6 Tények kvantumfizika
6 tényeket kvantumfizika
Felkészületlen hallgató kvantumfizika ijeszt eleje óta társkereső. Ez egy furcsa és logikátlan, sőt a fizikusok számára, akik foglalkoznak vele minden nap. De ez nem érthetetlen. Ha érdekel a kvantumfizika, sőt, van hat kulcsfontosságú fogalmak belőle, ami szükséges szem előtt tartani. Nem, nem sok közük van a kvantum jelenségek. És ez nem gondolta kísérletek. Csak csomagolja őket a fejüket, és a kvantumfizika sokkal könnyebb lesz megérteni.
Minden készült hullámok -, valamint a részecskék
Sok helyen a kezdéshez ezt a vitát, és ez olyan jó, mint a többiek: mindent az univerzumban egyaránt természete részecskék és hullámok. Ha lehetne mondani a varázsa ennek: „Mindez hullám, és csak a hullámok”, hogy csodálatos lenne költői kvantumfizika. Tény, hogy minden a világegyetemben van egy hullám természetű.
Természetesen, mint minden az univerzumban a természet a részecskéket. Ez furcsán hangzik, de ez kísérleti tény.
Ez a „harmadik” jellegét kvantum objektum tükröződik a néha zavaró nyelvén fizikusok akik megvitatják a kvantum jelenségek. A Higgs-bozon fedezték fel a Large Hadron Collider, mint egy részecske, de akkor valószínűleg hallott az „Higgs mező”, mint delokalizált dolog, hogy kitölti az egész teret. Ez azért van, mert bizonyos körülmények között, mint például a kísérletek ütközés részecskék megfelelőbb megvitatása a gerjesztési Higgs mező, ahelyett, meghatározzák a jellemzőket a részecskék, míg más körülmények között, például az általános vita, hogy miért egyes részecskék tömege több, megfelelő megvitatása a fizika szempontjából interakció a kvantum területén egyetemes léptékű. Ez csak egy másik nyelvet, leírja ugyanazt a matematikai objektumok.
A kvantumfizika diszkrét
Mind a nevét a fizika - a „Quantum” származik a latin „mennyi”, és azt a tényt tükrözi, hogy a kvantum modellek minden esetben tartalmazzák az valami jön diszkrét mennyiségben. Az energia, amely a kvantum mező jön többszöröse néhány alapvető energia. A fény társított frekvencia és hullámhossz a fény - a fényt egy rövid nagyfrekvenciás hullámot nagy jellemző energiával, mivel az alacsony frekvenciájú fény hullámhossza jellemző alacsony energia.
Mindkét esetben a teljes energia, amely egy külön fény mező, az egész számú többszöröse ezt az energiát - az 1., 2., 14., 137-szor - anélkül, hogy látta furcsa fél részvények, „pi” vagy négyzetgyök kettő. Ez a tulajdonság is megfigyelhető a diszkrét energiaszintek az atomok, és a fajlagos energiafelhasználás szalagok - néhány mennyiségű energiák engedélyezettek, mások nem. Atomórák működnek önállóságának köszönhetően a kvantumfizika, a gyakoriság fény társított kettő közötti átmenet megengedett állapotok cézium, amely lehetővé teszi, hogy időt takaríthat meg a szükséges szintet a végrehajtása a „második ugrás”.
Precíziós spektroszkópia is fel lehet használni, hogy keresni dolgokat, mint a sötét anyag, és része a motiváció az alacsony energiájú Intézet alapvető fizika.
Ez nem mindig egyértelmű - még néhány dolog, ami elvileg kvantum, mint feketetest-sugárzás járó folytonos eloszlások. Ha viszont jobban ellenőrzés és összekapcsolásával mély matematikai apparátus kvantumelmélet még inkább bizarr.
A kvantumfizika valószínűségi
Az egyik legcsodálatosabb és (történetileg legalább) ellentmondásos vonatkozásai kvantumfizika, hogy lehetetlen előre megjósolni eredményét egyetlen kísérlet egy kvantum rendszer. Amikor fizika megjósolni a kimenetelét egy adott kísérletben vesz formájában jóslat valószínűsége, hogy az egyes konkrét eredmények lehetővé, és az összehasonlítást az elmélet és a kísérlet minden esetben tartalmazzák levezethető valószínűségi eloszlása számos ismételt kísérletek.
A matematikai leírása egy kvantum rendszer általában formáját ölti a „hullámfüggvény”, bemutatva a görög bükk psi egyenletek. Sok vita van arról, hogy mi is pontosan a hullámfüggvény, és osztoztak a fizikusok két táborra: azok, akik a hullám funkciója valós fizikai dolog (ontikus elmélet), és azok, akik úgy vélik, hogy a hullámfüggvény tisztán kifejezése tudásunk (vagy annak hiánya), függetlenül attól, az alapbetegség az egyes kvantum objektum (episztemikus elméleti).
Minden osztályban, az alapvető modellje a valószínűsége, hogy az eredmény nem az határozza meg a hullám funkció közvetlenül, és a tér a hullámfüggvény (durván szólva, minden van, a hullám funkció - egy komplex matematikai objektum (és ezért magában foglalja a képzetes számok, mint a négyzetgyök vagy negatív verzió) és részesülő tevékenységhez talán egy kicsit bonyolultabb, de a „tér a hullámfüggvény” elég, hogy megértsük az alapvető lényege az ötlet). Ez az úgynevezett Born-szabály német fizikus után Max Born, először annak kiszámításához (a lábjegyzetben a 1926), és meglepett sokan csúnya megtestesülése. Aktív munka megpróbálja visszavonni jellemzőbben Borna alapelve; de eddig egyikük sem volt sikeres, bár nála keletkezett nagy érdeklődést a tudomány.
