Kvant fizikasi

Kvant fizikasi (shuningdek, kvant mexanikasi^[1] yoki kvant nazariyasi sifatida ham tanilgan) — fizikaning asosiy bo'limi bo'lib, materiya va energiyaning atom va subatomik darajadagi xatti-harakatlarini o'rganadi. Bu ko'plab texnologik yutuqlarga olib kelgan va boshqa ta'lim sohalariga, jumladan kimyo, biologiya va materialshunoslikka ta'sir ko'rsatgan murakkab va doimiy rivojlanayotgan sohadir.

Kvant fizikasi tarixi

Kvant fizikasi 20-asrning boshlarida zarralarning atom va subatomik darajadagi xatti-harakatlarini tushuntirish uchun ishlab chiqilgan. Bu qora tana nurlanishi^[2] va fotoelektr^[3] ta'siri kabi ba'zi hodisalarni tushuntirib bera olmaydigan klassik fizikaning cheklovlariga javob edi. Maks Plank^[4] ko'pincha 1900 yilda energiya uzluksiz emas, balki kvant deb ataladigan diskret paketlarda mavjudligini taklif qilganda kvant nazariyasining rivojlanishini boshlagan deb hisoblanadi.

Kvant nazariyasining rivojlanishi 1905 yilda yorug'lik kvantlarda yoki fotonlarda ham mavjudligini taklif qilgan Albert Eynshteyn tomonidan yanada ilgari surildi^[5]. Bu to'lqin-zarrachalar dualligining rivojlanishiga olib keldi, bu zarralar ham to'lqinlar kabi harakat qilishi mumkin degan fikr va aksincha.

Kvant nazariyasining rivojlanishiga 1913 yilda atomdagi elektronlar faqat ma'lum diskret energiya darajalarini egallashi mumkinligini taklif qilgan Nils Born^[6] ning ishi ham ta'sir ko'rsatdi. Bu bugungi kunda ham asosiy atom tuzilishini o'rgatish uchun foydalaniladigan atomning Bor modelining rivojlanishiga olib keldi.

Kvant mexanikasi tamoyillari yana bir qancha fiziklar, jumladan Verner Geyzenberg, Ervin Shredinger, Pol Dirak va boshqalar tomonidan ishlab chiqilgan. 1920-1930-yillarda kvant mexanikasi tamoyillari bugungi kunda ham qoʻllanilayotgan matematik asosga aylantirildi.

Kvant fizikasining asosiy tamoyillari

Kvant fizikasining tamoyillari ko'pincha intuitiv va tushunish qiyin. Biroq, nazariya uchun asosiy bo'lgan bir nechta asosiy tamoyillar mavjud.

To'lqin-zarracha ikkiligi: Yuqorida aytib o'tilganidek, zarralar ham to'lqinlar kabi harakat qilishi mumkin va aksincha. Bu shuni anglatadiki, zarralar bir vaqtning o'zida ham to'lqin, ham zarracha xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. Zarrachalarning xatti-harakati to'lqin funktsiyasi bilan tavsiflanadi, bu ma'lum bir holatda zarrachani topish ehtimolini beradi.

Superpozitsiya^[7] - bu zarracha kuzatilmaguncha bir vaqtning o'zida bir nechta holatda yoki joylarda mavjud bo'lishi mumkin degan fikr. Demak, zarrachalar kuzatilgunga qadar “kvant noaniqlik” holatida bo‘lishi mumkin, bu vaqtda to‘lqin funksiyasi “yiqilib”, zarracha aniq holatga keladi.

O'zaro bog'lanish: Ikki zarracha bir-biriga bog'langanda, hatto katta masofada bo'lsa ham, ularning holati bir-biriga bog'liq bo'lganda paydo bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, bir zarraning holati boshqa zarrachaning holatiga ta'sir qilishi mumkin, hatto ular jismoniy aloqada bo'lmasa ham.

Noaniqlik printsipi: Verner Heisenberg tomonidan ishlab chiqilgan noaniqlik printsipi zarrachaning pozitsiyasi va impulsini bir vaqtning o'zida mutlaq aniqlik bilan bilish mumkin emasligini ta'kidlaydi. Bu shuni anglatadiki, biz zarrachaning o'rnini qanchalik aniq bilsak, uning impulsini shunchalik kam aniq bilamiz va aksincha.

