Čo je kvantová fyzika s jednoduchými slovami. Kvantová fyzika pre figuríny: Essence s jednoduchými slovami

Kvantové mechanické koncepty

Popisy prírody

V istom zmysle moderná fyzika Existuje kvantová fyzika! V podstate je výsledkom "najnovšej revolúcie v prírodnom vede."

Čo študuje kvantová fyzika?

Po prvé, Quantum Fyzika je teória, ktorá opisuje vlastnosti hmoty na mikro-referenčnej úrovni. Skúma zákony pohybu kvantových predmetov, ktoré sa nazývajú aj mikro-prednášky.

Koncepcia mikrokovoru je jedným z hlavných v kvantovej fyzike. Patrí medzi ne molekuly, atómy, atómové jadrá, elementárne častice. Ich charakteristickým znakom je veľmi malé veľkosti - 10 ^--8 cm a menej. Najdôležitejšie charakteristiky mikrojektov zahŕňajú hmotnosť mieru a elektrický náboj. Elektrónová hmota Me \u003d 9,1 · 10 ^ -28 g, Proton má hmotnosť 1836ME, neutrón - 1839ME, MUON - 207ME. Foton a neutrína nemajú mierové masy - je nula. Veľkosť elektrického nabitia akéhokoľvek mikrojektu je viacnásobná hodnota nabíjania elektrónu rovného 1,6 · 10 ^ -19 cl. Spolu s nabitým, neutrálne mikrojekty existujú, z toho je nula. Elektrický náboj komplexného mikrojektu sa rovná algebraickému súčtu obvinení z komponentov jeho častíc. Jednou z najdôležitejších špecifických charakteristík mikropodnikov je rotácia (z anglického slova "rotate"). Hoci sa rotácia je interpretovaná ako krútiaci moment pulzu mikrojektov, ktorý nie je spojený s jeho pohybom ako celkom, neexistuje a nezávislý od vonkajších podmienok, ale nie je možné reprezentovať ako rotačný vrchol. Má čisto kvantovú povahu - v klasickej fyzike nie sú žiadne analógy. Prítomnosť rotácie robí významné vlastnosti v správaní predmetov mikromyru.

Väčšina mikrojektov je nestabilná - spontánne, bez akýchkoľvek účinkov na časť, rozpadať sa, premeniť sa na iných, vrátane elementárnych častíc. Nestabilná je špecifická, ale nie povinná vlastnosť mikrojektov. Spolu s nestabilným, existujú aj stabilné mikrojekty: fotón, elektrón, protón, neutrína, stabilné atómové jadrá, atómy a molekuly sú prevažne stabilné.

Kvantová fyzika je stále teoretická nadácia Moderné vyučovanie o štruktúre a vlastnostiach látky a polí.

Je dôležité pochopiť, že kvantová fyzika nezruší klasický a obsahuje ho ako jeho limitný prípad. Pri pohybe z mikrojektov na konvenčné makroskopické objekty sa jej zákony stanú klasikou, a teda kvantová fyzika stanovila limity použiteľnosti klasickej fyziky. Prechod z klasickej fyziky na Quantum je prechod na hlbšiu úroveň zváženia hmoty.

Kvantová fyzika sa stala základným krokom pri budovaní moderného fyzického obrazu sveta. Umožnila predpovedať a vysvetliť obrovské množstvo rôznych javov - z procesov vyskytujúcich sa v atómoch a atómové jadrána makroskopické účinky v tuhých látkach; Bez nej je to nemožné, ako sa zdá, že sa zdá, že pochopiť pôvod vesmíru. Rozsah kvantovej fyziky je široký - zo základných častíc na priestorové objekty. Bez kvantovej fyziky je nielen prírodná veda nemysliteľná, ale aj moderná technika.

Wikihow pracuje na princípe Wiki, čo znamená, že mnohé z našich článkov napísali niekoľko autorov. Pri vytváraní tohto článku o jeho úpravách a zlepšovaní pracovali, vrátane anonymných, 11 ľudí (A).

Quantum Fyzika (je to kvantová teória alebo kvantový mechanik) - to je samostatný smer fyziky, ktorý sa zaoberá opisom správania a interakcie hmoty a energie na úrovni elementárnych častíc, fotónov a niektorých materiálov Nízke teploty. Kvantové pole je definované ako "akcia" (alebo v niektorých prípadoch uhlové hybnosti) častíc, ktoré sú vo veľkosti v medziach malej fyzickej konštanty, ktorá sa nazýva konštantná doska.

Kroky

tRVALÝ PLANCK

Začnite so štúdiou fyzickej koncepcie konštantnej dosky. V kvantovej mechanike je konštantná doska kvantovaná akcia, označovaná ako h.. Podobne pre interakciu elementárnych častíc, Quantum moment impulzu - Toto je znížená línia popruhu (trvalý popruh rozdelený 2 π) je indikovaný ako ħ A nazývaný "H s funkciou." Hodnota konštantnej dosky je mimoriadne malá, kombinuje momenty impulzu a označenie činností, ktoré majú všeobecnejší matematický koncept. názov kvantová mechanika To znamená, že niektoré fyzické množstvá, ako je moment impulzov diskrétny, nie kontinuálne ( cm. Analógový).

• Napríklad moment elektrónového pulzu pripojeného k atómu alebo molekulu sa kvantifikuje a môže mať len hodnoty násobku vyššie uvedenej konštantnej dosky. Táto kvantizácia zvyšuje elektrónový orbitálny na sérii celého primárneho kvantového čísla. Naproti tomu moment impulzu neprepojených elektrónov, ktorý sa nachádza v blízkosti, nie je kvantifikovaný. Konštantná doska sa používa aj v kvantovej teórii svetla, kde svetlo Quantum je fotón, a záležitosť interaguje s energiou prechodom elektrónov medzi atómami alebo "kvantovým skokom" pridruženého elektrónu.
• Jednotky konštantnej dosky môžu byť tiež považované za čas energie. Napríklad v oblasti fyziky základnej častíc sú virtuálne častice reprezentované ako hmotnosť častíc, ktoré spontánne vznikajú z vákua vo veľmi malej oblasti a zohrávajú úlohu v ich interakcii. Limit života týchto virtuálnych častíc je energia (hmotnosť) každej častice. Kvantová mechanika má veľký predmet, ale v každej matematickej časti je konštantná doska.

1. Ďalšie informácie o ťažkých časticiach. Ťažké častice prechádzajú z klasiky na prechod kvantového energetického prechodu. Aj keď voľný elektrón, ktorý má nejaké kvantové vlastnosti (ako je rotácia), ako neviazaný elektrón, sa približuje k atómu a spomaľuje (prípadne kvôli emitovaniu fotónov), pohybuje sa z klasiky na kvantové správanie, pretože jeho energia sa zníži pod ionizačnou energiou. Elektrón sa viaže na atóm a jeho moment pulzu vzhľadom na atómové jadro je obmedzené kvantountnou hodnotou obežnej dráhy, ktorú môže obsadiť. Tento prechod je náhly. Je možné porovnať s mechanickým systémom, ktorý zmení svoj stav z nestabilného na stabilný, alebo jej správanie sa líši jednoduchým chaotickým, alebo môže byť dokonca porovnávať s raketoukou loďou, ktorá spomaľuje a ide pod separačnú rýchlosť a zaberá obežnú rýchlosť nejakú hviezdu alebo iný nebeský objekt. Na rozdiel od nich, fotóny (ktoré sú bezfarebné) takýto prechod nie je vykonaný: Jednoducho prechádzajú priestorom nezmenený, kým netedí s inými časticami a nezmiznú. Ak sa pozriete na nočnú oblohu, fotóny z niektorých hviezd bez zmeny lietať dlhé roky, potom komunikovať s elektrónom v molekule vašej sietnice, ktoré vyžarujú svoju energiu a potom miznú.

Myslím, že môžeme povedať, že nikto nerozumie kvantovej mechanike

Fyzik Richard Feynman

Vyhlásenie, že vynález polovodičových zariadení bol revolúcia, nebude prehnaný. Nie je to len impozantný technologický úspech, ale tiež pripravil cestu pre udalosti, ktoré navždy menia modernú spoločnosť. Semiconductor zariadenia sa používajú vo všetkých druhoch mikroelektronických zariadení, vrátane počítačov, jednotlivých typov lekárskych diagnostických a zdravotníckych zariadení, populárne telekomunikačné zariadenia.

Ale za touto technologickou revolúciou je ešte viac, revolúcia vo všeobecnej vede: región kvantová teória. Bez toho, skok v chápaní prírodného sveta, vývoj polovodičových zariadení (a pokročilejšie vyvinuté elektronické zariadenia) by nikdy nebolo možné. Kvantová fyzika je neuveriteľne zložitá časť vedy. Táto kapitola je uvedená len krátka recenzia. Keď učenci Fainmanovej úrovne hovoria, že "nikto nerozumie [this]," si môžete byť istí, že je to naozaj ťažká téma. Bez základného pochopenia kvantovej fyziky alebo aspoň porozumenia vedecké objavyČo viedlo k ich rozvoju, nie je možné pochopiť, ako a prečo sú polovodičové elektronické zariadenia fungujú. Väčšina učebníc elektroniky sa snaží vysvetliť polovodičov z hľadiska "klasickej fyziky", čo je výsledkom, čo ich robí ešte mätúce pochopiť.

