Gaismas starojuma fotona enerģija. Fotonu miera masa

Kvazistacionāra Visuma jēdziens, ko nesen publicēju šajā vietnē, izraisīja veselu meksikāņu kaislību vētru šajā vietnē, kas nav norimusi līdz šai dienai. Viens no šīs koncepcijas noraidīšanas iemesliem bija fotona miera masas pastāvēšanas problēma. Nedomāju, ka man izdevās visus pārliecināt par sava viedokļa pamatotību, ka fotonam ir miera masa, tāpēc nolēmu diskusiju turpināt, taču nedaudz citā izpratnes līmenī.

Sākumā es vienkārši meklēju tīmeklī informāciju par to, ko zinātnieki domā par fotona masu kopumā un jo īpaši par tā miera masu. Par šo tēmu ir rakstīts tik daudz, ka nebija pat vērts mēģināt visu analizēt - tam nepietiktu pat ar desmit dzīvībām. Lai gan pēc būtības viedokļos nav daudz atšķirību. Tāpēc izvēlējos trīs rakstus, paņēmu no tiem informatīvākos fragmentus un aicinu visus kopīgi padomāt par rakstīto.

Kāpēc fotonam miera stāvoklī nav masas (un vispār neeksistē)? Tam ir vairāki skaidrojumi. Pirmkārt - šis secinājums izriet no formulām. Otrais ir tāpēc, ka gaismai ir divējāda daba(ir gan vilnis, gan daļiņu plūsma), tad Acīmredzot masas jēdziens radiācijai ir pilnībā nepiemērojams. Trešais ir loģisks: iedomājieties ātri griežamu riteni. Ja paskatās cauri, tad spieķu vietā var redzēt tādu kā miglu, dūmaku. Bet ir vērts sākt samazināt griešanās ātrumu, jo dūmaka pamazām pazūd, un pēc pilnīgas apstāšanās paliek tikai spieķi. Šajā piemērā dūmaka ir daļiņa, ko sauc par "fotonu". To var novērot tikai kustībā un stingri noteiktā ātrumā. Ja ātrums nokrītas zem 300 tūkstošiem km/s, tad fotons pazūd.

http://fb.ru/article/51422/kakova-massa-foton a

"Šis secinājums izriet no formulām" ir ļoti vājš arguments, kaut vai tāpēc vien, ka neviena fiziska formula nevar būt absolūti precīza. Tos atvasinot, ļoti bieži tiek izmantots bezgalīgi mazo vērtību neievērošanas princips, kas nozīmē, ka vienmēr pastāv nepilnības kļūdām. Tā kā manis aprēķinātā fotona miera masa ir ārkārtīgi maza (1,07721 10 -68 kg), ir pilnīgi iespējams sagaidīt, ka tik mazas vērtības pielīdzināšana nullei bija kāda bezgala maza termina neievērošanas rezultāts garā formulu ķēdē. .

Tālāk ir skaidra pretruna. Pēc raksta autoru loģikas fotonam nevar būt nulles miera masa, jo tam ir viļņu īpašības. Bet galu galā katrs, kurš ir studējis kvantu fiziku vai vismaz pārzina Šrēdingera un de Brogli vienādojumus, zina, ka ne tikai fotonam, bet visām bez izņēmuma elementārdaļiņām piemīt viļņu īpašības. Tātad, ja mēs izmantojam šo loģiku, ne protonam, ne elektronam nevar būt miera masa. Tomēr mēs visi zinām, ka tas tā nav. Tāpēc šāda veida apgrieztās loģikas pielietošana ir pilnīgi nepareiza.

Pasniedzot fotonu kā sava veida "dūmu", kas novērota, kad griežas ritenis ar spieķiem, raksta autori, šķiet, ir pilnībā zaudējuši izpratni par jautājuma būtību. Nu, uzskatīsim par veiksmīgu analoģiju starp "miglu" un fotonu. Bet mēs lasām tālāk: "ir vērts sākt samazināt griešanās ātrumu, jo dūmaka pamazām pazūd, un pēc pilnīgas apstāšanās paliek tikai spieķi." Riteņa griešanās ātruma samazināšana šīs analoģijas ietvaros ir līdzvērtīga fotona ātruma samazināšanai. Un pietura, pēc kuras "paliek tikai spieķi", ir pilnīga fotona miera stāvokļa līdzība. Respektīvi, šādi pierādot, ka fotonam nav miera masas, raksta autori pat nepamanīja, kā pierādīja pretējo: ka fotona atpūtas masa eksistē!..

"Migla" simbolizē fotona viļņu īpašības, kas pakāpeniski izzūd, samazinoties tā kustības ātrumam. Un ko simbolizē apturēta riteņa spieķi? Fotons miera stāvoklī, kam nav viļņu īpašību. Un šāds skatījums uz problēmu ir absolūti leģitīms. Patiešām, kvantu fizikā tikai kustīgām daļiņām ir viļņu īpašības. Atpūtas elektrons vai protons uzvedas tikai kā daļiņa, neuzrādot nekādas viļņa īpašības.

