Ce este mecanica cuantica?


mecanica cuantica

Lumea pe care o cunoaștem este formată din particule minuscule al căror comportament este cu adevărat ciudat. Acesta este motivul pentru care mecanica cuantică este atât de importantă: descrie cu exactitate esența materiei: atomi, molecule și unde.

Dar ce este mecanica cuantică? Să aflăm împreună!

CONTEXTUL ISTORIC

Ne aflăm între sfârșitul secolului al XIX-lea și primul război mondial. Trebuie să ne imaginăm că totul se schimbă foarte repede: vine iluminatul electric, au fost inventate radioulmașinacinematograful și multe alte conforturi care ușurează viața multor oameni din lume.

Această perioadă se numește Belle Époque, din „epoca frumoasă” franceză, în care artiștii și oamenii de știință sunt în frământări în toate marile capitale ale Europei, peste tot există un climat de mare optimism.

Fizica își trăiește și ea Belle Époque în acești ani: oamenii de știință sunt convinși că au în mâini o viziune completă asupra întregului univers!

Ei cred că pot descrie toate fenomenele naturale datorită a trei teorii importante: mecanica newtoniană clasică, care explică mișcarea corpurilorelectromagnetismul, care explică fenomenele electrice și magnetice și mecanica statistică. Aceasta din urmă este o disciplină recentă și ciudată, care dorește să studieze modul în care se schimbă caracteristicile, de exemplu presiunea, volumul și temperatura, ale unui sistem format din multe particule (cum ar fi un gaz!).

După cum ne învață istoria, răspunsurile duc adesea doar la alte întrebări… Și asta s-a întâmplat între sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea.

În această perioadă există o dezvoltare tehnologică uriașă care permite, încet, să se măsoare lucruri care înainte nu erau măsurabile. De exemplu, instrumente care vă permit să faceți măsurători la temperaturi foarte scăzute sau să studiați ce se întâmplă în condiții de aproape vid.

Ceea ce luăm de la sine înțeles astăzi, cum ar fi existența atomilor sau structura moleculelor, era necunoscut sau prost înțeles la acea vreme, iar posibilitatea de a efectua experimente practice ne-a permis să pătrundem în profunzime în studiul modului în care este făcută materia. ne inconjoara.

Pe măsură ce observațiile au devenit mai profunde, au apărut inconsecvențe, fenomene care nu au putut fi explicate cu fizica cunoscută…

CIUDITĂȚIILE MECANICII CUANTICE

Conceptul de „cuantică” a fost introdus de Max Plank în 1900: pentru a înțelege ce sunt cuantele (vă spunem mai multe mai jos) trebuie să plecăm de la explicația paradoxului efectului fotoelectric: aici putem identifica nașterea mecanicii cuantice. .

Autorul descoperirii a fost marele om de știință Albert Einstein care, pentru această teorie, a câștigat Premiul Nobel pentru fizică! Pentru a explica care sunt efectul fotoelectric și paradoxul rezultat, l-am contactat pe Paolo Umari, care, la Universitatea din Padova , se ocupă de fizica materiei și predă mecanica cuantică.

„Pentru a începe, trebuie să înțelegem ce este radiația electromagnetică. Dacă ne gândim la un obiect metalic încălzit la foc, știm că, după un timp, devine incandescent și strălucitor. Această lumină emisă este tocmai radiație electromagnetică.”

La începutul secolului trecut s-a văzut că, luând o bucată de metal și trimițând asupra ei radiații electromagnetice, se puteau observa niște electroni scăpând din metal. Acest lucru s-a întâmplat doar dacă frecvența luminii depășea o anumită valoare și asta contrazicea teoriile legate de fizica clasică.

efectul fotoelectric
Așa funcționează efectul fotoelectric: radiația electromagnetică (unde roșii) lovește metalul și niște electroni (bile) fug!

„Conform lui Einstein, radiația electromagnetică se deplasează în „pachete” care au o anumită energie și care se numesc fotoni . Doar pachetele care au o anumită energie, peste valoarea pragului, sunt capabile să facă electronii să scape din metal .”

Aceste pachete sunt cuante.

Cu această explicație s-a născut mecanica cuantică, dar ciudateniile au început imediat . Teoria electromagnetică ne spune că lumina este o undă; Einstein spune că este o particulă , fotonul.Dar care este adevărul? Ambii!

Lumina are un comportament uneori ondulatoriu, uneori corpuscular. Dar asta nu este tot, chiar și particulele de materie , precum electronii, uneori se comportă ca undele! 


Se poate întâmpla, de exemplu, ca unii electroni să reușească să treacă o barieră fără nicio explicație aparentă. Se numește efect de tunel și ne putem imagina astfel:

„Un băiat merge pe un skateboard și există un obstacol în fața lui . Știm că poate ajunge în vârful obstacolului și poate continua doar dacă a avut suficientă viteză la început . Acest lucru nu se întâmplă electronilor care pot fi dincolo de obstacol chiar și fără a avea energia necesară pentru a-l depăși!”

Cu toată această mare confuzie de unde și particule, cum putem găsi granița dintre lumea cuantică și lumea non-cuantică?

Nu se știe încă, este încă un domeniu de studiu deschis. Ceea ce știm este că patinatorul din imaginea de mai sus nu se poate gândi să depășească obstacolul sperând în ajutorul fizicii cuantice!

MECANICA CUANTICĂ

Înțelegerea elementelor de bază ale mecanicii cuantice a permis treptat dezvoltarea multor aplicații și dispozitive.

„Una dintre cele mai importante tehnologii bazate pe mecanica cuantică este tranzistorul , un element fundamental al tuturor electronicii. Pe scurt, fără mecanică cuantică nu am avea nici măcar muzică rock! 

Cea a profesorului Paolo Umari este o propoziție rostită pentru distracție, dar lucrul fundamental de reținut este că fizica cuantică poate fi găsită peste tot în jurul nostru .

Telefon mobil, display cu cristale lichide, laser. În plus, mecanica cuantică, împreună cu electromagnetismul, au făcut posibilă explicarea în detaliu a fenomenelor chimice!

Dacă vorbim despre aplicații ale mecanicii cuantice nu putem uita cele mai exotice: ideea de a putea construi calculatoare cuantice.

La baza acestei teorii există ceva numit întricare , sau posibilitatea de a „sincroniza” două particule , de exemplu electroni. Daca separ acesti doi electroni sincronizati se intampla ca, daca schimb ceva pe primul , instantaneu va avea loc schimbarea si pe al doilea !

Calculatoarele cuantice ar trebui să funcționeze cu un anumit număr de particule sincronizate împreună și să permită rezolvarea problemelor complexe mult mai rapid decât computerele normale.Un exemplu?

Descompunerea unui număr în numerele sale prime!

Pare o sarcină ușoară să găsim numerele prime care, înmulțite împreună, ne dau numărul de început, dar nu este cazul. Pentru un număr mare, un computer tradițional durează foarte mult, dar unul cuantic ar trebui să o facă în câteva secunde!


admin

0 Comments

Adresa ta de email nu va fi publicată.