Mnohí z nás videli diagramy modelov atómov, ktoré sú podobné kresbe nižšie.

Atom Rutherford: Negatívne elektróny sa otáčajú okolo malého pozitívneho jadra

Malé častice hmoty protóny a neutrív, predstavuje stred atómu; elektróny Otočte sa ako planéta okolo hviezdy. Jadro nesie pozitívny elektrický náboj, vďaka prítomnosti protónov (neutróny nemajú elektrický náboj), zatiaľ čo atóm vyváženia záporného náboja je v elektrón-pohyblivé orbitie. Negatívne elektróny sú priťahované k pozitívnym protónom, pretože planéty sú priťahované silou príťažlivosti na slnko, avšak dráhy sú stabilné kvôli pohybu elektrónov. Sme povinní tento populárny model atómu práce Ernest Rauntford, ktorý v roku 1911 experimentálne zistil, že pozitívne poplatky atómov sú sústredené v malom, hustom jadre, a nie rovnomerne distribuované v priemere, ako sa predtým predpokladalo prieskumník JJ Thomson.

Reforation o experimente rozptylu je bombardovanie jemnej zlatej fólie pozitívne nabitých alfa častíc, ako je znázornené na obrázku nižšie. Mladí absolventi študenti H. Geiger a E. Marsden dostali neočakávané výsledky. Trajektória pohybu niektorých častíc alfa bola odmietnutá na veľký uhol. Niektoré alfa častíc boli rozptýlené v opačnom smere, v uhle takmer 180 °. Väčšina častíc prechádzala zlatou fóliou bez zmeny dráhy, ako keby fólia vôbec nebola vôbec. Skutočnosť, že niekoľko častíc alfa zaznamenalo veľké odchýlky v trajektórii pohybu, označuje prítomnosť jadier s malým pozitívnym nábojom.

Rozsah rozdielu: Banda alfa častíc rozptyľuje jemnú zlatú fóliu

Hoci model Atom Atomsford bol potvrdený experimentálnymi údajmi lepšími ako model Thomsona, bol stále nedokonalý. Tam boli ďalej pokusy o určenie štruktúry atómu a tieto snahy pomohli pripraviť spôsob, ako podivné objavy kvantovej fyziky. Dnes je naše chápanie atómu trochu ťažšie. Napriek revolúcii kvantovej fyziky a jej príspevku k nášmu pochopeniu štruktúry atómu, obraz slnečnej sústavy Rutherford ako atómová štruktúra, prešla do masového vedomia k tak ďaleko, že zostáva v oblastiach Vzdelávanie, aj keď je nevhodné.

Zvážiť to stručný opis Elektrony v atóme prevzaté z populárnej učebnice elektroniky:

Rotujúce negatívne elektróny sú priťahované k pozitívnemu jadru, ktorý nás vedie k otázke, prečo elektróny nelietajú do jadra atómu. Odpoveď je, že rotujúce elektróny zostávajú v ich stabilnej dráhe kvôli dvomi rovnakým, ale opačným silám. Odstredivá sila pôsobiaca na elektróny je zameraná na vonkajšej strane a sila nábojov sa snaží prilákať elektróny do jadra.

V súlade s modelom Rutherfordovi, autor považuje elektróny s pevnými látkami hmoty, ktoré sa zaoberajú v okrúhlych dráhach, ich príťažlivosť vnútri opačne povedeného jadra je vyvážená ich pohybom. Použitie termínu "odstredivá sila" je technicky nesprávna (aj pre planéty otáčajúce sa orbits), ale je ľahké odpustiť kvôli populárnemu prijatiu modelu: v skutočnosti nie je taká vec ako moc, repulzívnyktokoľvek Rotujúce telo zo stredu jeho obežnej dráhy. Zdá sa, že je to preto, že zotrvačnosť tela sa snaží zachovať jeho pohyb v priamke, a keďže obežná dráha je neustála odchýlkou \u200b\u200b(zrýchlenie) z priameho pohybu, existuje konštantná zotrvačnosť proti akejkoľvek moci, ktorá priťahuje telo Do centra obežnej dráhy (centripetal), či takto gravitáciou, elektrostatickou atrakciou, alebo dokonca napätie mechanického spojenia.

Skutočný problém s týmto vysvetlením, predovšetkým, je myšlienka elektrónov pohybujúcich sa v kruhových dráhach. Osvedčený, že zrýchlené elektrické náboje vyžarujú elektromagnetické žiarenie, táto skutočnosť bola známa aj počas refordfordov. Ako rotačná prevádzka Je to forma zrýchlenia (rotujúci predmet v konštantnom zrýchlení, vedúci objektu z normálnej priamky), elektróny v rotujúce stave musia zlikvidovať žiarenie ako nečistoty z kytice. Elektrony zrýchlené v kruhových trajektóriách v urýchľovačoch častíc synchrotrónyAko viete, urobte to, a výsledok sa volá synchrotronové žiarenie. Ak elektróny strácajú energiu takým spôsobom, ich obežné dráhy by boli nakoniec narušené, a v dôsledku toho by čelia pozitívne nabité jadro. Vo vnútri atómov sa však zvyčajne nevyskytuje. Elektronické "orbity" sú naozaj prekvapivo odolné v širokom rozsahu podmienok.

Okrem toho experimenty s "nadšenými" atómami ukázali, že elektromagnetická energia je emitovaná atómom len pri určitých frekvenciách. Atómy sú "nadšené" vedľa vonkajších vplyvov, ako je svetlo, ako je známe, že absorbuje energiu a vracajú elektromagnetické vlny pri určitých frekvenciách, ako tankový panel, ktorý nie je krúžok pri určitej frekvencii, kým nie je zasiahnutý. Keď sa svetlo emitované vzrušeným atómom rozdelí na frekvencie komponentov (farby), sú detegované individuálne línie farieb v spektre, vzor spektrálnych vedení je jedinečný pre chemický prvok. Tento fenomén sa zvyčajne používa na identifikáciu chemických prvkov a dokonca aj na meranie podielov každého prvku v zmesi zlúčeniny alebo chemickej zmesi. Podľa slnečná sústava Atómový model REGEREFORD (s ohľadom na elektróny, podobne ako kusy, ktoré sa voľne otáčajú na obežnej dráhe s niektorým polomerom) a zákony klasickej fyziky, excitované atómy musia vrátiť energiu v prakticky nekonečnom frekvenčnom rozsahu, a nie na vybraných frekvenciách. Inými slovami, ak bol model RefordEford správny, nebol by žiadny efekt "kametonon", a farebné spektrum emitované akýmkoľvek atómom by vyzeral ako kontinuálne pásmo farieb, a nie ako niekoľko samostatných línií.

Borovový model atómu vodíka (s orbitmi čerpanými v mierke znamená zistenie elektrónov len v diskrétnych orbitách. Elektróny pohybujúce sa s n \u003d 3,4,5 alebo 6 až n \u003d 2 sa zobrazujú na sérii spektrálnych línií Balmer

Výskumník s názvom Nils Bohr sa pokúsil zlepšiť model Rutherfordu, po štúdiu v laboratóriu Rutherford počas niekoľkých mesiacov v roku 1912. Snažím sa dohodnúť na výsledkoch iných fyzikov (najmä Max Plancck a Albert Einstein), BOR navrhol, aby každý elektrón mal určité, špecifické množstvo energie a že ich obežné dráhy sú distribuované tak, aby každý z nich mohol obsadiť Určité miesta v okolí jadra, ako je guľôčky, ktoré sú pevné na kruhových cestách okolo jadra, a nie ako voľne pohybujúce sa satelitom, ako sa predtým predpokladalo (kresba vyššie). Pokiaľ ide o zákony elektromagnetizmu a zrýchľujúcich poplatkov, bor sa označoval "orbits" ako stacionárne štátyVyhnúť sa výkladu, že sa pohybujú.

Hoci ambiciózny pokus o prehodnotenie štruktúry atómu, ktorý bol bližšie k experimentálnym údajom, a bol dôležitým míľnikom vo fyzike, ale nebol dokončený. Jeho matematická analýza bola lepšie predpovedaná výsledkami experimentov v porovnaní s analýzami vyrobenými podľa predchádzajúcich modelov, ale aj bez odpovedí na otázky prečo Elektrony by sa mali správať takto zvláštnym spôsobom. Tvrdenie, že elektróny existovali v stacionárnych kvantových stavoch okolo jadra, korelovali s experimentálnymi údajmi lepšie ako model Rostford, ale nepovedal, že elektróny robia tieto špeciálne štáty. Odpoveď na túto otázku bolo pochádzať z inej fyziky Louis de Borogly po asi desať rokov.