Ez a szempont az elmélet is vezet bennünket, hogy a részecskék tartózkodó számos állam egyszerre. Minden, ami tudjuk megjósolni a valószínűsége, és a mérés, így egy konkrét eredmény mérve a rendszer egy köztes állapot - az állam szuperpozíció, amely tartalmazza az összes lehetséges valószínűsége. De, hogy a rendszer valóban több állam vagy egy ismeretlen - ez attól függ, mit szeretne ontikus vagy ismeretelméleti modell szerint. Mindkettő vezet minket, hogy a következő pontot.
A kvantumfizika nemlokális
Az utolsó nagy hozzájárulása Einstein a fizika nem volt széles körben elismert, mint olyan, főként azért, mert rossz volt. A mű 1935-ben, valamint a fiatal kollégák Boris Podolko és Nathan Rosen (EPR munka), Einstein így tiszta matematikai megfogalmazása annak, ami zavarta egy ideig, amit úgy hívunk „zavart”.
EPR tanulmány amellett érvel, hogy a kvantumfizika elismerte, hogy a rendszerek, amelyekben a méréseket széles körben távoli helyeken, összefüggésbe lehet hozni úgy, hogy az eredmény egy másik meghatározott. Azt állították, hogy ez azt jelenti, hogy a mérést meg kell előre meghatározni bármely közös tényező, mint egyébként szükséges lenne az átvitel eredménye egy mérést, hogy a helyét a többi meghaladó sebességgel a fény sebessége. Következésképpen a kvantumfizika kell hiányosak, közelítését mélyebb elmélet (Theory „rejtett helyi változó”, amelyben az egyes mérési eredmények nem függenek valamit, ami távolabb van a helyszín méreteit, mint fedezheti jel haladási sebessége a fény (helyileg), hanem ez határozza meg néhány tényező közös a két rendszer egy zavaros pár (rejtett változók).
Mindez tartották homályos lábjegyzet több mint 30 éve, mivel úgy tűnt, hogy nem lehet ellenőrizni, de a közép-60s ír fizikus John Bell dolgozott részletesebben a hatását a EPR munkát. Bell azt mutatták, hogy megtalálja körülményeket, amelyek között a kvantummechanika megjósolni a korreláció távoli méréseket, amelyek erősebbek, mint az esetleges elmélet, mint a javasolt E, P és R Kísérletileg igazolt a 70-es John Kloser és Alain Aspect elején 80- x - bebizonyították, hogy ezek a bonyolult rendszerek nem magyarázható semmilyen elmélet potenciálisan helyben rejtett változó.
A leggyakoribb megközelítés megértéséhez ez az eredmény azt feltételezni, hogy a kvantummechanika nem lokális: a mérések egy adott helyen függhet tulajdonságait egy távoli tárgyat, hogy nem lehet megmagyarázni a jelek használatával mozog a fény sebessége. Ez azonban nem teszi lehetővé az információ továbbítására a superluminal sebesség, bár ott már sok próbálkozás, hogy ezt a korlátozást úgy kvantumvéletlenszám nem helységben van.
A kvantumfizika (majdnem mindig) társul egy nagyon kicsi
A kvantumfizika, a híre, furcsa, mert az előrejelzések alapvetően különböznek a hétköznapi tapasztalat. Ez azért van, mert annak hatása a kisebb, annál a tárgy - alig látni a hullám viselkedését részecskék és hogyan csökken hullámhossz növekvő lendületet. A hullámhossza a makroszkopikus tárgy, például egy futó kutya olyan nevetségesen kicsi, hogy ha növeli minden atom egy szobába, hogy a méret a naprendszer, a hossza a kutya hullám lesz akkora, mint egy egyetlen atom ebben a naprendszerben.
Ez azt jelenti, hogy a kvantum jelenségek a legtöbb korlátozódik skálán atomok és alapvető részecskék, tömeg és a gyorsulás, amelyek elég kicsik ahhoz, hogy továbbra is a hullámhossz olyan kicsi, hogy nem lehet közvetlenül megfigyelni. Ugyanakkor a súlya az alkalmazott növelése érdekében a rendszer méretétől, demonstrálva a kvantum hatások.
A kvantumfizika - nem varázslat
Az előző bekezdésben egészen természetesen elvezet minket a következő: bármennyire furcsa kvantumfizika tűnhet, ez nyilvánvalóan nem varázslat. Mit feltételezi, furcsa a szabványok a mindennapi fizikai, de szigorúan csak a jól érthető matematikai szabályok és elvek.
Tehát ha valaki jön hozzád „kvantum” egy ötlet, hogy lehetetlennek tűnik - végtelen energia, mágikus gyógyító erő, lehetetlen térben motorok - akkor majdnem biztosan lehetetlen. Ez nem jelenti azt, hogy nem tudja használni a kvantumfizika csinálni hihetetlen dolgokat: mindig írok a hihetetlen áttörést kvantum jelenségek, és ezek már inkább meglepett az emberiség, ez csak azt jelenti, hogy nem megy ki a határokat a termodinamika és a józan ész .
Ha a fenti pontok akkor úgy tűnik, egy kicsit, úgy, hogy egy hasznos kiindulópont a további vitát.