THÉORIE DES QUANTA
THÉORIE DES QUANTA
théorie dont les bases ont été posées en 1900 par le physicien Max Planck. Selon cette théorie, les atomes émettent ou reçoivent toujours de l'énergie de rayonnement uniquement par portions, de manière discontinue, à savoir dans certains quanta (quanta d'énergie), dont la valeur énergétique est égale à la fréquence d'oscillation (la vitesse de la lumière divisée par la longueur d'onde) du type de rayonnement correspondant, multiplié par l'action de Planck (voir . Constante, Microphysique, et aussi Mécanique quantique). La théorie quantique a été posée (par Einstein) comme base de la théorie quantique de la lumière (théorie corpusculaire de la lumière), selon laquelle la lumière est également constituée de quanta se déplaçant à la vitesse de la lumière (quanta de lumière, photons).
Dictionnaire encyclopédique philosophique. 2010 .
Voyez ce qu'est la « THÉORIE QUANTIQUE » dans d'autres dictionnaires :
Il comporte les sous-sections suivantes (la liste est incomplète) : Mécanique quantique Théorie quantique algébrique Théorie quantique des champs Électrodynamique quantique Chromodynamique quantique Thermodynamique quantique Gravité quantique Théorie des supercordes Voir aussi... ... Wikipedia
LA THÉORIE QUANTIQUE, une théorie qui, en combinaison avec la théorie de la RELATIVITÉ, a constitué la base du développement de la physique tout au long du 20e siècle. Il décrit la relation entre la MATIÈRE et l'ÉNERGIE au niveau des PARTICULES ÉLÉMENTAIRES ou subatomiques, ainsi que... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique
théorie des quanta- Une autre voie de recherche consiste à étudier l'interaction de la matière et du rayonnement. Le terme « quantique » est associé au nom de M. Planck (1858 1947). C'est le problème du corps noir (résumé notion mathématique pour désigner un objet qui accumule toute l'énergie... La philosophie occidentale des origines à nos jours
Réunit la mécanique quantique, les statistiques quantiques et la théorie quantique des champs... Grand dictionnaire encyclopédique
Combine la mécanique quantique, les statistiques quantiques et la théorie quantique des champs. * * * THÉORIE QUANTIQUE LA THÉORIE QUANTIQUE combine la mécanique quantique (voir MÉCANIQUE QUANTIQUE), les statistiques quantiques (voir STATISTIQUES QUANTIQUES) et la théorie quantique des champs... ... Dictionnaire encyclopédique
théorie des quanta- kvantinė teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. théorie quantique vok. Quantenthéorie, f rus. théorie quantique, f pranc. théorie des quanta, f; théorie quantique, f … Fizikos terminų žodynas
Phys. une théorie qui combine la mécanique quantique, les statistiques quantiques et la théorie quantique des champs. Tout est basé sur l’idée d’une structure discrète (discontinue) de rayonnement. Selon la théorie quantique, tout système atomique peut être localisé dans certains... ... Sciences naturelles. Dictionnaire encyclopédique
Théorie quantique des champs théorie quantique des systèmes avec nombre infini degrés de liberté (champs physiques (Voir Champs physiques)). Qt.p., né d'une généralisation de la mécanique quantique (Voir Mécanique quantique) en relation avec le problème de la description... ... Grande Encyclopédie Soviétique
- (QFT), quantique relativiste. théorie de la physique systèmes avec un nombre infini de degrés de liberté. Un exemple d'un tel système électrique. mag. domaine, pour une description complète dont il est nécessaire à tout moment de régler les intensités électriques. et mag. champs à chaque point... Encyclopédie physique
THÉORIE QUANTIQUE DES CHAMPS. Contenu :1. Champs quantiques................. 3002. Champs libres et dualisme onde-particule............... 3013. Interaction de champs.......3024. Théorie des perturbations.............. 3035. Divergences et... ... Encyclopédie physique
Livres
- Théorie des quanta
- Théorie quantique, Bohm D.. Le livre présente systématiquement la mécanique quantique non relativiste. L'auteur analyse en détail le contenu physique et examine en détail l'appareil mathématique de l'un des plus importants...
- Théorie quantique des champs Émergence et développement Connaissance de l'une des théories physiques les plus mathématisées et abstraites Numéro 124, Grigoriev V. La théorie quantique est la plus générale et la plus profonde des théories physiques de notre temps. Sur la façon dont les idées physiques sur la matière ont changé, comment la mécanique quantique est apparue, puis la mécanique quantique...
Principes de base de la théorie quantique des champs : 1). État de vide. La mécanique quantique non relativiste permet d'étudier le comportement d'un nombre constant de particules élémentaires. La théorie quantique des champs prend en compte la naissance et l’absorption ou la destruction des particules élémentaires. La théorie quantique des champs contient donc deux opérateurs : l’opérateur de création et l’opérateur d’annihilation des particules élémentaires. Selon la théorie quantique des champs, un état dans lequel il n’y a ni champ ni particules est impossible. Le vide est un champ dans son état énergétique le plus bas. Le vide n’est pas caractérisé par des particules indépendantes observables, mais par des particules virtuelles qui apparaissent puis disparaissent après un certain temps. 2.) Mécanisme virtuel d'interaction de particules élémentaires. Les particules élémentaires interagissent les unes avec les autres en raison de champs, mais si une particule ne modifie pas ses paramètres, elle ne peut pas émettre ou absorber un véritable quantum d'interaction, une telle énergie et un tel élan et pendant un tel temps et une telle distance, qui sont déterminés par le rapports ∆E∙∆t≥ħ, ∆рх∙∆х≥ħ( constante quantique) relation d’incertitude. La nature des particules virtuelles est telle qu'elles apparaissent après un certain temps, disparaissent ou sont absorbées. Amer. Le physicien Feynman a développé une manière graphique de représenter l'interaction de particules élémentaires avec des quanta virtuels :
Émission et absorption d'un quantum virtuel d'une particule libre
Interaction de deux éléments. particules au moyen d’un quantum virtuel.