Debel navrhol, že elektróny ako fotóny (častice svetla) majú vlastnosti častíc a vlastnosti vlny. Spoliehať sa na tento predpoklad, navrhol, že analýza rotujúcich elektrónov z hľadiska vlny je vhodnejšia ako z hľadiska častíc a môže dať viac porozumenia o ich kvantovú povahu. A skutočne v porozumení sa uskutočnil ďalší prielom.

String je vibrovaný na rezonančnej frekvencii medzi dvoma pevnými bodkami tvorí stálu vlnu

Atóm, podľa de BROLE, pozostával zo stojatých vĺn, fenoménu, dobre známymi fyzikom v rôznych formách. Ako trávnik reťazec hudobného nástroja (vyššie), vibrovanie na rezonančnej frekvencii, s "uzlami" a "anti-nos" v stabilných miestach pozdĺž jeho dĺžky. Deblie predstavil elektróny okolo atómov vo forme vlny zakrivených v kruhu (obrázok nižšie).

"Rotujúce" elektróny, ako je stála vlna okolo jadra, (a) dva cykly na obežnej dráhe, (b) tri cykly na obežnej dráhe

Elektrony môžu existovať len na určitých, špecifických "orbitách" okolo jadra, pretože sú jedinou vzdialenosťou, na ktorých sa konce vĺn zhoduje. S akomkoľvek iným polomerom bude vlna zničená sám o sebe, a teda prestane existovať.

DE BROGLYA Hypotéza poskytla matematickú podporu aj pohodlnú fyzickú analógiu, aby vysvetlila kvantové stavy elektrónov vo vnútri atómu, ale jeho model ATOM bol stále neúplný. Už niekoľko rokov fyziky, Werner Geisenberg a Erwin Schrödinger, pracoval nezávisle od seba, pracoval na koncepte Corpuscular-Wave Dualizmus DE BROGLIE na vytvorenie prísnejších matematických modelov subezmických častíc.

Táto teoretická propagácia z primitívneho modelu Stáleho vlna de Broglies na modely Geisenberg Matrix a diferenciálnej rovnice Schrödinger dostal meno Quantum Mechanika, zaviedla skôr šokujúcu charakteristiku do sveta subeckých častíc: znamenie pravdepodobnosti alebo neistoty. Podľa novej kvantovej teórie nebolo možné určiť presnú polohu a presný impulz častice v jednom okamihu. Populárne vysvetlenie tohto "princípu neistoty" bolo, že došlo k chybe merania (to znamená, že sa snaží presne merať pozíciu elektrónu, zasahujete do impulzu, a preto nemôžete vedieť, čo bolo pred meraním pozíciu a naopak). Senzačný výkon kvantovej mechaniky je, že častice nemajú presné polohy a impulzy, a vzhľadom na pripojenie týchto dvoch veličín, ich kumulatívna neistota sa nikdy nezníži pod určitú minimálnu hodnotu.

Táto forma komunikácie "neistoty" existuje v iných oblastiach, s výnimkou kvantovej mechaniky. Ako je uvedené v kapitole "zmiešaných frekvenčných signálov AC" Tom 2 tejto série kníh, existujú vzájomne výlučné prepojenia medzi dôverou v časovej oblasti signálového formulára a jej dát frekvenčná doména. Jednoducho povedané, tým viac poznáme svoje frekvencie komponentov, tým menej presne poznáme jeho amplitúdu v čase a naopak. Citácia sami:

Signál nekonečného druhu (nekonečný počet cyklov) môže byť analyzovaný s absolútnou presnosťou, ale čím menšie cykly sú k dispozícii počítaču na analýzu, tým menej je presnosť analýzy ... tým menej signálových období, tým menej presnosť jeho frekvencia. Užívanie tohto konceptu k svojmu logickému extrému, krátky impulz (ani kompletný signál) nemá naozaj určitú frekvenciu, je nekonečný frekvenčný rozsah. Tento princíp je spoločný pre všetky vlnové javy, a nie len pre napätie a prúdy.

Ak chcete presne určiť amplitúdu meniaceho signálu, musíme ho merať vo veľmi krátkom čase. Avšak, vykonávanie týchto limitov našej znalosti frekvencie vlny (vlna v kvantovej mechanike by nemala byť podobná sínusovej vlny; takáto podobnosť je špeciálny prípad). Na druhej strane, na určenie frekvencie vlny s veľkou presnosťou, musíme ho merať vnútri veľké číslo Obdobia, čo znamená, že stratíme zrak svojej amplitúdy v ktoromkoľvek danom momente. Nemôžeme teda súčasne poznať okamžitú amplitúdu a všetky frekvencie akejkoľvek vlny s neobmedzenou presnosťou. Ďalšia zvláštnosť, táto neistota je oveľa nepresnosti pozorovateľa; Je to v samotnej povahe vlny. Toto nie je prípad, hoci by to bolo vzhľadom na príslušné technológie, poskytnúť presné merania a okamžitá amplitúda a frekvencie súčasne. V doslovný zmyselVlna nemôže zároveň presnú okamžitú amplitúdu a presnú frekvenciu.

Minimálna neistota postavenia častice a impulzu, vyjadrená Heisenbergom a Schrödingerom, nemá nič spoločné s limitom merania; Skôr to je vnútorný majetok povahy dualizmu častíc korpusculárnej vlny. V dôsledku toho elektróny neexistujú v ich "orbitách", ako presne určité častice hmoty alebo dokonca ako definované formy vlnov, ale skôr ako "mraky" - technický termín funkcia vlny Rozloženie pravdepodobnosti, ako keby každý elektrón bol "rozptýlený" alebo "rozmazaný" v rozsahu pozícií a impulzov.

Tento radikálny pohľad na elektróny, ako pri neistých oblakoch, spočiatku v rozpore s počiatočným princípom Quantum Electron Slovakia: Elektrony existujú v diskrétnych definovaných "dráhe" okolo atómového jadra. Tento nový vzhľad bol nakoniec objav, ktorý viedol k tvorbe a vysvetleniu kvantovej teórie. Ako zvláštne sa zdá, že teória vytvorená na vysvetlenie diskrétneho správania elektrónov končí, vyhlasuje, že elektróny existujú ako "mraky", a nie ako samostatné kusy hmoty. Kvantové správanie elektrónov však nezávisí od elektrónov, ktoré majú určité hodnoty súradníc a impulzov, ale z iných vlastností kvantové čísla. V podstate kvantová mechanika robia bez spoločných koncepcií absolútnej pozície a absolútneho momentu, a nahrádza im absolútnymi koncepciami takýchto typov, ktoré nemajú žiadne analógy vo všeobecnej praxi.

Aj keď sú známe, že elektróny existujú v neplodnosti, "cloud" formy distribuovanej pravdepodobnosti, a nie vo forme jednotlivých častí hmoty, tieto "mraky" majú niekoľko ďalších charakteristík. Akýkoľvek elektrón v atóme môže byť opísaný štyrmi číselnými opatreniami (vyššie uvedené kvantové čísla), ktoré sa nazývajú hlavná vec (Radial), orbitálne (azimutálne), magnetický a spin čísla. Nasleduje stručný prehľad každého z týchto čísel:

Hlavné (radiálne) kvantové číslo: označený listom n.Toto číslo popisuje škrupinu, na ktorej sa nachádza elektrón. Elektronický "shell" predstavuje oblasť priestoru okolo jadra Atom, na ktorej môžu existovať elektróny, čo zodpovedá modelom stabilnej "stálej vlny" de brusie a BOHR. Elektrony môžu "skočiť" zo škrupiny na plášti, ale medzi nimi nemôže existovať.

Hlavné kvantové číslo by malo byť kladné celé číslo (veľké alebo rovné 1). Inými slovami, hlavný kvantový počet elektrónov nemôže byť 1/2 alebo -3. Tieto celé čísla boli zvolené nie ľubovoľne, ale prostredníctvom experimentálnych dôkazov ľahkého spektra: rôzne frekvencie (farby) svetla emitovaného excentrovanými excitovanými atómami vodíka sledujú matematickú závislosť v závislosti od špecifických celočíselných hodnôt, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Každá škrupina má schopnosť držať niekoľko elektrónov. Sústredné rady sedadiel v amfiteátri môžu byť uvedené ako analógia pre elektronické škrupiny. Rovnako ako človek, ktorý sedí v amfiteátri, musí si vybrať riadok, aby si sadol (nemôže sedieť medzi riadkami), elektróny musia "vybrať" špecifickú škrupinu "sadnúť". Rovnako ako riadky v amfiteátri, extrémne škrupiny držia viac elektrónov v porovnaní s mušľami bližšie k stredu. Aj elektróny sa snažia nájsť najmenší cenovo dostupný shell, ako ľudia v amfiteátri hľadajú miesto najbližšie k centrálnej scéne. Čím vyššie je číslo plášťa, tým väčšia je energia elektrónov.

