Κβαντική Φυσική Επισκόπηση, Έννοιες και Ιστορία

Η κβαντική φυσική είναι η μελέτη της συμπεριφοράς του ύλη και ενέργεια σε μοριακά, ατομικά, πυρηνικά και ακόμη μικρότερα μικροσκοπικά επίπεδα. Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι νόμοι που διέπουν τα μακροσκοπικά αντικείμενα δεν λειτουργούν το ίδιο σε τέτοιες μικρές σφαίρες.

Το "Quantum" προέρχεται από τη λατινική έννοια "πόσο." Αναφέρεται στις διακριτές μονάδες της ύλης και της ενέργειας που προβλέπονται και παρατηρούνται στην κβαντική φυσική. Ακόμη και ο χώρος και ο χρόνος, που φαίνεται να είναι εξαιρετικά συνεχής, έχουν τις μικρότερες δυνατές τιμές.

Καθώς οι επιστήμονες κέρδισαν την τεχνολογία για μέτρηση με μεγαλύτερη ακρίβεια, παρατηρήθηκαν παράξενα φαινόμενα. Η γέννηση της κβαντικής φυσικής αποδίδεται στο έγγραφο του Max Planck για το 1900 σχετικά με την ακτινοβολία του μαύρου σώματος. Η ανάπτυξη του τομέα έγινε από το Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger και άλλες φιγούρες στον τομέα. Κατά ειρωνικό τρόπο, ο Albert Einstein είχε σοβαρά θεωρητικά ζητήματα με την κβαντική μηχανική και προσπάθησε εδώ και πολλά χρόνια να το διαψεύσει ή να την τροποποιήσει.

Στον τομέα της κβαντικής φυσικής, παρατηρώντας κάτι επηρεάζει πραγματικά τις φυσικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα. Τα φωτεινά κύματα λειτουργούν σαν σωματίδια και τα σωματίδια δρουν σαν κύματα (που ονομάζονται κύματος δυαδικών σωματιδίων). Το θέμα μπορεί να μεταβεί από το ένα σημείο στο άλλο χωρίς να μετακινείται μέσω του παρεμβαλλόμενου χώρου (που ονομάζεται κβαντική σήραγγα). Οι πληροφορίες μετακινούνται άμεσα σε τεράστιες αποστάσεις. Στην πραγματικότητα, στην κβαντική μηχανική ανακαλύπτουμε ότι ολόκληρο το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα μια σειρά πιθανοτήτων. Ευτυχώς, καταρρέει όταν ασχολείται με μεγάλα αντικείμενα, όπως αποδεικνύεται από το Η γάτα του Schrodinger πείραμα σκέψης.

Μία από τις βασικές έννοιες είναι κβαντική εμπλοκή, η οποία περιγράφει μια κατάσταση όπου πολλά σωματίδια συσχετίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η μέτρηση της κβαντικής κατάστασης ενός σωματιδίου θέτει επίσης περιορισμούς στις μετρήσεις των άλλων σωματιδίων. Αυτό αποδεικνύεται καλύτερα από το EPR Paradox. Αν και αρχικά ένα πείραμα σκέψης, αυτό έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά μέσω δοκιμών κάτι γνωστού Το Θεώρημα του Bell.

Κβαντική οπτική είναι ένας κλάδος της κβαντικής φυσικής που επικεντρώνεται κυρίως στη συμπεριφορά του φωτός ή των φωτονίων. Στο επίπεδο της κβαντικής οπτικής, η συμπεριφορά των μεμονωμένων φωτονίων επηρεάζει το εξερχόμενο φως, σε αντίθεση με την κλασική οπτική που αναπτύχθηκε από τον Sir Isaac Newton. Τα λέιζερ είναι μια εφαρμογή που έχει βγει από τη μελέτη της κβαντικής οπτικής.

Η κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED) είναι η μελέτη του πώς αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια. Αναπτύχθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1940 από τους Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage και άλλους. Οι προβλέψεις του QED σχετικά με τη διασπορά των φωτονίων και των ηλεκτρονίων είναι ακριβείς με έντεκα δεκαδικά ψηφία.

Ενιαία θεωρία πεδίων είναι μια συλλογή ερευνητικών μονοπατιών που προσπαθούν να συμβιβάσουν την κβαντική φυσική Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, συχνά προσπαθώντας να ενοποιήσει το θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής. Μερικοί τύποι ενοποιημένων θεωριών περιλαμβάνουν (με κάποια αλληλεπικάλυψη):

• Κβαντική βαρύτητα
• Βρόχος Κβαντική βαρύτητα
• Θεωρία στοιχειοσειρών / Θεωρία υπερσύρματος / Θεωρία M
• Μεγάλη Ενιαία Θεωρία
• Υπερσυμμετρία
• Θεωρία όλων

Η κβαντική φυσική καλείται μερικές φορές κβαντική μηχανική ή θεωρία κβαντικού πεδίου. Έχει επίσης διάφορα υποπεδία, όπως αναφέρθηκαν παραπάνω, τα οποία μερικές φορές χρησιμοποιούνται εναλλακτικά με την κβαντική φυσική, αν και η κβαντική φυσική είναι στην πραγματικότητα ο ευρύτερος όρος για όλους αυτούς τους κλάδους.

Παλαιότερα ευρήματα

• Μαύρη ακτινοβολία σώματος
• Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Δυνατότητα κυματισμού-σωματιδίων

• Πείραμα διπλής σχίσης του Young
• Υπόθεση De Broglie

Το Εφέ Compton

Αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg

Αιτιότητα στην Κβαντική Φυσική - Πειράματα Σκέψης και Διερμηνείες

• Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης
• Η γάτα του Schrodinger
• EPR Paradox
• Η ερμηνεία πολλών κόσμων