Un pēdējā citētā raksta muļķība: "Ja ātrums nokrītas zem 300 tūkstošiem km/s, tad fotons pazūd." Kur tas pazūd? Tas ir tiešs enerģijas nezūdamības likuma pārkāpums. Tātad raksta autori kļūdās savos argumentos.

Un šeit ir vēl divi raksti, kuros tieši teikts, ka fotonam nav miera masas.

Lietojot atkarības (8.4) un (8.5), parasti netiek uzsvērts, ka fotonu masa, kas parādās šajās atkarībās, ir kustības masa. Fotonam nav miera masas. Šajā sakarā tiek izteikti viedokļi, ka fotona masa ir tāda pati masa (un pat matērijas mērs) kā vielas daļiņu masa. To veicina nepareizs priekšstats par fotonu kā stabilu daļiņu. Patiesībā fotons nav stabila daļiņa un tam nav miera masas..

http://rewolet.ru/book_79_chapter_67_%C2%A7_8.3._O_nature_m ...

Fotons pieder pie bozoniem. Tam nav miera masas un elektriskā lādiņa, tas ir stabils.

Fotona atlikušā masa tiek uzskatīta par vienādu ar nulli, pamatojoties uz eksperimentu un teorētiskiem pamatojumiem

Tā kā fotons ir bezmasas daļiņa, tas pārvietojas vakuumā ar ātrumu c (gaismas ātrums vakuumā)

http://traditio-ru.org/wiki/Photon

Izlasot iepriekš minētos citātus, uzreiz rodas jautājums: vai fotons ir stabils vai nē? Elementārdaļiņu fizikā daļiņas "nestabilitāte" nozīmē, ka šai daļiņai ir īpašība sadalīties divās vai vairākās elementārdaļiņās. Piemēram, brīvs neitrons dzīvo 14-15 minūtes, spontāni (bez ārējiem cēloņiem) pēc tam sadaloties trīs daļiņās: protonā, elektronā un elektronu antineitrīnā.

Sarežģīts jautājums: pēc kāda laika un kādās daļiņās fotons sadalās? Nemeklējiet atbildi uzziņu grāmatās un internetā, jūs tikai velti tērēsit savu laiku. Fotons ir stabils. Un tas nozīmē, ka otro rakstu var droši sūtīt pēc pirmā.

No trešā šeit citētā raksta ir skaidrs, ka fotona pārējās masas problēma nebūt nav atrisināta. "Pārējā fotona masa apsvērt vienāds ar nulli, pamatojoties uz eksperimentu un teorētiskiem pamatojumiem. "Jautājums ir: vai eksperimenta laikā ir viegli noteikt masu, kas vienāda ar 1,07721 10 -68 kg? Lai novērtētu šeit radušos grūtību mērogu, ir vērts atgādināt vēl vienu problēma ir tuvu izskatāmajai.Apmēram pusgadsimtu , balstoties uz eksperimentiem un teorētiskiem pamatojumiem, zinātniskā pasaule uzskatīja, ka neitrīno atlikušā masa ir vienāda ar nulli.70. gados par to radās pirmās šaubas, un kaut kur plkst. gadsimtu mijā parādījās dati, ka neitrīno miera enerģija joprojām ir vairāku elektronvoltu kārta, kas atbilst masai aptuveni 10-36 kg (≈ 10 000 reižu mazāka par elektrona masu) Un līdz šim eksperimentētājiem nav izdevies iegūt viennozīmīgu atbildi, vai neitrīno masa patiešām ir tāda, vai arī tā joprojām ir vienāda ar nulli. Kā redzat, nav tik viegli atšķirt no nulles masu 10 -36 kg.Protams, šeit vienas no grūtībām rada tas, ka neitrīno ārkārtīgi vāji mijiedarbojas ar matēriju.Taču tā domājamā miera masa ir vienkārši kolosāls salīdzinājumā ar manis aprēķināto fotonu miera masu. Attiecība ir 10 32:1. Tas nozīmē, ka neitrīno ir aptuveni tikpat masīvāka par fotonu, cik Saule (kuras masa ir 2,10 30 kg) ir masīvāka nekā aptiekas svari, kas sver 10 gramus. Tātad, sakiet man: ja kolosālas neitrīno miera masas esamība vēl nav eksperimentāli pierādīta un atspēkota, vai ir iespējams pieprasīt no eksperimentētājiem atbildi uz jautājumu par niecīgas fotona miera masas esamību? Protams ka nē.

Tāpēc nav faktiska pamata kategoriski apgalvot, ka pārējā masa ir vienāda ar nulli.

Nu, pēdējais apgalvojums "Tā kā fotons ir bezmasas daļiņa, tas pārvietojas vakuumā ar ātrumu c (gaismas ātrums vakuumā)" ir tikai loģiska inversija tikpat nepierādītajam apgalvojumam "Fotons vienmēr kustas ar ātrumu viegls, jo tā miera masa ir nulle.