Maximálny počet elektrónov, ktoré si každý plášť môže zadržať, je opísaná 2N 2 rovnica, kde n je hlavným kvantovým číslom. Prvá škrupina (n \u003d 1) môže teda obsahovať 2 elektróny; Druhý plášť (n \u003d 2) je 8 elektrónov; a tretí obal (n \u003d 3) - 18 elektrónov (kreslenie nižšie).

Hlavné kvantové číslo n a maximálna suma Elektróny sú spojené so vzorcom 2 (N2). Orbity nie sú mierkou.

Elektronické mušle v atóme boli označené písmenami, nie číslami. Prvá škrupina (n \u003d 1) bola indikovaná K, druhá škrupina (n \u003d 2) l, tretí obal (n \u003d 3) m, štvrtá škrupina (n \u003d 4) n, piata škrupina (n \u003d 5) o, šiesty plášť (n \u003d 6) p a siedmeho plášťa (n \u003d 7) B.

Orbitálne (azimutálne) kvantové číslo: Shell, pozostávajúci z podielov. Niekto môže byť vhodnejšie premýšľať o podriadených ako jednoduchých úsekoch škrupín, ako sú pruhy deliace cestu. Ponorka je oveľa zvláštna. Subbátky sú priestory priestoru, kde môžu existovať elektronické "mraky" av skutočnosti majú rôzne sublicas rôzne formy. Prvá ponorka v tvare lopty (obrázok nižšie (y)), čo dáva zmysel pri vizualizovaní ako elektrónový oblak obklopujúci atómové jadro v troch rozmeroch.

Druhá ponorka pripomína činku pozostávajúcu z dvoch "lístkov", pripojených v jednom bode v blízkosti stredu atómu (obrázok nižšie (p)).

Tretia ponorka je zvyčajne pripomínajúca sadu štyroch "lístkov" zoskupených okolo jadra atómu. Tieto tvary submartektov sa podobajú grafickým obrazom anténového vzoru antén s okvetnými lístkami podobnými žiarovkami siahajúcim z antény v rôznych smeroch (obrázok nižšie (d)).

Orbitálne:
s) trojnásobná symetria;
(p) znázornené: p x, jedna z troch možných orientácií (p x, p y, p z), pozdĺž príslušných osí;
(D) ukazuje: D X2 -Y2 je podobný D XY, D YZ, D XZ. Zobrazené: D Z 2. Počet možných D-orbitálov: päť.

Prípustné hodnoty orbitálneho kvantového čísla sú pozitívne celé čísla, ako aj pre hlavné kvantové číslo, ale tiež zahŕňajú nulu. Tieto kvantové čísla pre elektróny sú označené písmenom L. Počet predmestí sa rovná hlavnému kvantovému počtu škrupiny. Prvá shell (n \u003d 1) má teda jedna podpákladnica s číslom 0; Druhý plášť (n \u003d 2) má dve podiely s číslami 0 a 1; Tretí plášť (n \u003d 3) má tri podklady s číslami 0, 1 a 2.

Starý opis ponoriek použil písmená, nie čísla. A tento formát, prvá ponorka (L \u003d 0) bola označená s, druhá ponorka (L \u003d 1) bola označená P, tretia ponorka (L \u003d 2) bola označená D a štvrtá ponorka (L \u003d 3) bola označené f. Listy prišli zo slov: ostrý., hlavný, difúzny a zásadný. Stále môžete vidieť tieto označenia v mnohých periodických stoloch používaných na označenie elektronickej konfigurácie externého ( valentines) Atom mušle.

a) zastúpenie atómu striebra na Bore,
b) AG orbitálne zastúpenie so separáciou škrupín na ponorke (orbitálne kvantové číslo L).
Tento diagram neznamená nič o skutočnej polohe elektrónov, ale predstavuje len úrovne energie.

Magnetické kvantové číslo: Magnetické kvantové číslo pre elektrón klasifikuje, orientáciu tvaru elektrónového ponorky. Subicas "lístky" môžu byť nasmerované v niekoľkých smeroch. Tieto rôzne orientácie sa nazývajú orbitálne. Pre prvú ponorku (s; L \u003d 0), ktorá sa podobá gule, nie je špecifikovaný "smer". Pre druhý (p; l \u003d 1), ponorka v každej škrupine, ktorá sa podobá činku, ktorá sa podobá činom indikujúcim v troch možných smeroch. Súčasné tri činky pretínajú sa na začiatku súradníc, každý je zameraný pozdĺž svojej osi v trojnásobnom súradnicovom systéme.

Prípustné hodnoty pre tento kvantový počet pozostávajú z celé čísla, od -l do L a označuje číslo ako m. v atómovej fyzike a l Z. V jadrovej fyzike. Ak chcete vypočítať počet orbitálov v akomkoľvek podperi, musíte zdvojnásobiť počet ponoriek a pridať 1 (2 ∙ L + 1). Napríklad prvá ponorka (L \u003d 0) v akomkoľvek plášti obsahuje jedno orbitálne s číslom 0; Druhá ponorka (L \u003d 1) v akomkoľvek plášti obsahuje tri orbitály s číslami -1, 0 a 1; Tretia ponorka (L \u003d 2) obsahuje päť orbitálnych s číslami -2, -1, 0, 1 a 2; atď.

Rovnako ako hlavné kvantové číslo, magnetické kvantové číslo vzniklo priamo z experimentálnych údajov: účinok Zeeman, separácie spektrálnych línií, vystavením ionizovaného plynu magnetické poleOdtiaľ a názov "magnetické" kvantové číslo.

Spin Quantum Číslo: Podobne ako magnetické kvantové číslo, táto vlastnosť atómov elektrónov bola detegovaná pomocou experimentov. Starostlivé pozorovanie spektrálnych liniek ukázalo, že každý riadok bol v skutočnosti pár veľmi úzko usporiadaných línií, bol to predpoklad, že tento tzv tenká štruktúra Bol to výsledok každého elektrónu, "rotujúce" okolo svojej osi, ako planéta. Elektróny s rôznou "rotáciou" by pri vzrušovaní poskytli mierne odlišnú svetlú svetlú. Koncepcia rotujúceho elektrónu je momentálne zastaraný, je vhodnejšia pre (nesprávne), aby sa pozrel na elektróny, ako na samostatných časticiach hmoty, a nie ako na "mraky", ale názov zostáva.

Spin Quantum Čísla sú označené ako pANI. v atómovej fyzike a s Z. V jadrovej fyzike. Na každom orbitálnom na každej podperi v každej shell môže byť dve elektróny, jedno s späť +1/2, a druhý so spin -1/2.

Fyzik Wolfgang Pauli vyvinutý princíp vysvetľujúci objednávanie elektrónov v atóme v súlade s týmito kvantovými číslami. Jeho princíp zásada zákazu Powli, Tvrdí, že dva elektróny v jednom atóme nemôžu obsadiť rovnaké kvantové stavy. To znamená, že každý elektrón v atóme má jedinečný súbor kvantových čísel. To obmedzuje počet elektrónov, ktoré môžu obsadiť akékoľvek orbitálne, ponorky a shell.

Tu je zobrazený umiestnenie elektrónov v atóme vodíka:

S jedným protónom v jadre, atóm berie jeden elektrón pre svoju elektrostatickú rovnováhu (pozitívny náboj protón je vyrovnaný záporným nábojom elektrónu). Tento elektrón sa nachádza na spodnom plášti (n \u003d 1), prvá ponorka (L \u003d 0), na jedinej orbitálnej (priestorovej orientácii) tejto ponorky (M 1 \u003d 0), s hodnotou odstreďovania 1/2 . Všeobecný spôsob opisovania tejto štruktúry sa vykonáva prenosom elektrónov v súlade s ich škrupinami a podriadami podľa dohody spektroskopické označenie. V tomto označení je číslo plášťa zobrazené ako celé číslo, ponorka ako list (s, p, d, f) a celkový počet elektrónov v ponorke (všetky orbitky, všetky chrbty) ako horný index. Adrogen s jedným elektrinou, umiestneným na základnej úrovni, je teda opísaný ako 1s 1.

Pokračujeme na nasledujúci atóm (v poradí podľa atómového čísla) dostaneme héliový prvok:

Atom Helium sa skladá z dvoch protónov v jadre, čo vyžaduje dva elektróny na vyrovnanie dvojitého pozitívneho elektrického náboja. Vzhľadom k tomu, dva elektróny sú jedno s odstreďovaním 1/2 a druhý so spin -1/2 - sú na rovnakej orbitálnej, elektronická štruktúra hélia nevyžaduje dodatočné subches alebo škrupiny, aby držali druhý elektrón.

