Klassieke fisika, wat voor die uitvinding van kwantummeganika bestaan het, beskryf die natuur op 'n gewone (makroskopiese) skaal. Die meeste van die teorieë in klassieke fisika kan afgelei word as benaderings wat op die skale werk waaraan ons gewoond is. Kwantumfisika (dit is ook kwantummeganika) verskil van klassieke wetenskap deurdat die energie, momentum, hoekmomentum en ander hoeveelhede van 'n gekoppelde sisteem beperk is tot diskrete waardes (kwantisering). Voorwerpe het spesiale eienskappe beide in die vorm van deeltjies en in die vorm van golwe (dualiteit van golfdeeltjies). Ook in hierdie wetenskap is daar perke aan die akkuraatheid waarmee hoeveelhede gemeet kan word (onsekerheidsbeginsel).
Daar kan gesê word dat na die ontstaan van kwantumfisika in die presiese wetenskappe, 'n soort rewolusie plaasgevind het, wat dit moontlik gemaak het om al die ou wette wat voorheen as onbetwisbare waarhede beskou is, te heroorweeg en te ontleed. Is dit goed of sleg? Miskien 'n goeie ding, want ware wetenskap moet nooit stilstaan nie.
Die "kwantumrevolusie" het egter geword'n soort slag vir die fisici van die ou skool, wat moes vrede maak met die feit dat dit waarin hulle voorheen geglo het, net 'n stel foutiewe en argaïese teorieë geblyk het te wees wat dringende hersiening en aanpassing by die nuwe werklikheid nodig het.. Die meeste fisici het hierdie nuwe idees oor 'n bekende wetenskap entoesiasties aanvaar, wat bygedra het tot die studie, ontwikkeling en implementering daarvan. Vandag bepaal kwantumfisika die dinamika vir alle wetenskap as 'n geheel. Dit is te danke aan haar dat die nuutste eksperimentele projekte (soos die Large Hadron Collider) ontstaan het.
Opening
Wat kan gesê word oor die grondslae van kwantumfisika? Dit het geleidelik ontstaan uit verskeie teorieë wat bedoel was om verskynsels te verduidelik wat nie met klassieke fisika versoen kan word nie, soos Max Planck se oplossing in 1900 en sy benadering tot die probleem van bestraling van baie wetenskaplike probleme, en die ooreenstemming tussen energie en frekwensie in 'n 1905-vraestel deur Albert Einstein, wat foto-elektriese effekte verduidelik het. Die vroeë teorie van kwantumfisika is in die middel-1920's deeglik hersien deur Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born en ander. Moderne teorie word geformuleer in verskeie spesiaal ontwikkelde wiskundige konsepte. In een daarvan gee die rekenkundige funksie (of golffunksie) vir ons omvattende inligting oor die amplitude van die impulsliggingwaarskynlikheid.
Grondbeginsels van kwantumfisika vir dummies
Wetenskaplike studie van die golfDie wese van lig het meer as 200 jaar gelede begin, toe die groot en erkende wetenskaplikes van daardie tyd die teorie van lig op grond van hul eie eksperimentele waarnemings voorgestel, ontwikkel en bewys het. Hulle het dit golf genoem.
In 1803 het die beroemde Engelse wetenskaplike Thomas Young sy beroemde dubbele eksperiment uitgevoer, as gevolg waarvan hy die bekende werk "On the Nature of Light and Color" geskryf het, wat 'n groot rol gespeel het in die vorming van moderne idees oor hierdie bekende verskynsels. Hierdie eksperiment het 'n groot rol gespeel in die algemene aanvaarding van hierdie teorie.
Sulke eksperimente word dikwels in verskeie boeke beskryf, byvoorbeeld, "Fundamentals of Quantum Physics for Dummies". Moderne eksperimente met versnelling van elementêre deeltjies, byvoorbeeld, die soektog na die Higgs-boson by die Large Hadron Collider (LHC vir kort) word uitgevoer juis om praktiese bevestiging van baie suiwer teoretiese kwantumteorieë te vind.
