Quantum - co je to? Definice a význam pro vědu

Tento článek hovoří o tom, že "kvantum" je pojem elementární fyziky částic. Definice této hodnoty je zde uvedena, její význam je zobrazen a je dána stručná historie jejího objevu.

Matematika a fyzika

Dvě nejtěžší školní disciplíny pro studenty s humanitární činností myšlení jakmile se sjednotili, aby vytvořili novou etapu ve studiu okolního světa. Všechno to začalo se skutečností, že Max Planck, odvozující vzorec distribuce záření naprosto černé tělo představil koncept "kvantové". Význam slova je doslovně: nejmenší část něčeho, například energie, pole, okamžik setrvačnosti.

A tento koncept platí pro mikrosvětu: může existovat kvantum světla a gravitační pole, ale nemůže existovat žádná kvantová hmotnost nebo déšť. Abychom byli čtenáři jasnější, uvádíme příklad. Pokud by všechny možné stavy elektronu byly celá kráva, potom je kvantum nejmenší část masa, s níž můžete být krmení, to je jeden steak. Mimochodem, ve slavném filmu Jamese Bonda, kvantum milosrdenství jistě naznačuje, že dokonce i nejstarší člověk má v jeho duši trochu soucitu.

Boj o kvantovou fyziku

Max Planck nejdříve jednal v rámci předchozích myšlenek o fyzice. Do rovnice zavedl kvantum, jehož význam v jeho očích spočíval pouze v pohodlí matematického výrazu. Ukazuje se tedy, že tento koncept objevil téměř náhodou, aniž by se snažil udělat průlom.

Obecně byl vědomý výzkumník, pracoval tvrdě na každém tématu a přivedl záležitost do konce. Byla to vytrvalost a vytrvalost, která mu umožnila obrátit fyziku kolem. Neexistovaly žádné brilantní pohledy a náhlé nápady. Možná proto už dlouho odmítl význam svého objevu a snažil se nějak "zapadnout", sladit nový koncept se starým přístupem k fyzice. Celá galaxie vědců, která se objevila kvůli zavedení kvantum, nemohla ho přesvědčit o zásadním významu jediného předpokladu pro budoucnost vědy.

Hodnota pro vědu

Především je kvantum základem pro pochopení povahy světla. Vědci ještě v sedmnáctém století poměrně přesně změřili rychlost slunečního světla, ale nemohli vysvětlit jejich vzhled ani absorpci na povrchu. Ukázalo se, že energie elektromagnetické vlny se stejným časovým přírůstkem, může mít pouze násobky E = (N + 1/2). Vysvětlíme:

• E je energie;
• N je celé číslo;
• ħ - snížila konstanta Plancka, h / 2π;
• ω je úhlová frekvence, což je časový přírůstek vlnové fáze.

Výše uvedený vzorec znamená, že energie záření je kvantována, to je soubor konečných paketů nebo fotonů.

Kvantová a záležitost

Po vysvětlení povahy světla si lidé uvědomili, že kvantum není jen matematickým vtipem, ale také velkými příležitostmi. Později vědci zjistili, proč elektrony v atomu mohou být jen v určitých orbitech. To vyžadovalo zavedení principu duality částic vln a částic pro elementární částice.

Přechod elektronu mezi dvěma orbitaly v atomu vždy nastává s trhnutím. To vede k procesům, kterými se vylučuje nebo absorbuje kvantum světla. Co to znamená pro vědu, vysvětlujeme to trochu níže. V každém typu atomů je množina přechodových kvant je jedinečná. To znamená, že soubor energie potřebný k vzrušení elektronů ze zlata nevyhovuje platině. To umožňuje přesně určit, jaký přechod byl proveden, a pochopit, který typ atomu je studován: vodík nebo argon, hliník nebo hořčík.

Na tomto základě je nejmocnějším nástrojem pro studium a dobytí hmoty - spektroskopie. Aplikace analýzy spektra jsou poměrně rozsáhlá, tady jsou některé z nich:

• studium složení a struktury nových materiálů;
• zlepšení vlastností již známých sloučenin;
• studium procesů, které se vyskytují během interakce různých typů hmoty.

Čtenář sám snadno dokáže představit, že taková metoda může být použita ve všech sférách lidské činnosti.

Druhy kvant

Kromě již popsaného fotonu existují další typy kvant:

1. Gluon - kvantum vektorového pole.
2. Graviton je kvantum gravitačního pole (předpovědělo teoreticky, ale zatím jeho existence nebyla prakticky dokázána).
3. Higgsův boson je kvantum Higgsova pole.

Large Hadron Collider, který byl postaven v roce 2012, dokázal, že se v jeho hlubinách narodil nový kvantum, Higgsův boson. Fyzici tak prokázali, proč gluony a fotony nemají odpočinkovou hmotu.

Laser v důsledku zkrocení světelných kvant

Pochopili, jak jsou fotony získány, vědci byli schopni je "zkrotit". V důsledku toho se objevil laser - zdroj monochromatických elektromagnetických vln. S poměrně jednoduchými principy, které jsou základem současné generace fotonů jednoho vlnová délka (monochromatické) a jednoduchou strukturou samotného zařízení existovaly velké technické potíže.

Prvním úkolem bylo najít materiál, ve kterém by existovala inverzní populace elektronů. Druhým úkolem bylo vytvořit dvě zrcadla na konci pracovního krystalu. Ale oba jsou již dlouho vyřešeny a pochopení toho, co je kvantum, je prvním krokem k získání takových složitých zařízení.

V moderním světě se laser používá všude. Používá se pro zábavu (laserový ukazatel) a pro vážné účely (termonukleární reakce).