Avšak, atóm vyžadujúci tri alebo viac elektrónov bude potrebovať ďalšie podriadené, aby držali všetky elektróny, pretože len dve elektróny môžu byť na spodnom obale (n \u003d 1). Zvážte nasledujúci atóm v poradí zvyšovania atómových čísel, lítium:

Lítium Atom používa časť kapacity plášťa (n \u003d 2). Tento shell má vlastne celkovú kapacitu ôsmich elektrónov (maximálna kapacita shell \u003d 2N 2 elektróny). Ak zvážime štruktúru atómu s plne naplneným L Shell, uvidíme, ako všetky kombinácie podielov, orbitálov a točí sú obsadené elektrónmi:

Často, pri predpisovaní atómu spektroskopického označenia, akékoľvek plne naplnené škrupiny sa preskočia a nie sú naplnené škrupinami a naplnenými plášťmi vyšší level určené. Napríklad neónový prvok (znázornený na obrázku vyššie), ktorý má dve úplne plnené škrupiny, môže byť spektrálne opísané jednoducho ako 2P6, a nie ako 1s 22 s22 p6. Lítium s plne naplneným K-plášťom a jediným elektrónom na L-plášť môže byť opísaný jednoducho ako 2s 1, a nie 1s 22 s 1.

Preskočiť plne naplnené hladiny na úrovni nadol sa vykonáva nielen pre pohodlie. To tiež ilustruje základný princíp chémie: chemické správanie prvku je primárne určené jeho nevyplneným plášťom. A vodík a lítium má na svojich vonkajších škrupinách s jedným elektromou (ako 1 a 2S 1), to znamená, že obe prvky majú podobné vlastnosti. Obaja majú vysokú reaktivitu a reagujú takmer rovnaké metódy (viazanie na podobné prvky v podobných podmienkach). Nezáleží na tom, že lítium má plne naplnenú K-shell pod takmer voľným L-shell: Nevyplnená L-plášť je puzdro, ktoré určuje jeho chemické správanie.

Prvky, ktoré majú plne naplnené externé škrupiny, sú klasifikované ako ušľachtilé a líšia sa takmer úplnou absenciou reakcií s inými prvkami. Tieto prvky boli klasifikované ako inertné, keď sa verilo, že vôbec nie sú v reakcii, ale, ako je dobre známe, tvoria spojenia s inými prvkami za určitých podmienok.

Vzhľadom k tomu, položky s rovnakými konfiguráciami elektrónov vo svojich externých mušlík majú podobné chemické vlastnostiDmitrij Mendeleeev zodpovedajúcim spôsobom organizoval chemické prvky v tabuľke. Táto tabuľka je známa ako A moderné tabuľky sledujú tento spoločný typ zobrazený na obrázku nižšie.

Periodická tabuľka chemických prvkov

Dmitrij Mendeleeev, ruský chemik, bol prvý, kto vyvinul pravidelnú tabuľku prvkov. Napriek tomu, že Mendeleev zorganizoval svoj stôl v súlade s atómovými hmotnosťou, nie atómovými číslom a vytvoril tabuľku, ktorá nebola taká užitočná ako moderná periodická tabuľka, jej vývoj funguje ako vynikajúci príklad vedeckých dôkazov. Vidieť vzory periodicity (podobné chemické vlastnosti v súlade s atómovými hmotnosťou), Mendeluev tlačil hypotézu, že všetky prvky by mali zapadnúť do tejto usporiadanej schémy. Keď objavil "prázdne" miesta v tabuľke, sledoval logiku existujúcej objednávky a navrhol existenciu iných neznámych prvkov. Následný objav ETE prvky potvrdil vedeckú správnosť hypotézy MENDELEEV, ďalšie objavy viedli k vzniku periodickej tabuľky, ktorú teraz používame.

Páči sa ti to by mal Vedecká práca: hypotézy vedú k logickým záverom a sú akceptované, zmenené alebo zamietnuté v závislosti od konzistentnosti experimentálnych údajov s ich závermi. Každý blázon môže formulovať po ukončení hypotézy na vysvetlenie existujúcich experimentálnych údajov a mnohí to urobia. Aká vedecká hypotéza sa líši od následných špekulácií, je predpoveď budúcich experimentálnych údajov, ktoré ešte nie sú zhromaždené, a prípadne vyvrátenie v dôsledku týchto údajov. Odvážne, viesť hypotézu s jeho logickým záverom a pokusom predpovedať výsledky budúcich experimentov, to nie je dogmatický skok viery, ale skôr verejnú kontrolu tejto hypotézy, otvorenej výzve pre oponentov hypotézy. Inými slovami, vedecké hypotézy sú vždy "riskantné" v dôsledku pokusu predpovedať výsledky, ktoré ešte nevykonali experimenty, a preto môžu byť vyvrátené, ak budú experimenty prejsť podľa očakávania. Ak teda hypotéza riadne predpovedá výsledky opakovaných experimentov, jeho faloš je vyvrátený.

Kvantová mechanika, najprv ako hypotézy, a potom ako teória, sa ukázalo byť mimoriadne úspešné pri predpovedaní výsledkov experimentov, preto dostal vysoký stupeň vedeckej dôvery. Mnohí vedci majú dôvod domnievať sa, že je to neúplná teória, pretože jeho prognózy sú pravdivé na mikrospyslickom meradle, a nie v makroskopických veľkostiach, ale napriek tomu je to mimoriadne užitočná teória na vysvetlenie a predpovedanie interakcie častíc a atómov .

Ako ste už videli v tejto kapitole, kvantová fyzika je dôležitá pri opise a predpovedaní rôznych fenoménov. V ďalšej časti uvidíme jeho význam v elektrickej vodivosti pevnývrátane polovodičov. Jednoducho povedané, nič v chémii alebo fyzike pevný Nemá zmysel v populárnej teoretickej štruktúre elektrónov, ktoré existujú ako samostatné častice látky zvlákňujúce okolo jadra atómu ako miniatúrne satelity. Keď sa elektróny považujú za "vlnové funkcie", ktoré existujú v určitých, diskrétnych stavov, ktoré sú pravidelné a periodické, potom sa môže vysvetliť správanie látky.

Poďme zhrnúť

Elektrony v atómoch existujú v "oblakoch" distribuovanej pravdepodobnosti, a nie ako diskrétne častice hmoty otáčajúcej okolo jadra, ako miniatúrne satelity, ako spoločné príklady.

Samostatné elektróny okolo jadra atómu sa usiluje o jedinečné "stavy" opísané štyrmi kvantovými číslami: hlavné (radiálne) kvantové číslo, známy ako Škrupina; orbitálne (azimutálne) kvantové číslo, známy ako olej; magnetické kvantové číslopopisujúci orbitálny (orientácia ponorky); a spin Quantum Čísloalebo jednoducho spin. Tieto štáty sú kvantové, to znamená, že "medzi nimi" neexistujú žiadne podmienky existencie elektrónu, okrem štátov, ktoré zapadajú do systému kvantového číslovania.

Bloom (radiálne) kvantové číslo (n) Popisovať základná úroveň Alebo plášť, na ktorom sa nachádza elektrón. Čím väčšie toto číslo, tým väčší je polomer elektronického mraku z jadra atómu a čím väčšia je elektrónová energia. Hlavné kvantové čísla sú celé čísla (pozitívne celé čísla)

Orbitálne (azimutálne) kvantové číslo (L) Popisuje formu elektronického mraku v konkrétnom plášti alebo na úrovni a je často známy ako "ponorka". V ľubovoľnom plášti, toľko podtried (foriem elektronického mraku), čo je hlavným kvantovým číslom plášťa. Azimutálne kvantové čísla sú celé kladné čísla začínajúce s nulou a končiac číslom menším ako hlavným kvantovým číslom na jednotku (n - 1).

Magnetické kvantové číslo (ML) Opisuje, ktorá orientácia je ponorka (elektronická obr. Ponorka môže povoliť toľko rôznych orientácií, ktoré sa rovná dvojitému počtu ponorky (L) plus 1, (2L + 1) (to znamená, že L \u003d 1, M L \u003d 1, 0, 1), a každá jedinečná orientácia sa nazýva orbitálny. Tieto čísla sú celé čísla od zápornej hodnoty ponorky (L) až 0 a končia s pozitívnou hodnotou ponorky číslo.

Spin Quantum Číslo (M S) Popisuje inú vlastnosť elektrónov a môže trvať hodnoty +1/2 a -1/2.

Zásada zákazu Powli Hovorí, že dva elektróny v atóme nemôžu oddeliť rovnakú sadu kvantových čísel. Preto môže byť na každej orbitálnej úrovni nie je viac ako dva elektróny (spin \u003d 1/2 a spin \u003d -1 / 2), 2L + 1 orbitálne v každej ponorke a n podiely v každej škrupine a nič viac.

Spektroskopické označenie - Toto je dohoda o tom, že označí elektronickú štruktúru atómu. Shells sú zobrazené ako celé čísla, nasledované písmenami podielov (S, P, D, F) s číslami v hornom indexe, označujúcom celkovom počte elektrónov v každej príslušnej ponorke.

