Classical physics, na umiral bago ang pag-imbento ng quantum mechanics, ay naglalarawan ng kalikasan sa isang ordinaryong (macroscopic) na sukat. Karamihan sa mga teorya sa klasikal na pisika ay maaaring mahihinuha bilang mga pagtatantya na gumagana sa mga kaliskis na nakasanayan natin. Ang quantum physics (ito rin ay quantum mechanics) ay naiiba sa klasikal na agham na ang enerhiya, momentum, angular momentum, at iba pang mga dami ng isang pinagsamang sistema ay limitado sa mga discrete na halaga (quantization). Ang mga bagay ay may mga espesyal na katangian kapwa sa anyo ng mga particle at sa anyo ng mga alon (duality ng mga particle ng alon). Gayundin sa agham na ito ay may mga limitasyon sa katumpakan kung saan masusukat ang mga dami (prinsipyo ng kawalan ng katiyakan).
Masasabing pagkatapos ng paglitaw ng quantum physics sa mga eksaktong agham, isang uri ng rebolusyon ang naganap, na naging posible upang muling isaalang-alang at suriin ang lahat ng mga lumang batas na dati ay itinuturing na hindi mapag-aalinlanganan na mga katotohanan. Ito ba ay mabuti o masama? Marahil ay isang magandang bagay, dahil ang tunay na agham ay hindi dapat tumigil.
Gayunpaman, ang "quantum revolution" ay nagingisang uri ng suntok para sa mga physicist ng lumang paaralan, na kailangang tanggapin ang katotohanan na ang pinaniniwalaan nila noon ay naging isang hanay lamang ng mga mali at archaic na teorya na nangangailangan ng kagyat na rebisyon at pagbagay sa bagong katotohanan.. Karamihan sa mga physicist ay masigasig na tinanggap ang mga bagong ideyang ito tungkol sa isang kilalang agham, na nag-aambag sa pag-aaral, pag-unlad at pagpapatupad nito. Ngayon, itinatakda ng quantum physics ang dynamics para sa lahat ng agham sa kabuuan. Ito ay salamat sa kanya na lumitaw ang mga makabagong eksperimentong proyekto (tulad ng Large Hadron Collider).
Pagbubukas
Ano ang masasabi tungkol sa mga pundasyon ng quantum physics? Unti-unti itong lumitaw mula sa iba't ibang mga teorya na naglalayong ipaliwanag ang mga phenomena na hindi maaaring itugma sa klasikal na pisika, tulad ng solusyon ni Max Planck noong 1900 at ang kanyang diskarte sa problema ng radiation ng maraming mga problemang pang-agham, at ang pagsusulatan sa pagitan ng enerhiya at dalas sa isang 1905 na papel. ni Albert Einstein, na nagpaliwanag ng mga photoelectric effect. Ang maagang teorya ng quantum physics ay lubusang binago noong kalagitnaan ng 1920s nina Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born at iba pa. Ang modernong teorya ay nabuo sa iba't ibang espesyal na binuo na mga konsepto ng matematika. Sa isa sa mga ito, ang arithmetic function (o wave function) ay nagbibigay sa amin ng komprehensibong impormasyon tungkol sa amplitude ng posibilidad ng impulse location.
Mga Batayan ng quantum physics para sa mga dummies
Siyentipikong pag-aaral ng alonAng kakanyahan ng liwanag ay nagsimula mahigit 200 taon na ang nakalilipas, nang ang mga dakila at kinikilalang mga siyentipiko noong panahong iyon ay iminungkahi, binuo at pinatunayan ang teorya ng liwanag batay sa kanilang sariling mga eksperimentong obserbasyon. Tinawag nila itong wave.
Noong 1803, ang sikat na Ingles na siyentipiko na si Thomas Young ay nagsagawa ng kanyang sikat na dobleng eksperimento, bilang resulta kung saan isinulat niya ang sikat na akdang "Sa Kalikasan ng Liwanag at Kulay", na may malaking papel sa paghubog ng mga modernong ideya tungkol sa ang mga pamilyar na phenomena na ito. Malaki ang ginampanan ng eksperimentong ito sa pangkalahatang pagtanggap ng teoryang ito.
Ang ganitong mga eksperimento ay kadalasang inilalarawan sa iba't ibang aklat, halimbawa, "Mga Pundamental ng Quantum Physics para sa mga Dummies". Ang mga modernong eksperimento na may acceleration ng elementary particles, halimbawa, ang paghahanap para sa Higgs boson sa Large Hadron Collider (LHC para sa maikli) ay isinasagawa nang eksakto upang makahanap ng praktikal na kumpirmasyon ng maraming puro theoretical quantum theories.
