Z definicji fizyka kwantowa jest gałęzią fizyki teoretycznej, która zajmuje się badaniem mechaniki kwantowej i kwantowych układów pola oraz praw ich ruchu. Podstawowe prawa fizyki kwantowej są badane w ramach mechaniki kwantowej i kwantowej teorii pola i są stosowane w innych dziedzinach fizyki. Fizykę kwantową i jej główne teorie - mechanikę kwantową, kwantową teorię pola - tworzyło w pierwszej połowie XX wieku wielu naukowców, m.in. Max Planck, Albert Einstein, Arthur Compton, Louis de Broglie, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Paul Dirac , Wolfgang Pauli .Fizyka kwantowa łączy kilka działów fizyki, w których fundamentalną rolę odgrywają zjawiska mechaniki kwantowej i kwantowej teorii pola, przejawiające się na poziomie mikrokosmosu, ale również mające (co ważne) konsekwencje na poziomie makrokosmosu.
Obejmują one:
mechanika kwantowa;
kwantowa teoria pola - i jej zastosowania: fizyka jądrowa, fizyka cząstek elementarnych, fizyka wysokich energii;
kwantowa fizyka statystyczna;
kwantowa teoria materii skondensowanej;
teoria kwantowa ciała stałego;
optyka kwantowa.
Sam termin Quantum (od łacińskiego quantum - „ile”) jest niepodzielną częścią dowolnej wielkości w fizyce. Koncepcja opiera się na założeniu mechaniki kwantowej, że niektóre wielkości fizyczne mogą przyjmować tylko określone wartości (mówi się, że wielkość fizyczna jest skwantowana). W niektórych ważnych szczególnych przypadkach ta wartość lub krok jej zmiany może być tylko całkowitą wielokrotnością niektórych o fundamentalnym znaczeniu- a ten ostatni nazywa się kwantem.
Kwanty niektórych pól mają specjalne nazwy:
foton - kwantowe elektro pole magnetyczne;
gluon - kwant pola wektorowego (gluonowego) w chromodynamice kwantowej (zapewnia oddziaływanie silne);
grawiton - hipotetyczny kwant pola grawitacyjnego;
fonon - kwant ruchu wibracyjnego atomów kryształu.
Ogólnie rzecz biorąc, kwantyzacja to procedura konstruowania czegoś przy użyciu dyskretnego zestawu wielkości, na przykład liczb całkowitych,
w przeciwieństwie do konstruowania przy użyciu ciągłego zestawu wielkości, takich jak liczby rzeczywiste.
W fizyce:
Kwantyzacja - konstrukcja kwantowej wersji jakiejś niekwantowej (klasycznej) teorii lub modelu fizycznego
zgodnie z faktami fizyki kwantowej.
Kwantyzacja Feynmana - kwantyzacja jako całki funkcyjne.
Druga kwantyzacja to metoda opisu wielocząstkowych układów mechaniki kwantowej.
Kwantyzacja Diraca
Kwantyzacja geometryczna
W informatyce i elektronice:
Kwantyzacja to podział zakresu wartości określonej wielkości na skończoną liczbę przedziałów.
Szum kwantyzacji - błędy występujące podczas digitalizacji sygnału analogowego.
W muzyce:
Kwantyzacja nut — przesuwanie nut do najbliższego uderzenia w sekwencerze.
Należy zauważyć, że mimo szeregu pewnych sukcesów w opisie natury wielu zjawisk i procesów zachodzących w otaczającym nas świecie, fizyka kwantowa, wraz z całym zespołem jej subdyscyplin, nie jest dziś integralną, kompletną koncepcją, a choć początkowo rozumiano, że to w ramach fizyki kwantowej zostanie zbudowana jedna integralna, spójna i wyjaśniająca wszystkie znane dyscypliny zjawisk, to dziś tak nie jest, np. fizyka kwantowa nie jest w stanie wyjaśnić zasad i przedstawić działający model grawitacji, choć nikt nie wątpi, że grawitacja jest jednym z fundamentalnych podstawowych praw wszechświata, a niemożność wyjaśnienia jej z punktu widzenia podejść kwantowych mówi jedynie, że są one niedoskonałe, a nie kompletne i ostateczna prawda w ostatniej instancji.
Co więcej, w samej fizyce kwantowej istnieją różne nurty i kierunki, z których przedstawiciele każdego z nich oferują własne wyjaśnienia eksperymentów fenomenologicznych, które nie mają jednoznacznej interpretacji. W obrębie samej fizyki kwantowej reprezentujący ją naukowcy nie mają wspólnego zdania i wspólnego zrozumienia, często ich interpretacje i wyjaśnienia tych samych zjawisk są wręcz przeciwstawne. A czytelnik powinien zrozumieć, że sama fizyka kwantowa jest tylko koncepcją pośrednią, zestawem metod, podejść i algorytmów, które ją tworzą, i może się okazać, że po pewnym czasie powstanie koncepcja znacznie pełniejsza, doskonalsza i spójniejsza , innymi podejściami i innymi metodami. Niemniej jednak czytelnika z pewnością zainteresują główne zjawiska, które są przedmiotem badań fizyki kwantowej, a które, gdy wyjaśniające je modele zostaną połączone w jeden układ, mogą równie dobrze stać się podstawą dla zupełnie nowego paradygmatu naukowego. Oto wydarzenia:
1. Dualizm korpuskularno-falowy.
Początkowo zakładano, że dualność falowo-cząsteczkowa jest charakterystyczna tylko dla fotonów światła, co w niektórych przypadkach
zachowują się jak strumień cząstek, aw innych jak fale. Jednak wiele eksperymentów fizyki kwantowej pokazało, że takie zachowanie jest charakterystyczne nie tylko dla fotonów, ale także wszelkich cząstek, w tym tych, które składają się na fizycznie gęstą materię. Jednym z najbardziej znanych eksperymentów w tej dziedzinie jest eksperyment z dwiema szczelinami, kiedy strumień elektronów kierowany był na płytkę, w której znajdowały się dwie równoległe wąskie szczeliny, za płytą znajdował się nieprzepuszczalny dla elektronów ekran, na którym było to możliwe aby zobaczyć dokładnie, jakie wzory pojawiły się na nim od elektronów. W niektórych przypadkach obraz ten składał się z dwóch równoległych pasków, takich jak dwie szczeliny na płycie przed ekranem, które charakteryzowały zachowanie wiązki elektronów, jak strumień małych kulek, ale w innych przypadkach na ekranie utworzył się wzór charakterystyczny dla interferencji fal (wiele równoległych pasków, z najgrubszymi w środku i cieńszymi na brzegach). Próbując dokładniej zbadać ten proces, okazało się, że jeden elektron może przejść albo tylko przez jedną, albo przez dwie szczeliny jednocześnie, co jest całkowicie niemożliwe, gdyby elektron był tylko cząstką stałą. W rzeczywistości w chwili obecnej istnieje już punkt widzenia, choć nie udowodniony, ale pozornie bardzo bliski prawdy i niezwykle ważny ze światopoglądowego punktu widzenia, że elektron w rzeczywistości nie jest ani falą, ani cząsteczką. , ale jest to przeplatanie się pierwotnych energii lub materii, skręconych razem i krążących po określonej orbicie, a w niektórych przypadkach demonstrujących właściwości fali. aw niektórych właściwościach cząstki.
Wielu zwykłych ludzi bardzo słabo rozumie, ale czym jest chmura elektronów otaczająca atom, która została opisana w
szkoła no co to jest chmura elektronów czyli że jest ich dużo, te elektrony nie, nie tak, chmura to ten sam elektron,
po prostu jest rozmazany na orbicie, jak kropla, a próbując określić jego dokładną lokalizację, zawsze musisz użyć
podejścia probabilistyczne, ponieważ chociaż przeprowadzono ogromną liczbę eksperymentów, nigdy nie było możliwe dokładne ustalenie, gdzie elektron znajduje się na orbicie w danym momencie, można to określić tylko z pewnym prawdopodobieństwem. A to wszystko z tego samego powodu, dla którego elektron nie jest cząstką stałą i zobrazuj go jako in podręczniki szkolne, jak solidna kula krążąca po orbicie, jest zasadniczo błędna i tworzy u dzieci błędne wyobrażenie o tym, jak faktycznie zachodzą procesy w przyrodzie na poziomie mikro, wszędzie wokół nas, łącznie z nami.
2. Relacja między obserwowanym a obserwatorem, wpływ obserwatora na obserwowany.
W tych samych eksperymentach z płytą z dwiema szczelinami i ekranem oraz w podobnych nieoczekiwanie stwierdzono, że zachowanie elektronów jako fali i jako cząstki było w całkowicie mierzalnej zależności od obecności bezpośredniego naukowca-obserwatora. w eksperymencie, czy nie, a jeśli był obecny, jakie miał oczekiwania wobec wyników eksperymentu!
Kiedy obserwujący naukowiec oczekiwał, że elektrony będą zachowywać się jak cząstki, zachowywały się jak cząstki, ale kiedy jego miejsce zajął naukowiec, który spodziewał się zachowywać jak fale, elektrony zachowywały się jak strumień fal! Oczekiwania obserwatora wpływają bezpośrednio na wynik eksperymentu, choć nie we wszystkich przypadkach, ale w całkowicie wymiernym procencie eksperymentów! Ważne, bardzo ważne jest zrozumienie, że obserwowany eksperyment i sam obserwator nie są czymś oddzielonym od siebie, ale są częścią jednego systemu, bez względu na to, jakie ściany między nimi stoją. Niezwykle ważne jest uświadomienie sobie, że cały proces naszego życia jest ciągłą i nieustanną obserwacją,
dla innych ludzi, zjawisk i przedmiotów oraz dla siebie. I chociaż oczekiwanie na obserwowalne nie zawsze dokładnie określa wynik działania,
poza tym istnieje wiele innych czynników, jednak wpływ tego jest bardzo zauważalny.
Pamiętajmy ile razy w naszym życiu zdarzały się sytuacje, że ktoś robi jakiś interes, inny podchodzi do niego i zaczyna go uważnie obserwować iw tym momencie ta osoba albo popełnia błąd, albo jakieś mimowolne działanie. I wielu jest zaznajomionych z tym nieuchwytnym uczuciem, kiedy wykonujesz jakąś czynność, zaczynają cię uważnie obserwować iw rezultacie przestajesz być w stanie wykonać tę czynność, chociaż zrobiłeś to całkiem skutecznie przed pojawieniem się obserwatora.
