Prehľad kvantovej fyziky, koncepty a história

Kvantová fyzika je štúdiom správania záležitosť a energie na molekulárnej, atómovej, jadrovej a ešte menšej mikroskopickej úrovni. Začiatkom 20. storočia vedci zistili, že zákony upravujúce makroskopické objekty v takýchto malých ríšach nefungujú rovnako.

„Quantum“ pochádza z latinčiny, čo znamená „koľko“. Vzťahuje sa na diskrétne jednotky hmoty a energie, ktoré sú predpovedané a pozorované v kvantovej fyzike. Dokonca aj priestor a čas, ktoré sa javia byť extrémne nepretržité, majú najmenšie možné hodnoty.

Keď vedci získali technológiu na presnejšie meranie, pozorovali sa podivné javy. Zrod kvantovej fyziky sa pripisuje novine Maxa Plancka z roku 1900 o žiarení čiernych telies. Rozvoj poľa sa uskutočnil Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger a ďalšie svetelné osobnosti v teréne. Je iróniou, že Albert Einstein mal vážne teoretické problémy s kvantovou mechanikou a snažil sa ho mnoho rokov vyvracať alebo upravovať.

V oblasti kvantovej fyziky pozorovanie niečoho skutočne ovplyvňuje prebiehajúce fyzikálne procesy. Svetelné vlny pôsobia ako častice a častice pôsobia ako vlny (nazývané aj dualita vlnových častíc). Hmota sa môže pohybovať z jedného miesta na druhé bez toho, aby sa musela pohybovať v intervenčnom priestore (nazývanom kvantové tunelovanie). Informácie sa pohybujú okamžite na veľké vzdialenosti. V skutočnosti v kvantovej mechanike zistíme, že celý vesmír je vlastne rad pravdepodobností. Našťastie sa rozpadá pri zaobchádzaní s veľkými predmetmi, ako to dokazuje Schrodingerova mačka myšlienkový experiment.

Jedným z kľúčových konceptov je kvantové zapletenie, ktorý opisuje situáciu, keď je viac častíc spojených tak, že meranie kvantového stavu jednej častice tiež kladie obmedzenia na meranie ďalších častíc. Toto najlepšie ilustruje EPR Paradox. Hoci to bol pôvodne myšlienkový experiment, teraz sa to experimentálne potvrdilo testami niečoho známeho ako Bellova veta.

Kvantová optika je vetva kvantovej fyziky, ktorá sa zameriava predovšetkým na správanie sa svetla alebo fotónov. Na úrovni kvantovej optiky má správanie jednotlivých fotónov vplyv na vychádzajúce svetlo, na rozdiel od klasickej optiky, ktorú vyvinul Sir Isaac Newton. Lasery sú jednou z aplikácií, ktorá vyšla zo štúdie kvantovej optiky.

Kvantová elektrodynamika (QED) je štúdium interakcie elektrónov a fotónov. Bol vyvinutý koncom štyridsiatych rokov Richardom Feynmanom, Julianom Schwingerom, Sinitrom Tomonageom a ďalšími. Predpovede QED týkajúce sa rozptylu fotónov a elektrónov sú presné na jedenásť desatinných miest.

Zjednotená teória poľa je zbierka výskumných ciest, ktoré sa snažia zladiť kvantovú fyziku s Einsteinova teória všeobecnej relativity, často snahou o konsolidáciu základné sily fyziky. Niektoré typy zjednotených teórií zahŕňajú (s určitým prekrývaním):

• Kvantová gravitácia
• Slučka Kvantová gravitácia
• Teória strún / Teória superstringov / M-Teória
• Veľká zjednotená teória
• supersymmetry
• Teória všetkého

Kvantová fyzika sa niekedy nazýva kvantová mechanika alebo teória kvantového poľa. Má tiež rôzne podoblasti, ako je uvedené vyššie, ktoré sa niekedy používajú zameniteľne s kvantovou fyzikou, hoci kvantová fyzika je v skutočnosti širším pojmom pre všetky tieto disciplíny.

Najstaršie nálezy

• Žiarenie čierneho tela
• Fotoelektrický efekt

Dualita vlnových častíc

• Young's Double Slit Experiment
• De Broglieho hypotéza

Comptonov efekt

Heisenbergov princíp neurčitosti

Kauzalita v kvantovej fyzike - experimenty a interpretácie myšlienok

• Kodanská interpretácia
• Schrodingerova mačka
• EPR Paradox
• Interpretácia mnohých svetov