Zpět na seznam článků     Číst komentáře (6)     Verze pro tisk

Trochu o moderní fyzice - část 2. - Kvantová fyzika

Autor: sukovanej   
25.12.2012

Po dlouhé době od vytvoření první části tohoto dvojdílu konečně přichází jeho druhá čas. Tato část se bude zabývat kvantovou fyzikou.


Kvantová fyzika popisuje svět na mikroskopických vzdálenostech. Na internetu lze najít spoustu blábolů o tom, jak je to čáry máry vědní obor, ale není nic jiného, než část fyziky, která popisuje (např.) elektrony, jejich pohyb, pravděpodobnost výskytu a vysvětluje jejich chování.

Pravda ovšem je, že objekty v mikrosvětě se chovají naprosto neočekávaným a chaotickým způsobem. Částice zde mohou projít přes překážky, aniž by na to měli potřebnou energii (tzv. Tunelový jev). Je to vzrušující část fyziky, která by měla být v budoucnu klíčem k tzv. Teorii všeho (Když totiž chceme vytvořit teorii, která nepotřebuje bližší vysvětlení, musíme začít u samotné podstaty hmoty). Bohužel kvantová teorie je nekonzistentní s Teorií relativity a proto se pracuje na různých dalších, které by měli problémy kvantové teorie řešit. Nejznámější je nejspíše Teorie Superstrun.

Vznik kvantové fyziky

Vznik kvantové teorie se datuje někdy k roku 1900. Nejvýznamnějším jménem je tu jméno Maxe Plancka. Max Planck přišel s myšlenkou, která dokázala vyřešit spoustu tehdy teoreticky položených otázek. Vyslovil totiž hypotézu, že energie elektromagnetického záření se nepřenáší spojitě, ale po kvantech. Došel také ke vztahu, v němž figuruje frekvence, energie a tzv. Planckova konstanta.

Vlny, nebo částice ?

V předkvantové éře (doba před rokem 1900) fyzici počítali buď s vlnami a nebo s hmotnými částicemi. Vezměte si kupříkladu světlo. Faradayovi jeho teorii, že je světlo elektromagnetické záření potvrdil Maxwell svými proslulými rovnicemi a když Young provedl svůj pokus - dvouštěrbinový experiment, bylo dost pravděpodobné, že světlo má vlnový charakter. Pak ale přišel Einstein a při vysvětlování Fotoefektu řekl, že z povrchu kovu se uvolňuje elektron díky tomu, že do něj narazí foton, neboli částice světla. Takže co ?

Louis de Broglie vyřkl, že tzv. korpuskulárně-vlnový dualismus (tj. spor vlna - částice) se nevztahuje jen na světlo, ale že jako vlnu můžeme popsat i další částice jako je třeba elektron. Pokud toto čtete poprvé, možná se to může zdát být trochu šílené, ale představte si třeba takový elektronový mikroskop. Zde se právě využívá toho, že elektron má vhodnější vlnovou délku, než světlo, takže můžeme pozorovat i samotné atomy.

Fotoelektrický efekt

Fotoelektrické efekt, nebo také fotoefekt, je děj, při němž se z kovu za působení elektromagnetického záření uvolňují elektrony. Tento efekt je znám již dlouho před dobou Einsteina, ovšem nikdo ho nedokázal vysvětlit. Einstein předpokládal, že elektromagnetické záření dopadající na povrch kovu je tvořeno proudem kvant elektromagnetického záření, tzv. fotonů. Tyto fotony narážejí na povrch kovu a díky tomu z něho vyrážejí elektrony.

Popis částic

Když chceme popisovat nějakou částici (vezměme si třeba ten elektron), tak se ubíráme do oblasti, které se říká kvantová mechanika. Tato část kvantové fyziky má složitější matematický aparát a aby člověk plně této disciplíně porozuměl, musel by se jí opravdu věnovat i na vysokoškolské úrovni.

Při popisu zde vystupuje vlnová funkce, která se značí psí. Je to funkce komplexní a je řešením Schrödingerovy rovnice, což je diferenciální parciální rovnice. Velice důležitý je kvadrát absolutní hodnoty této funkce, který udává pravděpodobnost výskytu částice v daném prostoru.

Niels Bohr formuloval i některé postuláty, které popisují chování elektronu v atomu vodíku. Nebudu je zde vypisovat, ale mimo jiné je mezi nimi i jeden, který právě interpretuje vlnovou funkci pro zjištění hustoty výskytu elektronu v určitém prostoru. Je vyjádřený jako podíl integrálů (ploch) funkcí přes určený prostor.

Einstein tuto tzv. Kodaňskou interpretaci a celkově celou kvantovou teorii nechtěl za žádnou cenu přijmout. Je od něho znám proslulý výrok - "Bůh nehraje kostky !". Nelíbilo se mu totiž, že popis elektronu je de facto statistický. Na druhou stranu Schrödinger tvrdil, že nechce mít s kvantovou fyzikou nic společného, dokud v ní budou figurovat ty malé "kuličky energie". I přesto, jak se Albert Einstein k kvantové teorii stavěl ji neuvěřitelným způsobem posunul dál. Je známo, že do konce svého života Einstein pracoval na Teorii všeho, tím ale bohužel vyklouzl z aktuálního proudu dění, tj. kvantové mechaniky. Einstein prostě předběhl dobu, protože když on žil, nebyly ještě známi žádné kvarky a další věci, které dnes vědce posouvají dále.

Závěr

To bylo velmi letem světem o kvantové fyzice a její mechanice. Opět dodávám (jako v první části), že jsem se určitě nějakých nepřesností dopustil. Je prakticky nemožné, abych byl naprosto přesný podle formalismu tak složité oblasti fyziky. Pravděpodobně ještě dopíšu třetí díl, protože tohle je jen taková ochutnávka kvantového světa. Jsem otevřen diskuzi a návrhů, pro další díl.


Líbil se Vám článek?
Budeme potěšeni, pokud vás zaujme také reklamní nabídka

Social Bookmarking

     





Hodnocení/Hlasovalo: 1.91/11

1  2  3  4  5    
(známkování jako ve škole)