Сочинение на тему Изучение основ квантовой механики

Что такое квантовая механика? Задание этого вопроса напомнило мне о странной идее, созданной некоторыми физиками-теоретиками из Европы более ста лет назад. После дальнейших исследований, чтобы я теперь понял это в значительной степени, мысль о том, что это смешно смущает, исчезла из моего разума. Теперь я могу сказать, что прошел «по кроличьей норе» (широко используемый термин, когда вы изучаете квантовую теорию) квантовой механики. Прежде чем начать, я должен сказать, что квантовая теория отнюдь не легка для понимания или познания. Фактически, один из создателей теории по имени Ричард Фейнман сказал: «Я думаю, что могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую теорию». Другой по имени Нильс Бор сказал, что «Тот, кто не шокирован квантовой теорией, не понял этого». Хотя в то время это могут быть просто выводы людей, они все же дают представление о том, что нас ждет. В наше время люди могут легко понять эту теорию, если они выросли с ней, и, похоже, это так и есть для меня.

Чтобы объяснить с ясностью, мы должны начать с основных принципов. В атоме электроны, вращающиеся вокруг ядра, следуют точным орбитам. Всякий раз, когда им передается энергия, они мгновенно переходят на внешние орбиты. Между орбитами нет места. Электрон находится здесь или там. Когда электроны уходят, им требуется энергия для этого. Когда они приближаются, они выделяют энергию в форме фотонов, и именно так мы получаем свет. Из-за этого электроны должны получать определенное количество энергии, чтобы высвободить энергию с любой частотой. Если электрон перемещается на большое расстояние назад к ядру, он выделяет много энергии. Чтобы иметь более высокочастотный свет, у вас должно быть больше энергии. Когда электрон проходит меньшее расстояние, он испускает свет с меньшей частотой. Если атом получает определенное количество энергии, энергия будет распределена среди всех электронов. Электроны будут двигаться примерно на одинаковое расстояние назад и обратно. Следовательно, все электроны будут излучать вокруг одной и той же частоты света. Из-за этого всякий раз, когда мы нагреваем объекты, они светятся от красного до синего или фиолетового из-за среднего количества энергии. Частота испускаемого света дает основание для того, насколько горячий объект в большинстве случаев. Конечно, каждый тип элемента может превращаться в разные цвета при разных температурах. Это верно для всех вещей, кроме одной классификации веществ: черные тела. Эксперимент Black Body Radiation дает основания полагать всю информацию выше. Черное тело – это вещество, которое поглощает весь свет, подвергаемый ему. При нагревании до определенной температуры он светится определенным цветом, который одинаков для всех черных тел. Используя экспериментальные данные, Макс Планк, отец квантовой механики, создал так называемый закон Планка и определил переменную h. Этот закон гласит, что энергия света передается в пакетах или квантах. Эти пакеты энергии обычно находятся в небольших количествах, как показано выше. Если что-то является квантом, это самая маленькая вещь. Следовательно, название всей этой теории (квантовой теории) относится к мельчайшим частицам вселенной и тому, как они движутся и действуют.

В то время все верили в классическую науку от таких людей, как Ньютон и Максвелл. Классическая наука была очень простой и простой для понимания людьми по сравнению с квантовой механикой. Это было очень логично в том, как мы видим вселенную. Классическая наука говорила, что все можно предсказать полностью до самого последнего тонкого движения или вибрации. Ученые думали так, потому что все было выведено из уравнений Ньютона и Максвелла. Не было найдено причин или экспериментов, которые могли бы опровергнуть эту теорию. К двадцатому веку четыре эксперимента доказали, что нам нужно больше объяснений физического мира вокруг нас. Этими экспериментами были излучение черного тела, фотоэлектрический эффект, эксперимент с двумя щелями и спектры оптических линий. Эти эксперименты доказали, что на базовом уровне всей вселенной вещи действовали на вероятность, а не на достоверность. Квантовая механика применима ко всем вещам, но она воздействует только на очень мелкие частицы, которые движутся с очень высокой скоростью. На поверхности, где мы находимся, когда я толкаю объект, он движется вперед, а не волной. Эйнштейну не понравилась идея квантовой механики. Он думал, что вселенная была полностью причиной и следствием, и что все можно полностью определить из того, что было раньше. После многочисленных экспериментов мы можем с уверенностью сказать, что невозможно по-настоящему спросить, почему все работает так, как работает. Мы не можем идти дальше во вселенную, потому что дальше идти нечего.