Interaction de deux éléments. particules au moyen de deux quantiques virtuels.
Sur les données de la Fig. Graphique une image des particules, mais pas de leurs trajectoires.
3.)
Le spin est la caractéristique la plus importante des objets quantiques. Il s’agit du moment cinétique propre à la particule, et si le moment cinétique du sommet coïncide avec la direction de l’axe de rotation, alors le spin ne détermine aucune direction privilégiée spécifique. Le spin donne la direction, mais de manière probabiliste. Spin existe sous une forme qui ne peut pas être visualisée. Le spin est noté s=I∙ħ, et I prend à la fois des valeurs entières I=0,1,2,... et des valeurs semi-numériques I = ½, 3/2, 5/2,. .. En physique classique, les particules identiques ne sont pas spatialement différentes, car occupent la même région de l’espace, la probabilité de trouver une particule dans n’importe quelle région de l’espace est déterminée par le carré du module de la fonction d’onde. La fonction d'onde ψ est une caractéristique de toutes les particules. .
correspond à la symétrie des fonctions d'onde, lorsque les particules 1 et 2 sont identiques et que leurs états sont les mêmes. 
le cas de l'antisymétrie des fonctions d'onde, lorsque les particules 1 et 2 sont identiques entre elles, mais diffèrent par l'un des paramètres quantiques. Par exemple : tourner. Selon le principe d’exclusion de Paul, les particules ayant un spin demi-entier ne peuvent pas être dans le même état. Ce principe permet de décrire la structure des coques électroniques des atomes et des molécules. Les particules qui ont un spin entier sont appelées bosons. I =0 pour les mésons Pi ; I = 1 pour les photons ; I = 2 pour les gravitons. Les particules à spin semi-numérique sont appelées fermions. Pour un électron, positron, neutron, proton I = ½. 4)
Spin isotopique. La masse d'un neutron n'est que de 0,1 % supérieure à la masse d'un proton ; si l'on fait abstraction (ignorons) la charge électrique, alors ces deux particules peuvent être considérées comme deux états d'une même particule, le nucléon. De même, il existe des mésons, mais ce ne sont pas trois particules indépendantes, mais trois états d'une même particule, qui sont simplement appelés Pi - méson. Pour prendre en compte la complexité ou la multiplicité des particules, un paramètre appelé spin isotopique est introduit. Il est déterminé à partir de la formule n = 2I+1, où n est le nombre d'états des particules, par exemple pour un nucléon n=2, I=1/2. La projection isospin est désignée Iз = -1/2 ; Iз = ½, c'est-à-dire un proton et un neutron forment un doublet isotopique. Pour les mésons Pi, le nombre d'états = 3, soit n=3, I=1, Iз=-1, Iз=0, Iз=1. 5)
Classification des particules : la caractéristique la plus importante des particules élémentaires est la masse au repos ; sur cette base, les particules sont divisées en baryons (trans. lourd), mésons (du grec : moyen), leptons (du grec : léger). Selon le principe d'interaction, les baryons et les mésons appartiennent également à la classe des hadrons (du grec fort), puisque ces particules participent à une interaction forte. Les baryons comprennent : les protons, les neutrons, les hypérons, parmi ces particules, seul le proton est stable, tous les baryons sont des fermions, les mésons sont des bosons, sont des particules instables, participent à tous types d'interactions, tout comme les baryons, les leptons comprennent : l'électron, le neutron, ces particules sont des fermions et ne participent pas à des interactions fortes. Le photon se démarque particulièrement, qui n'appartient pas aux leptons, ni à la classe des hadrons. Son spin = 1 et sa masse au repos = 0. Parfois, les quanta d'interaction sont classés dans une classe spéciale, le méson est un quantum d'interaction faible et le gluon est un quantum d'interaction gravitationnelle. Parfois, les quarks sont classés dans une classe spéciale, ayant une charge électrique fractionnaire égale à 1/3 ou 2/3 de la charge électrique. 6)
Types d'interactions. En 1865, la théorie a été créée champ électromagnétique(Maxwell). En 1915, la théorie du champ gravitationnel est créée par Einstein. La découverte des interactions fortes et faibles remonte au premier tiers du XXe siècle. Les nucléons sont étroitement liés dans le noyau par des interactions fortes, appelées fortes. En 1934, Fermet crée la première théorie des interactions faibles suffisamment adaptée à la recherche expérimentale. Cette théorie est née après la découverte de la radioactivité, il fallait supposer que des interactions mineures se produisent dans les noyaux d'un atome, qui conduisent à la désintégration spontanée d'éléments chimiques lourds comme l'uranium, et que des rayons sont émis. Un exemple frappant d'interactions faibles est la pénétration de particules neutroniques à travers le sol, alors que les neutrons ont une capacité de pénétration beaucoup plus modeste ; ils sont retenus par une feuille de plomb de plusieurs centimètres d'épaisseur. Fort : électromagnétique. Faible : gravitationnel = 1 : 10-2 : 10-10 : 10-38. La différence entre électromagnétique et gravitationnel Les interactions diminuent progressivement avec l'augmentation de la distance. Les interactions fortes et faibles sont limitées à de très petites distances : 10-16 cm pour les faibles, 10-13 cm pour les fortes. Mais à distance< 10-16 см слабые взаимодействия уже не являются малоинтенсивными, на расстоянии 10-8 см господствуют forces électromagnétiques. Les hadrons interagissent à l'aide de quarks. Les porteurs d'interaction entre quarks sont les gluons. De fortes interactions apparaissent à des distances de 10 à 13 cm, c'est-à-dire que les gluons ont une courte portée et sont capables d'atteindre de telles distances. Les interactions faibles sont réalisées à l'aide de champs de Higgs, lorsque l'interaction est transférée à l'aide de quanta, appelés bosons W+, W-, ainsi que bosons neutres Z0 (1983). 7)