A teraz pamiętajmy, że większość ludzi wychowuje się i wychowuje, zarówno w szkołach, jak i instytutach, że wszystko dookoła, fizycznie gęsta materia, wszystkie przedmioty i my sami składamy się z atomów, a atomy składają się z jąder i krążą wokół nich. elektrony, a jądra to protony i neutrony, a wszystko to takie twarde kule, które są ze sobą połączone różne rodzaje wiązania chemiczne, i to rodzaje tych wiązań decydują o charakterze i właściwościach substancji. A o możliwym zachowaniu się cząstek z punktu widzenia fal, a więc wszystkich obiektów, z których te cząstki się składają, i nas samych,
nikt nie mówi! Większość o tym nie wie, nie wierz w to i nie używaj tego! Oznacza to, że oczekuje zachowania od otaczających obiektów dokładnie jako zestawu cząstek stałych. Cóż, zachowują się i zachowują jak zbiór cząstek w różnych kombinacjach. Prawie nikt nie spodziewa się zachowania obiektu z fizycznie gęstej materii, jak strumień fal, wydaje się to niemożliwe zdrowy rozsądek choć nie ma w tym zasadniczych przeszkód, a wszystko dlatego, że od dzieciństwa układają się błędne i błędne wzorce i rozumienie otaczającego świata, w efekcie, gdy człowiek dorasta, nie korzysta z tych możliwości, nie nawet wiedzą, że istnieją. Jak możesz wykorzystać to, czego nie wiesz. A ponieważ na planecie są miliardy takich niewierzących i nieświadomych ludzi, całkiem możliwe, że całość świadomość publiczna wszyscy ludzie na ziemi, jako rodzaj przeciętnej dla szpitala, określają jako domyślne urządzenie otaczającego świata jako zbiór cząstek, cegiełek i nic więcej (w końcu, według jednego z modeli, wszystkie ludzkość to ogromny zbiór obserwatorów).
3. Nielokalność kwantowa i splątanie kwantowe.
Jednym z podstawowych i definiujących pojęć fizyki kwantowej jest kwantowa nielokalność i bezpośrednio z nią związane splątanie kwantowe, czyli splątanie kwantowe, które w zasadzie jest tym samym. Uderzającymi przykładami splątania kwantowego są na przykład eksperymenty przeprowadzone przez Alaina Aspecta, w których przeprowadzono polaryzację fotonów emitowanych przez to samo źródło i odbieranych przez dwa różne odbiorniki. I okazało się, że jeśli zmienimy polaryzację (orientację spinu) jednego fotonu, to polaryzacja drugiego fotonu zmienia się w tym samym czasie i odwrotnie, i ta zmiana polaryzacji następuje natychmiastowo, niezależnie od odległości na jaką te fotony są od siebie. Wygląda na to, że dwa fotony emitowane przez jedno źródło są ze sobą połączone, chociaż nie ma między nimi wyraźnego przestrzennego związku, a zmiana parametrów jednego fotonu natychmiast prowadzi do zmiany parametrów innego fotonu. Ważne jest, aby zrozumieć, że zjawisko splątania kwantowego lub splątania dotyczy nie tylko poziomu mikro, ale także makro.
Jednym z pierwszych eksperymentów demonstracyjnych w tej dziedzinie był eksperyment rosyjskich (wówczas jeszcze radzieckich) fizyków torsyjnych.
Schemat eksperymentu był następujący: wzięli do spalania w kotłowniach kawałek najzwyklejszego węgla brunatnego wydobywanego w kopalniach i przepiłowali go na 2 części. Ponieważ ludzkość zna węgiel od bardzo dawna, jest to obiekt bardzo dobrze przebadany, zarówno pod względem właściwości fizycznych, jak i chemicznych, wiązań molekularnych, ciepła wydzielanego podczas spalania na jednostkę objętości i tak dalej. Tak więc jeden kawałek tego węgla pozostał w laboratorium w Kijowie, drugi trafił do laboratorium w Krakowie. Każdy z tych kawałków z kolei został pocięty na 2 identyczne części, wynik był taki - 2 identyczne kawałki tego samego węgla były w Kijowie, a 2 identyczne kawałki były w Krakowie. Następnie zabrali po jednym kawałku w Kijowie i Krakowie i jednocześnie spalili oba i mierzyli ilość ciepła wydzielanego podczas spalania. Okazało się, że jest mniej więcej tak samo, jak oczekiwano. Następnie kawałek węgla w Kijowie został napromieniowany generatorem skrętnym (ten w Krakowie nie był niczym napromieniowany) i ponownie oba te kawałki zostały spalone. I tym razem oba te kawałki dawały efekt około 15% więcej ciepła podczas spalania niż podczas spalania pierwszych dwóch kawałków. Wzrost wydzielania ciepła podczas spalania węgla w Kijowie był zrozumiały, ponieważ był on pod wpływem promieniowania, w wyniku czego zmieniła się jego struktura fizyczna, co spowodowało wzrost wydzielania ciepła podczas spalania o około 15%. Ale ten egzemplarz, który był w Krakowie, również zwiększył wydzielanie ciepła o 15%, mimo że nie był niczym napromieniowany! Ten kawałek węgla zmienił też swoje właściwości fizyczne, choć to nie on został napromieniowany, ale inny kawałek (z którym kiedyś były częścią jednej całości, co jest fundamentalnie ważnym punktem dla zrozumienia istoty) oraz odległość 2000 km między tymi kawałkami nie stanowiło absolutnie żadnej przeszkody, zmiany w strukturze obu kawałków węgla następowały natychmiast, co zostało ustalone przez wielokrotne powtarzanie eksperymentu. Ale musimy zrozumieć, że ten proces niekoniecznie dotyczy tylko węgla, można użyć dowolnego innego materiału, a efekt, całkiem oczekiwany, będzie dokładnie taki sam!
Oznacza to, że splątanie kwantowe i kwantowa nielokalność obowiązują również w świecie makroskopowym, a nie tylko w mikrokosmosie cząstek elementarnych - ogólnie jest to całkiem prawdziwe, ponieważ wszystkie makroobiekty składają się z tych właśnie elementarnych cząstek!
Należy uczciwie zauważyć, że fizycy torsyjni uważali wiele zjawisk kwantowych za przejaw pól torsyjnych, a niektórzy fizycy kwantowi wręcz przeciwnie, uważali pola torsyjne za szczególny przypadek przejawów efektów kwantowych. Co w ogóle nie jest zaskakujące, ponieważ obaj badają i badają ten sam świat wokół, z tymi samymi uniwersalnymi prawami, zarówno na poziomie mikro, jak i makro,
i niech stosują różne podejścia i inną terminologię przy wyjaśnianiu zjawisk, istota jest wciąż ta sama.
Ale czy to zjawisko dotyczy tylko obiektów nieożywionych, jak wygląda sytuacja z żywymi organizmami, czy można tam wykryć podobne efekty?
Okazało się, że tak, a jednym z tych, którzy to udowodnili, był amerykański lekarz Cleve Baxter. Początkowo naukowiec ten specjalizował się w testowaniu wariografu, czyli urządzenia, wykrywacza kłamstw, używanego do przesłuchiwania osób w laboratoriach CIA. Przeprowadzono szereg udanych eksperymentów, aby zarejestrować i ustalić różne stany emocjonalne u przesłuchiwanych osób w zależności od odczytów wariografu i opracowano skuteczne metody, które są nadal używane do przesłuchań za pomocą wykrywacza kłamstw. Z biegiem czasu zainteresowania doktora rozszerzyły się i zaczął eksperymentować z roślinami i zwierzętami. Wśród wielu bardzo interesujących wyników na wyróżnienie zasługuje jeden, który jest bezpośrednio związany ze splątaniem kwantowym i nielokalnością kwantową, a mianowicie następujące - od uczestnika eksperymentu pobrano żywe komórki z ust i umieszczono w probówce (to wiadomo, że komórki pobrane do próbki
ludzie żyją jeszcze kilka godzin), tę probówkę podłączono do wariografu. Następnie osoba, od której pobrano tę próbkę, przejechała kilkadziesiąt, a nawet setki kilometrów i przeżywała tam różne stresujące sytuacje. Przez lata badań Cleve Baxter dobrze zbadał, które odczyty wariografu odpowiadają pewnym stresującym warunkom ludzkim. Prowadzony był ścisły protokół, w którym wyraźnie odnotowywano czas dostania się w sytuacje stresowe, a także prowadzono protokół rejestrowania odczytów wariografu podłączonego do probówki z wciąż żywymi komórkami. stresująca sytuacja i prawie jednoczesną reakcję komórek w postaci odpowiednich wariografów! To znaczy, chociaż komórki pobrane od osoby do testu i samego człowieka były rozdzielone w przestrzeni, nadal istniał między nimi związek i zmiana w stan emocjonalny i psychiczny człowieka niemal natychmiast znalazł odzwierciedlenie w reakcjach komórkowych in vitro.
Wynik był wielokrotnie powtarzany, próbowano zamontować ekrany ołowiane w celu odizolowania probówki wariografem, ale to nie pomogło,
mimo wszystko nawet za ekranem prowadzącym dochodziło do niemal synchronicznej rejestracji zmian stanów.
Oznacza to, że splątanie kwantowe i nielokalność kwantowa są prawdziwe zarówno dla przyrody nieożywionej, jak i żywej, ponadto jest to całkowicie naturalne zjawisko naturalne, które występuje wokół nas! Myślę, że wielu czytelników jest zainteresowanych, a nawet więcej, ale czy można podróżować nie tylko w kosmosie, ale także w czasie, może są jakieś eksperymenty, które to potwierdzają i prawdopodobnie może tu pomóc splątanie kwantowe i nielokalność kwantowa? Okazało się, że takie eksperymenty istnieją! Jeden z nich został przeprowadzony przez słynnego sowieckiego astrofizyka Nikołaja Aleksandrowicza Kozyriewa i składał się z następujących. Wszyscy wiedzą, że pozycja gwiazdy, którą widzimy na niebie, nie jest prawdziwa, ponieważ przez te tysiące lat, kiedy światło leci od gwiazdy do nas, ona sama już przesunęła się w tym czasie na całkowicie mierzalną odległość. Znając obliczoną trajektorię gwiazdy, można się domyślić, gdzie powinna być teraz, a ponadto można obliczyć, gdzie powinna być w przyszłości w następnym czasie (w okresie równym czasowi, w jakim światło musi podróżować z nas do tej gwiazdy), jeśli przybliżymy trajektorię jej ruchu, a za pomocą teleskopu o specjalnej konstrukcji (luneta zwierciadlana) potwierdzono, że nie tylko istnieje rodzaj sygnałów,
propaguje się we wszechświecie niemal natychmiastowo, niezależnie od odległości tysięcy lat świetlnych (w rzeczywistości „rozmazuje się” w kosmosie, jak elektron na orbicie), ale można też zarejestrować sygnał z przyszłej pozycji gwiazdy, to znaczy w pozycji, w której jeszcze nie jest. Niedługo jej tam nie będzie! I to w tym obliczonym punkcie trajektorii. Tutaj nieuchronnie pojawia się założenie, że podobnie jak elektron „rozmazany” na orbicie i będąc zasadniczo kwantowym nielokalnym obiektem, gwiazda obracająca się wokół centrum galaktyki, jak elektron wokół jądra atomu, również ma pewne podobne nieruchomości. A także ten eksperyment dowodzi możliwości przesyłania sygnałów nie tylko w przestrzeni, ale także w czasie. Ten eksperyment jest dość aktywnie dyskredytowany w mediach,
z przypisaniem mu mitycznych i mistycznych właściwości, ale należy zauważyć, że powtórzono go również po śmierci Kozyriewa w dwóch różnych bazach laboratoryjnych, przez dwie niezależne grupy naukowców, jedną w Nowosybirsku (kierowaną przez akademika Ławrentiewa) i drugi na Ukrainie, przez grupę badawczą Kukoch, zresztą na różnych gwiazdach i wszędzie uzyskano te same wyniki, potwierdzające badania Kozyriewa! Należy uczciwie zauważyć, że zarówno w elektrotechnice, jak i w radiotechnice zdarzają się przypadki, gdy w określonych warunkach sygnał jest odbierany przez odbiornik na kilka chwil przed jego wyemitowaniem przez źródło. Ten fakt z reguły był ignorowany i traktowany jako błąd i niestety często wydaje się, że naukowcy po prostu nie mieli odwagi nazwać czerni i bieli białym, tylko dlatego, że jest to rzekomo niemożliwe i nie może być.