Chemické správanie atómu sa určuje výlučne elektrónmi v nevyplnených škrupinách. Nízko hladinové mušle, ktoré sú úplne naplnené malým alebo nemajú vplyv na chemické charakteristiky väzby prvkov.

Prvky s plne naplnenými elektrónmi musia sú takmer úplne inertné a nazývané ušľachtilý Prvky (predtým známe ako inertné).

29.10.2016

Napriek sonoritu a tajomstvo dnešnej témy sa pokúsime povedať Čo študuje kvantovú fyziku, jednoduché slová Ktoré časti kvantovej fyziky majú miesto, ktoré majú byť a prečo potrebovať kvantovú fyziku v zásade.

Nižšie uvedený materiál je k dispozícii na pochopenie nikoho.

Pred hranou o tom, čo sa kvantová fyzika učí, bude vhodné zapamätať si, prečo to všetko začalo ...

V polovici storočia XIX sa ľudstvo pozorne študovalo problémy, ktoré tým, že priláka prístroje klasickej fyziky, to bolo nemožné.

Počet javov sa zdalo zvláštne. Samostatné otázky vôbec nenašli odpoveď.

V roku 1850, William Hamilton, veriť, že klasická mechanika nie je schopná presne opísať pohyb ľahkých lúčov, ponúka svoju vlastnú teóriu, ktorá vstúpila do histórie vedy nazývanej formalizmus Hamilton-Jacobi, ktorý bol založený na postuláte Vlnová teória svetla.

V roku 1885, argumentovať s priateľom, švajčiarskym a fyzikou Johann Balmer priniesol empiricky vzorec, ktorý umožnil vlnové dĺžky spektrálnych línií s veľmi vysokou presnosťou.

Vysvetliť príčiny identifikovaných zákonov Balmer potom nemohli.

V roku 1895, Wilhelm röntgenové lúče, v štúdii katódových lúčov, otvoril žiarenie nazývané X-lúče (následne premenované na lúče), charakterizované výkonným penetračným znakom.

Aven o rok neskôr - v roku 1896 - Henri Beverquer, študoval soľ uránu, otvoril spontánne žiarenie s podobnými vlastnosťami. Nový fenomén sa nazýval rádioaktivita.

V roku 1899 sa preukázala vlnová povaha röntgenových lúčov.

Foto 1. Rodonarchory kvantovej fyziky Max Planck, Erwin Schrödinger, Niels Bor

Rok 1901 rok bol poznačený vzhľadom na prvý planetárny model ATOM, ktorý navrhol Jean Perenom. Bohužiaľ, sám vedec odmietol túto teóriu, nejde o potvrdenie z hľadiska teórie elektrodynamiky.

O dva roky neskôr, vedec z Japonska Hantaro Nagaoka navrhol ďalší planetárny model atómu, v strede, ktorým bola pozitívne nabitá častica, okolo ktorej sa elektróny otáčajú v dráhe.

Táto teória však nebrala do úvahy emisie emitované elektrónmi, a preto nemohli napríklad vysvetliť teóriu spektrálnych línií.

Odráža na štruktúru atómu, v roku 1904, Joseph Thomson prvýkrát interpretoval koncepciu valencie z fyzického hľadiska.

Rok narodenia kvantovej fyziky, možno môžete rozpoznať 1900s, pripojiť výkon Max Planck na stretnutí nemeckej fyzickej.

Bola to tabuľa, ktorá navrhla, že teória, zjednotená množinou rozptýlených fyzických konceptov, vzorcov a teórií, vrátane trvalého, spájajúcej energie a teploty Boltzmanna, počtu Avogadro, zákon o vysídlení vína, poplatok za elektrón, BOLTSMANN ...

Bolo tiež zavedené do používania koncepcie kvantového konania (druhý - po neustálom Boltzmann - zásadná konštanta).

Ďalší rozvoj kvantovej fyziky je priamo spojený s menami Hendrik Lorenz, Albert Einstein, Ernst Rutherford, Arnold Zomrefeld, Max Born, Nielsa Bora, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie, Werner Geisenberg, Wolfgang Pauli, Pole Dirac, Enrico Fermi a mnoho Iní nádherní vedci pracovali v prvej polovici 20. storočia.

Vedci sa podarilo v nebývalej hĺbke, aby poznali povahu základných častíc, študovali interakcie častíc a polí, aby sa identifikovali krvavý charakter hmoty, aby odvodili funkciu vlny, aby vysvetlili základné pojmy diskrétnosti (kvantizácia) a dualizmu corpuscular-wave .

Kvantová teória, pretože žiadna iná priniesla ľudstvo na pochopenie základných zákonov vesmíru, ktoré boli presnejšie nahradené, nútené prehodnotiť obrovské množstvo fyzických modelov.

Čo študuje kvantová fyzika?

Kvantová fyzika opisuje vlastnosti hmoty na úrovni mikro-rafinérie, ktoré skúmajú zákony pohybu mikrojektov (kvantové objekty).

Predmet štúdie kvantovej fyziky Kvantové objekty s rozmermi 10 -8 cm a menej. IT:

• molekuly
• atómy
• atómové jadrá,
• základné častice.

Hlavné charakteristiky mikrojektovia sú odpočinok a elektrický poplatok. Hmotnosť jedného elektrónu (ME) je 9,1 · 10 -28.

Pre porovnanie - hmotnosť muónu je 207 me, neutrón - 1839 ME, PROTON 1836 ME.

Niektoré častice nemajú mierové hmotnosti vôbec (neutrino, fotón). Ich hmotnosť je 0.

Elektrický náboj akejkoľvek hodnoty mikrovyect kOnost nabíjanie elektrónu rovného 1,6 · 10-19 Cl. Spolu s nabitým, neutrálne mikrojekty existujú, z toho je nula.

Foto 2. Kvantová fyzika nútená revidovať tradičné pohľady na koncepty vĺn, polí a častíc

Elektrický náboj komplexného mikrojektu sa rovná algebraickému súčtu obvinení z komponentov jeho častíc.

MicroStect vlastnosti zahŕňajú spin (V doslovnom preklade z angličtiny - "rotate").

Je zvyčajné interpretovať, ako moment okamihu kvantového objektu nezávisí od vonkajších podmienok.

Späť je ťažké vybrať si primeraný obraz v reálnom svete. Nemôže byť reprezentovaný rotujúcim vlkom kvôli jeho kvantovej povahe. Klasická fyzika popisuje tento objekt nie je schopný.

Prítomnosť zadnej strany ovplyvňuje správanie mikrojektov.

Prítomnosť chrbta robí významné vlastnosti v správaní predmetov mikromyru, z ktorých väčšina sú nestabilné objekty - spontánne rozpadajú sa na iné kvantové objekty.

Stabilné mikrojekty, ktoré zahŕňajú neutrína, elektróny, fotóny, protóny, ako aj atómy a molekuly, sú schopné dezintegrovať len pod vplyvom silnej energie.

Kvantová fyzika úplne absorbuje klasickú fyziku, berúc do úvahy jej limitný prípad.

Vlastne kvantová fyzika je - v širokom zmysle - moderná fyzika.

To, čo je opísané kvantová fyzika v mikrometri, nemožno vnímať. Z tohto dôvodu, mnohé z ustanovení kvantovej fyziky sú ťažké reprezentovať, na rozdiel od objektov opísaných v klasickej fyzike.

Napriek týmto, nové teórie umožnili zmeniť naše myšlienky o vlnách a časticiach, dynamickým a pravdepodobnostným popisom, na kontinuálnom a diskrétnom.

Kvantová fyzika nie je len novozvaná teória.

Táto teória, ktorá sa podarilo predpovedať a vysvetliť neuveriteľný počet javov - od procesov prúdiacich v atómovom jadre na makroskopické účinky vo veku.

Kvantová fyzika - Na rozdiel od klasickej fyziky - štúdie záležitosť na základnej úrovni, čím sa interpretácia nemocenskej reality, ktorú tradičná fyzika nie je schopná (napríklad prečo atómy zachovávajú stabilitu alebo či sú elementárne častice skutočne elementárne).

Kvantová teória nám dáva možnosť popisovať svet presnejšie, než sa uskutočnilo pred tým, ako sa vyskytne.

Hodnota kvantovej fyziky

Teoretický vývoj, ktorý predstavuje podstatu kvantovej fyziky, sa vzťahujú na štúdium nepredstarateľne obrovských priestorov priestorov a extrémne malú veľkosť základných častíc.

Kvantová elektrodynamika Umývame nás do sveta fotónov a elektrónov, čím sa dôraz kladie na štúdium interakcií medzi nimi.

Kvantová teória kondenzovaných médií Detites naše znalosti superfluidných kvapalín, magnetov, tekutých kryštálov, amorfných telies, kryštálov a polymérov.