Kasaysayan
Noong 1838, si Michael Faraday, sa kasiyahan ng buong mundo, ay nakatuklas ng mga cathode ray. Ang mga kahindik-hindik na pag-aaral na ito ay sinundan ng pahayag tungkol sa problema ng radiation, ang tinatawag na "itim na katawan" (1859), na ginawa ni Gustav Kirchhoff, pati na rin ang sikat na palagay ni Ludwig Boltzmann na ang mga estado ng enerhiya ng anumang pisikal na sistema ay maaari ding maging discrete (1877).). Nang maglaon, lumitaw ang quantum hypothesis na binuo ni Max Planck (1900). Ito ay itinuturing na isa sa mga pundasyon ng quantum physics. Ang matapang na hypothesis ni Planck na ang enerhiya ay maaaring parehong ilabas at masipsip sa discrete "quanta"(o mga packet ng enerhiya), eksaktong tumutugma sa mga naobserbahang pattern ng blackbody radiation.
Ang sikat sa mundo na si Albert Einstein ay gumawa ng malaking kontribusyon sa quantum physics. Humanga sa mga teoryang quantum, binuo niya ang kanyang sarili. Ang pangkalahatang teorya ng relativity - iyon ang tawag dito. Ang mga pagtuklas sa quantum physics ay nakaimpluwensya rin sa pagbuo ng espesyal na teorya ng relativity. Maraming mga siyentipiko sa unang kalahati ng huling siglo ang nagsimulang pag-aralan ang agham na ito sa mungkahi ni Einstein. Siya ang nangunguna sa oras na iyon, lahat ay may gusto sa kanya, lahat ay interesado sa kanya. Hindi kataka-taka, dahil nagsara siya ng napakaraming "butas" sa klasikal na pisikal na agham (gayunpaman, lumikha din siya ng mga bago), nag-alok ng siyentipikong katwiran para sa paglalakbay sa oras, telekinesis, telepathy at parallel na mundo.
Ang tungkulin ng tagamasid
Anumang kaganapan o estado ay direktang nakasalalay sa nagmamasid. Karaniwan, ito ay kung paano ang mga pangunahing kaalaman ng quantum physics ay maikling ipinaliwanag sa mga taong malayo sa eksaktong mga agham. Gayunpaman, ang katotohanan ay mas kumplikado.
Ito ay ganap na akma sa maraming okultismo at relihiyosong tradisyon na iginiit sa loob ng maraming siglo ang kakayahan ng mga tao na maimpluwensyahan ang mga kaganapan sa kanilang paligid. Sa ilang mga paraan, ito rin ang batayan para sa isang siyentipikong paliwanag ng extrasensory perception, dahil ngayon ang pahayag na ang isang tao (tagamasid) ay nakakaimpluwensya sa mga pisikal na kaganapan na may kapangyarihan ng pag-iisip ay hindi mukhang walang katotohanan.
Ang bawat eigenstate ng isang naobserbahang kaganapan o bagay ay tumutugma saeigenvector ng nagmamasid. Kung ang spectrum ng operator (tagamasid) ay discrete, ang naobserbahang object ay maaari lamang maabot ang discrete eigenvalues. Ibig sabihin, ang object ng obserbasyon, gayundin ang mga katangian nito, ay ganap na tinutukoy ng mismong operator na ito.
Mga batayan ng quantum physics sa mga kumplikadong salita
Hindi tulad ng nakasanayang klasikal na mekanika (o pisika), hindi maaaring gumawa ng sabay-sabay na mga hula ng conjugate variable gaya ng posisyon at momentum. Halimbawa, ang mga electron ay maaaring (na may isang tiyak na posibilidad) ay matatagpuan humigit-kumulang sa isang tiyak na rehiyon ng espasyo, ngunit ang kanilang eksaktong posisyon sa matematika ay talagang hindi alam.