Czy były inne podobne eksperymenty, które potwierdziłyby ten wniosek? Okazuje się, że byli to doktor nauk medycznych, akademik Vlail Pietrowicz Kaznacheev. Przeszkolono operatorów, z których jeden znajdował się w Nowosybirsku, a drugi - na północy, na Diksonie. Opracowano system symboli, dobrze poznany i przyswojony przez obu operatorów. W określonym czasie, za pomocą luster Kozyriewa, sygnał był przesyłany od jednego operatora do drugiego, a strona odbierająca nie wiedziała z góry, która z postaci zostanie wysłana. Przestrzegany był ścisły protokół, w którym rejestrowano czas nadawania i odbierania znaków. A po sprawdzeniu protokołów okazało się, że niektóre znaki zostały odebrane niemal jednocześnie z wysłaniem, niektóre zostały odebrane z opóźnieniem, co wydaje się możliwe i całkiem naturalne, ale niektóre znaki zostały zaakceptowane przez operatora ZANIM zostały wysłane! Oznacza to, że w rzeczywistości zostali wysłani z przyszłości do przeszłości. Eksperymenty te nadal nie mają ściśle oficjalnego naukowego wyjaśnienia, ale jest oczywiste, że mają ten sam charakter. Na ich podstawie można z wystarczającą dokładnością założyć, że splątanie kwantowe i nielokalność kwantowa są nie tylko możliwe, ale istnieją nie tylko w przestrzeni, ale także w czasie!
Myślę, że można śmiało powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej.
Fizyk Richard Feynman
Nie będzie przesadą stwierdzenie, że wynalezienie urządzeń półprzewodnikowych było rewolucją. Jest to nie tylko imponujące osiągnięcie technologiczne, ale także utorowało drogę dla wydarzeń, które na zawsze się zmienią nowoczesne społeczeństwo. Urządzenia półprzewodnikowe są stosowane we wszelkiego rodzaju urządzeniach mikroelektronicznych, w tym w komputerach, niektórych rodzajach sprzętu do diagnostyki i leczenia medycznego oraz w popularnych urządzeniach telekomunikacyjnych.
Ale za tą technologiczną rewolucją kryje się jeszcze więcej, rewolucja w nauka ogólna: region teoria kwantowa. Bez tego skoku w zrozumieniu świata przyrody rozwój urządzeń półprzewodnikowych (i bardziej zaawansowanych urządzeń elektronicznych będących w fazie rozwoju) nigdy by się nie powiódł. Fizyka kwantowa to niezwykle złożona dziedzina nauki. Ten rozdział zawiera tylko krótki przegląd. Kiedy naukowcy tacy jak Feynman mówią „nikt tego nie rozumie”, możesz być pewien, że jest to naprawdę trudny temat. Bez podstawowej wiedzy na temat fizyki kwantowej lub według przynajmniej, zrozumienie odkrycia naukowe co doprowadziło do ich rozwoju, nie sposób zrozumieć, jak i dlaczego działają półprzewodnikowe urządzenia elektroniczne. Większość podręczników elektronicznych próbuje wyjaśnić półprzewodniki w kategoriach „fizyki klasycznej”, co w rezultacie sprawia, że są jeszcze bardziej zagmatwane do zrozumienia.
Wielu z nas widziało schematy modeli atomowych, które wyglądają jak na poniższym obrazku.
Atom Rutherforda: ujemne elektrony krążą wokół małego dodatniego jądra
Drobne cząstki materii zwane protony oraz neutrony, tworzą środek atomu; elektrony krążą jak planety wokół gwiazdy. Jądro niesie dodatni ładunek elektryczny ze względu na obecność protonów (neutrony nie mają ładunku elektrycznego), podczas gdy równoważący ładunek ujemny atomu znajduje się w orbitujących elektronach. Ujemne elektrony są przyciągane do dodatnich protonów, tak jak planety są przyciągane do Słońca, ale orbity są stabilne dzięki ruchowi elektronów. Ten popularny model atomu zawdzięczamy pracy Ernesta Rutherforda, który około 1911 r. eksperymentalnie ustalił, że dodatnie ładunki atomów są skoncentrowane w maleńkim, gęstym jądrze i nie są równomiernie rozłożone wzdłuż średnicy, jak wcześniej zakładał badacz JJ Thomson .
Eksperyment Rutherforda z rozpraszaniem polega na bombardowaniu cienkiej złotej folii dodatnio naładowanymi cząstkami alfa, jak pokazano na poniższym rysunku. Młodzi absolwenci H. Geiger i E. Marsden uzyskali nieoczekiwane wyniki. Trajektoria niektórych cząstek alfa była odchylona o duży kąt. Niektóre cząstki alfa zostały rozproszone w odwrotny kierunek pod kątem prawie 180°. Większość cząstek przeszła przez złotą folię bez zmiany swojej trajektorii, tak jakby w ogóle nie było folii. Fakt, że kilka cząstek alfa doświadczyło dużych odchyleń w swojej trajektorii, wskazuje na obecność jąder o małym ładunku dodatnim.
Rozpraszanie Rutherforda: wiązka cząstek alfa jest rozpraszana przez cienką złotą folię Chociaż model atomu Rutherforda był poparty danymi eksperymentalnymi lepszymi niż model Thomsona, nadal był niedoskonały. Podjęto dalsze próby ustalenia struktury atomu, które pomogły utorować drogę dziwnym odkryciom fizyki kwantowej. Dziś nasze rozumienie atomu jest nieco bardziej złożone. Jednak pomimo rewolucji fizyki kwantowej i jej wkładu w nasze rozumienie struktury atomu, przedstawiony przez Rutherforda obraz Układu Słonecznego jako struktury atomu zakorzenił się w powszechnej świadomości do tego stopnia, że przetrwał w dziedzinach edukacji, nawet jeśli jest niewłaściwie umieszczony.
Rozważ to krótki opis elektrony w atomie, zaczerpnięte z popularnego podręcznika elektroniki:
Wirujące ujemne elektrony są przyciągane do dodatniego jądra, co prowadzi nas do pytania, dlaczego elektrony nie wlatują do jądra atomu. Odpowiedź brzmi, że wirujące elektrony pozostają na swojej stabilnej orbicie dzięki dwóm równym, ale przeciwstawnym siłom. Siła odśrodkowa działająca na elektrony jest skierowana na zewnątrz, a siła przyciągania ładunków próbuje przyciągnąć elektrony do jądra.
Zgodnie z modelem Rutherforda autor uważa elektrony za bryły materii zajmujące okrągłe orbity, a ich przyciąganie wewnętrzne do przeciwnie naładowanego jądra jest równoważone przez ich ruch. Użycie terminu „siła odśrodkowa” jest technicznie niepoprawne (nawet dla planet orbitujących), ale łatwo to wybaczyć ze względu na powszechną akceptację tego modelu: w rzeczywistości nie ma czegoś takiego jak siła, odpychającykażdy obracające się ciało ze środka swojej orbity. Wydaje się, że tak jest, ponieważ bezwładność ciała ma tendencję do utrzymywania go w ruchu w linii prostej, a ponieważ orbita jest stałym odchyleniem (przyspieszeniem) od ruchu prostoliniowego, istnieje stała reakcja bezwładności na każdą siłę, która przyciąga ciało do środka orbity (dośrodkowej), czy to grawitacji, przyciągania elektrostatycznego, czy nawet napięcia wiązania mechanicznego.
Jednak prawdziwym problemem z tym wyjaśnieniem jest przede wszystkim idea poruszania się elektronów po orbitach kołowych. Udowodniony fakt, że przyspieszone ładunki elektryczne emitują promieniowanie elektromagnetyczne, był znany nawet w czasach Rutherforda. Bo ruch obrotowy jest formą przyspieszenia (obiekt obracający się w stałym przyspieszeniu, odciągający obiekt od jego normalnego ruchu prostoliniowego), elektrony w stanie wirującym powinny emitować promieniowanie jak błoto z wirującego koła. Elektrony przyspieszane po torach kołowych w akceleratorach cząstek zwanych synchrotrony wiadomo, że to robią, a wynik nazywa się promieniowanie synchrotronowe. Gdyby elektrony traciły w ten sposób energię, ich orbity zostałyby w końcu zakłócone iw rezultacie zderzyłyby się z dodatnio naładowanym jądrem. Jednak wewnątrz atomów zwykle tak się nie dzieje. Rzeczywiście, elektroniczne „orbity” są zaskakująco stabilne w szerokim zakresie warunków.
Ponadto eksperymenty z „wzbudzonymi” atomami wykazały, że energia elektromagnetyczna jest emitowana przez atom tylko przy określonych częstotliwościach. Atomy są „wzbudzane” przez wpływy zewnętrzne, takie jak światło, o którym wiadomo, że pochłaniają energię i zwracają fale elektromagnetyczne o określonych częstotliwościach, podobnie jak kamerton, który nie dzwoni z określoną częstotliwością, dopóki nie zostanie uderzony. Kiedy światło emitowane przez wzbudzony atom jest podzielone przez pryzmat na jego częstotliwości składowe (kolory), znajdują się poszczególne linie kolorów w widmie, wzór linii widmowej jest unikalny dla pierwiastka chemicznego. Zjawisko to jest powszechnie wykorzystywane do identyfikacji pierwiastków chemicznych, a nawet do pomiaru proporcji każdego pierwiastka w związku lub mieszaninie chemicznej. Według Układ Słoneczny Model atomowy Rutherforda (w stosunku do elektronów, jako kawałków materii, swobodnie obracających się po orbicie o pewnym promieniu) i prawa fizyki klasycznej, wzbudzone atomy muszą zwracać energię w prawie nieskończonym zakresie częstotliwości, a nie przy wybranych częstotliwościach. Innymi słowy, gdyby model Rutherforda był poprawny, wówczas nie byłoby efektu „kamera”, a widmo kolorów emitowane przez dowolny atom wyglądałoby jako ciągłe pasmo kolorów, a nie jako kilka oddzielnych linii.
