TEORIA CUANTICE
TEORIA CUANTICE
teorie, ale cărei baze au fost puse în 1900 de către fizicianul Max Planck. Conform acestei teorii, atomii emit sau primesc întotdeauna energie de radiație doar în porțiuni, discontinuu, și anume în anumite cuante (quante de energie), a căror valoare energetică este egală cu frecvența de oscilație (viteza luminii împărțită la lungimea de undă) a tipul corespunzător de radiație, înmulțit cu acțiunea Planck (vezi . Constanta, Microfizica, si de asemenea mecanica cuantică). Teoria cuantică a fost pusă (de Einstein) ca bază pentru teoria cuantică a luminii (teoria corpusculară a luminii), conform căreia lumina constă și în cuante care se mișcă cu viteza luminii (quante de lumină, fotoni).
Dicţionar Enciclopedic Filosofic. 2010 .
Vezi ce este „TEORIA CANTUMĂ” în alte dicționare:
Are următoarele subsecțiuni (lista este incompletă): Mecanica cuantică Teoria cuantică algebrică Teoria câmpului cuantic Electrodinamica cuantică Cromodinamica cuantică Termodinamica cuantică Gravitația cuantică Teoria superstringurilor Vezi și... ... Wikipedia
TEORIA CUANTICA, o teorie care, in combinatie cu teoria RELATIVITATII, a stat la baza dezvoltarii fizicii de-a lungul secolului al XX-lea. Descrie relația dintre MATERIE și ENERGIE la nivel de PARTICILE ELEMENTARE sau subatomice, precum și... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic
teoria cuantică- O altă modalitate de cercetare este studierea interacțiunii materiei și radiațiilor. Termenul „cuantic” este asociat cu numele lui M. Planck (1858 1947). Aceasta este problema corpului negru (rezumat concept matematic pentru a desemna un obiect care acumulează toată energia... Filosofia occidentală de la origini până în zilele noastre
Unește mecanica cuantică, statistica cuantică și teoria cuantică a câmpurilor... Dicţionar enciclopedic mare
Combină mecanica cuantică, statistica cuantică și teoria cuantică a câmpurilor. * * * TEORIA CANTUMĂ TEORIA CANTUMĂ combină mecanica cuantică (vezi MECANICA CUANTĂ), statistica cuantică (vezi STATISTICA CUANTĂ) și teoria cuantică a câmpurilor... ... Dicţionar enciclopedic
teoria cuantică- kvantinė teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. teoria cuantică vok. Quantentheorie, f rus. teoria cuantică, f pranc. théorie des quanta, f; théorie quantique, f … Fizikos terminų žodynas
Fiz. o teorie care combină mecanica cuantică, statistica cuantică și teoria cuantică a câmpurilor. Totul se bazează pe ideea unei structuri discrete (discontinue) de radiații. Conform teoriei cuantice, orice sistem atomic poate fi localizat în anumite... ... Știința naturii. Dicţionar enciclopedic
Teoria cuantică a câmpurilor teoria cuantică a sistemelor cu număr infinit grade de libertate (câmpuri fizice (vezi Câmpuri fizice)). Qt.p., care a apărut ca o generalizare a mecanicii cuantice (vezi mecanica cuantică) în legătură cu problema descrierii... ... Marea Enciclopedie Sovietică
- (QFT), cuantică relativistă. teoria fizicii sisteme cu un număr infinit de grade de libertate. Un exemplu de astfel de sistem electric. mag. câmp, pentru o descriere completă a căruia în orice moment este necesară setarea intensităților electrice. și mag. câmpuri în fiecare punct... Enciclopedie fizică
TEORIA CÂMPURILOR CUANTICE. Cuprins: 1. Câmpuri cuantice................. 3002. Câmpuri libere și dualism undă-particulă.................... 3013. Interacțiunea dintre câmpuri .......3024. Teoria perturbației............... 3035. Divergențele și... ... Enciclopedie fizică
Cărți
- Teoria cuantică
- Teoria cuantică, Bohm D.. Cartea prezintă în mod sistematic mecanica cuantică non-relativista. Autorul analizează în detaliu conținutul fizic și examinează în detaliu aparatul matematic al unuia dintre cele mai importante...
- Teoria cuantică a câmpului Apariția și dezvoltarea Cunoașterea cu una dintre cele mai matematizate și abstracte teorii fizice Numărul 124, Grigoriev V. Teoria cuantică este cea mai generală și mai profundă dintre teoriile fizice ale timpului nostru. Despre cum s-au schimbat ideile fizice despre materie, cum a apărut mecanica cuantică și apoi mecanica cuantică...
Principiile de bază ale teoriei câmpurilor cuantice: 1). Stare de vid. Mecanica cuantică nerelativista ne permite să studiem comportamentul unui număr constant de particule elementare. Teoria câmpului cuantic ia în considerare nașterea și absorbția sau distrugerea particulelor elementare. Prin urmare, teoria cuantică a câmpului conține doi operatori: operatorul de creare și operatorul de anihilare a particulelor elementare. Conform teoriei cuantice a câmpului, o stare în care nu există nici câmp, nici particule este imposibilă. Vidul este un câmp în starea sa de cea mai scăzută energie. Vidul este caracterizat nu de particule independente, observabile, ci de particule virtuale care apar și apoi dispar după un timp. 2.) Mecanismul virtual de interacțiune a particulelor elementare. Particulele elementare interacționează între ele ca rezultat al câmpurilor, dar dacă o particulă nu își modifică parametrii, ea nu poate emite sau absorbi un cuantum real de interacțiune, astfel de energie și impuls și pentru un astfel de timp și distanță, care sunt determinate de relaţii ∆E∙∆t≥ħ, ∆рх∙∆х≥ħ( constantă cuantică) relaţie de incertitudine. Natura particulelor virtuale este de așa natură încât apar după un timp, dispar sau sunt absorbite. Amer. Fizicianul Feynman a dezvoltat o modalitate grafică de a descrie interacțiunea particulelor elementare cu cuante virtuale:
Emisia și absorbția unui cuantum virtual al unei particule libere
Interacțiunea a două elemente. particule prin intermediul unei cuante virtuale.