Kāds, manuprāt, ir iemesls stabilai pārliecībai par fotona nulles miera masu? Viss ir vienkārši. "Gaismas ātrums" a priori tiek identificēts ar "fotona ātrumu". Bet patiesībā tas būtu jāsaprot citādi: gaismas ātrums ir kustīga fotona radīta elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrums. Šajā gadījumā paša fotona ātrumam nav jāsakrīt ar viļņa ātrumu. Galu galā de Broglie viļņi, ko rada citas kustīgas daļiņas, izplatās ar ātrumu, kas atšķiras no pašu daļiņu ātruma.

Fotons ir elektromagnētiskā lauka kvants, elementārdaļiņa ar nulles miera masu un spinu, kas vienāds ar vienu. Fotons ir visizplatītākais no visām elementārdaļiņām. Tas ir atrodams arī redzamās gaismas plūsmās un rentgena staros, kā arī radioviļņu veidā un lāzera impulsos. 1964. gadā amerikāņu radioastronomi A. Penziass un R. Vilsons atklāja, ka pasaules telpa ir piepildīta ar milimetru radioviļņiem, kurus var uzskatīt par aukstu fotonu gāzi 2,7 K temperatūrā. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām šis starojums ( to sauc par reliktu starojumu) radās Visuma attīstības sākumposmā, kad viela atradās milzīgā temperatūrā un spiedienā (sk. Kosmoloģija). Vidējais relikviju fotonu blīvums ir aptuveni 500 uz . Šo skaitli var salīdzināt ar protonu pārpilnību, no kuras tiek veidota apkārtējā pasaule: Visumā vidēji ir ne vairāk kā viens protons uz . Tādējādi Visumā fotoni ir miljards reižu biežāk sastopami nekā protoni.

Fotona vēsturiskais liktenis ir neparasts; varbūt šī ir vienīgā elementārdaļiņa, kurai nav iespējams norādīt tās eksperimentālā atklājuma autoru. Fotonu teorētiski atklāja M. Planks, kurš 1900. gada 14. decembrī Berlīnes Fizikas biedrības sanāksmē izteica savu hipotēzi par starojuma enerģijas kvantēšanu. No šī brīža fizikā sākās kvantu laikmets.

Izstrādājot Planka ideju, A. Einšteins 1905. gadā ierosināja, ka gaisma ne tikai tiek izstarota un absorbēta atsevišķās daļās, bet arī sastāv no tām. Tas bija drosmīgs un neparasts vispārinājums. Piemēram, ūdeni vienmēr dzeram pa daļām, malkiem, bet no tā neizriet, ka ūdens sastāv no atsevišķiem malkiem. Saskaņā ar Einšteina teoriju elektromagnētiskais vilnis sāka izskatīties kā kvantu plūsma.

Planka hipotēze ļāva izskaidrot fotoelektriskā efekta, luminiscences un vairāku citu parādību modeļus. Visskaidrāk elektromagnētiskā starojuma korpuskulārās īpašības izpaudās A. Komptona eksperimentos par rentgenstaru izkliedi ar brīvajiem elektroniem (1922). Komptona efekts apstiprināja kvantu ideju pareizību par elektromagnētisko starojumu un fizikā 20. gadsimta 20. gados. beidzot ienāca jauna elementārdaļiņa, ko sauca par fotonu (no grieķu vārda, kas nozīmē "gaisma").

Fotonam, tāpat kā jebkurai citai kvantu daļiņai, vienlaikus piemīt gan viļņa, gan korpuskulāras īpašības, tāpēc strīdā, kas ilga gandrīz divus gadsimtus starp viļņu un korpuskulāro gaismas teoriju piekritējiem, visiem izrādījās taisnība. savā veidā. Parastā dzīvē gaismas korpuskulārās īpašības neparādās, jo mums ir darīšana ar fotoniem nevis pa vienam, bet uzreiz ar lielu skaitu, kas tiek uztverts kā gaismas vilnis. Ir zināms, ka elektromagnētisko vilni raksturo apļveida frekvence o), intensitāte un izplatīšanās ātrums c, kam ir fundamentāla nozīme mijiedarbības ierobežojošais izplatīšanās ātrums (mūsdienu vērtība ). Vilnim atbilstošajiem fotoniem ir enerģija un impulss (mūsdienīgā Planka konstantes J s vērtība). Piemēram, Saules maksimālais starojums krīt uz gaismu ar viļņa garumu K cm, kas atbilst apļveida frekvencei Hz. Šādu fotonu enerģija ir J. Saules konstante, t.i., enerģija, kas krīt uz laika vienību uz zemes virsmas laukuma vienību, ir vienāda ar , no kuras var aprēķināt, ka milzīgs fotonu skaits, aptuveni 1 s , uzbrukumi 1 s. Tajā pašā laikā eksperimentos ar elementārdaļiņām detektori fotonus nosaka pa vienam, un pat cilvēka acs principā spēj to izdarīt.

