29.0: Utangulizi wa Fizikia ya Quantum

Mechanics ya quantum ni tawi la fizikia linalohitajika kukabiliana na vitu vidogo. Kwa sababu vitu hivi ni ndogo kuliko tunaweza kuchunguza moja kwa moja na akili zetu na kwa ujumla lazima kuzingatiwa kwa msaada wa vyombo, sehemu ya mechanics quantum kuonekana kama kigeni na ya ajabu kama sehemu ya relativity. Lakini, kama relativity, quantum mechanics imeonyeshwa kuwa halali-ukweli ni mara nyingi mgeni kuliko uongo.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kuruka nyeusi iliyoonyeshwa na microscope ya elektroni ni kama mbaya kama kiumbe chochote cha sayansi-uongo. (mikopo: Idara ya Kilimo ya Marekani kupitia Wikimedia Commons)

Mambo fulani ya mechanics ya quantum yanajulikana kwetu. Tunakubali kama ukweli kwamba jambo linajumuisha atomi, kitengo kidogo cha kipengele, na kwamba atomi hizi huchanganya kuunda molekuli, kitengo kidogo cha kiwanja (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Wakati hatuwezi kuona molekuli ya maji ya mtu binafsi katika mkondo, kwa mfano, tunafahamu kwamba hii ni kwa sababu molekuli ni ndogo sana na nyingi sana katika mkondo huo. Wakati wa kuanzisha atomi, kwa kawaida tunasema kwamba elektroni obiti atomi katika maganda ya kipekee kuzunguka kiini kidogo, yenyewe linajumuisha chembe ndogo zinazoitwa protoni na nyutroni. Pia tunajua kwamba malipo ya umeme huja katika vitengo vidogo vilivyobeba karibu kabisa na elektroni na protoni. Kama ilivyo kwa molekuli ya maji katika mkondo, hatujui mashtaka ya mtu binafsi kwa sasa kwa njia ya taa, kwa sababu mashtaka ni ndogo sana na mengi sana katika hali za macroscopic tunaona moja kwa moja.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Atomi na substructure yao ni mifano familiar ya vitu ambayo yanahitaji quantum mechanics kikamilifu alielezea. Baadhi ya sifa zao, kama vile shells za elektroni za kipekee, ni maelezo ya fizikia ya kawaida. Katika mechanics quantum sisi conceptualize kipekee “elektroni mawingu” karibu kiini.

KUFANYA UHUSIANO: NYANJA ZA FIZIKIA

Classical fizikia ni makadirio nzuri ya fizikia ya kisasa katika hali ya kwanza kujadiliwa katika Hali ya Sayansi na Fizikia. Quantum mechanics ni halali kwa ujumla, na ni lazima kutumika badala ya fizikia classical kuelezea vitu vidogo, kama vile atomi.

Atomi, molekuli, na mashtaka ya msingi ya elektroni na protoni ni mifano yote ya vyombo vya kimwili ambavyo vinahesabiwa - yaani, huonekana tu katika maadili fulani ya kipekee na hawana kila thamani inayoweza kuwaza. Quantized ni kinyume cha kuendelea. Hatuwezi kuwa na sehemu ya atomu, au sehemu ya chaji ya elektroni, au senti 14-1/3, kwa mfano. Badala yake, kila kitu kinajengwa kwa wingi muhimu wa substructures hizi. Fizikia ya quantum ni tawi la fizikia linalohusika na vitu vidogo na upimaji wa vyombo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na nishati na kasi ya angular. Kama ilivyo na fizikia ya kawaida, fizikia ya quantum ina subfields kadhaa, kama vile mechanics na utafiti wa nguvu za umeme. Kanuni ya mawasiliano inasema kuwa katika kikomo cha classical (vitu vingi, vidogo vya kusonga), mechanics ya quantum inakuwa sawa na fizikia ya kawaida. Katika sura hii, tunaanza maendeleo ya mechanics ya quantum na maelezo yake ya ulimwengu wa ajabu wa submicroscopic. Katika sura za baadaye, tutachunguza maeneo mengi, kama vile fizikia ya atomiki na nyuklia, ambayo mechanics ya quantum ni muhimu.

faharasa

kadiriwa

ukweli kwamba baadhi ya vyombo vya kimwili zipo tu na maadili maalum ya kipekee na si kila thamani inayoweza kuwaza

kanuni ya mawasiliano

katika kikomo classical (kubwa, polepole kusonga vitu), quantum mechanics inakuwa sawa na fizikia classical

quantum mechanics

tawi la fizikia linalohusika na vitu vidogo na kwa quantization ya vyombo mbalimbali, hasa nishati