Model atomu wodoru Bohra (z orbitami narysowanymi w skali) zakłada, że elektrony znajdują się tylko na dyskretnych orbitach. Elektrony poruszające się od n=3,4,5 lub 6 do n=2 są wyświetlane na szeregu linii widmowych Balmera Badacz Niels Bohr próbował ulepszyć model Rutherforda po kilkumiesięcznym badaniu w laboratorium Rutherforda w 1912 roku. Próbując pogodzić wyniki innych fizyków (zwłaszcza Maxa Plancka i Alberta Einsteina), Bohr zasugerował, że każdy elektron ma określoną, określoną ilość energii, a ich orbity są rozłożone w taki sposób, że każdy z nich może zajmować określone miejsca wokół jądro, jak kule, umocowane na kołowych ścieżkach wokół jądra, a nie jako swobodnie poruszające się satelity, jak wcześniej zakładano (rysunek powyżej). Ze względu na prawa elektromagnetyzmu i przyśpieszających ładunków Bohr określił „orbity” jako stany stacjonarne aby uniknąć interpretacji, że byli mobilni.
Chociaż ambitna próba Bohra przemyślenia struktury atomu, która była bardziej zgodna z danymi eksperymentalnymi, była kamieniem milowym w fizyce, nie została jednak zakończona. Jego Analiza matematyczna przewidział wyniki eksperymentów lepiej niż analizy wykonane według poprzednich modeli, ale wciąż pozostawały pytania bez odpowiedzi, czy czemu elektrony muszą zachowywać się w tak dziwny sposób. Stwierdzenie, że elektrony istnieją w stacjonarnych stanach kwantowych wokół jądra, lepiej korelowało z danymi eksperymentalnymi niż model Rutherforda, ale nie mówiło, co powoduje, że elektrony przyjmują te specjalne stany. Odpowiedź na to pytanie miała przyjść od innego fizyka, Louisa de Broglie, jakieś dziesięć lat później.
De Broglie zasugerował, że elektrony, podobnie jak fotony (cząstki światła), mają zarówno właściwości cząstek, jak i właściwości fal. Opierając się na tym założeniu, zasugerował, że analiza wirujących elektronów pod kątem fal jest lepsza niż pod kątem cząstek i może dać lepszy wgląd w ich kwantową naturę. Rzeczywiście, dokonano kolejnego przełomu w zrozumieniu.
Struna wibrująca z częstotliwością rezonansową między dwoma stałymi punktami tworzy falę stojącą Według de Broglie atom składał się z fal stojących, zjawiska dobrze znanego fizykom w różnych formach. Jak szarpana struna instrumentu muzycznego (na zdjęciu powyżej), wibrująca z częstotliwością rezonansową, z „węzłami” i „anty-węzłami” w stabilnych miejscach na jej długości. De Broglie wyobraził sobie elektrony wokół atomów jako fale zakrzywione w okrąg (rysunek poniżej).
„Obracające się” elektrony jak fala stojąca wokół jądra, (a) dwa cykle na orbicie, (b) trzy cykle na orbicie Elektrony mogą istnieć tylko na określonych, określonych „orbitach” wokół jądra, ponieważ są to jedyne odległości, w których końce fali pokrywają się. W każdym innym promieniu fala zderzy się ze sobą destrukcyjnie i tym samym przestanie istnieć.
Hipoteza de Brogliego dostarczyła zarówno matematycznych ram, jak i wygodnej analogii fizycznej do wyjaśnienia stanów kwantowych elektronów w atomie, ale jego model atomu wciąż był niekompletny. Od kilku lat fizycy Werner Heisenberg i Erwin Schrödinger, pracując niezależnie, pracowali nad koncepcją de Broglie'a dualności falowo-cząstkowa w celu stworzenia bardziej rygorystycznych modeli matematycznych cząstek subatomowych.
Ten teoretyczny postęp od prymitywnego modelu fali stojącej de Broglie do macierzy Heisenberga i równanie różniczkowe Schrödingerowi nadano nazwę mechanika kwantowa, która wprowadziła dość szokującą cechę do świata cząstek subatomowych: znak prawdopodobieństwa lub niepewności. Zgodnie z nową teorią kwantową niemożliwe było określenie dokładnej pozycji i dokładnego pędu cząstki w jednym momencie. Popularnym wyjaśnieniem tej „zasady nieoznaczoności” było to, że wystąpił błąd pomiaru (to znaczy, próbując dokładnie zmierzyć położenie elektronu, zakłócasz jego pęd, a zatem nie możesz wiedzieć, co to było przed rozpoczęciem pomiaru pozycji , i wzajemnie). Sensacyjny wniosek mechaniki kwantowej jest taki, że cząstki nie mają dokładnych pozycji i pędów, a ze względu na związek tych dwóch wielkości ich łączna niepewność nigdy nie spadnie poniżej pewnej wartości minimalnej.
Ta forma połączenia „niepewności” istnieje również w dziedzinach innych niż mechanika kwantowa. Jak omówiono w rozdziale „Sygnały prądu przemiennego o mieszanej częstotliwości” w tomie 2 tej serii książek, istnieją wzajemnie wykluczające się relacje między ufnością danych w dziedzinie czasu przebiegu fali i jego danych w dziedzinie częstotliwości. Mówiąc najprościej, im lepiej znamy jego składowe częstotliwości, tym mniej dokładnie znamy jego amplitudę w czasie i na odwrót. Cytując siebie:
Sygnał o nieskończonym czasie trwania (nieskończona liczba cykli) może być analizowany z absolutną dokładnością, ale im mniej cykli dostępnych komputerowi do analizy, tym mniej dokładna analiza… Im mniej okresów sygnału, tym mniej dokładna jego częstotliwość . Doprowadzając tę koncepcję do logicznego ekstremum, krótki impuls (nawet nie pełny okres sygnału) tak naprawdę nie ma określonej częstotliwości, to nieskończony zakres częstotliwości. Zasada ta jest wspólna dla wszystkich zjawisk falowych, a nie tylko dla zmiennych napięć i prądów.
Aby dokładnie określić amplitudę zmieniającego się sygnału, musimy ją zmierzyć w bardzo krótkim czasie. Jednak takie postępowanie ogranicza naszą wiedzę o częstotliwości fali (fala w mechanice kwantowej nie musi być podobna do fali sinusoidalnej; takie podobieństwo jest przypadkiem szczególnym). Z drugiej strony, aby z dużą dokładnością określić częstotliwość fali, musimy ją mierzyć w dużej liczbie okresów, co oznacza, że w każdej chwili stracimy z oczu jej amplitudę. W ten sposób nie możemy jednocześnie znać chwilowej amplitudy i wszystkich częstotliwości jakiejkolwiek fali z nieograniczoną dokładnością. Kolejna dziwność, ta niepewność jest znacznie większa niż niedokładność obserwatora; leży to w samej naturze fali. Tak nie jest, chociaż przy odpowiedniej technologii byłoby możliwe, aby jednocześnie zapewnić dokładne pomiary zarówno chwilowej amplitudy, jak i częstotliwości. W sensie dosłownym fala nie może mieć jednocześnie dokładnej chwilowej amplitudy i dokładnej częstotliwości.
Minimalna niepewność położenia i pędu cząstki wyrażona przez Heisenberga i Schrödingera nie ma nic wspólnego z ograniczeniem pomiaru; jest to raczej wewnętrzna właściwość natury dualizmu falowo-cząsteczkowego cząstki. Dlatego elektrony tak naprawdę nie istnieją na swoich „orbitach” jako dobrze zdefiniowane cząstki materii, czy nawet jako dobrze zdefiniowane przebiegi, ale raczej jako „chmury” – termin techniczny. funkcja falowa rozkłady prawdopodobieństwa, tak jakby każdy elektron był „rozproszony” lub „rozmazany” w różnych pozycjach i pędach.
Ten radykalny pogląd na elektrony jako nieokreślone chmury początkowo przeczy pierwotnej zasadzie stanów kwantowych elektronów: elektrony istnieją na dyskretnych, określonych „orbitach” wokół jądra atomu. Ten nowy pogląd był przecież odkryciem, które doprowadziło do powstania i wyjaśnienia teorii kwantowej. Jakże dziwne wydaje się to, że teoria stworzona w celu wyjaśnienia dyskretnego zachowania elektronów kończy się stwierdzeniem, że elektrony istnieją jako „chmury”, a nie jako oddzielne kawałki materii. Jednak kwantowe zachowanie elektronów nie zależy od posiadania przez elektrony określonych wartości współrzędnych i pędu, ale od innych właściwości zwanych liczby kwantowe. W istocie mechanika kwantowa rezygnuje z powszechnych koncepcji położenia absolutnego i momentu absolutnego i zastępuje je absolutnymi koncepcjami typów, które w powszechnej praktyce nie mają odpowiedników.
Chociaż wiadomo, że elektrony istnieją w bezcielesnych, „chmurnych” formach prawdopodobieństwa rozłożonego, a nie w oddzielnych kawałkach materii, te „chmury” mają nieco inne cechy. Dowolny elektron w atomie można opisać czterema miarami liczbowymi (wspomnianymi wcześniej liczbami kwantowymi), zwanymi główna (promieniowa), orbitalny (azymut), magnetyczny oraz wirować liczby. Poniżej znajduje się krótki przegląd znaczenia każdej z tych liczb:
Główna (promieniowa) liczba kwantowa: oznaczony literą n, ta liczba opisuje powłokę, na której znajduje się elektron. Powłoka elektronowa to obszar przestrzeni wokół jądra atomu, w którym mogą istnieć elektrony, odpowiadający modelom stabilnej fali stojącej de Broglie'a i Bohra. Elektrony mogą „przeskakiwać” z powłoki do powłoki, ale nie mogą istnieć między nimi.
Główna liczba kwantowa musi być dodatnią liczbą całkowitą (większą lub równą 1). Innymi słowy, główna liczba kwantowa elektronu nie może wynosić 1/2 ani -3. Te liczby całkowite nie zostały wybrane arbitralnie, ale na podstawie eksperymentalnych dowodów widma światła: różne częstotliwości (kolory) światła emitowanego przez wzbudzone atomy wodoru podlegają matematycznej zależności w zależności od określonych wartości całkowitych, jak pokazano na poniższym rysunku.
Każda powłoka ma zdolność utrzymywania wielu elektronów. Analogią dla powłok elektronowych są koncentryczne rzędy siedzeń w amfiteatrze. Tak jak osoba siedząca w amfiteatrze musi wybrać rząd do siedzenia (nie może siedzieć między rzędami), tak elektrony muszą „wybrać” konkretną powłokę, aby „usiąść”. Podobnie jak rzędy w amfiteatrze, zewnętrzne powłoki zawierają więcej elektronów niż powłoki bliżej środka. Ponadto elektrony mają tendencję do znajdowania najmniejszej dostępnej powłoki, tak jak ludzie w amfiteatrze szukają miejsca najbliżej centralnej sceny. Im wyższy numer powłoki, tym więcej energii mają na niej elektrony.