Fotonu skaits nav nemainīgs, tie var piedzimt un iznīcināt mijiedarbības procesos, piemēram, anihilācijas procesā (skat. Antimatērija), - elektrona un pozitrona simboli, - fotona simbols, gamma kvants) . Gan šeit, gan Compton efektā fotoni darbojas kā reālas novērojamas daļiņas. Turklāt fotoni var pastāvēt nenovērojamā, virtuālā stāvoklī, veicot elektromagnētisku mijiedarbību.

Fotona kā elementārdaļiņas īpašību saknes meklējamas klasiskajā elektrodinamikā. Fotons ir elektriski neitrāls, tā lādiņš ir nulle. (Pretējā gadījumā divi elektromagnētiskie viļņi varētu mijiedarboties viens ar otru, un divu lādiņu lauks vairs nebūtu katra no tiem atsevišķi lauku summa.) Fotonam nav arī citu lādiņu: tas ir patiesi neitrāls un identiska tās antidaļiņai (skatīt Antimateriālu). Fotona lādiņu paritāte ir vienāda ar -1, kas izriet no acīmredzamā fakta, ka, mainoties jebkuras sistēmas visu lādiņu pazīmēm, elektriskā un magnētiskā lauka virziens mainās uz pretēju. Uzlādes paritātes saglabāšana elektromagnētiskajā mijiedarbībā, kas saistīta ar simetriju starp elektroniem un to antidaļiņām - pozitroniem, rada zināmus reakciju ierobežojumus. Piemēram, dažas daļiņu sistēmas var sadalīties tikai pāra skaitā fotonu, bet citas var sadalīties tikai nepāra skaitā (skatiet Antimatter).

Īpaši labi ir pētīti fotonu mijiedarbības procesi ar elektroniem un pozitroniem - tā ir tā sauktā kvantu elektrodinamika, kuras prognozes ir pārbaudītas eksperimentos ar lielu precizitāti.

Pārējā fotona masa ir nulle. Tas nozīmē, ka fotonu nevar ne apturēt, ne palēnināt. Neatkarīgi no enerģijas, tas ir lemts pārvietoties ar fundamentālu ātrumu c. Ja pieņemam, ka fotonam ir neliela, bet tomēr ierobežota masa, tad mēs varam izpētīt novērotos efektus, kas rodas šajā gadījumā. Tāpat kā parastajām daļiņām, fotonu ātrumam būtu jābūt atkarīgam no to enerģijas (t.i., no starojuma viļņa garuma) un vienmēr jābūt mazākam par c. Elektromagnētisko viļņu izkliedes efektu vakuumā principā varēja noteikt no pulsāru starojuma. Tēlaini izsakoties, zilie stari pie novērotāja nonāks pirms sarkanajiem. Ņemot vērā milzīgos attālumus, kas mūs šķir no pulsāriem, ierašanās laikiem būtu ievērojami jāatšķiras pat ar nelielām dažādu staru ātrumu atšķirībām.

Ierobežotas miera masas klātbūtne fotonam novestu pie ierobežota elektromagnētisko spēku darbības rādiusa parādīšanās. Patiešām, ja lādiņš izstaro virtuālu fotonu, tad enerģijā ir nenoteiktība, un saskaņā ar nenoteiktības attiecību šāds fotons var pastāvēt tikai laiku. Šajā laikā tas veiks attālumu, kas nav lielāks par , pēc kura tas ir jāuzņem citam lādiņam.

Cilvēka dabā ir mēģināt izskaidrot likumus, saskaņā ar kuriem dzīvo apkārtējā pasaule. Apziņas rītausmā visi novērojamie tika attiecināti uz veselu virkni dažādu pērkonu, zibeņu, vēja - tie visi ir parādā savu izskatu dievībām. Tad mistika padevās zinātnei. Lai gan tas vēl bija sākumstadijā, tas jau ļāva zinātkāriem prātiem izskaidrot dažas dabas parādības, vienlaikus nevēršoties pie dieviem. Īpašu interesi izraisīja redzamā gaisma. Mēģinot to kaut kā izskaidrot, tika ierosināts, ka tā ir nepārtraukta dažu sīku daļiņu-ķermeņu plūsma. I. Ņūtons pieturējās pie šī modeļa un aktīvi to aizstāvēja. Un tā kā ir daļiņa, tas nozīmē, ka tā ir kaut kādā veidā jāraksturo.

Ikviens zina, ka, pakļaujot roku zem saules stariem, jūs jūtaties silti. Ir zināms, ka tas ir iespējams radiācijas dēļ. Bet kā tieši starojums pārnes siltumu? Tātad tika atklāta fotona enerģija - vispirms ar netiešu metodi. Un pašu daļiņu sauca par "gaismas kvantu". Fotonu enerģija tiek plaši izmantota mūsdienu tehnoloģijās: piemēram, tieši viņa iedarbina mehānismu durvju automātiskai atvēršanai lielajās tirdzniecības vietās.