Interacțiunea a două elemente. particule prin intermediul a două cuantice virtuale.
Pe datele din fig. Grafic o imagine a particulelor, dar nu a traiectoriilor lor.
3.)
Spinul este cea mai importantă caracteristică a obiectelor cuantice. Acesta este momentul unghiular propriu al particulei, iar dacă momentul unghiular al vârfului coincide cu direcția axei de rotație, atunci spinul nu determină nicio direcție preferată specifică. Spinul stabilește direcția, dar într-o manieră probabilistică. Spin-ul există într-o formă care nu poate fi vizualizată. Spinul se notează s=I∙ħ, iar I ia atât valori întregi I=0,1,2,..., cât și valori semi-numerice I = ½, 3/2, 5/2,. .. În fizica clasică, particulele identice nu sunt diferite spațial, deoarece ocupă aceeași regiune a spațiului, probabilitatea de a găsi o particulă în orice regiune a spațiului este determinată de pătratul modulului funcției de undă. Funcția de undă ψ este o caracteristică a tuturor particulelor. .
corespunde simetriei funcțiilor de undă, când particulele 1 și 2 sunt identice și stările lor sunt aceleași. 
cazul antisimetriei funcțiilor de undă, când particulele 1 și 2 sunt identice între ele, dar diferă în unul dintre parametrii cuantici. De exemplu: rotire. Conform principiului de excludere Paul, particulele cu spin semiîntreg nu pot fi în aceeași stare. Acest principiu ne permite să descriem structura învelișurilor electronice ale atomilor și moleculelor. Acele particule care au spin întreg sunt numite bozoni. I =0 pentru mezonii Pi; I = 1 pentru fotoni; I = 2 pentru gravitoni. Se numesc particule cu spin seminumeric fermioni. Pentru un electron, pozitron, neutron, proton I = ½. 4)
Spin izotopic. Masa unui neutron este cu doar 0,1% mai mare decât masa unui proton dacă abstractăm (ignorăm) sarcina electrică, atunci aceste două particule pot fi considerate două stări ale aceleiași particule, nucleonul; În mod similar, există mezoni, dar acestea nu sunt trei particule independente, ci trei stări ale aceleiași particule, care sunt pur și simplu numite Pi - mezon. Pentru a lua în considerare complexitatea sau multiplicitatea particulelor, se introduce un parametru numit spin izotopic. Se determină din formula n = 2I+1, unde n este numărul de stări ale particulelor, de exemplu pentru un nucleon n=2, I=1/2. Proiecția isospin este desemnată Iз = -1/2; Iз = ½, adică un proton și un neutron formează un dublet izotopic. Pentru mezonii Pi, numărul de stări = 3, adică n=3, I =1, Iз=-1, Iз=0, Iз=1. 5)
Clasificarea particulelor: cea mai importantă caracteristică a particulelor elementare este masa de repaus, pe această bază, particulele sunt împărțite în barioni (trans. grele), mezoni (din greacă: mediu), leptoni (din greacă: ușoare). Conform principiului interacțiunii, barionii și mezonii aparțin și ei clasei hadronilor (din grecescul puternic), deoarece aceste particule participă la interacțiunea puternică. Barionii includ: protoni, neutroni, hiperoni, dintre aceste particule, doar protonul este stabil, toți barionii sunt fermioni, mezonii sunt bozoni, sunt particule instabile, participă la toate tipurile de interacțiuni, la fel ca barionii, leptonii includ: electroni, neutroni, aceste particule sunt fermioni și nu participă la interacțiuni puternice. Se remarcă în special fotonul, care nu aparține leptonilor și nici nu aparține clasei hadronilor. Spinul său = 1 și masa în repaus = 0. Uneori, cuantele de interacțiune sunt clasificate într-o clasă specială, mezonul este o cuantă de interacțiune slabă, iar gluonul este o cuantă de interacțiune gravitațională. Uneori, quarcii sunt clasificați într-o clasă specială, având o sarcină electrică fracțională egală cu 1/3 sau 2/3 din sarcina electrică. 6)
Tipuri de interacțiune. În 1865 a fost creată teoria câmp electromagnetic(Maxwell). În 1915, teoria câmpului gravitațional a fost creată de Einstein. Descoperirea interacțiunilor puternice și slabe datează din prima treime a secolului XX. Nucleonii sunt strâns legați împreună în nucleu prin interacțiuni puternice, care sunt numite puternice. În 1934, Fermet a creat prima teorie a interacțiunilor slabe care a fost suficient de adecvată cercetării experimentale. Această teorie a apărut după descoperirea radioactivității, a fost necesar să presupunem că interacțiunile minore apar în nucleele unui atom, care duc la dezintegrarea spontană a elementelor chimice grele, cum ar fi uraniul, și sunt emise raze. Un exemplu izbitor de interacțiuni slabe este pătrunderea particulelor de neutroni prin pământ, în timp ce neutronii au o capacitate de penetrare mult mai modestă ei sunt reținuți de o foaie de plumb grosime de câțiva centimetri; Puternic: electromagnetic. Slab: gravitațional = 1: 10-2: 10-10: 10-38. Diferența dintre electromagnetice și gravitaționale Interacțiunile sunt că scad ușor odată cu creșterea distanței. Interacțiunile puternice și slabe sunt limitate la distanțe foarte mici: 10-16 cm pentru cei slabi, 10-13 cm pentru cei puternici. Dar la distanta< 10-16 см слабые взаимодействия уже не являются малоинтенсивными, на расстоянии 10-8 см господствуют forte electromagnetice. Hadronii interacționează folosind quarci. Purtătorii interacțiunii dintre quarci sunt gluonii. Interacțiunile puternice apar la distanțe de 10-13 cm, adică gluonii sunt la distanță scurtă și sunt capabili să atingă astfel de distanțe. Interacțiunile slabe sunt efectuate folosind câmpuri Higgs, atunci când interacțiunea este transferată folosind cuante, care se numesc bozoni W+, W- -, precum și bozoni neutri Z0 - (1983). 7)
