Kvantefysikk oversikt, konsepter og historie

Kvantefysikk er studiet av atferden til saken og energi ved molekylære, atomare, kjernefysiske og enda mindre mikroskopiske nivåer. På begynnelsen av det 20. århundre oppdaget forskere at lovene som styrer makroskopiske objekter ikke fungerer det samme i så små riker.

"Quantum" kommer fra den latinske betydningen "hvor mye." Det refererer til de diskrete enhetene materie og energi som er forutsagt av og observert i kvantefysikk. Selv rom og tid, som ser ut til å være ekstremt kontinuerlige, har de minste mulige verdier.

Etter hvert som forskere fikk teknologien til å måle med større presisjon, ble merkelige fenomener observert. Fødselen av kvantefysikken tilskrives Max Plancks papir fra 1900 om stråling av svartkropp. Utvikling av feltet ble gjort av Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger og andre lysfigurer i feltet. Ironisk nok hadde Albert Einstein alvorlige teoretiske problemer med kvantemekanikk og prøvde i mange år å motbevise eller endre den.

Når det gjelder kvantefysikk, påvirker det å observere noe faktisk de fysiske prosessene som foregår. Lette bølger fungerer som partikler og partikler fungerer som bølger (kalt bølge partikkel dualitet). Materiale kan gå fra et sted til et annet uten å bevege seg gjennom det mellomliggende rom (kalt kvantetunneling). Informasjon beveger seg umiddelbart over store avstander. Faktisk oppdager vi i kvantemekanikk at hele universet faktisk er en serie sannsynligheter. Heldigvis brytes det sammen når man arbeider med store gjenstander, som demonstrert av Schrodingers Cat tenkte eksperiment.

Et av nøkkelbegrepene er kvanteforviklinger, som beskriver en situasjon der flere partikler er assosiert på en slik måte at måling av kvantetilstanden til en partikkel også setter begrensninger for målingene til de andre partiklene. Dette eksemplifiseres best av EPJ-paradoks. Selv om det opprinnelig var et tankeeksperiment, er dette nå blitt bekreftet eksperimentelt gjennom tester av noe kjent som Bells teorem.

Kvanteoptikk er en gren av kvantefysikk som først og fremst fokuserer på atferden til lys, eller fotoner. På nivået av kvanteoptikk har individuelle fotons oppførsel betydning for det utgående lyset, i motsetning til klassisk optikk, som ble utviklet av Sir Isaac Newton. Lasere er en applikasjon som har kommet ut av studiet av kvanteoptikk.

Kvanteelektrodynamikk (QED) er studiet av hvordan elektroner og fotoner interagerer. Den ble utviklet på slutten av 1940-tallet av Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage og andre. Spådommene til QED angående spredning av fotoner og elektroner er nøyaktige til elleve desimaler.

Samlet feltteori er en samling av forskningsstier som prøver å forene kvantefysikk med Einsteins teori om generell relativitet, ofte ved å prøve å konsolidere fysiske grunnleggende krefter. Noen typer enhetlige teorier inkluderer (med noen overlapp):

• Kvantegravitasjon
• Loop Quantum Gravity
• Stringteori / Superstring Theory / M-Theory
• Grand Unified Theory
• Supersymmetri
• Teorien om alt

Kvantefysikk kalles noen ganger kvantemekanikk eller kvantefeltteori. Det har også forskjellige underfelt, som diskutert ovenfor, som noen ganger brukes om hverandre med kvantefysikk, selv om kvantefysikk faktisk er den bredere betegnelsen for alle disse fagområdene.

Tidligste funn

• Stråling av svart kropp
• Fotoelektrisk effekt

Wave-partikkel dualitet

• Youngs dobbeltspalteeksperiment
• De Broglie Hypotese

Compton-effekten

Heisenberg usikkerhetsprinsipp

Årsak i kvantefysikk - Tankeeksperimenter og tolkninger

• København-tolkningen
• Schrodingers Cat
• EPJ-paradoks
• Tolkningen av mange verdener