Neiespējamā iespēja

Tātad fotons ir gaismas daļiņa, enerģijas kvants. Tomēr turpmākie pētījumi rada šaubas par korpuskulārā modeļa precizitāti. Vispirms Huigenss norādīja uz dažām neparastām īpašībām, un pēc tam Jungs ar savu eksperimentu ar vairākām spraugām atklāja traucējumu fenomenu un, pamatojoties uz to, lieliski pierādīja ... gaismas viļņu dabu. Šķiet – var pielikt punktu, bet viss izrādījās daudz sarežģītāk. Grūti noticēt, bet fotonam piemīt gan daļiņas, gan viļņa īpašības un tajā pašā laikā. Jebkura eksperimenta rezultāts ir atkarīgs no paša pētnieka cerībām. Doma un nodoms kaut kādā veidā pārveido daļiņu par vilni un otrādi. Šajā gadījumā fotonu enerģija paliek nemainīga un to var aprēķināt klasiskās elektromagnētiskās teorijas ietvaros.

Termins "gaismas ātrums" ir tieši saistīts ar fotoniem. Faktiski 300 tūkstoši km/s ir ātrums, ar kādu pārvietojas šīs bezmasas daļiņas. To esamība nav atdalāma no kustības: jau to rašanās brīdī fotoni pārvietojas, veidojot staru kūli.

Fotonu enerģija

Enerģiju, ātrumu un masu saista slavenais E=mc2. Papildinot to ar Planka konstanti, mēs iegūstam:

kur v ir gaismas starojuma viļņa garums (fotonu frekvence); h ir Planka konstante.

Mēs atkārtojam, ka, tā kā šī daļiņa pastāv tikai kustībā, iegūtā vērtība ir piemērojama tieši šādam stāvoklim.

Acīmredzot, palielinoties (palielinoties frekvencei), arī enerģija kļūst lielāka. Tomēr cilvēka acs spēj uztvert fotonus ar salīdzinoši zemu pašenerģiju. Tas ir saistīts ar Planka konstantes vērtību, kas tiek attēlota ar skaitli ar jaudu -34, kas dod ārkārtīgi mazu enerģiju. Piemēram, visintensīvākā krāsa ir zaļa. Bet pat tā enerģija ir 4*10 līdz -19 džouliem.

Pēcvārds

Pāreja no klasiskās mehānikas uz moderno kvantu mehāniku, kurā praktiski visi mikropasaules procesi ir izskaidrojami atbilstošu modeļu ietvaros, turpinājās līdz pat 20. gadsimta 00. gadiem. Viena daļa fiziķu pieturējās pie Einšteina paustā, bet otra daļa - pie Maksvela piedāvātā gaismas viļņu modeļa. Visbeidzot, mūsdienu ideja par fotonu tika izveidota pēc eksperimenta ar tā izkliedi ar elektronu (tā kā pēdējais atrodas ārpus atoma, enerģijas apvalku jēdziens tam nav piemērojams).

Gaisma un siltums, garša un smarža, krāsa un informācija – tas viss ir nesaraujami saistīts ar fotoniem. Turklāt augu, dzīvnieku un cilvēku dzīvība nav iespējama bez šīs apbrīnojamās daļiņas.

Tiek uzskatīts, ka uz katru protonu vai neitronu Visumā ir aptuveni 20 miljardi fotonu. Tas ir fantastiski milzīgs skaitlis.

Bet ko mēs zinām par šo visizplatītāko daļiņu apkārtējā pasaulē?

Daži zinātnieki uzskata, ka fotona ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā, t.i. aptuveni 300 000 km/sek un tas ir maksimālais iespējamais ātrums Visumā.

Citi zinātnieki uzskata, ka Visumā ir pietiekami daudz piemēru, kuros daļiņu ātrums ir lielāks par gaismas ātrumu.

Daži zinātnieki uzskata, ka fotons ir elektriski neitrāls.

Citi - uzskata, ka fotonam ir elektriskais lādiņš (saskaņā ar dažiem avotiem mazāks par 10 -22 eV / sek 2).

Daži zinātnieki uzskata, ka fotons ir bezmasas daļiņa, un, viņuprāt, fotona masa miera stāvoklī ir nulle.

Citi uzskata, ka fotonam ir masa. Patiešām, tas ir ļoti, ļoti mazs. Vairāki pētnieki pieturas pie šī viedokļa, definējot fotona masu dažādos veidos: mazāk par 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV un pat 3 x 10 -27. eV, kas ir miljardiem reižu mazāka par elektrona masu.

Daži zinātnieki uzskata, ka saskaņā ar gaismas atstarošanas un laušanas likumiem fotons ir daļiņa, t.i. korpuskulis. (Eiklids, Lukrēcijs, Ptolemajs, I. Ņūtons, P. Gasendi)

Citi (R. Dekarts, R. Huks, H. Haigenss, T. Jungs un O. Fresnels), paļaujoties uz gaismas difrakcijas un interferences parādībām, uzskata, ka fotonam ir viļņveida raksturs.