Fisiune și fuziune nuclee atomice. Nucleele atomilor sunt formate din protoni, care sunt notați cu Z și neutronii cu N, numărul total de nucleoni este notat cu litera - A. A = Z + N. Pentru a elimina un nucleon dintr-un nucleu, este necesar să se cheltuiască energie, prin urmare masa și energia totală a nucleului este mai mică decât suma fundului și energiilor tuturor componentelor sale. Diferența de energie se numește energie de legare: Eb=(Zmp+Nmn-M)c2 energia de legare a nucleonilor din nucleu – Eb. Energia de legare care trece pe nucleon se numește energie de legare specifică (Eb/A). Energia specifică de legare atinge valoarea maximă pentru nucleele atomilor de fier. În elementele care urmează fierului se produce o creștere a nucleonilor, iar fiecare nucleon capătă din ce în ce mai mulți vecini. Interacțiunile puternice sunt pe distanță scurtă, ceea ce duce la faptul că, odată cu creșterea nucleonilor și cu o creștere semnificativă a nucleonilor, substanțele chimice elementul tinde să se descompună (radioactivitate naturală). Să notăm reacțiile în care se eliberează energie: 1. În timpul fisiunii nucleelor cu un număr mare de nucleoni: n+U235→ U236→139La+95Mo+2n un neutron care se mișcă lent este absorbit de U235 (uraniu), rezultând formarea U236, care este împărțit în 2 nuclee La(laptam) și Mo(molibden), care zboară la se formează viteze mari și 2 neutroni, care pot provoca 2 astfel de reacții. Reacţia capătă un caracter în lanţ astfel încât masa combustibilului iniţial atinge o masă critică.2. Reacția de fuziune a nucleelor ușoare.d2+d=3H+n, dacă oamenii ar fi capabili să asigure fuziunea stabilă a nucleelor, s-ar salva de problemele energetice. Deuteriul conținut în apa oceanului este o sursă inepuizabilă de ieftine combustibil nuclear, iar sinteza elementelor ușoare nu este însoțită de fenomene radioactive intense, ca în timpul fisiunii nucleelor de uraniu.
Nu sfătuiesc pe nimeni care este interesat de această problemă să consulte Wikipedia.
Ce lucruri bune vom citi acolo? Wikipedia notează că „teoria câmpului cuantic” este „o ramură a fizicii care studiază comportamentul sistemelor cuantice cu un număr infinit de grade de libertate - câmpuri cuantice (sau cuantizate); este baza teoretica descrieri ale microparticulelor, interacțiunile și transformările lor.”
1. Teoria câmpului cuantic: Prima înșelăciune. A studia înseamnă, orice ai spune, a primi și a asimila informații care au fost deja culese de alți oameni de știință. Poate că au vrut să spună „cercetare”?
2. Teoria câmpului cuantic: A doua înșelăciune. La nesfârșit număr mare Nu există grade de libertate în niciun exemplu teoretic al acestei teorii și nu poate exista. Trecerea de la un număr finit de grade de libertate la un număr infinit ar trebui să fie însoțită de exemple nu numai cantitative, ci și calitative. Oamenii de știință fac adesea generalizări de următoarea formă: „Luați în considerare N = 2, după care putem generaliza cu ușurință la N = infinit.” Mai mult, de regulă, dacă autorul a rezolvat (sau aproape a rezolvat) problema pentru N=2, i se pare că a realizat cel mai dificil lucru.
3. Teoria câmpului cuantic: A treia înșelăciune. „Câmpul cuantic” și „câmpul cuantizat” sunt două diferențe mari. Ca între o femeie frumoasă și o femeie înfrumusețată.
4. Teoria câmpului cuantic: A patra înșelăciune. Despre transformarea microparticulelor. O altă greșeală teoretică.
5. Teoria câmpului cuantic: A cincea înșelăciune. Fizica particulelor ca atare nu este știință, ci șamanism.
Citiți mai departe.
„Teoria câmpului cuantic este singura teorie verificată experimental capabilă să descrie și să prezică comportamentul particulelor elementare la energii înalte (adică la energii semnificativ mai mari decât energia lor de repaus).”
6. Teoria câmpului cuantic: A șasea înșelăciune. Teoria cuantică a câmpului nu a fost confirmată experimental.
7. Teoria câmpului cuantic: A șaptea înșelăciune. Există teorii care sunt mai consistente cu datele experimentale și, în raport cu acestea, putem spune la fel de „rezonabil” că sunt confirmate de date experimentale. În consecință, teoria cuantică a câmpului nu este „singura” dintre teoriile „confirmate”.
