Квантовата - какво е това? Определение и значение за науката

Тази статия говори за факта, че "квантовата" е концепцията на физиката на елементарните частици. Определението на тази стойност е дадено тук, неговата значимост е показана и е дадена кратка история на откритието му.

Математика и физика

Двете най-ужасни учебни дисциплини за ученици с хуманитарна насоченост манталитет веднъж обединени, за да създадат нов етап в изучаването на заобикалящия ни свят. Всичко започна с факта, че Макс Планк извлича формулата за разпределение на радиацията абсолютно черно тяло въведе понятието "квантов". Значението на думата е буквално: най-малката част от нещо, например, енергия, поле, момент на инерция.

И тази концепция се отнася за микросвета: може да има квантов светлина и гравитационно поле, но не може да има квантова маса или дъжд. За да направим читателя по-ясен, даваме пример. Ако всички възможни състояния на един електрон са цяла крава, тогава квантовата е най-малката част от месото, с която можете да се хранят, т.е. една пържола. Между другото, в известния филм на Джеймс Бонд, размерът на милостта със сигурност предполага, че дори най-застоялият човек има малко състрадание в душата си.

Борбата за квантовата физика

Първоначално Макс Планк действаше в рамките на предишни идеи за физиката. Той въведе квантово в уравнението, значението на което в очите му се състоеше само в удобството на математическия израз. Така се оказва, че той е открил тази концепция почти случайно, без да се стреми да направи пробив.

Като цяло той е бил съвестен изследовател, работи усилено по всяка тема и довежда въпроса до края. Именно упоритостта и постоянството му позволяват да превърне физиката наоколо. Нямаше никакви блестящи прозрения и внезапни идеи. Може би затова дълго време той отричаше важността на своето откритие и се опитваше по някакъв начин да се „пригоди“, да примири новата концепция със стария подход към физиката. Цяла плеяда учени, които се появиха поради въвеждането на квантовете, не можеха да го убедят в фундаменталното значение на едно единствено предположение за бъдещето на науката.

Ценност за науката

На първо място, квантът е основа за разбиране на природата на светлината. Учените още през седемнадесети век доста точно измерват скоростта на слънчевата светлина, но не могат да обяснят появата или абсорбцията на повърхностите. Оказа се, че енергията електромагнитни вълни с едно и също увеличение на фазата във времето, то може да приеме само кратни на E = (N + 1/2) .ω. Ще обясним:

• Е е енергия;
• N е цяло число;
• ħ - намалена константа на Планк, h / 2π;
• ω е ъгловата честота, която е времевото увеличение на вълновата фаза.

Горната формула означава, че енергията на излъчване energyω е квантована, т.е. тя е набор от крайни пакети или фотони.

Квантова и материя

След като обяснихме природата на светлината, хората осъзнаха, че квантовата не е само математическа шега, но и големи възможности. По-късно учените откриха защо електроните в атомите могат да бъдат само в определени орбити. Това наложи въвеждането на принципа за двойственост на вълновата частица за елементарните частици.

Преходът на електрона между две орбитали в един атом винаги се появява с идиот. Това води до процеси, чрез които се излъчва или абсорбира светлинен квант. Какво означава този факт за науката, ние обясняваме малко по-долу. Във всеки тип атоми, наборът от преходни кванти е уникален. Това означава, че наборът от енергии, необходими за възбуждане на електроните от злато, не отговаря на платината. Това позволява да се определи точно кой преход е направен и да се разбере кой тип атом се изучава: водород или аргон, алуминий или магнезий.

На тази основа е най-мощният инструмент за изследване и завладяване на материята - спектроскопия. Приложенията на спектралния анализ са доста обширни, ето някои от тях:

• проучване на състава и структурата на новите материали;
• подобряване на свойствата на вече известни съединения;
• изучаване на процесите, протичащи по време на взаимодействието на различни видове материи.

Самият читател лесно ще си представи, че такъв метод може да се използва във всички сфери на човешката дейност.

Видове кванти

В допълнение към вече описания фотон има и други видове кванти:

1. Глуон - квант на векторно поле.
2. Гравитонът е квант на гравитационното поле (предсказан теоретично, но досега неговото съществуване не е доказано на практика).
3. Бозонът на Хигс е квантово поле на Хигс.

Големият адронен ускорител, построен през 2012 г., доказва, че в неговите дълбини е роден нов квант - хигсов бозон. Така физиците са показали защо глюони и фотони нямат маса за почивка.

Лазер в резултат на опитомяване на светлинните кванти

След като разбраха как се получават фотоните, учените успяха да ги „опитат“. В резултат на това се появи лазер - източник на монохроматични електромагнитни вълни. С доста прости принципи, които лежат в основата на едновременното генериране на фотони от един дължина на вълната (монохроматични), а простото устройство на самото устройство, имаше големи технически трудности.

Първата задача беше да се намери материал, в който би имало обратна популация на електрони. Втората задача беше да се създадат две огледала на краищата на работещия кристал. Но и двете от тях отдавна са решени, а разбирането на това, което е квантово, е първата стъпка към получаване на такива сложни устройства.

В съвременния свят лазерът се използва навсякъде. Използва се за забавление (лазерна показалка) и за сериозни цели (термоядрена реакция).