Kad to izstaro vai absorbē atomu kodoli un elektroni, kā arī fotoelektriskā efekta laikā, fotons uzvedas kā daļiņa.

Un, izejot cauri stikla prizmai vai nelielam caurumam barjerā, fotons demonstrē savas spilgtās viļņu īpašības.

Franču zinātnieka Louis de Broglie kompromisa risinājums, kas balstīts uz viļņu-daļiņu dualitāti, norādot, ka fotoniem piemīt gan daļiņas, gan viļņa īpašības, nav atbilde uz šo jautājumu. Viļņu-daļiņu dualitāte ir tikai īslaicīga vienošanās pamatojoties uz zinātnieku absolūto impotenci atbildēt uz šo ārkārtīgi svarīgo jautājumu.

Protams, šī vienošanās situāciju nedaudz nomierināja, taču problēmu neatrisināja.

Pamatojoties uz to, mēs varam formulēt pirmais jautājums saistīts ar fotonu

Pirmais jautājums.

Vai fotoni ir viļņi vai daļiņas? Vai varbūt abi, vai ne abi?

Tālāk. Mūsdienu fizikā fotons ir elementārdaļiņa, kas ir elektromagnētiskā starojuma kvants (daļa). Gaisma ir arī elektromagnētiskais starojums, un fotons tiek uzskatīts par gaismas nesēju. Mūsu prātos tas ir stingri nostiprinājies, un fotons, pirmkārt, ir saistīts ar gaismu.

Tomēr papildus gaismai ir arī citi elektromagnētiskā starojuma veidi: gamma starojums, rentgena, ultravioletais, redzamais, infrasarkanais, mikroviļņu un radio starojums. Tie atšķiras viens no otra pēc viļņa garuma, frekvences, enerģijas un tiem ir savas īpašības.

Starojuma veidi un to īsie raksturlielumi

Visu veidu elektromagnētiskā starojuma nesējs ir fotons. Viņš, pēc zinātnieku domām, visiem ir vienāds. Tajā pašā laikā katram starojuma veidam ir raksturīgs atšķirīgs viļņa garums, svārstību frekvence un dažādas fotonu enerģijas. Tātad, dažādi fotoni? Šķiet, ka dažādu veidu elektromagnētisko viļņu skaitam jāatbilst vienādam skaitam dažādu veidu fotonu. Bet mūsdienu fizikā līdz šim ir tikai viens fotons.

Izrādās zinātnisks paradokss – starojumi ir dažādi, atšķiras arī to īpašības, un fotons, kas nes šos starojumus, ir viens.

Piemēram, gamma starojums un rentgena starojums pārvar šķēršļus, savukārt ultravioletais un infrasarkanais starojums un redzamā gaisma, kam ir garāks viļņa garums, bet mazāk enerģijas, to nepārvar. Tajā pašā laikā mikroviļņu un radioviļņu starojumam ir vēl lielāks viļņa garums un vēl mazāka enerģija, bet tas pārvar ūdens stabu un betona sienas. Kāpēc?

Fotonu iespiešanās spējas dažādos starojumos

Šeit uzreiz rodas divi jautājumi.

Otrais jautājums.

Vai visi fotoni visos starojuma veidos ir vienādi?

Trešais jautājums.

Kāpēc dažu veidu starojuma fotoni pārvar šķēršļus, bet citi starojuma veidi ne? Kas par lietu - starojumā vai fotonos?

Pastāv uzskats, ka fotons ir mazākā bezstruktūras daļiņa Visumā. Zinātne vēl nav spējusi noteikt neko mazāku par fotonu. Bet vai tā ir? Galu galā savulaik atoms tika uzskatīts par nedalāmu un mazāko apkārtējā pasaulē. Tāpēc loģisks ir ceturtais jautājums:

Ceturtais jautājums.

Vai fotons ir mazākā un bezstruktūras daļiņa vai sastāv no vēl mazākiem veidojumiem?

Turklāt tiek uzskatīts, ka fotona miera masa ir vienāda ar nulli, un tā kustībā izpaužas gan masa, gan enerģija. Bet tad ir

piektais jautājums:

fotons - vai tā ir materiāla daļiņa vai nē? Ja fotons ir materiāls, tad kur pazūd tā masa miera stāvoklī? Ja tas nav materiāls, tad kāpēc tiek fiksēta tā pilnīgi materiālā mijiedarbība ar apkārtējo pasauli?

Tātad, mums ir pieci mīklaini jautājumi, kas saistīti ar fotonu. Un viņiem līdz šim nav skaidras atbildes. Katram no viņiem ir savas problēmas. Problēmas, kuras mēs šodien mēģināsim izskatīt.