8. Teoria câmpului cuantic: A opta înșelăciune. Teoria cuantică a câmpului nu este capabilă să prezică nimic. Nici un singur rezultat experimental real nu poate fi „confirmat” „după fapt” prin această teorie, cu atât mai puțin că orice ar putea fi calculat a priori cu ajutorul ei. Fizica teoretică modernă în stadiul actual face toate „predicțiile” pe baza tabelelor, spectrelor și materialelor faptice similare cunoscute, care nu au fost încă „coase” în niciun fel de niciuna dintre teoriile acceptate și recunoscute oficial.
9. Teoria câmpului cuantic: A noua înșelăciune. La energii semnificativ mai mari decât energia de repaus, teoria cuantică nu numai că nu dă nimic, dar formularea problemei la astfel de energii este imposibilă în starea actuală fizică. Faptul este că teoria câmpului cuantic, la fel ca teoria câmpului non-cuantică, ca oricare dintre teoriile acceptate în prezent, nu poate răspunde la întrebări simple: „Care este viteza maximă a electronului?” , precum și la întrebarea „Este egal viteza maxima vreo altă particulă?
Teoria relativității a lui Einstein afirmă că viteza maximă a oricărei particule este egală cu viteza luminii în vid, adică această viteză nu poate fi atinsă. Dar în acest caz, întrebarea este valabilă: „Ce viteză poate fi atinsă?”
Nu există niciun răspuns. Deoarece afirmația Teoriei relativității nu este adevărată și s-a obținut din premise incorecte, calcule matematice incorecte bazate pe idei eronate despre admisibilitatea transformărilor neliniare.
Apropo, nu citi deloc Wikipedia. Nu. Sfatul meu pentru tine.
RĂSPUNS PIROTEHNICIANULUI
În acest context particular, am scris că descrierea TEORIEI CÂMPURILOR CUANTICE ÎN WIKIPEDIA ESTE O ÎNCĂLERE.
Concluzia mea din articol: „Nu citi Wikipedia. Nu. Sfatul meu pentru tine.”
Cum ați ajuns la concluzia că „nu-mi plac oamenii de știință” pe baza negării mele a naturii științifice a unor articole Wikipedia?
Apropo, nu am susținut niciodată că „Teoria câmpului cuantic este o farsă”.
Exact opusul. Teoria cuantică a câmpului este o teorie bazată pe experiment, care, în mod natural, nu este la fel de lipsită de sens precum Relativitatea Specială sau Generală.
DAR TOTUSI - teoria cuantica este EROALA IN PARTE A POSTULAREA acelor fenomene care POT FI DERIVATE CA CONSECINTE.
Natura cuantică (cuantizată - mai precis și mai corect) a radiației corpurilor fierbinți este determinată nu de natura cuantică a câmpului ca atare, ci de natura discretă a generării impulsurilor oscilatorii, adică NUMĂRUL NUMĂRĂBIL DE ELECTRONI. TRANZIȚII de la o orbită la alta - pe de o parte, și DIFERENȚA FIXĂ DE ENERGIE a diferitelor orbite.
Diferența fixă este determinată de proprietățile mișcărilor electronilor în atomi și molecule.
Aceste proprietăți ar trebui studiate folosind aparatul matematic al sistemelor dinamice închise.
Am facut.
Vezi articolele la final.
Am arătat că STABILITATEA ORBITELOR ELECTRONILOR poate fi explicată din electrodinamica obișnuită, ținând cont de viteza limitată a câmpului electromagnetic. Din aceleași condiții, se pot prezice teoretic dimensiunile geometrice ale atomului de hidrogen.
Diametrul exterior maxim al unui atom de hidrogen este definit ca dublul razei, iar raza corespunde energiei potentiale a electronului, care este egala cu energia cinetica calculata din relatia E=mc^2/2 (em-ce- pătrat-jumătate).
1. Bugrov S.V., Zhmud V.A. Modelarea mișcărilor neliniare în probleme dinamice de fizică // Culegere de lucrări științifice a NSTU. Novosibirsk 2009. 1(55). pp. 121 – 126.
2. Zhmud V.A., Bugrov S.V. Modelarea mișcărilor electronilor în interiorul atomului pe baza fizicii non-cuantice. // Proceedings of the 18th IASTED International Conference “Applied Simulation and Modeling” (ASM 2009). Sept. 7-9, 2009. Palma de Mallorka, Spania. P.17 – 23.
3. Zhmud V.A. Justificarea abordării non-relativiste non-cuantice a modelării mișcării unui electron într-un atom de hidrogen // Colecție de lucrări științifice ale NSTU. Novosibirsk 2009. 3(57). p. 141 – 156.
Apropo, printre posibilele răspunsuri la întrebarea „De ce îți displace atât de mult oamenii de știință?”
PENTRU că ador știința.
Glume deoparte: oamenii de știință nu ar trebui să lupte pentru iubire sau non-dragoste. Ei trebuie să lupte pentru adevăr. „Iubesc cu mintea mea” pe cei care se străduiesc pentru adevăr, indiferent dacă sunt oameni de știință sau nu. Adică AM APROBAT. Nu de asta iubesc cu inima. Nu pentru căutarea adevărului. Einstein a luptat pentru adevăr, dar nu întotdeauna, nu peste tot. De îndată ce a ales să se străduiască să demonstreze infailibilitatea teoriei sale, a uitat complet de adevăr. După aceea, ca om de știință, a dispărut destul de considerabil în ochii mei. Ar fi trebuit să se gândească mai profund la natura gazoasă a lentilelor gravitaționale, la natura „poștală” a întârzierii informațiilor - nu judecăm ora plecării lor după datele de sosire pe scrisori! Aceste două întâlniri sunt întotdeauna diferite. Nu le identificăm. Atunci de ce ar trebui să identificăm timpul perceput, viteza percepută etc., cu timpul real, viteza etc.?