Foto 3. Kvantová fyzika poskytla ľudstvo oveľa presnejšie popis okolitého sveta

Vedecké štúdie posledných desaťročí sú zamerané na štúdium štruktúry kvark základných častíc v rámci nezávislej vetvy kvantovej fyziky - kvantová chromodynamika.

Neevaletivistická kvantová mechanika (Ten je mimo rámca teórie Einsteinovej relativity) študuje mikroskopické predmety pohybujúce sa s podmienečne nízkou rýchlosťou (menej ako), vlastnosťami molekúl a atómov, ich štruktúrou.

Kvantová optikazaoberá sa vedeckými prechádzajúcimi faktami spojenými s prejavom kvantových vlastností svetla (fotochemické procesy, tepelné a nútené žiarenie, fotofóby).

Kvantová teória poľa Je to zjednocovací sekcia, ktorá vstúpila do myšlienok teórie relativity a kvantovej mechaniky.

Vedecké teórie vyvinuté v rámci kvantovej fyziky poskytli silnú impulz na vývoj, kvantovú elektroniku, technológiu, kvantovú teóriu pevného tela, materiálov vedy, kvantovej chémie.

Bez vzniku a vývoja znalostných poznatkov by nebolo možné vytvoriť, kozmickú loď, atómovú ľadovcov, mobilnú komunikáciu a mnoho ďalších užitočných vynálezov.

Vitajte na blogu! Som veľmi rád, že som vám!

Určite ste počuli mnohokrát na nevysvetliteľné tajomstvá kvantovej fyziky a kvantovej mechaniky. Jej zákony fascinujú mystikov, a dokonca aj fyzici sami pripúšťajú, že im úplne nerozumejú. Na jednej strane je zvedavý pochopiť tieto zákony, ale na druhej strane nie je čas na čítanie viachodnoby a sofistikované knihy vo fyzike. Naozaj vám rozumiem, pretože tiež milujem vedomosti a hľadanie pravdy, ale čas pre všetky knihy je katastrofálne chýba. Nie ste sami, veľmi veľa zvedavých ľudí sa získavajú vo vyhľadávacom bare: "Kvantová fyzika pre čajové kanvice, kvantová mechanika pre čajové kanvice, kvantová fyzika pre začiatočníkov, kvantová mechanika pre začiatočníkov, základ kvantovej fyziky, základy kvantovej mechaniky, kvantová fyzika pre deti, čo je kvantová mechanika ". Je to pre vás túto publikáciu.

Budete chápať základné koncepty a paradoxy kvantovej fyziky. Z článku sa dozviete:

• Čo je rušenie?
• Čo je točenie a superpozícia?
• Čo je "meranie" alebo "kolaps funkcie vlny"?
• Čo je kvantový zmätok (alebo kvantová teleportácia pre figuríny)? (Pozri článok)
• Čo je mentálny experiment "Schrödinger Cat"? (Pozri článok)

Čo je kvantová fyzika a kvantová mechanika?

Kvantová mechanika sú súčasťou kvantovej fyziky.

Prečo je to tak ťažké pochopiť tieto vedy? Odpoveď je jednoduchá: kvantová fyzika a kvantová mechanika (časť kvantovej fyziky) študujú zákony mikromyru. A tieto zákony sú absolútne odlišné od zákonov nášho macromir. Preto je pre nás ťažké predstaviť si, čo sa deje s elektrónmi a fotónmi v mikrometri.

Príklad rozdielu medzi zákonmi Micro- a Micromirov: V našom makromírii, ak si dal loptu do jedného z 2 boxov, potom v jednom z nich bude prázdny, a v druhej - lopta. Ale v mikrometri (ak namiesto guľôčky - atóm) môže byť atóm súčasne v dvoch boxoch. Toto sa opakovane potvrdí experimentálne. Je to naozaj ťažké ubytovať ho vo vašej hlave? Ale nemôžete sa hádať s faktami.

Ešte jeden príklad. Vy ste fotografoval rýchlo ponáhľal červené športové auto a videl rozmazaný horizontálny prúžok na fotografii, ako keby auto v momente fotografie bolo z niekoľkých bodov priestoru. Napriek tomu, že vidíte na fotografii, ste stále istí, že auto je na jednej sekunde, keď ste fotografovaní v jednom konkrétnom mieste v priestore. V svete Microy je všetko nesprávne. Elektrón, ktorý sa otáča okolo jadra atómu, sa naozaj neotáča, ale je súčasne vo všetkých bodoch gule okolo jadra atómu. Ako zranená voľná tangler namáhaná vlna. Tento koncept vo fyzike sa volá "Elektronický mrak" .

Malá exkurzia v histórii. Prvýkrát o Quantum World, vedci si mysleli, že v roku 1900 sa nemecký fyzik Max Planck pokúsil zistiť, prečo, keď sa zahrieva, kovy menia farbu. Bol to on, kto zaviedol koncepciu kvantového. Predtým si vedci mysleli, že svetlo sa vzťahuje nepretržite. Prvá, ktorá vážne vnímala otvorenie dosky, bola komukoľvek potom neznáma Albert Encen. Uvedomil si, že svetlo nebolo len vlnou. Niekedy sa chová ako častica. ENSTEIN dostal Nobelovu cenu za jeho objav, že svetlo je vyžarované porcií, Quanta. Kvantový svetlo sa nazýva fotón ( foton, Wikipédia) .

S cieľom uľahčiť pochopenie zákonov kvantového fyzika a mechanika (Wikipédia), Je potrebné v istom zmysle abstraktné z obvyklých zákonov klasickej fyziky. A predstaviť si, že ste sa stretli, ako Alice, v králiči NORA, v krajine zázrakov.

A tu je karikatúra pre deti a dospelých. Hovorí o základnom experimente kvantovej mechaniky s 2 slotmi a pozorovateľom. Trvá len 5 minút. Pozrite sa na neho predtým, ako sa prehĺbime v hlavných otázkach a koncepciách kvantovej fyziky.

Kvantová fyzika pre tunika Video. V karikatúre venujte pozornosť "Eye" pozorovateľa. Stal sa vážnym tajomstvom pre vedcov lekárov.

Čo je rušenie?

Na začiatku karikatúry sa ukázalo na príklade tekutiny, pretože vlny sa správajú - striedavé tmavé a ľahké zvislé pruhy sa objavujú na obrazovke s slotmi. A v prípade, keď tanier "Shoot" diskrétne častice (napríklad kamienky) letia cez 2 sloty a padajú na obrazovku priamo oproti medzeru. A "kresliť" na obrazovke iba 2 vertikálne pruhy.

Interferenčný svetlo - Toto je "vlnové" správanie svetla, keď sa na obrazovke zobrazí veľa striedajúcich jasné a tmavé vertikálne pruhy. Stále tieto vertikálne pruhy rozsah interferencie sa nazýva.

V našom Macromir, často pozorujeme, že svetlo sa správa ako vlna. Ak si dal ruku pred sviečkou, potom stena nebude nie je jasným tieňom ruky, ale s rozbitými kontúrami.

Takže, všetko nie je ťažké! Teraz je celkom úplne jasné, že svetlo má vlnovú prírodu a ak sú 2 sloty, aby sa osvetľovali svetlo, potom uvidíme interferenčný obrázok na obrazovke. Teraz zvážte druhý experiment. Toto je slávny experiment Stern-Gerlacha (ktorý strávil v 20. rokoch minulého storočia).

Inštalácia opísaná v karikatúre nie je svetla, ale "vystrelená" s elektrónmi (ako samostatné častice). Potom, na začiatku minulého storočia, fyzika celého sveta veril, že elektróny sú elementárne častice hmoty a nemali by mať vlnovú povahu, ale rovnaké ako kamienky. Koniec koncov, elektróny sú elementárne častice hmoty, správne? To znamená, že ak "hodia" v 2 trhliny, ako sú kamienky, potom na obrazovke pre sloty musíme vidieť 2 vertikálne pruhy.

Ale ... výsledok bol ohromujúci. Vedci videli interferenčný obraz - veľa zvislých pruhov. To znamená, že elektróny, rovnako ako svetlo, môžu mať tiež vlnovú povahu, môže interferovať. A na druhej strane to bolo jasné, že svetlo nie je len vlnou, ale trochu a častica - fotón (z historického odkazu na začiatku výrobku sme sa dozvedeli, že otvorenie Enstein dostal Nobelovu cenu) .

Si môže pamätať, povedali sme v škole na fyzike "Vaccular and Wave Dualizmus"? To znamená, že pokiaľ ide o veľmi malé častice (atómy, elektróny) mikropled, potom sú to vlny a častice

Dnes, dnes sme tak šikovní a chápeme, že 2 nad popísaným experimentom - streľba elektrónov a osvetlenie slot svetla je podstatou tej istej veci. Pretože strieľame štrbiny kvantových častíc. Teraz vieme, že svetlo a elektróny majú kvantovú povahu, obe vlny a častice v rovnakom čase. A na začiatku 20. storočia boli výsledky tohto experimentu pocit.

Pozor! Teraz sa dostaneme k jemnejšej emisii.