Savos ceļojumos “Visuma elpa”, “Visuma dziļumi” un “Visuma spēki” visus šos jautājumus aplūkojām caur Visuma uzbūves un darbības prizmu. Mēs esam izsekojuši visam fotonu veidošanās ceļam no fundamentālo daļiņu rašanās - ēterisku virpuļu recekļu rašanās līdz galaktikām un to kopām. Es uzdrošinos cerēt, ka mums ir diezgan loģisks un sistemātiski sakārtots pasaules attēls. Tāpēc pieņēmums par fotona struktūru ir kļuvis par loģisku soli zināšanu sistēmā par mūsu Visumu.

Fotonu struktūra

Fotons parādījās mūsu priekšā nevis kā daļiņa un nevis kā vilnis, bet gan kā rotējoša konusa formas atspere ar izplešanos un sašaurinošu galu..

Fotona pavasara dizains ļauj atbildēt gandrīz uz visiem jautājumiem, kas rodas dabas parādību un eksperimentālo rezultātu izpētē.

Mēs jau minējām, ka fotoni ir dažāda veida elektromagnētiskā starojuma nesēji. Tajā pašā laikā, neskatoties uz to, ka zinātnei ir zināmi dažādi elektromagnētiskā starojuma veidi: gamma starojums, rentgena starojums, ultravioletais, redzamais, infrasarkanais, mikroviļņu starojums un radio emisija, nesējfotoniem, kas ir iesaistīti šajos procesos, nav sava savas šķirnes. Tas ir, pēc dažu zinātnieku domām, jebkura veida starojumu pārnēsā noteikts universāls fotonu veids, kas vienlīdz veiksmīgi izpaužas gan gamma starojuma procesos, gan radioemisijas procesos, gan citos starojuma veidos.

Es nevaru piekrist šai nostājai, jo dabas parādības liecina, ka visi zināmie elektromagnētiskie starojumi būtiski atšķiras viens no otra ne tikai pēc parametriem (viļņa garums, frekvence, enerģijas spējas), bet arī pēc to īpašībām. Piemēram, gamma starojums viegli iekļūst caur jebkādām barjerām, un redzamo starojumu tikpat viegli aptur šīs barjeras.

Tāpēc vienā gadījumā fotoni var pārvadāt starojumu caur barjerām, bet citā, tie paši fotoni jau bezspēcīgs kaut ko pārvarēt. Šis fakts liek mums aizdomāties, vai fotoni patiešām ir tik universāli, vai arī tiem ir savas šķirnes, kas atbilst dažādu Visuma elektromagnētisko starojumu īpašībām.

man šķiet pareizi, nosakiet katru starojuma veidu tā veida fotoni. Diemžēl mūsdienu zinātnē tādas gradācijas nav. Bet tas ir ne tikai viegli, bet arī steidzami jālabo. Un tas ir diezgan saprotams, jo starojums un tā parametri mainās, un fotonus mūsdienu interpretācijā attēlo tikai viens vispārīgs jēdziens - "fotons". Lai gan jāatzīst, ka, mainoties izstarojuma parametriem uzziņu literatūrā, mainās arī fotonu parametri.

Situācija ir līdzīga vispārējā jēdziena "auto" piemērošanai visiem tā zīmoliem. Bet šie zīmoli ir atšķirīgi. Varam iegādāties Lada, Mercedes, Volvo vai Toyota. Visi no tiem atbilst jēdzienam "automašīna", taču tie visi atšķiras pēc izskata, tehniskajiem parametriem un izmaksām.

Tāpēc būtu loģiski, ja mēs kā gamma starojuma nesējus piedāvātu gamma starojuma fotonus, rentgenstarus - rentgenstaru fotonus, ultravioleto starojumu - ultravioletā starojuma fotonus utt. Visi šie fotonu veidi atšķirsies viens no otra ar pagriezienu garumu (viļņa garumu), griešanās ātrumu (svārstību biežumu) un enerģiju, ko tie nes.

Gamma starojuma un rentgena starojuma fotoni ir saspiesta atspere ar minimāliem izmēriem un koncentrētu enerģiju šajā mazajā tilpumā. Tāpēc tiem piemīt daļiņu īpašības un tie viegli pārvar šķēršļus, pārvietojoties starp vielas molekulām un atomiem.

Ultravioletā starojuma fotoni, redzamā gaisma un infrasarkanā starojuma fotoni ir viena un tā pati atspere, tikai izstiepta. Enerģija šajos fotonos palika nemainīga, bet tā tika sadalīta pa garāko fotona ķermeni. Fotona garuma palielināšana ļauj tam parādīt viļņa īpašības. Taču fotona diametra palielināšanās neļauj tam iekļūt starp vielas molekulām.

Mikroviļņu un radio emisiju fotoniem ir vēl izstieptāks dizains. Radioviļņu garums var sasniegt vairākus tūkstošus kilometru, taču tiem ir vismazākā enerģija. Tie viegli iekļūst barjerās, it kā iegriežoties barjeras vielā, apejot vielas molekulas un atomus.