Despre faptul că nu-mi plac cititorii? Buna ziua! Încerc să le deschid ochii. Asta nu este să iubești?
Îmi plac chiar și recenzenții care obiectează. Mai mult, îi iubesc mai ales pe cei care obiectează în mod rezonabil. Cei care caută să nu obiecteze, ci pur și simplu să nege, să afirme contrariul fără niciun motiv, fără să citească în argumentele mele - pur și simplu îmi pare rău pentru ele.
„De ce scriu o notă despre ceva pe care nici măcar nu au citit?” - Cred că.
În concluzie, o glumă pentru cititorii mei care s-au săturat de discuții lungi.
CUM SE SCRIE UN DISCURS DE NOBEL
1. Obțineți Premiul Nobel.
2. Privește în jurul tău. Veți găsi mulți ajutori voluntari, neplătiți, care ar fi onorați să vă scrie acest discurs.
3. Citiți cele patru opțiuni oferite. Să râzi bine. Scrieți orice - va fi în continuare mai bun decât oricare dintre aceste opțiuni și ele, aceste opțiuni, sunt cu siguranță mai bune decât ceea ce puteți scrie ocolind punctul 1 al acestei secvențe.
Și, cel mai important, refuzăm să observăm că sunt aplicabile doar în unele situații de rutină și pentru explicarea structurii Universului se dovedesc a fi pur și simplu incorecte.
Deși ceva similar a fost exprimat cu secole în urmă de filozofii și misticii orientali, Einstein a fost primul care a vorbit despre asta în știința occidentală. A fost o revoluție pe care conștiința noastră nu a acceptat-o. Cu condescendență repetăm: „totul este relativ”, „timpul și spațiul sunt una”, ținând mereu cont de faptul că aceasta este o presupunere, o abstracție științifică care are puține în comun cu realitatea noastră stabilă obișnuită. De fapt, tocmai ideile noastre sunt slab corelate cu realitatea - uimitoare și incredibile.
După ce structura atomului a fost descoperită în termeni generali și a fost propus modelul său „planetar”, oamenii de știință s-au confruntat cu multe paradoxuri, pentru a explica care a apărut o întreagă ramură a fizicii - mecanica cuantică. S-a dezvoltat rapid și a făcut progrese mari în explicarea Universului. Dar aceste explicații sunt atât de greu de înțeles încât până acum puțini oameni le pot înțelege cel puțin în termeni generali.
Într-adevăr, majoritatea realizărilor mecanicii cuantice sunt însoțite de un aparat matematic atât de complex încât pur și simplu nu poate fi tradus în nicio limbă umană. Matematica, ca și muzica, este un subiect extrem de abstract, iar oamenii de știință încă se luptă să exprime în mod adecvat sensul, de exemplu, al convoluției de funcții sau al seriei Fourier multidimensionale. Limbajul matematicii este strict, dar are puțină legătură cu percepția noastră imediată.
Mai mult, Einstein a arătat matematic că conceptele noastre despre timp și spațiu sunt iluzorii. În realitate, spațiul și timpul sunt inseparabile și formează un continuum unic cu patru dimensiuni. Cu greu este posibil să ne imaginăm, pentru că suntem obișnuiți să ne ocupăm doar de trei dimensiuni.
Teoria planetară. Val sau particulă
Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, atomii erau considerați „elemente” indivizibile. Descoperirea radiațiilor i-a permis lui Rutherford să pătrundă sub „coaja” atomului și să formuleze o teorie planetară a structurii acestuia: cea mai mare parte a atomului este concentrată în nucleu. Sarcina pozitivă a nucleului este compensată de electroni încărcați negativ, ale căror dimensiuni sunt atât de mici încât masa lor poate fi neglijată. Electronii se rotesc în jurul nucleului pe orbite similare cu rotația planetelor în jurul Soarelui. Teoria este foarte frumoasă, dar apar o serie de contradicții.
În primul rând, de ce nu „cad” electronii încărcați negativ pe nucleul pozitiv? În al doilea rând, în natură, atomii se ciocnesc de milioane de ori pe secundă, ceea ce nu le dăunează deloc - cum putem explica puterea uimitoare a întregului sistem? În cuvintele unuia dintre „părinții” mecanicii cuantice, Heisenberg, „niciun sistem planetar care respectă legile mecanicii newtoniene nu va reveni vreodată la starea inițială după o coliziune cu un alt sistem similar”.
În plus, dimensiunile nucleului, în care se colectează aproape toată masa, sunt extrem de mici în comparație cu întregul atom. Putem spune că un atom este un gol în care electronii se rotesc cu o viteză vertiginoasă. În acest caz, un astfel de atom „gol” apare ca o particulă foarte solidă. Explicația acestui fenomen depășește înțelegerea clasică. De fapt, la nivel subatomic, viteza unei particule crește cu cât spațiul în care se mișcă este mai limitat. Deci, cu cât un electron este atras mai aproape de nucleu, cu atât se mișcă mai repede și cu atât este respins de acesta. Viteza de mișcare este atât de mare încât „din exterior” atomul „pare solid”, la fel cum palele unui ventilator care se rotește arată ca un disc.