Fission et fusion noyaux atomiques. Les noyaux des atomes sont constitués de protons, désignés par Z et de neutrons par N, le nombre total de nucléons est désigné par la lettre - A. A = Z + N. Pour retirer un nucléon d'un noyau, il est nécessaire de dépenser de l'énergie, donc la masse et l'énergie totales du noyau sont inférieures à la somme des culs et des énergies de tous ses composants. La différence d'énergie est appelée énergie de liaison : Eb=(Zmp+Nmn-M)c2 énergie de liaison des nucléons dans le noyau – Eb. L’énergie de liaison transmise par nucléon est appelée énergie de liaison spécifique (Eb/A). L'énergie de liaison spécifique atteint sa valeur maximale pour les noyaux des atomes de fer. Dans les éléments qui suivent le fer, il y a une augmentation du nombre de nucléons et chaque nucléon acquiert de plus en plus de voisins. Les interactions fortes sont à courte portée, cela conduit au fait qu'avec la croissance des nucléons et avec une croissance importante des nucléons, des produits chimiques l'élément a tendance à se désintégrer (radioactivité naturelle). Écrivons les réactions dans lesquelles l'énergie est libérée : 1. Lors de la fission de noyaux avec un grand nombre de nucléons: n+U235→ U236→139La+95Mo+2n un neutron se déplaçant lentement est absorbé par l'U235 (uranium) entraînant la formation d'U236, qui est divisé en 2 noyaux La(laptam) et Mo(molybdène), qui s'envolent à des vitesses élevées et 2 neutrons sont formés, ce qui peut provoquer 2 de ces réactions. La réaction prend un caractère en chaîne de sorte que la masse du carburant initial atteint une masse critique.2. Réaction de fusion de noyaux légers.d2+d=3H+n, si les gens étaient capables d’assurer une fusion stable des noyaux, ils s’épargneraient des problèmes énergétiques. Le deutérium contenu dans l'eau des océans est une source inépuisable de ressources bon marché. combustible nucléaire, et la synthèse des éléments légers ne s'accompagne pas de phénomènes radioactifs intenses, comme lors de la fission des noyaux d'uranium.
Je déconseille à toute personne intéressée par cette question de consulter Wikipédia.
Quelles bonnes choses y lirons-nous ? Wikipédia note que la « théorie quantique des champs » est « une branche de la physique qui étudie le comportement des systèmes quantiques avec un nombre infini de degrés de liberté – les champs quantiques (ou quantifiés) ; est base théorique descriptions des microparticules, de leurs interactions et transformations.
1. Théorie quantique des champs : la première tromperie. Étudier, c'est quoi qu'on en dise, recevoir et assimiler des informations déjà collectées par d'autres scientifiques. Peut-être voulaient-ils dire « recherche » ?
2. Théorie quantique des champs : la deuxième tromperie. Sans fin grand nombre Il n’y a aucun degré de liberté dans aucun exemple théorique de cette théorie et il ne peut y en avoir. Le passage d'un nombre fini de degrés de liberté à un nombre infini doit être accompagné d'exemples non seulement quantitatifs, mais aussi qualitatifs. Les scientifiques font souvent des généralisations de la forme suivante : « Considérons N = 2, après quoi nous pouvons facilement généraliser à N = l’infini. » De plus, en règle générale, si l'auteur a résolu (ou presque résolu) le problème pour N=2, il lui semble qu'il a accompli la chose la plus difficile.
3. Théorie quantique des champs : la troisième tromperie. Le « champ quantique » et le « champ quantifié » sont deux grandes différences. Comme entre une belle femme et une femme embellie.
4. Théorie quantique des champs : la quatrième tromperie. A propos de la transformation des microparticules. Encore une erreur théorique.
5. Théorie quantique des champs : la cinquième tromperie. La physique des particules en tant que telle n’est pas une science mais du chamanisme.
Continuez à lire.
"La théorie quantique des champs est la seule théorie vérifiée expérimentalement capable de décrire et de prédire le comportement des particules élémentaires à hautes énergies (c'est-à-dire à des énergies nettement supérieures à leur énergie au repos)."
6. Théorie quantique des champs : la sixième tromperie. La théorie quantique des champs n’a pas été confirmée expérimentalement.
7. Théorie quantique des champs : la septième tromperie. Il existe des théories qui sont plus cohérentes avec les données expérimentales, et à leur égard on peut tout aussi « raisonnablement » dire qu'elles sont confirmées par les données expérimentales. Par conséquent, la théorie quantique des champs n’est pas la « seule » des théories « confirmées ».
8. Théorie quantique des champs : La huitième tromperie. La théorie quantique des champs n’est pas capable de prédire quoi que ce soit. Pas un seul résultat expérimental réel ne peut même être « confirmé » « après coup » par cette théorie, et encore moins que quoi que ce soit puisse être calculé a priori avec son aide. Au stade actuel, la physique théorique moderne fait toutes les « prédictions » sur la base de tableaux, de spectres et de documents factuels similaires connus, qui n'ont encore été « cousus » d'aucune manière par aucune des théories officiellement acceptées et reconnues.