Maksymalna liczba elektronów, jaką może pomieścić każda powłoka, jest opisana równaniem 2n 2 , gdzie n jest główną liczbą kwantową. Zatem pierwsza powłoka (n = 1) może zawierać 2 elektrony; druga powłoka (n = 2) - 8 elektronów; a trzecia powłoka (n = 3) - 18 elektronów (rysunek poniżej).
Główna liczba kwantowa n i maksymalna liczba elektronów są powiązane wzorem 2(n 2). Orbity nie są w skali. Powłoki elektronowe w atomie oznaczono literami, a nie cyframi. Pierwsza powłoka (n = 1) została oznaczona K, druga powłoka (n = 2) L, trzecia powłoka (n = 3) M, czwarta powłoka (n = 4) N, piąta powłoka (n = 5) O, szósta powłoka ( n = 6) P i siódma powłoka (n = 7) B.
Orbitalna (azymutalna) liczba kwantowa: powłoka złożona z podpowłok. Dla niektórych wygodniejsze może być myślenie o podpowłokach jako o prostych sekcjach powłok, takich jak pasy dzielące drogę. Podpowłoki są znacznie dziwniejsze. Podpowłoki to obszary przestrzeni, w których mogą istnieć „chmury” elektronowe, a w rzeczywistości różne podpowłoki mają różne kształty. Pierwsza podpowłoka ma kształt kuli (rysunek poniżej (s)), co ma sens, gdy jest wizualizowane jako chmura elektronów otaczająca jądro atomu w trzech wymiarach.
Druga podpowłoka przypomina hantle, składające się z dwóch „płatków” połączonych w jednym punkcie w pobliżu środka atomu (rysunek poniżej (p)).
Trzecia podpowłoka zwykle przypomina zestaw czterech „płatków” skupionych wokół jądra atomu. Te kształty podpowłok przypominają graficzną reprezentację wzorów anteny z podobnymi do cebuli płatami wystającymi z anteny w różnych kierunkach (rysunek poniżej (d)).
Orbitale: (s) potrójna symetria;
(p) Pokazano: p x , jedna z trzech możliwych orientacji (p x , p y , p z), wzdłuż odpowiednich osi;
(d) Pokazano: d x 2 -y 2 jest podobne do d xy , d yz , d xz . Pokazano: d z 2 . Liczba możliwych orbitali d: pięć.
Prawidłowe wartości orbitalnej liczby kwantowej są dodatnimi liczbami całkowitymi, tak jak w przypadku głównej liczby kwantowej, ale zawierają również zero. Te liczby kwantowe dla elektronów są oznaczone literą l. Liczba podpowłok jest równa głównej liczbie kwantowej powłoki. Zatem pierwsza powłoka (n = 1) ma jedną podpowłokę o numerze 0; druga powłoka (n = 2) ma dwie podpowłoki o numerach 0 i 1; trzecia powłoka (n = 3) ma trzy podpowłoki o numerach 0, 1 i 2.
Stara konwencja podpowłoki wykorzystywała litery zamiast cyfr. W tym formacie pierwszą podpowłokę (l = 0) oznaczono jako s, drugą podpowłokę (l = 1) oznaczono jako p, trzecią podpowłokę (l = 2) oznaczono jako d, a czwartą podpowłokę (l = 3) oznaczony f. Litery pochodziły od słów: ostry, główny, rozproszony oraz Fundamentalny. Nadal można zobaczyć te oznaczenia w wielu tablicach okresowych używanych do oznaczenia konfiguracji elektronowej zewnętrznej ( wartościowość) powłoki atomów.
(a) reprezentacja Bohra atomu srebra, (b) Orbitalna reprezentacja Ag z podziałem powłok na podpowłoki (orbitalna liczba kwantowa l).
Ten wykres nie sugeruje niczego o rzeczywistej pozycji elektronów, a jedynie przedstawia poziomy energii.
Magnetyczna liczba kwantowa: Magnetyczna liczba kwantowa elektronu klasyfikuje orientację figury podpowłoki elektronu. „Płatki” podpowłok można skierować w kilku kierunkach. Te różne orientacje nazywane są orbitalami. Dla pierwszej podpowłoki (s; l = 0), która przypomina kulę, „kierunek” nie jest określony. Dla drugiej (p; l = 1) podpowłoki w każdej powłoce, która przypomina hantle skierowane w trzech możliwych kierunkach. Wyobraź sobie trzy hantle przecinające się w punkcie początkowym, z których każdy wskazuje swoją własną oś w trójosiowym układzie współrzędnych.
Prawidłowe wartości dla danej liczby kwantowej składają się z liczb całkowitych z zakresu od -l do l i są oznaczone podany numer w jaki sposób m ja w fizyce atomowej i z w fizyce jądrowej. Aby obliczyć liczbę orbitali w dowolnej podpowłoce, musisz podwoić liczbę podpowłoki i dodać 1, (2∙l + 1). Na przykład pierwsza podpowłoka (l = 0) w dowolnej powłoce zawiera jeden orbital o numerze 0; druga podpowłoka (l = 1) w dowolnej powłoce zawiera trzy orbitale o numerach -1, 0 i 1; trzecia podpowłoka (l = 2) zawiera pięć orbitali o numerach -2, -1, 0, 1 i 2; itp.
Podobnie jak główna liczba kwantowa, magnetyczna liczba kwantowa powstała bezpośrednio z danych eksperymentalnych: efektu Zeemana, separacji linii widmowych poprzez wystawienie zjonizowanego gazu na działanie pola magnetycznego, stąd nazwa „magnetyczna” liczba kwantowa.
Zakręć liczbę kwantową: podobnie jak magnetyczna liczba kwantowa, ta właściwość elektronów atomu została odkryta poprzez eksperymenty. Dokładna obserwacja linii widmowych wykazała, że każda linia była w rzeczywistości parą bardzo blisko siebie oddalonych linii, sugerowano, że ta tzw. drobna struktura był wynikiem „wirowania” każdego elektronu wokół własnej osi, jak planeta. Elektrony o różnych „spinach” pod wpływem wzbudzenia emitowałyby nieco inne częstotliwości światła. Koncepcja wirującego elektronu jest obecnie przestarzała, ponieważ jest bardziej odpowiednia dla (nieprawidłowego) postrzegania elektronów jako pojedynczych cząstek materii, a nie jako „chmur”, ale nazwa pozostaje.
Spinowe liczby kwantowe są oznaczone jako SM w fizyce atomowej i sz w fizyce jądrowej. Każdy orbital w każdej podpowłoce może mieć dwa elektrony w każdej powłoce, jeden o spinie +1/2, a drugi o spinie -1/2.
Fizyk Wolfgang Pauli opracował zasadę, która wyjaśnia uporządkowanie elektronów w atomie według tych liczb kwantowych. Jego zasada, zwana Zasada wykluczenia Pauliego, stwierdza, że dwa elektrony w tym samym atomie nie mogą zajmować tych samych stanów kwantowych. Oznacza to, że każdy elektron w atomie ma unikalny zestaw liczb kwantowych. Ogranicza to liczbę elektronów, które mogą zajmować dowolny orbital, podpowłokę i powłokę.
To pokazuje układ elektronów w atomie wodoru:
Z jednym protonem w jądrze atom przyjmuje jeden elektron do swojej równowagi elektrostatycznej (dodatni ładunek protonu jest dokładnie zrównoważony przez ładunek ujemny elektron). Elektron ten znajduje się w dolnej powłoce (n = 1), pierwszej podpowłoce (l = 0), w jedynym orbicie (orientacja przestrzenna) tej podpowłoki (m l = 0), z wartością spinu 1/2. Ogólna metoda opisu tej struktury polega na wyliczeniu elektronów zgodnie z ich powłokami i podpowłokami, zgodnie z konwencją zwaną notacja spektroskopowa. W tym zapisie numer powłoki jest pokazany jako liczba całkowita, podpowłoka jako litera (s,p,d,f), a całkowita liczba elektronów w podpowłoce (wszystkie orbitale, wszystkie spiny) jako indeks górny. Tak więc wodór, z pojedynczym elektronem umieszczonym na poziomie podstawowym, jest opisany jako 1s 1 .
Przechodząc do następnego atomu (w kolejności liczby atomowej), otrzymujemy pierwiastek hel:
Atom helu ma dwa protony w swoim jądrze, co wymaga dwóch elektronów do zrównoważenia podwójnego dodatniego ładunku elektrycznego. Ponieważ dwa elektrony - jeden o spinie 1/2, a drugi o spinie -1/2 - znajdują się na tym samym orbicie, struktura elektronowa helu nie wymaga dodatkowych podpowłok ani powłok do utrzymywania drugiego elektronu.
Jednak atom wymagający trzech lub więcej elektronów będzie potrzebował dodatkowych podpowłok, aby pomieścić wszystkie elektrony, ponieważ tylko dwa elektrony mogą znajdować się na dolnej powłoce (n = 1). Rozważ następny atom w kolejności rosnącej liczby atomowej, lit:
Atom litu wykorzystuje część pojemności L powłoki (n = 2). Ta powłoka faktycznie ma całkowitą pojemność ośmiu elektronów (maksymalna pojemność powłoki = 2n 2 elektrony). Jeśli rozważymy budowę atomu z całkowicie wypełnioną powłoką L, zobaczymy, jak wszystkie kombinacje podpowłok, orbitali i spinów są zajęte przez elektrony:
Często podczas przypisywania atomowi notacji spektroskopowej wszystkie w pełni wypełnione muszle są pomijane, a nie wypełnione i wypełnione. Najwyższy poziom są wskazane. Na przykład element neon (pokazany na powyższym rysunku), który ma dwie całkowicie wypełnione skorupy, może być opisany spektralnie po prostu jako 2p 6, a nie jako 1s 22 s 22 p 6 . Lit, z całkowicie wypełnioną powłoką K i pojedynczym elektronem w powłoce L, można po prostu opisać jako 2s 1 zamiast 1s 22 s 1 .
Pominięcie w pełni zapełnionych muszli niższego poziomu służy nie tylko wygodzie notacji. Ilustruje również podstawową zasadę chemii: zachowanie chemiczne pierwiastka jest przede wszystkim determinowane przez jego niewypełnione muszle. Zarówno wodór, jak i lit mają jeden elektron na swoich zewnętrznych powłokach (odpowiednio jako 1 i 2s 1), co oznacza, że oba pierwiastki mają podobne właściwości. Oba są bardzo reaktywne i reagują w prawie identyczny sposób (wiążą się z podobnymi pierwiastkami w podobnych warunkach). Tak naprawdę nie ma znaczenia, że lit ma w pełni wypełnioną powłokę K pod prawie wolną powłoką L: niewypełniona powłoka L jest tą, która determinuje jej zachowanie chemiczne.