Datele care nu se potrivesc bine în cadrul abordării clasice au apărut cu mult înaintea lui Einstein. Pentru prima dată a avut loc un astfel de „duel” între Newton și Huygens, care au încercat să explice proprietățile luminii. Newton a susținut că a fost un flux de particule, Huygens a considerat lumina o undă. În cadrul fizicii clasice, este imposibil să-și concilieze pozițiile. La urma urmei, pentru ea, unda este o excitație transmisă a particulelor mediului, un concept aplicabil doar multor obiecte. Niciuna dintre particulele libere nu se poate deplasa de-a lungul unei traiectorii de tip val. Dar un electron se mișcă într-un vid profund, iar mișcările sale sunt descrise de legile mișcării undei. Ce este entuziasmat aici dacă nu există mediu? Fizica cuantică oferă o soluție solomonică: lumina este atât o particulă, cât și o undă.
Nori de electroni probabilistici. Structura nucleară și particulele nucleare
Treptat, a devenit din ce în ce mai clar: rotația electronilor pe orbite în jurul nucleului unui atom este complet diferită de rotația planetelor în jurul unei stele. Având o natură ondulatorie, electronii sunt descriși în termeni de probabilitate. Despre un electron nu putem spune că se află într-un anume punct din spațiu, putem doar descrie aproximativ în ce zone poate fi localizat și cu ce probabilitate. În jurul nucleului, electronii formează „nori” de astfel de probabilități, de la cele mai simple forme sferice la cele foarte bizare, asemănătoare fotografiilor cu fantome.
Dar oricine dorește să înțeleagă în sfârșit structura atomului trebuie să se îndrepte spre baza acestuia, spre structura nucleului. Particulele elementare mari care o alcătuiesc - protoni încărcați pozitiv și neutroni neutri - au, de asemenea, o natură cuantică, ceea ce înseamnă că se mișcă cu cât mai repede, cu atât este mai mic volumul în care sunt închise. Deoarece dimensiunile nucleului sunt extrem de mici chiar și în comparație cu un atom, aceste particule elementare se repezi cu viteze destul de decente, apropiate de viteza luminii. Pentru o explicație finală a structurii și comportamentului lor, va trebui să „încrucișăm” teoria cuantică cu teoria relativității. Din păcate, o astfel de teorie nu a fost încă creată și va trebui să ne limităm la câteva modele general acceptate.
Teoria relativității a arătat (și experimentele au dovedit) că masa este doar o formă de energie. Energia este o cantitate dinamică asociată proceselor sau muncii. Prin urmare, o particulă elementară ar trebui percepută ca o funcție dinamică probabilistică, ca interacțiuni asociate cu transformarea continuă a energiei. Acest lucru oferă un răspuns neașteptat la întrebarea cum sunt particulele elementare elementare și dacă pot fi împărțite în blocuri „și mai simple”. Dacă accelerăm două particule într-un accelerator și apoi ne ciocnim, vom obține nu două, ci trei particule și complet identice. Al treilea va apărea pur și simplu din energia ciocnirii lor - astfel, se vor separa și nu se vor separa în același timp!
Participant în loc de observator
Într-o lume în care conceptele de spațiu gol și materie izolată își pierd sensul, o particulă este descrisă doar prin interacțiunile sale. Pentru a spune ceva despre el, va trebui să-l „smulgem” din interacțiunile inițiale și, după ce l-am pregătit, să-l supunem unei alte interacțiuni - măsurare. Deci, ce măsurăm până la urmă? Și cât de legitime sunt măsurătorile noastre în general dacă intervenția noastră schimbă interacțiunile la care participă particula - și, prin urmare, schimbă particula însăși?
În fizica modernă a particulelor elementare, din ce în ce mai multe critici sunt cauzate... de însăși figura savantului-observator. Ar fi mai potrivit să-l numim „participant”.
Un observator-participant este necesar nu numai pentru a măsura proprietățile unei particule subatomice, ci și pentru a determina tocmai aceste proprietăți, deoarece ele pot fi discutate doar în contextul interacțiunii cu observatorul. Odată ce alege metoda în care va efectua măsurători, și în funcție de aceasta, proprietăți posibile particule. Dacă schimbați sistemul de observare, se vor schimba și proprietățile obiectului observat.
Acest punct important dezvăluie unitatea profundă a tuturor lucrurilor și fenomenelor. Particulele în sine, schimbându-se continuu unele în altele și în alte forme de energie, nu au caracteristici constante sau precise - aceste caracteristici depind de modul în care alegem să le vedem. Dacă trebuie să măsurați o proprietate a unei particule, alta se va schimba cu siguranță. O astfel de limitare nu este legată de imperfecțiunea dispozitivelor sau a altor lucruri complet corectabile. Aceasta este o caracteristică a realității. Încercați să măsurați cu precizie poziția unei particule și nu veți putea spune nimic despre direcția și viteza mișcării sale - pur și simplu pentru că nu le va avea. Descrieți mișcarea exactă a unei particule - nu o veți găsi în spațiu. Astfel, fizica modernă ne confruntă cu probleme de natură complet metafizică.
Principiul incertitudinii. Loc sau impuls, energie sau timp
Am spus deja că nu putem vorbi despre particule subatomice în termenii precisi cu care suntem obișnuiți în lumea cuantică, ne rămâne doar probabilitatea. Acesta, desigur, nu este genul de probabilitate despre care vorbesc oamenii atunci când pariază pe curse de cai, ci o proprietate fundamentală a particulelor elementare. Nu este că ele există, ci mai degrabă pot exista. Nu este că au caracteristici, ci mai degrabă că le pot avea. Din punct de vedere științific, o particulă este un circuit probabilistic dinamic și toate proprietățile sale sunt într-un echilibru în mișcare constantă, echilibrându-se ca Yin și Yang în simbolul chinez antic al Tai Chi.