9. Théorie quantique des champs : la neuvième tromperie. À des énergies nettement supérieures à l’énergie restante, non seulement la théorie quantique ne donne rien, mais la formulation du problème à de telles énergies est impossible état actuel physique. Le fait est que la théorie quantique des champs, comme la théorie non quantique des champs, comme toutes les théories actuellement acceptées, ne peut pas répondre à des questions simples : « Quelle est la vitesse maximale de l’électron ? , ainsi qu'à la question « Est-ce égal vitesse maximale une autre particule ?
La théorie de la relativité d'Einstein stipule que la vitesse maximale de toute particule est égale à la vitesse de la lumière dans le vide, c'est-à-dire que cette vitesse ne peut pas être atteinte. Mais dans ce cas, la question se pose : « Quelle vitesse PEUT-on atteindre ? »
Il n'y a pas de réponse. Parce que l'énoncé de la théorie de la relativité n'est pas vrai et qu'il a été obtenu à partir de prémisses incorrectes, de calculs mathématiques incorrects basés sur des idées erronées sur l'admissibilité des transformations non linéaires.
Au fait, ne lisez pas du tout Wikipédia. Jamais. Mon conseil pour vous.
RÉPONSE AU PYROTECHNICIEN
Dans ce contexte particulier, j’ai écrit que la description de la THÉORIE QUANTIQUE DES CHAMPS SUR WIKIPEDIA EST UNE TROMPERIE.
Ma conclusion de l’article : « Ne lisez pas Wikipédia. Jamais. Mon conseil pour vous."
Comment avez-vous conclu que je « n’aime pas les scientifiques » en vous basant sur mon déni du caractère scientifique de certains articles de Wikipédia ?
À propos, je n’ai jamais prétendu que « la théorie quantique des champs était un canular ».
Exactement le contraire. La théorie quantique des champs est une théorie expérimentale, qui n'est naturellement pas aussi dénuée de sens que la relativité restreinte ou générale.
MAIS TOUJOURS - la théorie quantique est ERREUR EN PARTIE EN POSTULANT ces phénomènes qui PEUVENT ÊTRE DÉRIVÉS COMME CONSÉQUENCES.
La nature quantique (quantifiée - plus précisément et correctement) du rayonnement des corps chauds n'est pas déterminée par la nature quantique du champ en tant que tel, mais par la nature discrète de la génération d'impulsions oscillatoires, c'est-à-dire le NOMBRE COMPTABLE D'ÉLECTRONS LES TRANSITIONS d'une orbite à l'autre - d'une part, et la DIFFÉRENCE FIXE D'ÉNERGIE des différentes orbites.
La différence fixe est déterminée par les propriétés des mouvements des électrons dans les atomes et les molécules.
Ces propriétés doivent être étudiées à l'aide de l'appareil mathématique des systèmes dynamiques fermés.
Je l'ai fait.
Voir les articles à la fin.
J'ai montré que la STABILITÉ DES ORBITES D'ÉLECTRONS peut s'expliquer à partir de l'électrodynamique ordinaire, en tenant compte de la vitesse limitée du champ électromagnétique. A partir des mêmes conditions, on peut théoriquement prédire les dimensions géométriques de l'atome d'hydrogène.
Le diamètre extérieur maximum d'un atome d'hydrogène est défini comme étant le double du rayon, et le rayon correspond à l'énergie potentielle de l'électron, qui est égale à l'énergie cinétique calculée à partir de la relation E=mc^2/2 (em-ce- carré-moitié).
1. Bugrov S.V., Zhmud V.A. Modélisation de mouvements non linéaires dans des problèmes dynamiques de physique // Collection d'ouvrages scientifiques du NSTU. Novossibirsk 2009. 1(55). pages 121 à 126.
2. Zhmud V.A., Bugrov S.V. La modélisation des mouvements des électrons à l'intérieur de l'atome sur la base de la physique non quantique. // Actes de la 18e Conférence internationale IASTED « Simulation et modélisation appliquées » (ASM 2009). Sept. 7-9, 2009. Palma de Majorque, Espagne. P.17 – 23.
3. Zhmud V.A. Justification de l'approche non relativiste non quantique pour modéliser le mouvement d'un électron dans un atome d'hydrogène // Collection d'articles scientifiques du NSTU. Novossibirsk 2009. 3(57). pages 141 à 156.
D’ailleurs, parmi les réponses possibles à la question « Pourquoi détestez-vous autant les scientifiques ? »
PARCE QUE J'AIME LA SCIENCE.
Blague à part : les scientifiques ne devraient pas rechercher l’amour ou le non-amour. Ils doivent lutter pour la vérité. J'« aime avec mon esprit » ceux qui luttent pour la vérité, qu'ils soient scientifiques ou non. Autrement dit, j'ai APPROUVÉ. Ce n'est pas pour ça que j'aime avec mon cœur. Pas pour la recherche de la vérité. Einstein aspirait à la vérité, mais pas toujours ni partout. Dès qu’il a choisi de s’efforcer de prouver l’infaillibilité de sa théorie, il a complètement oublié la vérité. Après cela, en tant que scientifique, il s’est considérablement estompé à mes yeux. Il aurait dû réfléchir plus profondément à la nature gazeuse des lentilles gravitationnelles, à la nature « postale » du retard de l'information - on ne juge pas l'heure de leur départ par les dates d'arrivée des lettres ! Ces deux dates sont toujours différentes. Nous ne les identifions pas. Pourquoi alors identifier le temps perçu, la vitesse perçue, etc., avec le temps réel, la vitesse, etc. ?