Kvant fizikasining amaliy qo'llanilishi

Kvant fizikasi ko'plab texnologik yutuqlarga olib keldi va boshqa ta'lim sohalariga, jumladan kimyo, biologiya va materialshunoslikka ta'sir ko'rsatdi. Kvant fizikasining amaliy qo'llanilishiga bir nechta misollar:

Lazerlar: Lazerlar - bu stimulyatsiya qilingan emissiya deb ataladigan jarayon orqali yorug'lik chiqaradigan qurilmalar. Lazerlarning rivojlanishi kvant mexanikasi tamoyillari tufayli mumkin bo'ldi.

Transistorlar: Transistorlar - bu kalit yoki kuchaytirgich sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan elektron qurilmalar. Tranzistorlarning rivojlanishi kvant mexanikasi tamoyillari tufayli mumkin bo'ldi.

Kvant hisoblash: Kvant hisoblash - bu hisoblashning yangi sohasi

Qo'shimcha foydali resurslar:

Manbalar

1. Kvant mexanikasi, toʻlqin mexanikasi — nazariy fizikaning juda kichik o'lchamli zarralar (elementar zarra, atom, molekula va h.k.) harakat qonunlarini oʻrganuvchi boʻlimi.
2. Qora tanli radiatsiya, barcha tushayotgan nurlanishni yutuvchi har qanday ob'ekt yoki tizim tomonidan tarqaladigan energiya. Bu atama odatda har qanday qizdirilgan ob'ekt tomonidan chiqarilgan yorug'lik spektriga ishora qiladi; umumiy misollar tosterning isitish elementi va lampochkaning filamentini o'z ichiga oladi.
3. Fotoelektrik ta`sir - yorug'lik tushganda, materiallar yuzasidan (odatda metall) elektronlarni chiqarish yoki chiqarishni o'z ichiga olgan jarayon. Fotoelektrik effekt yorug'lik va elektronlarning kvant tabiatini aniq tushunishga imkon beradigan muhim tushunchadir.
4. 1900 yilda Maks Plank (1858-1947) tomonidan birinchi marta taklif qilingan kvant gipotezasi yorug'lik energiyasi faqat kvantlar deb ataladigan diskret to'plamlarda chiqarilishi va yutilishi mumkinligini taxmin qiladi. Plank bu g'oyani qora jism nurlanishini tushuntirishga harakat qilganda, uning kvant nazariyasiga asos bo'lgan ish bilan chiqdi.
5. „Albret Enshteynning Kvant fizikasiga qo'shgan hissasi“ (2023-yil 4-iyun). 2023-yil 6-aprelda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2023-yil 4-iyun.
6. 19-asr oxirida elektron va radioaktivlikning kashf etilishi atom tuzilishi uchun turli modellarning taklif qilinishiga olib keldi. 1913 yilda Niels Bor vodorod atomi uchun kvant nazariyasiga asoslanib, ba'zi jismoniy miqdorlar faqat diskret qiymatlarni qabul qiladigan nazariyani taklif qildi. Elektronlar yadro atrofida harakat qiladi, lekin faqat belgilangan orbitalarda va agar elektronlar past energiyali orbitaga sakrab chiqsa, farq nurlanish sifatida yuboriladi. Bor modeli atomlar nima uchun faqat belgilangan toʻlqin uzunlikdagi yorugʻlik chiqarishini tushuntirib berdi va keyinchalik yorugʻlik kvantlari haqidagi nazariyalarni oʻz ichiga oldi.
7. Superpozitsiya - kvant tizimining bir vaqtning o'zida o'lchanguncha bir nechta holatda bo'lish qobiliyati. Kontseptsiyani tushunish qiyin bo'lganligi sababli, kvant mexanikasining ushbu muhim printsipi ko'pincha 1801 yilda ingliz fizigi Tomas Yang tomonidan o'tkazilgan tajribada tasvirlangan.