Pierwiastki, które posiadają całkowicie wypełnione powłoki zewnętrzne są klasyfikowane jako szlachetne i charakteryzują się niemal całkowitym brakiem reakcji z innymi pierwiastkami. Pierwiastki te zostały sklasyfikowane jako obojętne, gdy uznano, że w ogóle nie reagują, ale wiadomo, że tworzą związki z innymi pierwiastkami w określonych warunkach.
Ponieważ pierwiastki o takich samych konfiguracjach elektronowych w ich powłokach zewnętrznych mają podobne Właściwości chemiczne, Dmitri Mendelejew odpowiednio uporządkował pierwiastki chemiczne w tabeli. Ten stół znany jako , a nowoczesne tabele są zgodne z tym ogólnym układem, pokazanym na poniższym rysunku.
Układ okresowy pierwiastków chemicznych Dmitri Mendelejew, rosyjski chemik, jako pierwszy opracował układ okresowy pierwiastków. Chociaż Mendelejew zorganizował swój stół według masy atomowej, a nie liczby atomowej, i stworzył tablicę, która nie była tak użyteczna jak współczesne tablice okresowe, jego rozwój stanowi doskonały przykład naukowego dowodu. Widząc wzory okresowości (podobne właściwości chemiczne w zależności od masy atomowej), Mendelejew postawił hipotezę, że wszystkie pierwiastki muszą pasować do tego uporządkowanego wzoru. Kiedy odkrył „puste” miejsca w stole, kierował się logiką istniejącego porządku i zakładał istnienie jeszcze nieznanych elementów. Późniejsze odkrycie tych pierwiastków potwierdziło naukową poprawność hipotezy Mendelejewa, dalsze odkrycia doprowadziły do postaci układu okresowego pierwiastków, z którego korzystamy teraz.
Lubię to powinnam nauka o pracy: hipotezy prowadzą do logicznych wniosków i są akceptowane, zmieniane lub odrzucane w zależności od zgodności danych eksperymentalnych z ich wnioskami. Każdy głupiec może sformułować hipotezę po fakcie, aby wyjaśnić dostępne dane eksperymentalne, i wielu to robi. Tym, co odróżnia hipotezę naukową od spekulacji post hoc, jest przewidywanie przyszłych danych eksperymentalnych, które nie zostały jeszcze zebrane, i być może w rezultacie obalenie tych danych. Śmiało poprowadzić hipotezę do logicznego wniosku (konkluzji), a próba przewidzenia wyników przyszłych eksperymentów nie jest dogmatycznym przeskokiem wiary, ale raczej publicznym testem tej hipotezy, otwarta linia przeciwnicy hipotezy. Innymi słowy, hipotezy naukowe są zawsze „ryzykowne” z powodu prób przewidzenia wyników eksperymentów, które nie zostały jeszcze wykonane, a zatem mogą zostać sfalsyfikowane, jeśli eksperymenty nie przebiegną zgodnie z oczekiwaniami. Tak więc, jeśli hipoteza poprawnie przewiduje wyniki powtarzanych eksperymentów, zostaje ona obalona.
Mechanika kwantowa, najpierw jako hipoteza, a następnie jako teoria, była niezwykle skuteczna w przewidywaniu wyników eksperymentów, stąd wysoki stopień zaufanie naukowe. Wielu naukowców ma powody, by sądzić, że jest to niepełna teoria, ponieważ jej przewidywania są bardziej prawdziwe w skali mikrofizycznej niż makroskopowej, niemniej jednak jest to teoria niezwykle przydatna do wyjaśniania i przewidywania interakcji cząstek i atomów.
Jak już widzieliście w tym rozdziale, fizyka kwantowa jest niezbędna do opisywania i przewidywania zbioru różne zjawiska. W następnym rozdziale zobaczymy jego znaczenie w przewodności elektrycznej ciał stałych, w tym półprzewodników. Mówiąc najprościej, nic w chemii ani fizyce ciało stałe nie ma sensu w popularnej teoretycznej budowie elektronów istniejących jako oddzielne cząstki materii, krążące wokół jądra atomu niczym miniaturowe satelity. Kiedy elektrony są postrzegane jako "funkcje falowe" istniejące w pewnych, dyskretnych stanach, które są regularne i okresowe, wtedy można wyjaśnić zachowanie materii.
Podsumowując
Elektrony w atomach istnieją w „chmurach” o rozłożonym prawdopodobieństwie, a nie jako dyskretne cząstki materii krążące wokół jądra, jak miniaturowe satelity, jak pokazują popularne przykłady.
Poszczególne elektrony wokół jądra atomu mają tendencję do unikania „stanów” opisanych czterema liczbami kwantowymi: główna (promieniowa) liczba kwantowa, znany jako muszla; orbitalna (azymut) liczba kwantowa, znany jako podpowłoka; magnetyczna liczba kwantowa opisując orbitalny(orientacja podpowłoki); oraz spinowa liczba kwantowa, lub po prostu wirować. Te stany są kwantowe, to znaczy „pomiędzy nimi” nie ma warunków istnienia elektronu, z wyjątkiem stanów, które pasują do schematu numeracji kwantowej.
Liczba kwantowa Glanoe (promieniowa) (n) opisuje podstawowy poziom lub powłokę, w której znajduje się elektron. Im większa ta liczba, tym większy promień chmury elektronowej od jądra atomu i większa energia elektronu. Główne liczby kwantowe są liczbami całkowitymi (dodatnimi liczbami całkowitymi)
Orbitalna (azymutalna) liczba kwantowa (l) opisuje kształt chmury elektronowej w określonej powłoce lub poziomie i jest często określana jako „podpowłoka”. W każdej powłoce jest tyle podpowłok (postaci chmury elektronowej), ile jest głównej liczby kwantowej powłoki. Azymutalne liczby kwantowe to dodatnie liczby całkowite zaczynające się od zera i kończące się liczbą mniejszą od głównej liczby kwantowej o jeden (n - 1).
Magnetyczna liczba kwantowa (ml) opisuje orientację podpowłoki (kształt chmury elektronów). Podpowłoki mogą mieć tyle różnych orientacji, co dwukrotność liczby podpowłok (l) plus 1, (2l+1) (to znaczy dla l=1, ml = -1, 0, 1), a każda unikalna orientacja nazywana jest orbitalem . Liczby te są liczbami całkowitymi, począwszy od ujemnej wartości liczby podpowłoki (l) do 0, a kończąc na dodatniej wartości liczby podpowłoki.
Liczba kwantowa wirowania (m s) opisuje inną właściwość elektronu i może przyjmować wartości +1/2 i -1/2.
Zasada wykluczenia Pauliego mówi, że dwa elektrony w atomie nie mogą dzielić tego samego zestawu liczb kwantowych. Dlatego w każdym orbitalu mogą znajdować się co najwyżej dwa elektrony (spin=1/2 i spin=-1/2), 2l+1 orbitali w każdej podpowłoce i n podpowłok w każdej powłoce i nic więcej.
Notacja spektroskopowa jest konwencją dotyczącą struktury elektronowej atomu. Powłoki są pokazane jako liczby całkowite, po których następują litery podpowłoki (s, p, d, f) z liczbami w indeksie górnym wskazującymi całkowitą liczbę elektronów znalezionych w każdej odpowiedniej podpowłoce.
O zachowaniu chemicznym atomu decydują wyłącznie elektrony w niewypełnionych powłokach. Pociski niskiego poziomu, które są całkowicie pełne, mają niewielki wpływ lub nie mają żadnego wpływu na charakterystyka chemicznałączenie elementów.
Elementy z całkowicie wypełnionymi powłokami elektronowymi są prawie całkowicie obojętne i nazywane są szlachetny pierwiastki (wcześniej znane jako obojętne).
Nikt na tym świecie nie rozumie, czym jest mechanika kwantowa. To chyba najważniejsza rzecz, którą należy o niej wiedzieć. Oczywiście wielu fizyków nauczyło się korzystać z praw, a nawet przewidywać zjawiska w oparciu o obliczenia kwantowe. Jednak nadal nie jest jasne, dlaczego obserwator eksperymentu określa zachowanie układu i zmusza go do przyjęcia jednego z dwóch stanów.
Oto kilka przykładów eksperymentów, których wyniki nieuchronnie zmienią się pod wpływem obserwatora. Pokazują, że mechanika kwantowa praktycznie zajmuje się interwencją świadomej myśli w materialną rzeczywistość.
Istnieje wiele interpretacji mechaniki kwantowej, ale prawdopodobnie najbardziej znana jest interpretacja kopenhaska. W latach dwudziestych jej ogólne postulaty sformułowali Niels Bohr i Werner Heisenberg.
Podstawą interpretacji kopenhaskiej była funkcja falowa. Jest to funkcja matematyczna zawierająca informacje o wszystkich możliwych stanach układu kwantowego, w którym jednocześnie istnieje. Zgodnie z Interpretacją Kopenhaską stan systemu i jego położenie względem innych stanów można określić tylko na podstawie obserwacji (funkcja falowa służy tylko do matematycznego obliczenia prawdopodobieństwa, że system znajduje się w takim lub innym stanie).
Można powiedzieć, że po obserwacji układ kwantowy staje się klasyczny i natychmiast przestaje istnieć w innych stanach niż ten, w którym był obserwowany. Ten wniosek znalazł swoich przeciwników (przypomnijmy słynnego Einsteina „Bóg nie gra w kości”), ale dokładność obliczeń i przewidywań wciąż miała swoją własną.
Niemniej jednak liczba zwolenników interpretacji kopenhaskiej spada, a głównym tego powodem jest tajemnicze, natychmiastowe załamanie się funkcji falowej podczas eksperymentu. Słynny eksperyment myślowy Erwina Schrödingera z biednym kotem powinien pokazać absurdalność tego zjawiska. Zapamiętajmy szczegóły.
Wewnątrz czarnej skrzynki siedzi czarny kot, a wraz z nim fiolka z trucizną i mechanizm, który może losowo wypuszczać truciznę. Na przykład radioaktywny atom podczas rozpadu może rozbić bańkę. Dokładny czas rozpad atomu jest nieznany. Znany jest tylko okres półtrwania, podczas którego rozpad następuje z prawdopodobieństwem 50%.
Oczywiście dla obserwatora zewnętrznego kot w pudełku znajduje się w dwóch stanach: albo żywy, jeśli wszystko poszło dobrze, albo martwy, jeśli nastąpił rozkład i fiolka pękła. Oba te stany opisuje funkcja falowa kota, która zmienia się w czasie.
Im więcej czasu minęło, tym bardziej prawdopodobne jest, że nastąpił rozpad radioaktywny. Ale jak tylko otworzymy pudełko, funkcja falowa załamuje się i natychmiast widzimy wyniki tego nieludzkiego eksperymentu.