Svietime na naše praskliny s tokom fotónov (elektrónov) - a pozrite sa na sloty na obrazovke interferenčný vzor (vertikálne pruhy). Je to jasné. Máme však záujem vidieť, ako každý elektrón letí v slote.

Predpokladá sa, že jeden elektrón letí do ľavého otvoru, druhý má pravdu. Potom sa na obrazovke objaví 2 vertikálne pásy priamo oproti slotom. Prečo je interferenčný obrázok? Možno, že elektróny nejakým spôsobom navzájom navzájom komunikujú na obrazovke po rozpätí cez sloty. V dôsledku toho sa získa takýto vlnový obrázok. Ako sledujeme?

Vyhodíme elektróny nie nie je lúč, ale jeden po druhom. Hoď, počkaj, hodiť nasledujúce. Teraz, keď elektrón letí, už nebude navzájom komunikovať na obrazovke s inými elektrónmi. Po hádzaní zaregistrujeme každý elektrón na obrazovke. Jeden alebo dva samozrejme nie "kresliť" jasný obraz. Ale keď im posielajú veľa v slotoch, poznamenávame sa ... oh horor - opäť "maľované" rušenie vlny obrázok!

Začneme pomaly zblázniť. Koniec koncov, očakávali sme 2 vertikálne pruhy oproti medzerám! Ukazuje sa, že keď sme hodili fotóny jeden po druhom, každý z nich prešiel, ako keby po 2 trhlinách súčasne a interfered sám sám. Fikcia! Poďme sa vrátiť k vysvetleniu tohto fenoménu v nasledujúcej časti.

Čo je točenie a superpozícia?

Teraz vieme, čo je rušenie. Toto je vlnové správanie mikro častíc - fotónov, elektrónov, iných mikro častíc (poďme im zavolať fotóny z tohto momentu na jednoduchosť).

V dôsledku experimentu, keď sme hodili do 2 slotov 1 fotónu, uvedomili sme si, že letí, ako keby boli dva trhliny súčasne. V opačnom prípade, ako vysvetliť interferenčný obrázok na obrazovke?

Ale ako prezentovať obrázok, ktorý fotón letí cez dve praskliny súčasne? Existujú 2 možnosti.

• 1. Možnosť: Fotón, ako vlna (ako voda) "pláva" cez 2 sloty v rovnakom čase
• 2. Možnosť: Fotón, ako je častica, letí súčasne na 2. trajektóriách (ani dva, ale vôbec naraz)

Tieto vyhlásenia sú v zásade rovnocenné. Prišli sme na "integrál na trajektóriách." Toto je formulácia kvantovej mechaniky z Richarda Feynman.

Mimochodom, je to Richard Feynman patrí k známemu výrazu, že s istotou môže tvrdiť, že kvantová mechanika nikto nechápe

Tento výraz však pracoval na začiatku storočia. Ale teraz sme šikovní a vieme, že fotón sa môže správať a ako častica, a ako vlna. Že môže pre nás nejako nepochopiť, aby sme lietali súčasne po 2 slotoch. Preto ľahko pochopíme nasledujúce dôležité tvrdenie kvantovej mechaniky:

Prísne povedané, Quantum Mechanic nám hovorí, čo je správanie fotónu - pravidlo, a nie výnimkou. Akákoľvek kvantová častica je zvyčajne v niekoľkých štátoch alebo v niekoľkých miestach priestoru v rovnakom čase.

MACROMIR objekty môžu byť len na jednom konkrétnom mieste v jednom špecifickom stave. Kvantová častica však existuje vo svojich zákonoch. A ona a veci nie sú predtým, čo im nerozumieme. Na tomto mieste.

Mali by sme jednoducho rozpoznať ako Axiom, že "superpozícia" kvantového objektu znamená, že môže byť na 2 alebo viac trajektórií v rovnakom čase, v 2 alebo viac bodoch v rovnakom čase

To isté platí pre iný parameter fotónu - späť (vlastný uhlový hybnosť). Spin je vektor. Kvantový objekt môže byť reprezentovaný ako mikroskopický magnet. Sme zvyknutí, že magnetický vektor (spin) je buď nasmerovaný, alebo dole. Ale elektrón alebo fotón nám opäť hovoria: "Chlapci, staráme sa o to, čo ste zvyknutí, môžeme byť v oboch stavoch chrbta okamžite (vektor hore, vektor nadol), rovnako ako my môžeme byť na 2 trajektóriách v rovnakom čase alebo v 2 bodoch v rovnakom čase! "

Čo je "meranie" alebo "kolaps funkcie vlny"?

Opustili sme trochu - pochopili viac, čo je "meranie" a čo je "kolaps funkcie vlny".

Funkcia vlny - Toto je popis stavu kvantového objektu (náš fotón alebo elektrón).

Predpokladajme, že máme elektrón, letí k sebe V neurčovacom stave je spin zameraný a hore a dole v rovnakom čase. Musíme merať jeho stav.

Miešame s použitím magnetického poľa: elektróny, v ktorých sa rotácia nasmerovala smerom k smeru poľa, odchýlil sa v jednom smere a elektróny, ktorých rotácia je nasmerovaná proti poľa na druhú. Viac fotónov je možné odoslať do polarizačného filtra. Ak odstreďuje (polarizácia) fotónu +1 - prechádza cez filter, a ak -1, potom č.

Zastaviť! Tu budete mať nevyhnutne otázku: Pred meraním, pretože elektrón nemal žiadny konkrétny smer chrbta, správne? Bol vo všetkých štátoch v tom istom čase?

Toto je čip a pocit kvantovej mechaniky. Kým nemerajete stav kvantového objektu, môže sa otáčať v ľubovoľnom smere (mať akýkoľvek smer vektora vlastného hybnosti - spin). Ale v okamihu, keď ste merali svoj stav, zdá sa, že rozhodnutie, čo odstreďuje vektor.

Tu je taký chladný, tento kvantový objekt - rozhoduje o svojom štáte. A vopred si nemôžeme predpovedať, aké rozhodnutie bude trvať, keď letí na magnetické pole, v ktorom ho zmeime. Pravdepodobnosť, že sa rozhodne mať vektor "hore" alebo "dole" - 50 o 50%. Ale hneď, ako sa rozhodol - je to v určitom stave so špecifickým smerom chrbta. Dôvodom jeho riešenia je naše "meranie"!

Toto sa volá " zrútenie funkcie vlny ". Funkcia vlny pred meraním neisté, t.j. Vektor elektrónového spinu bol súčasne vo všetkých smeroch, po meraní elektrónu zaznamenal určitý smer vektora jeho chrbta.

Pozor! Vynikajúce pre porozumenie príkladu-združenie z nášho macromir:

Roztiahnite mincu na stôl ako julia. Zatiaľ čo minca sa točí, neo nemá špecifickú hodnotu - orol alebo spech. Ale hneď, ako sa rozhodnete "merať" túto hodnotu a dať mincu rukou, je tu, že betónový stav mincí je orol alebo spech. Predstavte si, že táto minca rozhodne, akú hodnotu pre vás "show" je orol alebo spech. Tiež sa chová a elektrón.

A teraz si pamätajte, že experiment zobrazený na konci karikatúry. Keď sa fotóny prešli cez medzery, správali sa ako vlna a na obrazovke ukázali interferenčný obrázok. A keď sa vedci chceli opraviť (meranie) momentom fotonických rozpätí cez medzeru a nastavte obrazovku "pozorovateľa", fotóny sa začali správať, nie ako vlny, ale ako častice. A "Drew" na obrazovke 2 vertikálne pruhy. Tí. V čase merania alebo pozorovania si kvantové objekty sami vyberajú, v tom, čo ich uvádza.

Fikcia! Nieje to?

Ale to nie je všetko. Nakoniec sme my dostal som sa na najzaujímavejšie.

Ale ... Zdá sa mi, že informácie budú preťažené, takže 2 z týchto pojmov budeme pozerať na samostatné príspevky:

• Čo ?
• Čo je mentálny experiment.

A teraz chcete, aby sa informácie rozložili na policiach? Skontrolujte dokument, ktorý pripravil Kanadský inštitút teoretickej fyziky. V ňom za 20 minút je veľmi stručný a v chronologickom poradí vám poviete o všetkých objavoch kvantovej fyziky, počnúc otvorením plánu v roku 1900. A potom povedzte, aký praktický vývoj sa uskutoční teraz na základe poznatkov na kvantovej fyzike: z najpresnejších atómových hodín na výpočty super-rýchlosti kvantového počítača. Vrelo odporúčam sledovať tento film.

Vidíme sa!

Želám vám všetku inšpiráciu pre všetky plánované plány a projekty!

P.S.2 Napíšte svoje otázky a myšlienky v komentároch. Napíšte, aké ďalšie otázky týkajúce sa kvantovej fyziky máte záujem?

P.S.3 Prihlásiť sa k blogu - formulár na upisovanie článku.