מעניין

סקירה של פיסיקה קוונטית

סקירה של פיסיקה קוונטית

פיזיקה קוונטית היא חקר ההתנהגות של חומר ואנרגיה ברמות המיקרוסקופיות המולקולריות, האטומיות, הגרעיניות ואף הקטנות יותר. בראשית המאה העשרים גילו המדענים כי החוקים המסדירים חפצים מקרוסקופיים אינם מתפקדים זהים בתחומים כה קטנים.

מה המשמעות של קוונטית?

"קוונטום" מקורו בלטינית שפירושה "כמה". זה מתייחס ליחידות הבודדות של חומר ואנרגיה אשר ניבאים על ידי וצופים בפיזיקה קוונטית. אפילו המרחב והזמן שנראים רציפים במיוחד הם בעלי הערכים הקטנים ביותר האפשריים.

מי פיתח מכניקת קוונטים?

ככל שמדענים השיגו את הטכנולוגיה למדידה בדיוק רב יותר, נצפו תופעות מוזרות. לידת הפיזיקה הקוונטית מיוחסת למאמרו של מקס פלאנק משנת 1900 בנושא קרינת גוף שחור. פיתוח התחום נעשה על ידי מקס פלאנק, אלברט איינשטיין, נילס בוהר, ריצ'רד פיינמן, ורנר הייזנברג, ארווין שרדינגר ודמויות תאורה נוספות בתחום. באופן אירוני, לאלברט איינשטיין היו סוגיות תיאורטיות רציניות עם מכניקת הקוונטים וניסה במשך שנים רבות להפריך או לשנות זאת.

מה מיוחד בפיזיקה קוונטית?

בתחום הפיזיקה הקוונטית, התבוננות במשהו משפיעה למעשה על התהליכים הפיזיים המתרחשים. גלי אור פועלים כמו חלקיקים וחלקיקים פועלים כמו גלים (נקראים כפילות חלקיקי הגל). חומר יכול לעבור ממקום אחד למשנהו מבלי לעבור בחלל המתערב (המכונה מנהור קוונטי). מידע נע באופן מיידי על פני מרחקים גדולים. למעשה, במכניקת הקוונטים אנו מגלים שהיקום כולו הוא למעשה סדרה של הסתברויות. למרבה המזל זה מתפרק כשמדובר בחפצים גדולים, כפי שהמחיש ניסוי המחשבה של חתול שרדינגר.

מהי הסתבכות קוונטית?

אחד ממושגי המפתח הוא הסתבכות קוונטית, המתארת ​​מצב בו חלקיקים מרובים קשורים בצורה כזו שמדידת המצב הקוונטי של חלקיק אחד מציבה גם מגבלות על המדידות של החלקיקים האחרים. הדבר מדגים בצורה הטובה ביותר את פרדוקס ה- EPR. למרות שבמקור היה ניסוי מחשבה, זה אושר כעת בניסוי באמצעות בדיקות של משהו המכונה משפט בל.

אופטיקה קוונטית

אופטיקה קוונטית היא ענף של פיזיקת הקוונטים המתמקד בעיקר בהתנהגות האור, או הפוטונים. ברמה של אופטיקה קוונטית, להתנהגותם של פוטונים בודדים יש השפעה על האור היוצא, לעומת האופטיקה הקלאסית, שפותחה על ידי סר אייזק ניוטון. לייזרים הם יישום אחד שיצא מחקר האופטיקה הקוונטית.

אלקטרואנמיקה קוונטית (QED)

אלקטרואדינמיקה קוונטית (QED) היא המחקר כיצד אינטראקציות אלקטרונים ופוטונים פועלים. זה פותח בסוף שנות הארבעים על ידי ריצ'רד פיינמן, ג'וליאן שווינגר, סינטרו טומונאג 'ואחרים. התחזיות של QED לגבי פיזור הפוטונים והאלקטרונים מדויקות לאחד עשר מקומות עשרוניים.

תורת השדה המאוחדת

תיאוריית שדה מאוחדת היא אוסף של נתיבי מחקר שמנסים ליישב את הפיזיקה הקוונטית עם תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין, לרוב על ידי ניסיון לגבש את כוחות היסוד של הפיזיקה. סוגים מסוימים של תיאוריות מאוחדות כוללות (עם חפיפה מסוימת):

  • כוח הכבידה
  • כוח הכבידה של הלולאה
  • תורת המיתרים / תיאוריית העל / תורת M
  • התיאוריה הגדולה האחידה
  • סופרסימטריה
  • תורת הכל

שמות אחרים לפיזיקה קוונטית

פיזיקת הקוונטים נקראת לעיתים מכניקת קוונטים או תיאוריית שדות קוונטיים. יש לו גם תחומי משנה שונים, כפי שנדונו לעיל, המשמשים לעתים להחלפה עם פיזיקת הקוונטים, אם כי פיזיקת הקוונטים היא למעשה המונח הרחב יותר עבור כל תחומי הלימוד הללו.

ממצאים עיקריים, ניסויים והסברים בסיסיים

הממצאים המוקדמים ביותר

דואליות גל-חלקיקים

אפקט קומפטון

עקרון אי הוודאות של הייזנברג

סיבתיות בפיזיקה קוונטית - ניסויי מחשבה ופרשנויות

  • פרשנות קופנהגן
  • החתול של שרדינגר
  • פרדוקס EPR
  • פרשנות העולמות הרבים