W rzeczywistości, dopóki obserwator nie otworzy pudełka, kot będzie bez końca balansował między życiem a śmiercią lub będzie żywy i martwy. Jego los można określić tylko w wyniku działań obserwatora. Na ten absurd zwrócił uwagę Schrödinger.
Według ankiety przeprowadzonej przez słynnych fizyków, przeprowadzonej przez The New York Times, eksperyment dyfrakcji elektronów jest jednym z najbardziej niesamowitych badań w historii nauki. Jaka jest jego natura? Istnieje źródło, które emituje wiązkę elektronów na światłoczuły ekran. Na drodze tych elektronów jest przeszkoda, miedziana płytka z dwoma szczelinami.
Jakiego obrazu możemy się spodziewać na ekranie, jeśli elektrony są zwykle przedstawiane nam jako małe naładowane kulki? Dwa paski naprzeciw szczelin w miedzianej płytce. Ale w rzeczywistości na ekranie pojawia się znacznie bardziej złożony wzór naprzemiennych białych i czarnych pasków. Wynika to z faktu, że elektrony przechodząc przez szczelinę zaczynają zachowywać się nie tylko jak cząstki, ale także jak fale (tak samo zachowują się fotony lub inne cząstki światła, które mogą być jednocześnie falą).
Fale te oddziałują w przestrzeni, zderzając się i wzmacniając nawzajem, w wyniku czego na ekranie wyświetlany jest złożony wzór naprzemiennych jasnych i ciemnych pasów. Jednocześnie wynik tego eksperymentu nie zmienia się, nawet jeśli elektrony przechodzą jeden po drugim – nawet jedna cząstka może być falą i przechodzić jednocześnie przez dwie szczeliny. Ten postulat był jednym z głównych w kopenhaskiej interpretacji mechaniki kwantowej, w której cząstki mogą jednocześnie demonstrować swoje „zwykłe” właściwości fizyczne i egzotyczne właściwości, takie jak fala.
Ale co z obserwatorem? To on sprawia, że ta zagmatwana historia jest jeszcze bardziej zagmatwana. Kiedy fizycy w takich eksperymentach próbowali użyć instrumentów do określenia, przez którą szczelinę faktycznie przechodzi elektron, obraz na ekranie zmienił się dramatycznie i stał się „klasyczny”: z dwiema oświetlonymi sekcjami dokładnie naprzeciw szczelin, bez żadnych naprzemiennych pasów.
Wydawało się, że elektrony niechętnie ujawniają swoją falową naturę uważnym oku obserwatorów. Wygląda jak tajemnica spowita ciemnością. Jest jednak prostsze wytłumaczenie: obserwacji systemu nie można przeprowadzić bez fizycznego wpływu na niego. Omówimy to później.
2. Podgrzewane fulereny
Eksperymenty z dyfrakcją cząstek przeprowadzono nie tylko z elektronami, ale także z innymi, znacznie większymi obiektami. Wykorzystano np. fulereny, duże i zamknięte cząsteczki składające się z kilkudziesięciu atomów węgla. Niedawno grupa naukowców z Uniwersytetu Wiedeńskiego, kierowana przez profesora Zeilingera, próbowała włączyć do tych eksperymentów element obserwacji. W tym celu napromieniowali poruszające się cząsteczki fulerenów wiązkami laserowymi. Następnie, podgrzane przez zewnętrzne źródło, molekuły zaczęły świecić i nieuchronnie odbijać swoją obecność obserwatorowi.
Wraz z tą innowacją zmieniło się również zachowanie cząsteczek. Przed tak kompleksową obserwacją fulereny całkiem skutecznie omijały przeszkodę (wykazują właściwości falowe), podobnie jak w poprzednim przykładzie z elektronami uderzającymi w ekran. Jednak w obecności obserwatora fulereny zaczęły zachowywać się jak doskonale przestrzegające prawa cząstki fizyczne.
3. Pomiar chłodzenia
Jednym z najbardziej znanych praw fizyki kwantowej jest zasada nieoznaczoności Heisenberga, zgodnie z którą niemożliwe jest jednoczesne wyznaczenie prędkości i położenia obiektu kwantowego. Im dokładniej mierzymy pęd cząstki, tym mniej dokładnie możemy zmierzyć jej położenie. Jednak w naszym makroskopowym prawdziwy świat ważność praw kwantowych działających na małe cząstki zwykle pozostaje niezauważona.
Niedawne eksperymenty prof. Schwaba z USA wnoszą bardzo cenny wkład w tę dziedzinę. Efekty kwantowe w tych eksperymentach zostały zademonstrowane nie na poziomie elektronów czy cząsteczek fulerenów (które mają przybliżoną średnicę 1 nm), ale na większych obiektach, maleńkiej aluminiowej wstążce. Ta taśma była przymocowana z obu stron tak, że jej środek znajdował się w stanie zawieszenia i mógł wibrować pod wpływem czynników zewnętrznych. Dodatkowo w pobliżu umieszczono urządzenie zdolne do dokładnego rejestrowania położenia taśmy. W wyniku eksperymentu odkryto kilka interesujących rzeczy. Po pierwsze, każdy pomiar związany z położeniem obiektu i obserwacją taśmy wpływał na niego, po każdym pomiarze położenie taśmy zmieniało się.
Eksperymentatorzy z dużą dokładnością ustalili współrzędne taśmy, a tym samym zgodnie z zasadą Heisenberga zmienili jej prędkość, a co za tym idzie późniejsze położenie. Po drugie, dość niespodziewanie, niektóre pomiary doprowadziły do ochłodzenia taśmy. W ten sposób obserwator może zmienić fizyczne cechy obiektów przez samą ich obecność.
4. Zamrażanie cząstek
Jak wiadomo, niestabilne cząstki radioaktywne rozpadają się nie tylko w eksperymentach z kotami, ale także samodzielnie. Każda cząstka ma średni czas życia, który, jak się okazuje, może się wydłużać pod czujnym okiem obserwatora. Ten efekt kwantowy przewidziano już w latach 60., a jego genialny dowód eksperymentalny pojawił się w artykule opublikowanym przez grupę kierowaną przez laureata Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki Wolfganga Ketterle z Massachusetts Institute of Technology.
W tej pracy badano rozpad niestabilnych wzbudzonych atomów rubidu. Bezpośrednio po przygotowaniu układu atomy wzbudzono wiązką laserową. Obserwacja odbywała się w dwóch trybach: ciągłym (układ był stale wystawiony na działanie małych impulsów świetlnych) i pulsacyjnym (układ był naświetlany od czasu do czasu mocniejszymi impulsami).
Otrzymane wyniki były w pełni zgodne z przewidywaniami teoretycznymi. Zewnętrzne efekty świetlne spowalniają rozpad cząstek, przywracając je do pierwotnego stanu, który jest daleki od stanu rozpadu. Wielkość tego efektu również zbiegła się z przewidywaniami. Maksymalny czas życia niestabilnych wzbudzonych atomów rubidu wzrósł 30-krotnie.
5. Mechanika kwantowa i świadomość
Elektrony i fulereny przestają wykazywać swoje właściwości falowe, aluminiowe płyty stygną, a niestabilne cząstki spowalniają ich rozpad. Czujne oko patrzącego dosłownie zmienia świat. Dlaczego nie może to być dowodem zaangażowania naszych umysłów w pracę świata? Być może jednak rację mieli Carl Jung i Wolfgang Pauli (austriacki fizyk, laureat Nagrody Nobla, pionier mechaniki kwantowej) mówiąc, że prawa fizyki i świadomości należy traktować jako komplementarne względem siebie?
Jesteśmy o krok od uznania, że otaczający nas świat jest po prostu złudnym wytworem naszego umysłu. Pomysł jest przerażający i kuszący. Spróbujmy ponownie zwrócić się do fizyków. Szczególnie w ostatnie lata, kiedy coraz mniej ludzi wierzy, że kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej z jej tajemniczą funkcją falową załamuje się, zwracając się do bardziej przyziemnej i niezawodnej dekoherencji.
Faktem jest, że we wszystkich tych eksperymentach z obserwacjami eksperymentatorzy nieuchronnie wpłynęli na system. Oświetlili go laserem i zainstalowali przyrządy pomiarowe. Łączyła ich ważna zasada: nie można obserwować systemu ani mierzyć jego właściwości bez interakcji z nim. Każda interakcja to proces modyfikacji właściwości. Zwłaszcza, gdy mały układ kwantowy jest wystawiony na kolosalne obiekty kwantowe. Jakiś wiecznie neutralny buddyjski obserwator jest w zasadzie niemożliwy. I tutaj w grę wchodzi termin „dekoherencja”, który jest nieodwracalny z punktu widzenia termodynamiki: właściwości kwantowe układu zmieniają się podczas interakcji z innym dużym układem.
Podczas tej interakcji układ kwantowy traci swoje pierwotne właściwości i staje się klasyczny, jakby „posłuszny” główny system. Wyjaśnia to również paradoks kota Schrödingera: kot to za dużo duży system, więc nie można go odizolować od reszty świata. Sam projekt tego eksperymentu myślowego nie jest całkowicie poprawny.
W każdym razie, jeśli przyjmiemy realność aktu tworzenia przez świadomość, dekoherencja wydaje się być dużo wygodniejszym podejściem. Może nawet zbyt wygodne. Dzięki takiemu podejściu cały klasyczny świat staje się jedną wielką konsekwencją dekoherencji. I jak stwierdził autor jednej z najsłynniejszych książek z tej dziedziny, takie podejście logicznie prowadzi do stwierdzeń typu „nie ma cząstek na świecie” lub „nie ma czasu na podstawowym poziomie”.
Jaka jest prawda: w stwórcy-obserwatorze czy w potężnej dekoherencji? Musimy wybrać między dwoma rodzajami zła. Niemniej naukowcy są coraz bardziej przekonani, że efekty kwantowe są przejawem naszych procesów psychicznych. A gdzie kończy się obserwacja, a zaczyna rzeczywistość, zależy od każdego z nas.