Nu degeaba laureatul Nobel Niels Bohr, ridicat la rangul de nobilime, a ales tocmai acest semn și motto pentru stema sa: „Opusele se completează reciproc”. Matematic, distribuția de probabilitate reprezintă oscilații inegale ale undelor. Cu cât este mai mare amplitudinea unei unde într-o anumită locație, cu atât este mai mare probabilitatea ca o particule să existe acolo. Mai mult, lungimea sa nu este constantă - distanțele dintre crestele adiacente nu sunt aceleași, iar cu cât amplitudinea undei este mai mare, cu atât diferența dintre ele este mai mare. În timp ce amplitudinea corespunde poziției particulei în spațiu, lungimea de undă este legată de impulsul particulei, adică direcția și viteza mișcării acesteia. Cu cât este mai mare amplitudinea (cu cât particula poate fi localizată mai precis în spațiu), cu atât lungimea de undă devine mai incertă (cu atât se poate spune mai puțin despre impulsul particulei). Dacă putem determina poziția unei particule cu o precizie extremă, aceasta nu va avea deloc un impuls definit.
Această proprietate fundamentală este derivată matematic din proprietățile undelor și se numește principiul incertitudinii. Principiul se aplică și altor caracteristici ale particulelor elementare. O altă astfel de pereche interconectată este energia și timpul proceselor cuantice. Cu cât procesul este mai rapid, cu atât este mai incertă cantitatea de energie implicată în el și invers - energia poate fi caracterizată cu precizie doar pentru un proces de o durată suficientă.
Deci, înțelegem: nimic cert nu poate fi spus despre o particulă. Se mișcă așa, sau nu acolo, sau mai bine zis, nici aici, nici acolo. Caracteristicile sale sunt cutare sau cutare, sau mai bine zis, nu cutare sau cutare. Este aici, dar poate fi acolo, sau poate să nu fie nicăieri. Deci chiar există?
Fizica este cea mai misterioasă dintre toate știința. Fizica ne oferă o înțelegere a lumii din jurul nostru. Legile fizicii sunt absolute și se aplică tuturor fără excepții, indiferent de persoană sau statut social.
Acest articol este destinat persoanelor peste 18 ani
Ai împlinit deja 18 ani?
Descoperiri fundamentale în domeniul fizicii cuantice
Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein și mulți alții sunt marii ghizi ai umanității în lume uimitoare fizicieni care, asemenea profeților, au dezvăluit omenirii cele mai mari secrete ale universului și posibilitățile de a controla fenomenele fizice. Capetele lor strălucitoare au tăiat prin întunericul ignoranței majorității nerezonabile și, ca o stea călăuzitoare, au arătat calea către umanitate în întunericul nopții. Unul dintre astfel de ghiduri în lumea fizicii a fost Max Planck, părintele fizicii cuantice.
Max Planck nu este doar fondatorul fizicii cuantice, ci și autorul celebrei teorii cuantice. Teoria cuantică este cea mai importantă componentă a fizicii cuantice. Cu cuvinte simple, această teorie descrie mișcarea, comportamentul și interacțiunea microparticulelor. Fondatorul fizicii cuantice ne-a adus și multe alte lucrări științifice care au devenit pietrele de temelie ale fizicii moderne:
- teoria radiației termice;
- teoria relativității speciale;
- cercetare în termodinamică;
- cercetare în domeniul opticii.
Teoriile fizicii cuantice despre comportamentul și interacțiunile microparticulelor au devenit baza pentru fizica materiei condensate, fizica particulelor și fizica energiei înalte. Teoria cuantică ne explică esența multor fenomene din lumea noastră - de la funcționarea computerelor electronice până la structura și comportamentul corpurilor cerești. Max Planck, creatorul acestei teorii, datorită descoperirii sale, ne-a permis să înțelegem adevărata esență a multor lucruri la nivelul particulelor elementare. Dar crearea acestei teorii este departe de singurul merit al omului de știință. El a devenit primul care a descoperit legea fundamentală a Universului - legea conservării energiei. Contribuția lui Max Planck la știință este greu de supraestimat. Pe scurt, descoperirile sale sunt de neprețuit pentru fizică, chimie, istorie, metodologie și filozofie.
Teoria câmpului cuantic
Pe scurt, teoria cuantică a câmpului este o teorie pentru descrierea microparticulelor, precum și comportamentul lor în spațiu, interacțiunea între ele și interconversie. Această teorie studiază comportamentul sistemelor cuantice în cadrul așa-numitelor grade de libertate. Acest nume frumos și romantic nu înseamnă nimic pentru mulți dintre noi. Pentru manechine, gradele de libertate sunt numărul de coordonate independente care sunt necesare pentru a indica mișcarea unui sistem mecanic. În termeni simpli, gradele de libertate sunt caracteristici ale mișcării. Descoperiri interesante în domeniul interacțiunii particulelor elementare au fost făcute de Steven Weinberg. A descoperit așa-numitul curent neutru - principiul interacțiunii dintre quarci și leptoni, pentru care a primit Premiul Nobel în 1979.
Teoria cuantică a lui Max Planck
În anii nouăzeci ai secolului al XVIII-lea, fizicianul german Max Planck a început să studieze radiația termică și a obținut în cele din urmă o formulă de distribuție a energiei. Ipoteza cuantică, care a luat naștere în cursul acestor studii, a pus bazele fizicii cuantice, precum și teoria cuantică a câmpului, descoperită în 1900. Teoria cuantică a lui Planck este că în radiația termică energia produsă nu este emisă și absorbită în mod constant, ci episodic, cuantic. Anul 1900, datorită acestei descoperiri făcute de Max Planck, a devenit anul nașterii mecanicii cuantice. Merită menționată și formula lui Planck. Pe scurt, esența sa este următoarea - se bazează pe relația dintre temperatura corpului și radiația sa.
