Квантум - шта је то? Дефиниција и значај за науку

Овај чланак говори о чињеници да је "квант" физика елементарних честица. Овде је дата дефиниција ове вредности, приказана је њена важност и дата је кратка историја његовог открића.

Математика и физика

Две најстрашније школске дисциплине за студенте са хуманитарним размишљање некада уједињени да створе нову фазу у проучавању околног света. Све је почело са чињеницом да је Мак Планцк, који изводи формулу за дистрибуцију зрачења апсолутно црно тело увео концепт "кванта". Значење ријечи је дословно: најмањи дио нечега, на примјер, енергија, поље, тренутак инерције.

И овај концепт се односи на микросвијет: може постојати квантум свјетлости и гравитационог поља, али не може бити кванта масе или кише. Да би читалац био јаснији, даћемо један пример. Ако су сва могућа стања електрона цела крава, онда је квант најмањи део меса са којим можете да се храните, то јест, један одрезак. Иначе, у чувеном филму Џејмса Бонда, кванти милосрђа сигурно имплицирају да чак и најзалужнија особа има мало сажаљења у својој души.

Борба за квантну физику

У почетку, Мак Планцк се понашао у оквиру претходних идеја о физици. Он је увео квант у једнаџбу, чије значење се у његовим очима састојало само у практичности математичког израза. Тако се испоставило да је овај концепт открио готово случајно, без настојања да направи пробој.

Генерално, био је савесни истраживач, напорно радио на свакој теми и довео је до краја. Истрајност и упорност су му омогућили да окрене физику. Није било бриљантних увида и изненадних идеја. Можда је зато дуго времена порицао важност свог открића и покушао некако “уклопити”, помирити нови концепт са старим приступом физици. Читава галаксија научника, која се појавила због увођења кванта, није могла да га убеди у фундаментални значај једне претпоставке за будућност науке.

Вредност за науку

Пре свега, квант је основа за разумевање природе светлости. Научници су још у седамнаестом веку прилично тачно мерили брзину сунчеве светлости, али нису могли да објасне свој изглед или апсорпцију површинама. Испоставило се да је енергија електромагнетни таласи са истим инкрементом фазе у времену, може узети само мултипле од Е = (Н + 1/2) .ω. Објаснићемо:

• Е је енергија;
• Н је цео број;
• ħ - редуцирана Планцкова константа, х / 2π;
• ω је угаона фреквенција, која је временски прираст таласне фазе.

Горња формула значи да је енергија зрачења исω квантизована, то јест, она је скуп коначних пакета или фотона.

Квантум и материја

Пошто су објаснили природу светлости, људи су схватили да квантум није само математичка шала, већ и велике могућности. Касније, научници су открили зашто електрони у атомима могу бити само у одређеним орбитама. То је захтијевало увођење принципа дуалности валова и честица за елементарне честице.

Прелаз електрона између две орбитале у атому увек се јавља са трзањем. То доводи до процеса којим се квант светлости емитује или апсорбује. Шта ова чињеница значи за науку, објашњавамо мало испод. У сваком типу атома, скуп кванта транзиције је јединствен. То јест, скуп енергија потребних да узбуди електроне злата не одговара платини. То омогућава да се тачно одреди који је прелаз направљен и да се разуме који тип атома се проучава: водоник или аргон, алуминијум или магнезијум.

На тој основи је најснажније средство за проучавање и освајање материје - спектроскопија. Примена анализе спектра је прилично опсежна, ево неких од њих:

• проучавање састава и структуре нових материјала;
• побољшање својстава већ познатих једињења;
• проучавање процеса који се дешавају у интеракцији различитих врста материје.

Сам читалац ће лако замислити да се такав метод може користити у свим сферама људске активности.

Врсте кванта

Поред већ описаног фотона, постоје и други типови кванта:

1. Глуон - квантум векторског поља.
2. Гравитон је квант гравитационог поља (теоретски предвиђен, али до сада његово постојање није доказано практично).
3. Хигсов бозон је квант у Хигсовом пољу.

Велики хадронски сударач, који је изграђен 2012. године, доказао је да је у његовим дубинама рођен нови квант, Хигсов бозон. Дакле, физичари су показали зашто глуони и фотони немају масу за одмор.

Ласер као резултат кроћења кванта светлости

Схвативши како се добијају фотони, научници су их могли "укротити". Као резултат, појавио се ласер - извор монокроматских електромагнетних таласа. Са прилично једноставним принципима који су основа за истовремену генерацију фотона једног таласна дужина (монохроматски), а једноставна структура самог уређаја, било је великих техничких потешкоћа.

Први задатак је био да се пронађе материјал у коме би постојала инверзна популација електрона. Други задатак је био да се створе два огледала на крајевима радног кристала. Али обојица су одавно ријешена, а разумијевање онога што је квантум је први корак ка добивању таквих сложених уређаја.

У модерном свету, ласер се користи свуда. Користи се за забаву (ласерски показивач) и за озбиљне сврхе (термонуклеарна реакција).