Geskiedenis
In 1838 het Michael Faraday, tot die vreugde van die hele wêreld, katodestrale ontdek. Hierdie opspraakwekkende studies is gevolg deur die stelling oor die probleem van bestraling, die sogenaamde "swart liggaam" (1859), gemaak deur Gustav Kirchhoff, asook die beroemde aanname van Ludwig Boltzmann dat die energietoestande van enige fisiese sisteem ook kan wees diskreet (1877).). Later het die kwantumhipotese wat deur Max Planck (1900) ontwikkel is, verskyn. Dit word beskou as een van die grondslae van kwantumfisika. Planck se gewaagde hipotese dat energie beide vrygestel en geabsorbeer kan word in diskrete "kwanta"(of energiepakkies), stem presies ooreen met die waargenome patrone van swartliggaambestraling.
Die wêreldberoemde Albert Einstein het 'n groot bydrae tot kwantumfisika gemaak. Onder die indruk van kwantumteorieë, het hy sy eie ontwikkel. Die algemene relatiwiteitsteorie – dit is wat dit genoem word. Ontdekkings in kwantumfisika het ook die ontwikkeling van die spesiale relatiwiteitsteorie beïnvloed. Baie wetenskaplikes het in die eerste helfte van die vorige eeu hierdie wetenskap op voorstel van Einstein begin bestudeer. Sy was op daardie stadium aan die voorpunt, almal het van haar gehou, almal het in haar belanggestel. Geen wonder nie, want sy het soveel "gate" in klassieke fisiese wetenskap toegemaak (sy het egter ook nuwes geskep), 'n wetenskaplike regverdiging vir tydreise, telekinese, telepatie en parallelle wêrelde gebied.
Die rol van die waarnemer
Enige gebeurtenis of toestand hang direk van die waarnemer af. Gewoonlik is dit hoe die basiese beginsels van kwantumfisika kortliks verduidelik word aan mense wat ver van die presiese wetenskappe is. Die werklikheid is egter baie meer ingewikkeld.
Dit pas perfek by baie okkultiese en godsdienstige tradisies wat al eeue lank aandring op die vermoë van mense om die gebeure rondom hulle te beïnvloed. Op een of ander manier is dit ook die basis vir 'n wetenskaplike verklaring van buitesintuiglike persepsie, want nou lyk die stelling dat 'n persoon (waarnemer) in staat is om fisiese gebeure met die krag van denke te beïnvloed nie absurd nie.
Elke eietoestand van 'n waargenome gebeurtenis of voorwerp stem ooreen meteievektor van die waarnemer. As die spektrum van die operateur (waarnemer) diskreet is, kan die waargenome voorwerp slegs diskrete eiewaardes bereik. Dit wil sê, die objek van waarneming, sowel as die kenmerke daarvan, word heeltemal deur hierdie einste operateur bepaal.
Grondbeginsels van kwantumfisika in komplekse woorde
Anders as konvensionele klassieke meganika (of fisika), kan 'n mens nie gelyktydige voorspellings maak van gekonjugeerde veranderlikes soos posisie en momentum nie. Elektrone kan byvoorbeeld (met 'n sekere waarskynlikheid) ongeveer in 'n sekere gebied van die ruimte geleë wees, maar hul wiskundige presiese posisie is eintlik onbekend.
Kontoere van konstante waarskynlikheidsdigtheid, wat dikwels na verwys word as "wolke", kan om die kern van 'n atoom geteken word om te konseptualiseer waar 'n elektron die meeste waarskynlik geleë sal wees. Die Heisenberg-onsekerheidsbeginsel bewys die onvermoë om 'n deeltjie akkuraat op te spoor gegewe sy gekonjugeerde momentum. Sommige modelle in hierdie teorie het 'n suiwer abstrakte berekeningskarakter en impliseer nie toegepaste waarde nie. Hulle word egter dikwels gebruik om komplekse interaksies op die vlak van subatomiese deeltjies en ander subtiele sake te bereken. Daarbenewens het hierdie tak van fisika wetenskaplikes toegelaat om die moontlikheid van die werklike bestaan van baie wêrelde te aanvaar. Miskien sal ons hulle binnekort kan sien.
