Квант

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

Квантова механика

  

Квант (мн.ч. кванти) във физиката е минималната стойност на промяната на някоя физическа величина. Свързана е с фундаменталната идея, че една физична величина може да бъде „квантувана“.[1], т.е. 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 фотонът е елементарната единица за различните форми на електромагнитно излъчване и в случая на светлина се нарича„светлинен квант“. Енергията на електрона, когато е в свързано състояние в атома, е също дискретна и това обяснява стабилността на атомите и материята изобщо.

В словосъчетания, като „квантова механика“, „квантова оптика“ и подобни, прилагателното „квантов“ показва, че това са специализирани раздели на тези науки, отчитащи квантовите ефекти.

Етимология и откриване[редактиране | редактиране на кода]

Думата квант идва от латински език, „quantum“ и означава „колко“, „какво количество“. Думата е добре известна в общ контекст преди 1900 г.[2] и често се използва от лекари, като например в съчетанието quantum satis (толкова, колкото е необходимо). Херман фон Хелмхолц и Юлиус фон Майер са едновременно лекари и физици и Хелмхолц използва думата в своя статия[3] върху работата на Майер, който пък я употребява във връзка с формулирането на първи принцип на термодинамикатав свое писмо от 1841 г.[4] За първи път терминът „кванти електричество“ (т.е. електрони) е използван от Филип Ленард в статия върху фотоелектричния ефект от 1902 г., но той самият препраща към Хелмхолц, който използвал думата в контекст, свързан с електричеството.

Макс Планк използва думата първоначално в контекста на електричество, вещество и газове и топлина.[5]. По-късно той се опитва да обясни промяната на цвета (спектъра) на излъчване на абсолютно черно тяло[6] и достига до формулирането на Закон на Планк. Когато докладва теорията си пред Германското дружество на физиците, Планк развива математическата идея за „квантуване“ на енергията[7] , или съществуване на елементарно количество („порция“) енергия, наречено квант, чрез формулата:

,

където Е е енергията,  – честотата, а 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 чрез „Lichtquanta“.[8]. 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. Например питагорейците разглеждат като главна идея, че в основата на всичко стоят числата. Друг 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 също и материята, в смисъл, че електроните също се управляват в движението си 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.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Wiener, N. (1966). Differential Space, Quantum Systems, and Prediction. Cambridge: The Massachusetts Institute of Technology Press
  2. E. Cobham Brewer 1810 – 1897. Dictionary of Phrase and Fable. 1898.
  3. E. Helmholtz, Robert Mayer's Priorität [1]
  4. Herrmann,A. Weltreich der Physik, GNT-Verlag (1991) [2]
  5. Planck, Max. Ueber das thermodynamische Gleichgewicht von Gasgemengen. // Annalen der Physik 255 (6). 1883. DOI:10.1002/andp.18832550612. с. 358.
  6. Max Planck. Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum (On the Law of Distribution of Energy in the Normal Spectrum). // Annalen der Physik 309 (3). 1901. DOI:10.1002/andp.19013090310. с. 553.
  7. Klein, Martin J.. Max Planck and the beginnings of the quantum theory. // Archive for History of Exact Sciences 1 (5). 1961. DOI:10.1007/BF00327765. с. 459.
  8. Einstein, A.. Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. // Annalen der Physik 17 (6). 1905. DOI:10.1002/andp.19053220607. с. 132 – 148.

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]

Литература[редактиране | редактиране на кода]

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