Teoria mecanică cuantică a structurii atomice
Teoria mecanică cuantică a structurii atomice este una dintre teoriile de bază ale conceptelor din fizica cuantică și din fizică în general. Această teorie ne permite să înțelegem structura tuturor lucrurilor materiale și ridică vălul secretului asupra în care constau de fapt lucrurile. Iar concluziile bazate pe această teorie sunt destul de neașteptate. Să luăm în considerare pe scurt structura atomului. Deci, din ce este de fapt format un atom? Un atom este format dintr-un nucleu și un nor de electroni. Baza unui atom, nucleul său, conține aproape întreaga masă a atomului în sine - mai mult de 99 la sută. Nucleul are întotdeauna o sarcină pozitivă și determină element chimic, din care atomul face parte. Cel mai interesant lucru despre nucleul unui atom este că acesta conține aproape întreaga masă a atomului, dar în același timp ocupă doar o zece miimi din volumul său. Ce rezultă din asta? Iar concluzia care se desprinde este destul de neașteptată. Aceasta înseamnă că într-un atom există doar o zece miimi din substanța densă. Și ce ocupă totul? Și orice altceva din atom este un nor de electroni.
Un nor electronic nu este o substanță permanentă și, de fapt, nici măcar materială. Un nor de electroni este doar probabilitatea ca electronii să apară într-un atom. Adică, nucleul ocupă doar o zece miime în atom, iar restul este gol. Și dacă te gândești că toate obiectele din jurul nostru, de la pete de praf până la corpuri cerești, planetele și stelele sunt făcute din atomi, se dovedește că tot materialul este, de fapt, mai mult de 99 la sută gol. Această teorie pare cu totul incredibilă, iar autorul ei, cel puțin, o persoană greșită, pentru că lucrurile care există în jur au o consistență solidă, au greutate și pot fi atinse. Cum poate consta în gol? S-a strecurat o eroare în această teorie a structurii materiei? Dar aici nu există nicio greșeală.
Toate lucrurile materiale par dense doar datorită interacțiunii dintre atomi. Lucrurile au o consistență solidă și densă numai datorită atracției sau respingerii dintre atomi. Acest lucru asigură densitatea și duritatea rețelei cristaline de substanțe chimice, din care constă tot materialul. Dar, un punct interesant, când, de exemplu, condițiile de temperatură se schimbă mediu, se pot slăbi legăturile dintre atomi, adică atracția și repulsia lor, ceea ce duce la o slăbire a rețelei cristaline și chiar la distrugerea acesteia. Aceasta explică modificarea proprietăților fizice ale substanțelor atunci când sunt încălzite. De exemplu, atunci când fierul este încălzit, acesta devine lichid și poate fi modelat în orice formă. Și când gheața se topește, distrugerea rețelei cristaline duce la o schimbare a stării substanței, iar din solid se transformă în lichid. Acestea sunt exemple clare de slăbire a legăturilor dintre atomi și, ca urmare, de slăbire sau distrugere a rețelei cristaline și permit substanței să devină amorfe. Și motivul pentru astfel de metamorfoze misterioase este tocmai faptul că substanțele constau dintr-o zece miimi din materie densă, iar restul este gol.
Iar substanțele par solide doar din cauza legăturilor puternice dintre atomi, atunci când acestea slăbesc, substanța se schimbă. Astfel, teoria cuantică a structurii atomice ne permite să privim lumea din jurul nostru într-un mod complet diferit.
Fondatorul teoriei atomice, Niels Bohr, a propus un concept interesant conform căruia electronii dintr-un atom nu emit energie în mod constant, ci doar în momentul tranziției între traiectoriile mișcării lor. Teoria lui Bohr a ajutat la explicarea multor procese intra-atomice și a făcut, de asemenea, descoperiri în domeniul științei, cum ar fi chimia, explicând limitele tabelului creat de Mendeleev. Potrivit , ultimul element capabil să existe în timp și spațiu are un număr de serie de o sută treizeci și șapte, iar elementele care încep de la o sută treizeci și opt nu pot exista, deoarece existența lor contrazice teoria relativității. De asemenea, teoria lui Bohr a explicat natura unui astfel de fenomen fizic precum spectrele atomice.
Acestea sunt spectrele de interacțiune ale atomilor liberi care apar atunci când se emite energie între ei. Astfel de fenomene sunt caracteristice substanțelor gazoase, vaporoase și substanțelor în stare de plasmă. Astfel, teoria cuantică a făcut o revoluție în lumea fizicii și a permis oamenilor de știință să avanseze nu numai în domeniul acestei științe, ci și în domeniul multor științe conexe: chimie, termodinamică, optică și filozofie. Și, de asemenea, a permis umanității să pătrundă în secretele naturii lucrurilor.
Există încă multe lucruri pe care omenirea trebuie să le răstoarne în conștiința sa pentru a realiza natura atomilor și a înțelege principiile comportamentului și interacțiunii lor. După ce am înțeles acest lucru, vom putea înțelege natura lumii din jurul nostru, pentru că tot ceea ce ne înconjoară, de la bucăți de praf până la soarele însuși, și noi înșine, toți sunt formați din atomi, a căror natură este misterioasă și uimitoare. și ascunde o mulțime de secrete.