Contours ng pare-pareho ang probability density, madalas na tinutukoy bilang "ulap", ay maaaring iguhit sa paligid ng nucleus ng isang atom upang makonsepto kung saan ang isang electron ay malamang na matatagpuan. Ang Prinsipyo ng Kawalang-katiyakan ng Heisenberg ay nagpapatunay sa kawalan ng kakayahang tumpak na mahanap ang isang particle dahil sa conjugate momentum nito. Ang ilang mga modelo sa teoryang ito ay may puro abstract computational character at hindi nagpapahiwatig ng inilapat na halaga. Gayunpaman, kadalasang ginagamit ang mga ito upang kalkulahin ang mga kumplikadong pakikipag-ugnayan sa antas ng mga subatomic na particle at iba pang banayad na mga bagay. Bilang karagdagan, ang sangay ng pisika na ito ay nagpapahintulot sa mga siyentipiko na ipalagay ang posibilidad ng tunay na pag-iral ng maraming mundo. Marahil ay makikita na natin sila sa lalong madaling panahon.
Wave function
Ang mga batas ng quantum physics ay napaka-voluminous at iba-iba. Nagsalubong sila sakonsepto ng mga function ng alon. Ang ilang mga espesyal na function ng wave ay lumilikha ng isang pagkalat ng mga probabilidad na likas na pare-pareho o independiyente ng oras, halimbawa, kapag nasa isang nakatigil na estado ng enerhiya, ang oras ay tila nawawala kaugnay ng pag-andar ng alon. Ito ay isa sa mga epekto ng quantum physics, na mahalaga dito. Ang nakakagulat na katotohanan ay ang kababalaghan ng panahon ay radikal na binago sa hindi pangkaraniwang agham na ito.
Teorya ng Perturbation
Gayunpaman, may ilang mapagkakatiwalaang paraan upang bumuo ng mga solusyon na kailangan upang gumana sa mga formula at teorya sa quantum physics. Ang isang ganoong paraan, na karaniwang kilala bilang "perturbation theory", ay gumagamit ng analytical na resulta para sa elementary quantum mechanical model. Ito ay nilikha upang magdala ng mga resulta mula sa mga eksperimento upang bumuo ng isang mas kumplikadong modelo na nauugnay sa isang mas simpleng modelo. Ganito ang lalabas ng recursion.
Ang diskarte na ito ay lalong mahalaga sa teorya ng quantum chaos, na napakapopular sa pagbibigay-kahulugan sa iba't ibang kaganapan sa mikroskopiko na realidad.
Mga tuntunin at batas
Ang mga tuntunin ng quantum mechanics ay mahalaga. Sinasabi nila na ang deployment space ng isang system ay ganap na pangunahing (ito ay may isang tuldok na produkto). Ang isa pang pahayag ay ang mga epektong naobserbahan ng sistemang ito ay kasabay ng mga kakaibang operator na nakakaapekto sa mga vector sa mismong medium na ito. Gayunpaman, hindi nila sinasabi sa amin kung saang Hilbert space o kung aling mga operator ang umiiralsa sandaling ito. Maaari silang piliin nang naaangkop upang magbigay ng isang quantitative na paglalarawan ng isang quantum system.
Kahulugan at epekto
Mula sa simula ng hindi pangkaraniwang agham na ito, maraming anti-intuitive na aspeto at resulta ng pag-aaral ng quantum mechanics ang nagbunsod ng malalakas na pilosopikal na debate at maraming interpretasyon. Kahit na ang mga pangunahing tanong, gaya ng mga panuntunan para sa pagkalkula ng iba't ibang amplitude at probability distribution, ay nararapat na igalang ng publiko at ng maraming nangungunang siyentipiko.
Richard Feynman, halimbawa, isang beses na malungkot na sinabi na hindi siya sigurado na kahit sino sa mga siyentipiko ay naiintindihan ang quantum mechanics. Ayon kay Steven Weinberg, sa ngayon ay walang isang interpretasyon ng quantum mechanics na babagay sa lahat. Ito ay nagpapahiwatig na ang mga siyentipiko ay lumikha ng isang "halimaw", upang lubos na maunawaan at ipaliwanag ang pagkakaroon ng kung saan sila mismo ay hindi magagawa. Gayunpaman, hindi nito napipinsala ang kaugnayan at katanyagan ng agham na ito sa anumang paraan, ngunit umaakit sa mga batang propesyonal na gustong lutasin ang mga talagang kumplikado at hindi maintindihan na mga problema.
Bukod dito, pinilit ng quantum mechanics ang kumpletong rebisyon ng mga layuning pisikal na batas ng Uniberso, na magandang balita.
