Квант

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Серия статии на тема

Квантова механика

\hat{H}|\psi\rangle = i\hbar\frac{d}{dt}|\psi\rangle  \Delta x \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}

Квант във физиката е минималната стойност на промяната на някоя физическа величина.

Общи сведения[редактиране | edit source]

Терминът квант идва от на латински: quantum, в мн. ч. „quanta“, което значи „колко“, „какво количество“. Квант по принцип означава известно количество от нещо. Но думата най-често се употребява в едно по-тясно значение, възприето в съвременната физика. Там квант означава нещо неделимо, нещо безкрайно малко и най-често елементарна единица. Например „светлинен квант“ е елементарната единица светлина, която се нарича и „фотон“. В словосъчетания, като „квантова механика“, „квантова оптика“ и подобни, той показва, че това са специализирани раздели на тези науки.

Зад този термин може да се открие фундаменталната идея, че една физична величина може да бъде „квантувана“. Това означава, че тя може да има само точно определени числови стойности, поне в определена област. На български, за такава величина по-често се казва не „квантувана“, а „с дискретни стойности“. Например енергията на електрона, свързан в атома, е дискретна. С това се обяснява стабилността на атомите и материята изобщо.

Откриване на квантовата теория[редактиране | edit source]

Идеята за квант пръв въвежда Макс Планк на 14 декември 1900 год., когато докладва своята теория пред Германското физично дружество. Там той обяснява спектъра на излъчване на абсолютно черно тяло. В доклада си Планк развива математическата идея за елементарно количество - „порция“ - енергия наречено квант, идея обмисляна от него през предходните няколко месеца. Това се описва с формулата:

\ E = h\nu ,

където Е е енергията, \ \nu - честотата, а \ h е константа, наречена константа на Планк. По тази формула, излъчената енергия може да бъде само с дискретни (определени, целочислено) кратни на h стойности.

Планк обаче дълго време възприема собствената си идея само като чисто математически подход, който няма съответствие в обективната действителност. За него това е само удобен начин да се опише физичната реалност. Едва през 1905 година е публикувана една друга много известна статия, използваща и обобщаваща идеята на Планк, с автор Алберт Айнщайн. В нея Айнщайн допуска, че енергията не само се излъчва и поглъща на „порции“ т. е. на кванти, но и се разпространява по същия начин. В същата статия чрез тези идеи той обяснява явлението външен фотоефект.

През 1913 година Нилс Бор използва идеята, за да обясни факта, че електронът в атома не излъчва, освен ако не му се въздейства отвън. Бор въвежда т. нар. „стационарни орбити“ на електрона, чрез процедурата на квантуване на енергията им. Така се обяснява и стабилността на атомното ядро и на материята като цяло. Това е така наречената стара квантова механика. Още тогава са очевидни съществените различия между класическата механика и квантовата механика.

В основата си идеята за квантуването, всъщност е много стара и идва от древността. Главната идея, разглеждана като същностна от питагорейците е, че в основата на всичко стоят числата. Другият източник е философията на атомизма. Тя може да бъде обобщена накратко с твърдението, че всичко в света се състои от най-малки крайни неделими същности, наречени атоми.

През 1924 година Луи дьо Бройл предполага, че не само енергията може да има вълни и да бъде квантувана, но и материята, в смисъл, електроните в движението си също се управляват от вълни които се квантуват. Т. е. открива се по-дълбоко единство в природата.

През 1926 година Вернер Хайзенберг и Ервин Шрьодингер, по различни пътища, стигат до математически коректната формулировка и разбиране на това, което днес се нарича нова квантова механика. Тя има много практически приложения. Обаче нейната философска интерпретация е предмет на горещи спорове повече от 80 години.

Исторически, най-фундаменталният спор е между Айнщайн и Бор.

Вижте също[редактиране | edit source]

Източници[редактиране | edit source]

  • Джеммер, М., „Эволюция понятий квантовой механики“. М., Наука, 1985.