Wave-funksies
Die wette van kwantumfisika is baie lywig en gevarieerd. Hulle sny metkonsep van golffunksies. Sommige spesiale golffunksies skep 'n verspreiding van waarskynlikhede wat inherent konstant of onafhanklik van tyd is, byvoorbeeld wanneer dit in 'n stilstaande energietoestand is, lyk dit of tyd met betrekking tot die golffunksie verdwyn. Dit is een van die gevolge van kwantumfisika, wat fundamenteel daarvoor is. Die eienaardige feit is dat die verskynsel van tyd radikaal hersien is in hierdie ongewone wetenskap.
Perturbation theory
Daar is egter verskeie betroubare maniere om die oplossings te ontwikkel wat nodig is om met formules en teorieë in kwantumfisika te werk. Een so 'n metode, algemeen bekend as "perturbasieteorie", gebruik 'n analitiese resultaat vir 'n elementêre kwantummeganiese model. Dit is geskep om resultate van eksperimente te bring om 'n selfs meer komplekse model te ontwikkel wat verband hou met 'n eenvoudiger model. Dit is hoe die rekursie uitdraai.
Hierdie benadering is veral belangrik in die teorie van kwantumchaos, wat uiters gewild is vir die interpretasie van verskeie gebeurtenisse in mikroskopiese werklikheid.
Reëls en wette
Die reëls van kwantummeganika is fundamenteel. Hulle beweer dat die ontplooiingsruimte van 'n stelsel absoluut fundamenteel is (dit het 'n puntproduk). Nog 'n stelling is dat die effekte wat deur hierdie stelsel waargeneem word terselfdertyd eienaardige operateurs is wat vektore in hierdie einste medium beïnvloed. Hulle vertel ons egter nie in watter Hilbert-ruimte of in watter operateurs bestaan niehierdie oomblik. Hulle kan gepas gekies word om 'n kwantitatiewe beskrywing van 'n kwantumstelsel te gee.
Betekenis en impak
Van die begin van hierdie ongewone wetenskap af het baie anti-intuïtiewe aspekte en resultate van die studie van kwantummeganika luide filosofiese debatte en baie interpretasies uitgelok. Selfs fundamentele vrae, soos die reëls vir die berekening van verskeie amplitudes en waarskynlikheidsverdelings, verdien respek van die publiek en baie vooraanstaande wetenskaplikes.
Richard Feynman, byvoorbeeld, het eenkeer ongelukkig opgemerk dat hy glad nie seker was dat enige van die wetenskaplikes hoegenaamd kwantummeganika verstaan nie. Volgens Steven Weinberg is daar op die oomblik nie een interpretasie van kwantummeganika wat almal sal pas nie. Dit dui daarop dat wetenskaplikes 'n "monster" geskep het om die bestaan waarvan hulle self nie kan nie, ten volle te verstaan en te verduidelik. Dit benadeel egter geensins die relevansie en gewildheid van hierdie wetenskap nie, maar lok jong professionele persone wat werklik komplekse en onverstaanbare probleme wil oplos.
Boonop het kwantummeganika 'n volledige hersiening van die objektiewe fisiese wette van die Heelal afgedwing, wat goeie nuus is.
Kopenhagen-vertolking
Volgens hierdie interpretasie is die standaarddefinisie van kousaliteit wat aan ons bekend is uit die klassieke fisika nie meer nodig nie. Volgens kwantumteorieë bestaan kousaliteit in die gewone sin vir ons glad nie. Alle fisiese verskynsels in hulle word verduidelik vanuit die oogpunt van die interaksie van die kleinste elementêredeeltjies op subatomiese vlak. Hierdie gebied is, ten spyte van die skynbare onwaarskynlikheid, uiters belowend.