Du fait que je n'aime pas les lecteurs ? Bonjour! J'essaie de leur ouvrir les yeux. N'est-ce pas aimer ?
J'aime même les critiques qui s'y opposent. De plus, j’aime particulièrement ceux qui s’y opposent raisonnablement. Ceux qui cherchent non pas à s'opposer, mais simplement à nier, à affirmer le contraire sans aucune raison, sans lire mes arguments, je les plains simplement.
« Pourquoi écrivent-ils une note sur quelque chose qu’ils n’ont même pas lu ? » - Je pense.
En conclusion, une blague pour mes lecteurs qui en ont marre des longues discussions.
COMMENT ÉCRIRE UN DISCOURS NOBEL
1. Obtenez Prix Nobel.
2. Regardez autour de vous. Vous trouverez de nombreuses aides bénévoles et non rémunérées qui seraient honorées d'écrire ce discours pour vous.
3. Lisez les quatre options proposées. Amusez-vous bien. Écrivez n'importe quoi - ce sera toujours mieux que n'importe laquelle de ces options, et elles, ces options, sont certainement meilleures que ce que vous pouvez écrire en contournant le point 1 de cette séquence.
Et surtout, nous refusons de remarquer qu'ils ne sont applicables que dans certaines situations de routine et qu'ils s'avèrent tout simplement incorrects pour expliquer la structure de l'Univers.
Bien que quelque chose de similaire ait été exprimé il y a des siècles par des philosophes et des mystiques orientaux, Einstein a été le premier à en parler dans la science occidentale. C'était une révolution que notre conscience n'acceptait pas. Nous répétons avec condescendance : « tout est relatif », « le temps et l’espace ne font qu’un », en gardant toujours à l’esprit qu’il s’agit d’une hypothèse, d’une abstraction scientifique qui a peu de points communs avec notre réalité stable habituelle. En fait, ce sont précisément nos idées qui correspondent mal à la réalité - étonnantes et incroyables.
Après que la structure de l'atome ait été découverte en termes généraux et que son modèle « planétaire » ait été proposé, les scientifiques ont été confrontés à de nombreux paradoxes, pour expliquer lesquels est apparue toute une branche de la physique : la mécanique quantique. Il s'est développé rapidement et a fait de grands progrès dans l'explication de l'Univers. Mais ces explications sont si difficiles à comprendre que jusqu’à présent, peu de gens peuvent les comprendre, au moins en termes généraux.
En effet, la plupart des réalisations de la mécanique quantique s’accompagnent d’un appareil mathématique si complexe qu’il ne peut tout simplement pas être traduit dans un langage humain. Les mathématiques, comme la musique, sont un sujet extrêmement abstrait, et les scientifiques ont encore du mal à exprimer de manière adéquate la signification, par exemple, de la convolution des fonctions ou des séries de Fourier multidimensionnelles. Le langage mathématique est strict, mais n’a que peu de rapport avec notre perception immédiate.
De plus, Einstein a démontré mathématiquement que nos concepts de temps et d’espace sont illusoires. En réalité, l’espace et le temps sont indissociables et forment un seul continuum quadridimensionnel. Il est difficilement possible de l’imaginer, car nous sommes habitués à n’avoir affaire qu’à trois dimensions.
Théorie planétaire. Vague ou particule
Jusqu’à la fin du XIXe siècle, les atomes étaient considérés comme des « éléments » indivisibles. La découverte du rayonnement a permis à Rutherford de pénétrer sous la « coquille » de l'atome et de formuler une théorie planétaire de sa structure : la majeure partie de l'atome est concentrée dans le noyau. La charge positive du noyau est compensée par des électrons chargés négativement, dont la taille est si petite que leur masse peut être négligée. Les électrons tournent autour du noyau sur des orbites similaires à la rotation des planètes autour du Soleil. La théorie est très belle, mais un certain nombre de contradictions surgissent.
Premièrement, pourquoi les électrons chargés négativement ne « tombent »-ils pas sur le noyau positif ? Deuxièmement, dans la nature, les atomes entrent en collision des millions de fois par seconde, ce qui ne leur nuit pas du tout - comment expliquer la force incroyable de l'ensemble du système ? Selon les mots de l’un des « pères » de la mécanique quantique, Heisenberg, « aucun système planétaire obéissant aux lois de la mécanique newtonienne ne reviendra jamais à son état d’origine après une collision avec un autre système similaire ».
De plus, les dimensions du noyau, dans lequel est collectée presque toute la masse, sont extrêmement petites par rapport à l’atome entier. On peut dire qu’un atome est un vide dans lequel les électrons tournent à une vitesse vertigineuse. Dans ce cas, un tel atome « vide » apparaît comme une particule très solide. L’explication de ce phénomène dépasse la compréhension classique. En effet, au niveau subatomique, la vitesse d’une particule augmente à mesure que l’espace dans lequel elle se déplace est plus limité. Ainsi, plus un électron est attiré près du noyau, plus il se déplace vite et plus il en est repoussé. La vitesse de déplacement est si élevée que « de l'extérieur » l'atome « semble solide », tout comme les pales d'un ventilateur en rotation ressemblent à un disque.
