Що таке квант – доповідь

Квант (від латинського quantum – “скільки”) – це неподільна порція якоїсь фізичної величини. Наприклад, кажуть – квант світла, квант енергії або квант поля.

Що це означає? Це означає, що менше бути вже просто не може. Коли говорять про те, що якась величина квантів, розуміють, що дана величина приймає ряд певних, дискретних значень. Так, енергія електрона в атомі квантів, світло поширюється «порціями», тобто квантами.

Сам термін «квант» має безліч застосувань. Квантом світла (електромагнітного поля) є фотон. За аналогією квантами називаються частинки або квазічастинки, відповідні іншим полях взаємодії. Тут можна згадати про знаменитий бозон Хіггса, який є квантом поля Хіггса. Але в ці нетрі ми поки не ліземо.

Як механіка може бути квантовою?

Як Ви вже помітили, в нашій розмові ми багато разів згадували про частки. Можливо, Ви і звикли до того, що світло – це хвиля, яка просто поширюється зі швидкістю с. Але якщо подивитися на все з точки зору квантового світу, тобто світу частинок, все змінюється до невпізнання.

Квантова механіка – це розділ теоретичної фізики, складова квантової теорії, що описує фізичні явища на самому елементарному рівні – рівні частинок.

Дія таких явищ за величиною порівняно з постійною Планка, а класична механіка Ньютона і електродинаміка виявилися абсолютно непридатними для їх опису. Наприклад, згідно з класичною теорією електрон, обертаючись з великою швидкістю навколо ядра, повинен випромінювати енергію і в кінці кінців впасти на ядро. Цього, як відомо, не відбувається. Саме тому і придумали квантову механіку – відкриті явища потрібно було якось пояснити, і вона виявилася саме тією теорією, в рамках якої пояснення було найбільш прийнятним, а все експериментальні дані “сходилися”.

Трішки історії

Зародження квантової теорії відбулося в 1900 році, коли Макс Планк виступив на засіданні німецького фізичного товариства. Що тоді повідомив Планк? 

Потім Альберт Ейнштейн, ввівши поняття “квант світла” використовував гіпотезу Планка для пояснення фотоефекту. Нільс Бор постулював існування у атома стаціонарних енергетичних рівнів, а Луї де Бройль розвинув ідею про корпускулярно-хвильовий дуалізм, тобто про те, що частка (корпускула) володіє також і хвильовими властивостями. До справи приєдналися Шредінгер і Гейзенберг, і ось, в 1925 році публікується перша формулювання квантової механіки. Власне, квантова механіка – далеко не закінчена теорія, вона активно розвивається і в даний час. Також слід визнати, що квантова механіка з її припущеннями не має можливості пояснити усі виклики, які перед нею питання. Цілком можливо, що на зміну їй прийде більш досконала теорія.

При переході від світу квантового до світу звичних нам речей закони квантової механіки природним чином трансформуються в закони механіки класичної. Можна сказати, що класична механіка – це окремий випадок квантової механіки, коли дія має місце бути в нашому з Вами звичному і рідному макросвіті. Тут тіла спокійно рухаються в неінерційних системах відліку зі швидкістю, набагато меншою швидкості світла, і взагалі – все навколо спокійно і зрозуміло. Хочеш дізнатися положення тіла в системі координат – немає проблем, хочеш виміряти імпульс – завжди будь ласка.

Зовсім інший підхід до питання має квантова механіка. У ній результати вимірювань фізичних величин носять імовірнісний характер. Це означає, що при зміні якоїсь величини можливо кілька результатів, кожному з яких відповідає певна ймовірність. Наведемо приклад: монетка крутиться на столі. Поки вона крутиться, вона не знаходиться в якомусь певному стані (орел-решка), а має лише ймовірність в одному з цих станів виявитися.

Посилання на основну публікацію