Kvantum - kaj je to? Opredelitev in pomen za znanost

Ta članek govori o tem, da je "kvant" fizika elementarnih delcev. Tu je podana definicija te vrednosti, prikazana je njena pomembnost in podana je kratka zgodovina njegovega odkritja.

Matematika in fizika

Dve najbolj strašni šolski disciplini za študente s humanitarno pomočjo miselnosti nekoč združeni, da bi ustvarili novo stopnjo v preučevanju sveta. Vse se je začelo z dejstvom, da Max Planck izhaja iz formule za porazdelitev sevanja popolnoma črno telo uvedel koncept "kvantnega". Pomen besede je dobesedno: najmanjši del nečesa, na primer energija, polje, trenutek vztrajnosti.

In ta koncept se nanaša na mikrosvet: lahko obstaja kvant svetlobe in gravitacijskega polja, vendar ne more biti kvanta mase ali dežja. Da bi bil bralnik jasnejši, dajemo primer. Če so vsa možna stanja elektrona cela krava, potem je kvant najmanjši del mesa, s katerim se lahko hranite, to je en zrezek. Mimogrede, v znamenitem filmu Jamesa Bonda kvantnost usmiljenja zagotovo pomeni, da ima celo najbolj ostra oseba v duši malo sočutja.

Boj za kvantno fiziko

Najprej je Max Planck deloval v okviru prejšnjih idej o fiziki. V enačbo je vnesel kvant, katerega pomen v očeh je vseboval le priročno matematično izražanje. Tako se izkaže, da je ta koncept odkril skoraj po naključju, ne da bi skušal narediti preboj.

Na splošno je bil vesten raziskovalec, trdo delal na vsaki temi in končal zadevo. Vztrajnost in vztrajnost sta mu omogočila, da fiziko spremeni. Ni bilo briljantnih spoznanj in nenadnih idej. Morda je zato dolgo zanikal pomen svojega odkritja in poskušal nekako "prilegati", uskladiti nov koncept s starim pristopom k fiziki. Celotna galaksija znanstvenikov, ki se je pojavila zaradi uvedbe kvanta, ga ni mogla prepričati v temeljni pomen ene same predpostavke za prihodnost znanosti.

Vrednost za znanost

Najprej, kvant je osnova za razumevanje narave svetlobe. Znanstveniki še v sedemnajstem stoletju so precej natančno izmerili hitrost sončne svetlobe, vendar niso mogli pojasniti svojega videza ali absorpcije s površin. Izkazalo se je, da je energija elektromagnetna valovanja z enakim faznim prirastkom v času lahko vzame samo večkratnike E = (N + 1/2) .ω. Razložili bomo:

• E je energija;
• N je celo število;
• ħ - zmanjšana Planckova konstanta, h / 2π;
• ω je kotna frekvenca, ki je časovni korak valovne faze.

Zgornja formula pomeni, da je energija sevanja isω kvantizirana, to pomeni, da je niz končnih paketov ali fotonov.

Quantum in Matter

Ob razlagi narave svetlobe so ljudje spoznali, da kvant ni le matematična šala, ampak tudi velike priložnosti. Kasneje so znanstveniki ugotovili, zakaj so elektroni v atomih lahko le v določenih orbitah. To je zahtevalo uvedbo načela dvojnosti valovanja in delcev za elementarne delce.

Prehod elektrona med dvema orbitali v atomu se vedno pojavi z sunkom. To vodi v procese, s katerimi se kvant svetlobe oddaja ali absorbira. Kaj to pomeni za znanost, pojasnjujemo malo spodaj. V vsaki vrsti atomov je niz prehodnih kvantov edinstven. To pomeni, da niz energij, potrebnih za vzbujanje elektronov zlata, ne ustreza platini. S tem je mogoče natančno določiti, kateri prehod je bil izveden, in razumeti, kateri tip atoma se proučuje: vodik ali argon, aluminij ali magnezij.

Na tej podlagi je najmočnejše orodje za proučevanje in osvojitev snovi - spektroskopijo. Uporaba spektralne analize je precej obsežna.

• proučevanje sestave in strukture novih materialov;
• izboljšanje lastnosti že znanih spojin;
• proučevanje procesov, ki se pojavljajo med interakcijo različnih vrst snovi.

Bralec si bo zlahka predstavljal, da se taka metoda lahko uporablja na vseh področjih človekovega delovanja.

Vrste kvantov

Poleg že opisanega fotona obstajajo tudi druge vrste kvantov:

1. Gluon - kvant vektorskega polja.
2. Graviton je kvant gravitacijskega polja (teoretično napovedan, vendar doslej njegov obstoj ni bil dokazan praktično).
3. Higgsov bozon je kvant Higgsovega polja.

Veliki hadronski trkalnik, ki je bil zgrajen leta 2012, je dokazal, da se je v njenih globinah rodil nov kvant, Higgsov bozon. Tako so fiziki pokazali, zakaj gluoni in fotoni nimajo mase za počitek.

Laser kot posledica krojenja svetlobnih kvantov

Razumeli so, kako so fotoni pridobljeni, so jih lahko »ukrotili«. Tako se je pojavil laser - vir monokromatskih elektromagnetnih valov. S precej enostavnimi načeli, ki so osnova hkratne generacije fotonov enega valovna dolžina (monokromatična), in preprosta struktura same naprave, so bile velike tehnične težave.

Prva naloga je bila najti material, v katerem bi obstajala inverzna populacija elektronov. Druga naloga je bila izdelava dveh ogledal na koncih delovnega kristala. Toda oba sta že dolgo rešena in razumevanje tega, kaj je kvant, je prvi korak k pridobivanju tako kompleksnih naprav.

V sodobnem svetu se laser uporablja povsod. Uporablja se za zabavo (laserski kazalec) in za resne namene (termonuklearna reakcija).