Des données qui ne rentrent pas bien dans le cadre de l’approche classique sont apparues bien avant Einstein. Pour la première fois, un tel « duel » a eu lieu entre Newton et Huygens, qui tentaient d'expliquer les propriétés de la lumière. Newton affirmait qu'il s'agissait d'un flux de particules, Huygens considérait la lumière comme une onde. Dans le cadre de la physique classique, il est impossible de concilier leurs positions. Après tout, pour elle, une onde est une excitation transmise de particules du milieu, concept applicable uniquement à de nombreux objets. Aucune des particules libres ne peut se déplacer le long d’une trajectoire ondulatoire. Mais un électron se déplace dans un vide profond et ses mouvements sont décrits par les lois du mouvement ondulatoire. Qu'est-ce qui est excitant ici s'il n'y a pas de support ? La physique quantique propose une solution salomonienne : la lumière est à la fois une particule et une onde.
Nuages électroniques probabilistes. Structure nucléaire et particules nucléaires
Peu à peu, cela est devenu de plus en plus clair : la rotation des électrons en orbite autour du noyau d'un atome est complètement différente de la rotation des planètes autour d'une étoile. De nature ondulatoire, les électrons sont décrits en termes de probabilité. On ne peut pas dire d'un électron qu'il se situe en tel ou tel point de l'espace, on ne peut que décrire approximativement dans quelles zones il peut se situer et avec quelle probabilité. Autour du noyau, les électrons forment des « nuages » de probabilités allant des formes sphériques les plus simples aux formes les plus bizarres, semblables à des photographies de fantômes.
Mais quiconque veut enfin comprendre la structure de l’atome doit se tourner vers sa base, vers la structure du noyau. Les grosses particules élémentaires qui le composent - des protons chargés positivement et des neutrons neutres - ont également une nature quantique, ce qui signifie qu'elles se déplacent d'autant plus vite que le volume dans lequel elles sont enfermées est petit. Les dimensions du noyau étant extrêmement petites, même en comparaison avec un atome, ces particules élémentaires se déplacent à des vitesses tout à fait décentes, proches de la vitesse de la lumière. Pour une explication finale de leur structure et de leur comportement, il faudra « croiser » la théorie quantique avec la théorie de la relativité. Malheureusement, une telle théorie n’a pas encore été créée et nous devrons nous limiter à quelques modèles généralement acceptés.
La théorie de la relativité a montré (et les expériences l’ont prouvé) que la masse n’est qu’une forme d’énergie. L'énergie est une quantité dynamique associée aux processus ou au travail. Une particule élémentaire doit donc être perçue comme une fonction dynamique probabiliste, comme des interactions associées à la transformation continue de l'énergie. Cela donne une réponse inattendue à la question de savoir comment sont les particules élémentaires et si elles peuvent être divisées en blocs « encore plus simples ». Si nous accélérons deux particules dans un accélérateur puis entrons en collision, nous obtiendrons non pas deux, mais trois particules, complètement identiques. Le troisième naîtra simplement de l’énergie de leur collision – ainsi, ils se sépareront et ne se sépareront pas en même temps !
Participant au lieu d’observateur
Dans un monde où les concepts d’espace vide et de matière isolée perdent leur sens, une particule n’est décrite qu’à travers ses interactions. Pour en dire quelque chose, nous devrons l'« arracher » aux interactions initiales et, après l'avoir préparé, le soumettre à une autre interaction : la mesure. Alors, que mesure-t-on au final ? Et dans quelle mesure nos mesures sont-elles légitimes en général si notre intervention modifie les interactions auxquelles la particule participe - et donc change la particule elle-même ?
Dans la physique moderne des particules élémentaires, de plus en plus de critiques sont suscitées... par la figure même du scientifique-observateur. Il serait plus approprié de l’appeler un « participant ».
Un observateur-participant est nécessaire non seulement pour mesurer les propriétés d'une particule subatomique, mais aussi pour déterminer ces mêmes propriétés, car elles ne peuvent être discutées que dans le contexte d'une interaction avec l'observateur. Une fois qu'il a choisi la méthode avec laquelle il effectuera les mesures, et en fonction de celle-ci, le propriétés possibles particules. Si vous changez de système d'observation, les propriétés de l'objet observé changeront également.
Ce point important révèle l’unité profonde de toutes choses et phénomènes. Les particules elles-mêmes, qui se transforment continuellement les unes en les autres et en d'autres formes d'énergie, n'ont pas de caractéristiques constantes ou précises ; ces caractéristiques dépendent de la manière dont nous choisissons de les voir. Si vous devez mesurer une propriété d’une particule, une autre changera certainement. Une telle limitation n’est pas liée à l’imperfection des appareils ou à d’autres éléments totalement corrigibles. C'est une caractéristique de la réalité. Essayez de mesurer avec précision la position d'une particule et vous ne pourrez rien dire sur la direction et la vitesse de son mouvement - tout simplement parce qu'elle ne les aura pas. Décrivez le mouvement exact d'une particule - vous ne le trouverez pas dans l'espace. Ainsi, la physique moderne nous confronte à des problèmes de nature tout à fait métaphysique.
Le principe d'incertitude. Lieu ou impulsion, énergie ou temps
Nous avons déjà dit que nous ne pouvons pas parler de particules subatomiques dans les termes précis auxquels nous sommes habitués ; dans le monde quantique, il ne nous reste que des probabilités. Bien entendu, ce n’est pas le genre de probabilité dont parlent les gens lorsqu’ils parient sur des courses de chevaux, mais c’est une propriété fondamentale des particules élémentaires. Ce n’est pas qu’ils existent, mais ils peuvent exister. Ce n’est pas qu’ils aient des caractéristiques, mais plutôt qu’ils puissent les avoir. Scientifiquement parlant, une particule est un circuit probabiliste dynamique, et toutes ses propriétés sont en équilibre en mouvement constant, s'équilibrant comme le Yin et le Yang dans l'ancien symbole chinois du Tai Chi.