Według topinfopost.com
Kvantinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. fizyka kwantowa vok. Quantenphysik, fr. fizyka kwantowa, f pranc. Physique quantique, f … Fizikos terminų žodynas
Termin ten ma inne znaczenia, patrz Stan stacjonarny. stan stabilny(z łac. stacjonarny stojący w bezruchu, nieruchomy) to stan układu kwantowego, w którym jego energia i inne dynamiczne... Wikipedia
- ... Wikipedia
Zawiera następujące podrozdziały (lista nie jest kompletna): Mechanika kwantowa Algebraiczna teoria kwantów Teoria kwantowa pola Elektrodynamika kwantowa Chromodynamika kwantowa Termodynamika kwantowa Grawitacja kwantowa Teoria superstrun Zobacz także ... ... Wikipedia
Mechanika kwantowa Zasada nieoznaczoności Wprowadzenie ... Sformułowanie matematyczne ... Podstawa ... Wikipedia
FIZYKA. 1. Przedmiot i struktura fizyki F. nauka badająca najprostsza i zarazem najbardziej. ogólne własności i prawa ruchu obiektów otaczającego nas świata materialnego. W wyniku tej ogólności nie ma zjawisk naturalnych, które nie mają charakteru fizycznego. nieruchomości... Encyklopedia fizyczna
Fizyka hiperjądrowa to dział fizyki z pogranicza fizyki jądrowej i fizyki cząstek elementarnych, w której przedmiotem badań są układy jądrowopodobne zawierające oprócz protonów i neutronów inne hiperony cząstek elementarnych. Również ... ... Wikipedia
Dział fizyki badający dynamikę cząstek w akceleratorach, a także liczne problemy techniczne związane z budową i działaniem akceleratorów cząstek. Fizyka akceleratorów obejmuje zagadnienia związane z produkcją i akumulacją cząstek... Wikipedia
Fizyka kryształów Krystalografia kryształów Sieć krystaliczna Rodzaje sieci krystalicznych Dyfrakcja w kryształach Siatka odwrotna Komórka Wignera Seitza Strefa Brillouina Współczynnik podstawy strukturalnej Atomowy współczynnik rozpraszania Rodzaje wiązań w ... ... Wikipedia
Logika kwantowa to gałąź logiki niezbędna do wnioskowania o zdaniach, które uwzględniają zasady teorii kwantowej. Ten obszar badań został założony w 1936 roku dzięki pracy Garita Bierhofa i Johna von Neumanna, którzy próbowali ... ... Wikipedia
Książki
- Fizyka kwantowa, Leonid Karlovich Martinson. Szczegółowo przedstawiono materiał teoretyczny i doświadczalny leżący u podstaw fizyki kwantowej. Dużo uwagi poświęca się zawartości fizycznej podstawowych pojęć kwantowych i matematycznych ...
- Fizyka kwantowa, Sheddad Qaid-Sala Ferron. Cały nasz świat i wszystko, co w nim jest - domy, drzewa, a nawet ludzie! - składa się z maleńkich drobinek. Książka „Fizyka kwantowa” z serii „Pierwsze książki o nauce” opowie o tym, co niewidzialne dla naszego ...
Fizyka kwantowa radykalnie zmieniła nasze rozumienie świata. Zgodnie z fizyką kwantową możemy wpływać na proces odmładzania naszą świadomością!
Dlaczego jest to możliwe?Z punktu widzenia fizyki kwantowej nasza rzeczywistość jest źródłem czystych potencjalności, źródłem surowców tworzących nasze ciało, nasz umysł i cały Wszechświat.Uniwersalne pole energetyczne i informacyjne nigdy nie przestaje się zmieniać i przekształcać, zamieniając co sekundę coś nowego.
W XX wieku podczas eksperymentów fizycznych z cząstkami subatomowymi i fotonami odkryto, że fakt obserwowania przebiegu eksperymentu zmienia jego wyniki. To, na czym skupiamy naszą uwagę, może zareagować.
Fakt ten potwierdza klasyczny eksperyment, który za każdym razem zaskakuje naukowców. Powtarzano to w wielu laboratoriach i zawsze uzyskiwano te same wyniki.
Do tego eksperymentu przygotowano źródło światła i ekran z dwoma szczelinami. Jako źródło światła wykorzystano urządzenie, które „wystrzeliwało” fotony w postaci pojedynczych impulsów.
Przebieg eksperymentu był monitorowany. Po zakończeniu eksperymentu na papierze fotograficznym znajdującym się za szczelinami widoczne były dwa pionowe paski. Są to ślady fotonów, które przeszły przez szczeliny i oświetliły papier fotograficzny.
Kiedy ten eksperyment został powtórzony w trybie automatycznym, bez interwencji człowieka, obraz na papierze fotograficznym zmienił się:
Jeśli badacz włączył urządzenie i wyszedł, a po 20 minutach wywołał papier fotograficzny, to znaleziono na nim nie dwa, ale wiele pionowych pasów. To były ślady promieniowania. Ale rysunek był inny.
Struktura śladu na papierze fotograficznym przypominała ślad fali przechodzącej przez szczeliny, światło może wykazywać właściwości fali lub cząstki.
W wyniku prostego faktu obserwacji fala znika i zamienia się w cząstki. Jeśli nie obserwujesz, na papierze fotograficznym pojawia się ślad fali. To zjawisko fizyczne nazywa się efektem obserwatora.
Te same wyniki uzyskano z innymi cząstkami. Eksperymenty powtarzano wielokrotnie, ale za każdym razem zaskakiwały naukowców. Odkryto więc, że na poziomie kwantowym materia reaguje na uwagę człowieka. To była nowość w fizyce.
Zgodnie z koncepcjami współczesnej fizyki wszystko materializuje się z pustki. Ta pustka nazywana jest „polem kwantowym”, „polem zerowym” lub „matrycą”. Pustka zawiera energię, która może zamienić się w materię.
Materia składa się ze skoncentrowanej energii - to fundamentalne odkrycie fizyki XX wieku.
W atomie nie ma stałych części. Obiekty składają się z atomów. Ale dlaczego przedmioty są stałe? Palec przytwierdzony do ceglanej ściany nie przechodzi przez nią. Czemu? Wynika to z różnic w charakterystyce częstotliwości atomów i ładunków elektrycznych. Każdy rodzaj atomu ma swoją własną częstotliwość wibracji. To definiuje różnice właściwości fizyczne przedmiotów. Gdyby można było zmienić częstotliwość wibracji atomów tworzących ciało, człowiek mógłby przejść przez ściany. Ale częstotliwości drgań atomów ręki i atomów ściany są bliskie. Dlatego palec spoczywa na ścianie.
Dla każdego rodzaju interakcji niezbędny jest rezonans częstotliwości.
Łatwo to zrozumieć na prostym przykładzie. Jeśli oświetlisz kamienną ścianę światłem latarki, światło zostanie przez nią przesłonięte. Jednak promieniowanie telefonu komórkowego z łatwością przejdzie przez tę ścianę. Chodzi o różnice częstotliwości między promieniowaniem latarki a telefonem komórkowym. Kiedy czytasz ten tekst, przez twoje ciało przepływają strumienie bardzo zróżnicowanego promieniowania. Są to promieniowanie kosmiczne, sygnały radiowe, sygnały z milionów telefonów komórkowych, promieniowanie pochodzące z ziemi, promieniowanie słoneczne, promieniowanie wytwarzane przez sprzęt AGD itp.
Nie czujesz tego, ponieważ widzisz tylko światło i słyszysz tylko dźwięk. Nawet jeśli siedzisz w milczeniu z zamkniętymi oczami, miliony rozmów telefonicznych, obrazy wiadomości telewizyjnych i wiadomości radiowych przechodzą przez twoją głowę. Nie dostrzegasz tego, ponieważ nie ma rezonansu częstotliwości między atomami tworzącymi twoje ciało a promieniowaniem. Ale jeśli pojawi się rezonans, natychmiast reagujesz. Na przykład, gdy pamiętasz ukochaną osobę, która właśnie o tobie pomyślała. Wszystko we wszechświecie podlega prawom rezonansu.
Świat składa się z energii i informacji. Einstein, po wielu przemyśleniach na temat struktury świata, powiedział: „Jedyną rzeczywistością istniejącą we wszechświecie jest pole”. Tak jak fale są tworem morza, tak wszystkie przejawy materii: organizmy, planety, gwiazdy, galaktyki są tworami pola.
Powstaje pytanie, jak z pola powstaje materia? Jaka siła kontroluje ruch materii?
Badacze doprowadzili ich do nieoczekiwanej odpowiedzi. Założyciel fizyki kwantowej, Max Planck, powiedział podczas swojego przemówienia nagrodą Nobla:
„Wszystko we Wszechświecie jest stworzone i istnieje dzięki sile. Musimy założyć, że za tą siłą stoi świadomy umysł, który jest matrycą całej materii.
MATERĄ RZĄDZI ŚWIADOMOŚĆ
Na przełomie XX i XXI wieku w fizyce teoretycznej pojawiły się nowe idee, które umożliwiają wyjaśnienie dziwnych właściwości cząstek elementarnych. Cząsteczki mogą pojawić się z pustki i nagle zniknąć. Naukowcy przyznają, że istnieje możliwość istnienia wszechświatów równoległych. Być może cząstki przemieszczają się z jednej warstwy wszechświata do drugiej. W rozwój tych pomysłów zaangażowane są takie gwiazdy jak Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind.
Zgodnie z koncepcjami fizyki teoretycznej Wszechświat przypomina zagnieżdżoną lalkę, która składa się z wielu zagnieżdżonych lalek - warstw. To są warianty wszechświatów - Światy równoległe. Te obok siebie są bardzo podobne. Ale im dalej warstwy są od siebie, tym mniej podobieństw między nimi. Teoretycznie, aby przenieść się z jednego wszechświata do drugiego, statki kosmiczne nie są potrzebne. Wszystkie możliwe opcje znajdują się jedna w drugiej. Po raz pierwszy te idee zostały wyrażone przez naukowców w połowie XX wieku. Na przełomie XX i XXI wieku otrzymali potwierdzenie matematyczne. Dziś takie informacje są łatwo akceptowane przez opinię publiczną. Jednak kilkaset lat temu za takie wypowiedzi mogli zostać spaleni na stosie lub uznani za szalonych.
Wszystko powstaje z pustki. Wszystko jest w ruchu. Przedmioty są iluzją. Materia składa się z energii. Wszystko jest stworzone przez myśl. Te odkrycia fizyki kwantowej nie zawierają niczego nowego. Wszystko to było znane starożytnym mędrcom. W wielu naukach mistycznych, które uważano za tajne i były dostępne tylko dla wtajemniczonych, mówiono, że nie ma różnicy między myślami a przedmiotami.Wszystko na świecie jest wypełnione energią. Wszechświat reaguje na myśl. Energia podąża za uwagą.
To, na czym skupiasz swoją uwagę, zaczyna się zmieniać. Te myśli w różnych sformułowaniach są podane w Biblii, starożytnych tekstach gnostyckich, w mistycznych naukach, które powstały w Indiach i Ameryka Południowa. Zgadli to budowniczowie starożytnych piramid. Ta wiedza jest kluczem do nowych technologii, które są dziś wykorzystywane do manipulowania rzeczywistością.
Nasze ciało jest polem energii, informacji i umysłu, które jest w stanie ciągłej dynamicznej wymiany z środowisko. Impulsy umysłu nieustannie, w każdej sekundzie, nadają ciału nowe formy przystosowania się do zmieniających się wymagań życia.
Z punktu widzenia fizyki kwantowej nasz ciało fizyczne pod wpływem naszego umysłu jest w stanie dokonać kwantowego skoku z jednego wieku biologicznego do drugiego, bez przechodzenia przez wszystkie epoki pośrednie. opublikowany
PS I pamiętaj, zmieniając konsumpcję, razem zmieniamy świat! © econet
- W kontakcie z 0
- Google Plus 0
- ok 0
- Facebook 0
