Kvantna fizika je študij vedenja zadeva in energija na molekularni, atomski, jedrski in še manjši mikroskopski ravni. V začetku 20. stoletja so znanstveniki odkrili, da zakoni, ki urejajo makroskopske predmete, v tako majhnih območjih ne delujejo enako.
Kaj pomeni kvant?
"Kvant" izhaja iz latinskega, kar pomeni "koliko". Nanaša se na diskretne enote snovi in energije, ki jih predvideva in opazuje kvantna fizika. Tudi prostor in čas, ki se zdita izredno neprekinjena, imata najmanjše možne vrednosti.
Kdo je razvil kvantno mehaniko?
Ko so znanstveniki pridobili tehnologijo za merjenje z večjo natančnostjo, so opazili nenavadne pojave. Rojstvo kvantne fizike je pripisano dokumentu Maxa Plancka iz leta 1900 o sevanju črnega telesa. Razvoj področja je opravil leta 2003 Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger in drugi svetlobni liki na terenu. Ironično je, da je imel Albert Einstein resne teoretične težave s kvantno mehaniko in ga je dolga leta skušal oporekati ali spremeniti.
Kaj je posebnega pri kvantni fiziki?
V sferi kvantne fizike opazovanje nečesa dejansko vpliva na fizične procese, ki se odvijajo. Svetlobni valovi delujejo kot delci in delci delujejo kot valovi (imenovani dvojnost delcev valov). Snov lahko prehaja z ene točke na drugo, ne da bi se premikala skozi vmešani prostor (imenovan kvantni tuneliranje). Informacije se takoj premaknejo na velike razdalje. V kvantni mehaniki pravzaprav odkrivamo, da je celotno vesolje pravzaprav vrsta verjetnosti. Na srečo se pokvari pri delu z velikimi predmeti, kar dokazuje tudi Schrodingerjeva mačka miselni eksperiment.
Kaj je kvantno zapletanje?
Eden ključnih konceptov je kvantno zapletanje, ki opisuje situacijo, ko je več delcev povezanih tako, da merjenje kvantnega stanja enega delca prav tako omejuje meritve drugih delcev. To je najbolje prikazano s Paradoks EPR. Čeprav je bil prvotno miselni eksperiment, je to zdaj eksperimentalno potrjeno s preizkusi nečesa, znanega kot Bell's Teorem.
Kvantna optika
Kvantna optika je veja kvantne fizike, ki se osredotoča predvsem na vedenje svetlobe ali fotonov. Na ravni kvantne optike vedenje posameznih fotonov vpliva na izhodno svetlobo v nasprotju s klasično optiko, ki jo je razvil sir Isaac Newton. Laserji so ena aplikacija, ki je izšla iz študije kvantne optike.
Kvantna elektrodinamika (QED)
Kvantna elektrodinamika (QED) je študija medsebojnega delovanja elektronov in fotonov. Razvili so jo v poznih 40. letih prejšnjega stoletja Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage in drugi. Napovedi QED glede sipanja fotonov in elektronov so natančne na enajst decimalnih mest.
Enotna teorija polja
Enotna teorija polja je zbirka raziskovalnih poti, s katerimi se poskuša uskladiti kvantna fizika Einsteinova teorija splošne relativnosti, pogosto s poskusom utrditve temeljne sile fizike. Nekatere vrste poenotenih teorij vključujejo (z nekaj prekrivanjem):
- Kvantna gravitacija
- Kvantna gravitacija zanke
- Teorija strun / Superstring Theory / M-teorija
- Velika enotna teorija
- Supersimetrija
- Teorija vsega
Druga imena za kvantno fiziko
Kvantno fiziko včasih imenujemo kvantna mehanika ali kvantna teorija polja. Kot je razloženo zgoraj, ima tudi različna podpolja, ki se včasih uporabljajo zamenljivo s kvantno fiziko, čeprav je kvantna fizika pravzaprav širši izraz za vse te discipline.
Glavne ugotovitve, poskusi in osnovne razlage
Najzgodnejše ugotovitve
- Črno sevanje telesa
- Fotoelektrični učinek
Dvojnost valovnih delcev
- Young-ov eksperiment z dvojnimi režami
- Hipoteza De Broglie
Učinek Comptona
Načelo negotovosti Heisenberga
Vzročnost v kvantni fiziki - miselni eksperimenti in interpretacije
- Kopenhagenska razlaga
- Schrodingerjeva mačka
- Paradoks EPR
- Interpretacija številnih svetov