Ce n’est pas pour rien que le prix Nobel Niels Bohr, élevé au rang de noblesse, a choisi ce signe et cette devise pour son blason : « Les opposés se complètent ». Mathématiquement, la distribution de probabilité représente des oscillations d'ondes inégales. Plus l'amplitude d'une onde est grande à un certain endroit, plus la probabilité qu'une particule y existe est élevée. De plus, sa longueur n'est pas constante - les distances entre les crêtes adjacentes ne sont pas les mêmes, et plus l'amplitude de la vague est élevée, plus la différence entre elles est grande. Alors que l'amplitude correspond à la position de la particule dans l'espace, la longueur d'onde est liée à l'impulsion de la particule, c'est-à-dire à la direction et à la vitesse de son mouvement. Plus l'amplitude est grande (plus la particule peut être localisée avec précision dans l'espace), plus la longueur d'onde devient incertaine (moins on peut en dire sur l'impulsion de la particule). Si nous pouvons déterminer la position d’une particule avec une extrême précision, elle n’aura aucun élan défini.
Cette propriété fondamentale est dérivée mathématiquement des propriétés des ondes et est appelée principe d'incertitude. Le principe s'applique également à d'autres caractéristiques des particules élémentaires. Une autre paire interconnectée est l’énergie et le temps des processus quantiques. Plus le processus est rapide, plus la quantité d'énergie impliquée est incertaine, et vice versa - l'énergie ne peut être caractérisée avec précision que pour un processus d'une durée suffisante.
Nous comprenons donc : rien de précis ne peut être dit sur une particule. Il se déplace par ici, ou pas par là, ou plutôt ni par ici ni par là. Ses caractéristiques sont ceci ou cela, ou plutôt pas ceci ou cela. Il est ici, mais il se peut qu'il soit là ou qu'il ne soit nulle part. Alors, est-ce que ça existe ?
La physique est la plus mystérieuse de toutes les sciences. La physique nous permet de comprendre le monde qui nous entoure. Les lois de la physique sont absolues et s’appliquent à chacun sans exception, quelle que soit sa personne ou son statut social.
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Découvertes fondamentales dans le domaine de la physique quantique
Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein et bien d'autres sont les grands guides de l'humanité dans monde incroyable des physiciens qui, tels des prophètes, ont révélé à l'humanité les plus grands secrets de l'univers et les possibilités de contrôler les phénomènes physiques. Leurs têtes brillantes traversaient les ténèbres de l'ignorance de la majorité déraisonnable et, comme une étoile directrice, montraient la voie à l'humanité dans l'obscurité de la nuit. L'un de ces guides dans le monde de la physique était Max Planck, le père de la physique quantique.
Max Planck n'est pas seulement le fondateur de la physique quantique, mais aussi l'auteur de la théorie quantique de renommée mondiale. La théorie quantique est la composante la plus importante de la physique quantique. En termes simples, cette théorie décrit le mouvement, le comportement et l’interaction des microparticules. Le fondateur de la physique quantique nous a également apporté de nombreux autres travaux scientifiques qui sont devenus les pierres angulaires de la physique moderne :
- théorie du rayonnement thermique;
- théorie spéciale de la relativité ;
- recherche en thermodynamique;
- recherche dans le domaine de l'optique.
Les théories de la physique quantique sur le comportement et les interactions des microparticules sont devenues la base de la physique de la matière condensée, de la physique des particules et de la physique des hautes énergies. La théorie quantique nous explique l'essence de nombreux phénomènes de notre monde - du fonctionnement des ordinateurs électroniques à la structure et au comportement des corps célestes. Max Planck, le créateur de cette théorie, grâce à sa découverte, nous a permis de comprendre la véritable essence de nombreuses choses au niveau des particules élémentaires. Mais la création de cette théorie est loin d’être le seul mérite du scientifique. Il est devenu le premier à découvrir la loi fondamentale de l'Univers - la loi de conservation de l'énergie. La contribution de Max Planck à la science ne peut guère être surestimée. Bref, ses découvertes sont inestimables pour la physique, la chimie, l'histoire, la méthodologie et la philosophie.
Théorie quantique des champs
En un mot, la théorie quantique des champs est une théorie permettant de décrire les microparticules, ainsi que leur comportement dans l'espace, leurs interactions les unes avec les autres et leur interconversion. Cette théorie étudie le comportement des systèmes quantiques au sein de ce qu'on appelle les degrés de liberté. Ce nom magnifique et romantique ne veut vraiment rien dire pour beaucoup d’entre nous. Pour les nuls, les degrés de liberté sont le nombre de coordonnées indépendantes nécessaires pour indiquer le mouvement d’un système mécanique. En termes simples, les degrés de liberté sont des caractéristiques du mouvement. Des découvertes intéressantes dans le domaine de l'interaction des particules élémentaires ont été faites par Steven Weinberg. Il a découvert ce qu'on appelle le courant neutre, le principe de l'interaction entre les quarks et les leptons, pour lequel il a reçu le prix Nobel en 1979.
La théorie quantique de Max Planck
Dans les années 1990, le physicien allemand Max Planck commença à étudier le rayonnement thermique et obtint finalement une formule pour la répartition de l'énergie. L'hypothèse quantique, née au cours de ces études, a jeté les bases de la physique quantique, ainsi que de la théorie quantique des champs, découverte en 1900. La théorie quantique de Planck est que dans le rayonnement thermique, l'énergie produite n'est pas émise et absorbée de manière constante, mais de manière épisodique et quantique. L'année 1900, grâce à cette découverte faite par Max Planck, devient l'année de la naissance de la mécanique quantique. Il convient également de mentionner la formule de Planck. En bref, son essence est la suivante : elle repose sur la relation entre la température corporelle et son rayonnement.