Что такое волна? Мы могли бы сделать это очень трудно обдумать, но на самом деле это очень легко. Подумайте об океанской волне, вот что такое волна. Он имеет большую площадь, покрывает и движется с одинаковой скоростью. Он поражает широкий круг объектов, но не является одним определенным местом из-за того, что он движется немного круговым движением времени. Что такое частица? Подумай о мяче. Он движется по-разному, например, вперед и назад, влево и вправо. Он попадает в объект, а не как волна. В аналогии с океаном волны – это волны, а камни – частицы. Они не одинаковы и никогда не будут. Однако в квантовой механике камни – это волны, а волны – это камни одновременно. В следующем параграфе мы обсудим это более подробно.

Свет движется очень своеобразным образом, который отличается от того, что мы думали. Свет путешествует как частица и волна. В эксперименте с двумя щелями были сделаны две щели из непрозрачного материала. Свет был показан через обе щели. На стене за двумя прорезями была изображена интерференционная картина, показанная на рисунке. Поскольку свет распространяется как частица и волна, мы обнаруживаем, что фотон становится частицей, когда он падает на стену. Стена служит актом измерения. В этом эксперименте волны перекрывают друг друга и подавляют друг друга в двух волнах. Когда этот эксперимент был проведен снова с одним испущенным за один раз фотоном, мы получили тот же результат. Такая же интерференционная картина наблюдается по какой-то странной причине. Поскольку фотон движется как волна, он технически проходит через обе щели одновременно. Когда океанская волна проходит через два промежутка, мы видим рябь, исходящую из обеих щелей. Точно так же, когда мы выпускаем фотон в эксперимент. Когда он попадает в объект измерения, он действует как фотон, и сенсоры чувствуют, где фотон попал. Волна говорила о движениях как океанская волна, но в действительности это волна вероятности. Волна вероятности показывает все возможные результаты, и для получения результата в этом поле требуются измерения. Все нечетко, пока вы не измеряете, но даже измерение ошибочно, и Вернер Гейзенберг назвал это принципом неопределенности. Мы рассмотрим это в будущем.

Эту идею можно продемонстрировать с помощью эксперимента под названием «кот Шредингера». Кошка была помещена в бункер с ядовитым газом, который с вероятностью в пятьдесят процентов был выпущен. Когда вы находитесь вне бункера, вы не знаете, жив ли кот или мертв. В этот момент две вещи происходят одновременно. Прежде чем мы измерим все неопределенно. Кот жив, а кот мертв. Когда мы открываем бункер и смотрим, жив ли кот или нет, мы выжимаем руку природы, и вероятность исчезает. Этот эксперимент позволяет легче увидеть, что происходит. Каждый выпущенный фотон проходит через обе щели как волна, и волны противодействуют друг другу. Именно акт измерения заставляет природу решать, в каком месте приземлится фотон. Фотон тогда выглядит как частица, потому что он ударил стену. Из этих экспериментов мы видим, что существует вероятность того, как все работает. Шредингер также создал много уравнений, которые мы можем использовать, чтобы найти вероятность того, что что-то происходит. Есть определенные области волны, которые более вероятны, чем другие части. Частицы также вращаются по часовой стрелке или против часовой стрелки. Либо они один, либо другой. Прежде чем мы измерим, это может быть либо, и они всегда меняются. Когда мы измеряем, вращение подтверждается, пока оно не изменится снова.