Pagpapakahulugan sa Copenhagen
Ayon sa interpretasyong ito, hindi na kailangan ang karaniwang kahulugan ng causality na alam natin mula sa classical physics. Ayon sa quantum theories, ang causality sa karaniwang kahulugan para sa atin ay hindi umiiral. Ang lahat ng mga pisikal na phenomena sa kanila ay ipinaliwanag mula sa punto ng view ng pakikipag-ugnayan ng pinakamaliit na elementaryamga particle sa antas ng subatomic. Ang lugar na ito, sa kabila ng tila walang posibilidad, ay napaka-promising.
Quantum psychology
Ano ang masasabi tungkol sa kaugnayan ng quantum physics at kamalayan ng tao? Maganda ang pagkakasulat nito sa isang aklat na isinulat ni Robert Anton Wilson noong 1990 na tinatawag na Quantum Psychology.
Ayon sa teoryang itinakda sa aklat, lahat ng prosesong nagaganap sa ating utak ay dahil sa mga batas na inilarawan sa artikulong ito. Ibig sabihin, ito ay isang uri ng pagtatangka na iakma ang teorya ng quantum physics sa sikolohiya. Ang teoryang ito ay itinuturing na parascientific at hindi kinikilala ng academic community.
Ang aklat ni Wilson ay kapansin-pansin sa katotohanang nagbibigay siya rito ng isang hanay ng iba't ibang mga diskarte at kasanayan na halos nagpapatunay sa kanyang hypothesis. Sa isang paraan o iba pa, ang mambabasa ay dapat magpasya para sa kanyang sarili kung siya ay naniniwala o hindi ang posibilidad na mabuhay ng naturang mga pagtatangka na ilapat ang matematika at pisikal na mga modelo sa humanities.
Ang aklat ni Wilson ay nakita ng ilan bilang isang pagtatangka na bigyang-katwiran ang mystical na pag-iisip at itali ito sa mga napatunayang siyentipikong bagong mga formula na pisikal. Ang napakawalang halaga at kapansin-pansing gawaing ito ay hinihiling nang higit sa 100 taon. Ang libro ay nai-publish, isinalin at binabasa sa buong mundo. Sino ang nakakaalam, marahil sa pag-unlad ng quantum mechanics, ang saloobin ng siyentipikong komunidad patungo sa quantum psychology ay magbabago din.
Konklusyon
Salamat sa kahanga-hangang teoryang ito, na sa lalong madaling panahon ay naging isang hiwalay na agham, nagawa naming tuklasin ang kapaligirankatotohanan sa antas ng mga subatomic na particle. Ito ang pinakamaliit na antas sa lahat ng posible, ganap na hindi naa-access sa aming pang-unawa. Ang dating alam ng mga physicist tungkol sa ating mundo ay nangangailangan ng agarang rebisyon. Talagang lahat ay sumasang-ayon dito. Naging malinaw na ang iba't ibang mga particle ay maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa sa ganap na hindi maiisip na mga distansya, na masusukat lamang natin sa pamamagitan ng mga kumplikadong mathematical formula.
Higit pa rito, napatunayan ng quantum mechanics (at quantum physics) ang posibilidad ng maraming magkakatulad na katotohanan, paglalakbay sa oras at iba pang bagay na sa buong kasaysayan ay itinuring na mga bagay lamang ng science fiction. Walang alinlangan na malaking kontribusyon ito hindi lamang sa agham, kundi pati na rin sa kinabukasan ng sangkatauhan.
Para sa mga mahilig sa siyentipikong larawan ng mundo, ang agham na ito ay maaaring maging isang kaibigan at isang kaaway. Ang katotohanan ay ang quantum theory ay nagbubukas ng malawak na pagkakataon para sa iba't ibang mga haka-haka sa isang parascientific na paksa, tulad ng naipakita na sa halimbawa ng isa sa mga alternatibong psychological theories. Ang ilang mga modernong okultista, esotericist at mga tagasuporta ng mga alternatibong relihiyoso at espirituwal na paggalaw (kadalasan ay mga psychocult) ay bumaling sa mga teoretikal na konstruksyon ng agham na ito upang patunayan ang katwiran at katotohanan ng kanilang mga mystical na teorya, paniniwala at kasanayan.
Ito ay isang hindi pa naganap na kaso, nang ang mga simpleng haka-haka ng mga theorists at abstract mathematical formula ay humantong sa isang tunay na rebolusyong siyentipiko at lumikha ng isang bagong agham na tumawid sa lahat ng nalalaman noon. Sa ilangdegree, pinabulaanan ng quantum physics ang mga batas ng Aristotelian logic, dahil ipinakita nito na kapag pumipili ng "alinman-o" ay may isa pa (at marahil ilang) mga alternatibo.
