Kvantfysik är studiet av beteende hos materia och energi vid molekylära, atomära, nukleära och ännu mindre mikroskopiska nivåer. I början av 1900-talet upptäckte forskare att lagarna för makroskopiska föremål inte fungerar på samma sätt i så små områden.
Vad betyder kvantitet?
"Quantum" kommer från den latinska betydelsen "hur mycket." Den hänvisar till de diskreta enheterna av materia och energi som förutsägs av och observeras i kvantfysiken. Även utrymme och tid, som verkar vara extremt kontinuerliga, har minsta möjliga värden.
Vem utvecklade kvantmekanik?
När forskarna fick tekniken för att mäta med större precision så konstiga konstiga fenomen. Födelsen av kvantefysiken tillskrivs Max Plancks 1900-papper om svartkroppsstrålning. Utvecklingen av fältet gjordes av Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger och andra ljusfigurer i fältet. Ironiskt nog hade Albert Einstein allvarliga teoretiska problem med kvantmekanik och försökte under många år att motbevisa eller modifiera den.
Vad är speciellt med kvantfysik?
Inom kvantfysikens rike påverkar det att observera något faktiskt de fysiska processerna som äger rum. Ljusvågor fungerar som partiklar och partiklar fungerar som vågor (kallas vågpartikeldualitet). Materie kan gå från en plats till en annan utan att röra sig genom det mellanliggande utrymmet (kallat kvanttunneling). Information rör sig omedelbart över stora avstånd. I kvantmekanik upptäcker vi faktiskt att hela universum faktiskt är en serie sannolikheter. Lyckligtvis bryts det ner när man hanterar stora föremål, vilket demonstreras av Schrodingers Cat tankeexperiment.
Vad är kvantförvirring?
Ett av nyckelbegreppen är kvantsammanflätning, som beskriver en situation där flera partiklar är associerade på ett sådant sätt att mätning av kvanttillståndet för en partikel också sätter begränsningar för mätningen av de andra partiklarna. Detta exemplifieras bäst av EPR-paradox. Även om det ursprungligen var ett tankeexperiment, har detta nu bekräftats experimentellt genom test av något känt som Bell's sats.
Kvantoptik
Kvantoptik är en gren av kvantfysik som främst fokuserar på beteende hos ljus eller fotoner. På kvantoptiknivå påverkar individuella fotons beteende det utgående ljuset, i motsats till klassisk optik, som utvecklades av Sir Isaac Newton. Lasrar är en applikation som har kommit ur studien av kvantoptik.
Kvantelektrodynamik (QED)
Kvantelektrodynamik (QED) är studien av hur elektroner och fotoner interagerar. Det utvecklades i slutet av 1940-talet av Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage och andra. Förutsägelser från QED angående spridning av fotoner och elektroner är korrekta till elva decimaler.
Unified Field Theory
Unified field theory är en samling av forskningsvägar som försöker förena kvantfysik med Einsteins teori om allmän relativitet, ofta genom att försöka konsolidera fysiska grundkrafter. Vissa typer av enhetliga teorier inkluderar (med viss överlappning):
- Quantum Gravity
- Loop Quantum Gravity
- Stringteori / Superstring Theory / M-Theory
- Grand Unified Theory
- supersymmetri
- Teorin om allt
Andra namn på kvantfysik
Kvantfysik kallas ibland kvantmekanik eller kvantfältteori. Det har också olika underfält, som diskuterats ovan, som ibland används utbytbart med kvantfysik, även om kvantfysik faktiskt är den bredare termen för alla dessa discipliner.
Viktiga resultat, experiment och grundläggande förklaringar
Tidigaste resultat
- Strålning av svart kropp
- Fotoelektrisk effekt
Wave-Particle Dualitet
- Youngs Double Slit Experiment
- De Broglie Hypotes
Compton-effekten
Heisenbergs osäkerhetsprincip
Kausalitet i kvantfysik - tankeförsök och tolkningar
- Köpenhamnstolkningen
- Schrodingers Cat
- EPR-paradox
- Tolkningen av många världar