Kwantumsielkunde
Wat kan gesê word oor die verhouding tussen kwantumfisika en menslike bewussyn? Dit is pragtig geskryf in 'n boek geskryf deur Robert Anton Wilson in 1990 genaamd Quantum Psychology.
Volgens die teorie wat in die boek uiteengesit word, is al die prosesse wat in ons brein plaasvind te wyte aan die wette wat in hierdie artikel beskryf word. Dit wil sê, dit is 'n soort poging om die teorie van kwantumfisika by sielkunde aan te pas. Hierdie teorie word as parawetenskaplik beskou en word nie deur die akademiese gemeenskap erken nie.
Wilson se boek is opvallend vir die feit dat hy daarin 'n stel verskeie tegnieke en praktyke verskaf wat min of meer sy hipotese bewys. Op die een of ander manier moet die leser self besluit of hy die lewensvatbaarheid van sulke pogings om wiskundige en fisiese modelle op die geesteswetenskappe toe te pas glo al dan nie.
Wilson se boek is deur sommige gesien as 'n poging om mistieke denke te regverdig en dit aan wetenskaplik bewese nuwerwetse fisiese formulerings te koppel. Hierdie hoogs nie-triviale en treffende werk is al meer as 100 jaar lank in aanvraag. Die boek word oor die hele wêreld gepubliseer, vertaal en gelees. Wie weet, dalk met die ontwikkeling van kwantummeganika sal die houding van die wetenskaplike gemeenskap teenoor kwantumsielkunde ook verander.
Gevolgtrekking
Danksy hierdie merkwaardige teorie, wat gou 'n aparte wetenskap geword het, kon ons die omgewing verkenwerklikheid op die vlak van subatomiese deeltjies. Dit is die kleinste vlak van alle moontlike, heeltemal ontoeganklik vir ons persepsie. Wat fisici voorheen van ons wêreld geweet het, moet dringend hersien word. Absoluut almal stem hiermee saam. Dit het duidelik geword dat verskillende deeltjies op heeltemal ondenkbare afstande met mekaar kan inwerk, wat ons slegs deur komplekse wiskundige formules kan meet.
Verder het kwantummeganika (en kwantumfisika) die moontlikheid bewys van baie parallelle realiteite, tydreise en ander dinge wat deur die geskiedenis slegs as die dinge van wetenskapfiksie beskou is. Dit is ongetwyfeld 'n groot bydrae nie net tot die wetenskap nie, maar ook tot die toekoms van die mensdom.
Vir liefhebbers van die wetenskaplike prentjie van die wêreld, kan hierdie wetenskap beide 'n vriend en 'n vyand wees. Die feit is dat die kwantumteorie wye geleenthede oopmaak vir verskeie spekulasies oor 'n parawetenskaplike onderwerp, soos reeds aangetoon is in die voorbeeld van een van die alternatiewe sielkundige teorieë. Sommige moderne okkultiste, esoterici en ondersteuners van alternatiewe godsdienstige en geestelike bewegings (meestal psigokulte) wend hulle tot die teoretiese konstruksies van hierdie wetenskap om die rasionaliteit en waarheid van hul mistieke teorieë, oortuigings en praktyke te staaf.
Dit is 'n ongekende geval, toe eenvoudige vermoedens van teoretici en abstrakte wiskundige formules tot 'n ware wetenskaplike revolusie gelei het en 'n nuwe wetenskap geskep het wat alles wat voorheen bekend was, deurgehaal het. In sekeregraad, het kwantumfisika die wette van Aristoteliese logika weerlê, aangesien dit getoon het dat wanneer jy "óf-of" kies, daar nog een (en dalk verskeie) alternatiewe is.
