jest splątanie kwantowe, co opisuje sytuację, w której wiele cząstek jest powiązanych w taki sposób, że pomiar stanu kwantowego jednej cząstki ogranicza również pomiary innych cząstek. Najlepszym tego przykładem jest Paradoks EPR. Choć początkowo był to eksperyment myślowy, teraz został on potwierdzony eksperymentalnie poprzez testy czegoś znanego jako Twierdzenie Bella.

Optyka kwantowa to gałąź fizyki kwantowej, która skupia się przede wszystkim na zachowaniu światła lub fotonów. Na poziomie optyki kwantowej zachowanie poszczególnych fotonów ma wpływ na wychodzące światło, w przeciwieństwie do optyki klasycznej, którą opracował Sir Isaac Newton. Lasery to jedna aplikacja, która wyszła z badań optyki kwantowej.

Elektrodynamika kwantowa (QED) to badanie interakcji elektronów i fotonów. Został opracowany pod koniec lat 40. XX wieku przez Richarda Feynmana, Juliana Schwingera, Sinitro Tomonage i innych. Prognozy QED dotyczące rozpraszania fotonów i elektronów są dokładne z dokładnością do jedenastu miejsc po przecinku.

Zunifikowana teoria pola to zbiór ścieżek badawczych, które próbują pogodzić fizykę kwantową Teoria względności ogólnej Einsteina, często próbując skonsolidować podstawowe siły fizyki. Niektóre typy ujednoliconych teorii obejmują (z pewnym nakładaniem się):

• Grawitacja kwantowa
• Pętla Kwantowa grawitacja
• Teoria strun / Teoria superstrun / Teoria M.
• Teoria Grand Unified
• Supersymetria
• Teoria wszystkiego

Fizyka kwantowa jest czasami nazywana mechaniką kwantową lub kwantową teorią pola. Ma również różne podpola, jak omówiono powyżej, które są czasami używane zamiennie z fizyką kwantową, chociaż fizyka kwantowa jest w rzeczywistości szerszym terminem dla wszystkich tych dyscyplin.

Najwcześniejsze ustalenia

• Promieniowanie ciała czarnego
• Efekt fotoelektryczny

Dualizm falowo-cząsteczkowy

• Young's Double Slit Experiment
• Hipoteza De Broglie

Efekt Comptona

Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Przyczynowość w fizyce kwantowej - eksperymenty myślowe i interpretacje

• Interpretacja kopenhaska
• Kot Schrödingera
• Paradoks EPR
• Interpretacja wielu światów