Théorie de la mécanique quantique de la structure atomique
La théorie de la mécanique quantique de la structure atomique est l'une des théories fondamentales des concepts de la physique quantique et de la physique en général. Cette théorie nous permet de comprendre la structure de toutes les choses matérielles et lève le voile du secret sur la composition réelle des choses. Et les conclusions fondées sur cette théorie sont assez inattendues. Considérons brièvement la structure de l'atome. Alors, de quoi est réellement constitué un atome ? Un atome est constitué d'un noyau et d'un nuage d'électrons. La base d'un atome, son noyau, contient presque toute la masse de l'atome lui-même, soit plus de 99 pour cent. Le noyau a toujours une charge positive et il détermine élément chimique, dont l’atome fait partie. La chose la plus intéressante à propos du noyau d'un atome est qu'il contient presque toute la masse de l'atome, mais n'occupe en même temps qu'un dix millième de son volume. Qu’est-ce qui en découle ? Et la conclusion qui en ressort est assez inattendue. Cela signifie qu’il n’y a qu’un dix millième de la substance dense dans un atome. Et qu’est-ce qui occupe tout le reste ? Et tout le reste dans l’atome est un nuage d’électrons.
Un nuage électronique n’est pas une substance permanente ni même matérielle. Un nuage d’électrons n’est que la probabilité que des électrons apparaissent dans un atome. Autrement dit, le noyau n'occupe qu'un dix millième dans l'atome et le reste est du vide. Et si l'on considère que tous les objets qui nous entourent, depuis les grains de poussière jusqu'aux corps célestes, les planètes et les étoiles sont constituées d’atomes, il s’avère que tout ce qui est matériel est en réalité vide à plus de 99 %. Cette théorie semble tout à fait incroyable, et son auteur, pour le moins, se trompe, car les choses qui existent autour ont une consistance solide, ont du poids et peuvent être touchées. Comment peut-il être constitué de vide ? Une erreur s’est-elle glissée dans cette théorie de la structure de la matière ? Mais il n’y a pas d’erreur ici.
Toutes les choses matérielles semblent denses uniquement en raison de l’interaction entre les atomes. Les choses n'ont une consistance solide et dense qu'en raison de l'attraction ou de la répulsion entre les atomes. Cela garantit la densité et la dureté du réseau cristallin des substances chimiques, à partir duquel tout matériau est constitué. Mais point intéressant, lorsque par exemple les conditions de température changent environnement, les liens entre les atomes, c'est-à-dire leur attraction et leur répulsion, peuvent s'affaiblir, ce qui conduit à un affaiblissement du réseau cristallin et même à sa destruction. Ceci explique le changement des propriétés physiques des substances lorsqu'elles sont chauffées. Par exemple, lorsque le fer est chauffé, il devient liquide et peut prendre n’importe quelle forme. Et lorsque la glace fond, la destruction du réseau cristallin entraîne un changement d'état de la substance, et de solide, elle se transforme en liquide. Ce sont des exemples clairs d’affaiblissement des liaisons entre atomes et, par conséquent, d’affaiblissement ou de destruction du réseau cristallin, et permettent à la substance de devenir amorphe. Et la raison de ces métamorphoses mystérieuses est précisément que les substances ne sont constituées que d'un dix millième de matière dense, et le reste est du vide.
Et les substances semblent solides uniquement à cause des liens forts entre les atomes ; lorsqu'ils s'affaiblissent, la substance change. Ainsi, la théorie quantique de la structure atomique nous permet de regarder le monde qui nous entoure d’une manière complètement différente.
Le fondateur de la théorie atomique, Niels Bohr, a avancé un concept intéressant selon lequel les électrons d'un atome n'émettent pas d'énergie en permanence, mais seulement au moment de la transition entre les trajectoires de leur mouvement. La théorie de Bohr a contribué à expliquer de nombreux processus intra-atomiques et a également permis des percées dans le domaine scientifique tel que la chimie, expliquant les limites du tableau créé par Mendeleïev. Selon , le dernier élément capable d'exister dans le temps et l'espace a un numéro de série de cent trente-sept, et les éléments commençant à cent trente-huit ne peuvent pas exister, car leur existence contredit la théorie de la relativité. En outre, la théorie de Bohr expliquait la nature d'un phénomène physique tel que le spectre atomique.
Ce sont les spectres d’interaction des atomes libres qui apparaissent lorsque de l’énergie est émise entre eux. De tels phénomènes sont caractéristiques des substances gazeuses, vaporeuses et des substances à l'état plasma. Ainsi, la théorie quantique a révolutionné le monde de la physique et a permis aux scientifiques de progresser non seulement dans le domaine de cette science, mais également dans le domaine de nombreuses sciences connexes : chimie, thermodynamique, optique et philosophie. Et a également permis à l’humanité de pénétrer dans les secrets de la nature des choses.
Il y a encore beaucoup de choses que l’humanité doit réfléchir dans sa conscience afin de comprendre la nature des atomes et de comprendre les principes de leur comportement et de leur interaction. Après avoir compris cela, nous serons en mesure de comprendre la nature du monde qui nous entoure, car tout ce qui nous entoure, des grains de poussière au soleil lui-même, et nous-mêmes, est constitué d'atomes dont la nature est mystérieuse et étonnante. et cache bien des secrets.