Visumā visu veidu fotoni pakāpeniski tiek pārveidoti no gamma staru fotoniem. Gamma starojuma fotoni ir primārie. Pārvietojoties kosmosā, to griešanās ātrums samazinās un tie secīgi pārvēršas rentgenstaru fotonos, bet tie, savukārt, ultravioletā starojuma fotonos, kas pārvēršas redzamās gaismas fotonos utt.

Tāpēc gamma staru fotoni tiek pārvērsti rentgena fotonos. Šiem fotoniem būs garāks viļņa garums un zemāka rotācijas frekvence. Pēc tam rentgena fotoni tiek pārvērsti ultravioletajos fotonos, un tie tiek pārvērsti redzamā gaismā utt.

Mēs varam novērot spilgtāko šīs dinamikas transformācijas piemēru kodolsprādziena laikā.

Kodolsprādziens un tā kaitīgās ietekmes zonas

Kodolsprādziena procesā dažu sekunžu laikā gamma staru fotonu plūsma iekļūst vidē aptuveni 3 km attālumā. Tālāk gamma starojums apstājas, bet rentgena starojums tiek fiksēts. Es uzskatu, ka šajā gadījumā gamma starojuma fotoni tiek pārvērsti rentgena starojuma fotonos un tie secīgi ultravioletā, redzamā un infrasarkanā starojuma fotonos. Fotonu plūsma attiecīgi izraisa kodolsprādziena kaitīgo faktoru rašanos - caurejošo starojumu, gaismas starojumu un ugunsgrēkus.

Darbā “Visuma dziļumi” detalizēti apskatījām fotonu uzbūvi un to veidošanās un funkcionēšanas procesus. Mums kļuva skaidrs, ka fotoni sastāv no dažāda diametra gredzenveida enerģijas frakcijām, kas savienotas viena ar otru.

Fotona struktūra

Frakcijas veidojas no pamatdaļiņām - mazākie ēterisko virpuļu recekļi, kas ir ēteriski blīvi awn. Šie ēteriskie blīvumi ir diezgan materiāli, tāpat kā ēteris un visa pasaule mums apkārt ir materiāla. Ētera blīvumi nosaka ēterisko virpuļu recekļu masas rādītājus. Ķekaru masa ir frakciju masa, un tās ir fotona masa. UN vai tas ir kustībā vai miera stāvoklī. Tāpēc fotons ir pilnībā materiāls un tam ir savs labi definēts masu gan miera stāvoklī, gan kustībā.

Mēs jau esam saņēmuši tiešu apstiprinājumu mūsu idejai par fotona struktūru un tā sastāvu eksperimentu gaitā. Ceru, ka tuvākajā laikā publicēsim visus iegūtos rezultātus. Turklāt līdzīgi rezultāti tika iegūti arī ārvalstu laboratorijās. Tātad ir pamats uzskatīt, ka esam uz pareizā ceļa.

Tātad, mēs esam atbildējuši uz vairākiem jautājumiem par fotonu.

Fotons mūsu izpratnē nav daļiņa vai vilnis, bet gan atspere, kuru dažādos apstākļos var saspiest līdz daļiņu izmēram, vai arī to var izstiept, uzrādot viļņa īpašības.

Fotoniem ir savas šķirnes atkarībā no starojuma veida, un tie var būt gamma starojuma fotoni, rentgenstaru fotoni, ultravioletā, redzamā, infrasarkanā un mikroviļņu starojuma fotoni, kā arī radioemisijas fotoni.

Fotons ir materiāls un tam ir masa. Tā nav mazākā daļiņa Visumā, bet sastāv no ēteriskiem virpuļu recekļiem un enerģijas frakcijām.

Es saprotu, ka tā ir nedaudz negaidīta un neparasta fotona interpretācija. Taču es neizeju no vispārpieņemtajiem noteikumiem un postulātiem, kas pieņemti pirms daudziem gadiem, nesaistoties ar pasaules vispārējās attīstības procesiem. Un no loģikas, kas nāk no pasaules likumiem, kas ir atslēga uz durvīm, kas ved uz Patiesību.

Tajā pašā laikā 2013. gadā Nobela prēmijas fizikā tika piešķirtas Pīteram Higsam un Fransuā Engleram, kuri 1964. gadā neatkarīgi ierosināja citas daļiņas eksistenci dabā - neitrālu bozonu, kas ar Nobela prēmijas laureāta L. vieglo roku. Ledermans tika nosaukts par "Dieva daļiņu", tas ir, par pamatprincipu, pirmo ķieģeli, no kura tika uzbūvēta visa mūsu apkārtējā pasaule. 2012. gadā, veicot eksperimentus ar protonu staru sadursmi lielā ātrumā, divas atkal neatkarīgas zinātniskās kopienas atkal gandrīz vienlaikus paziņoja par daļiņas atklāšanu, kuras parametri sakrita viens ar otru un atbilda P. Higsa un F. Englera prognozētajām vērtībām. .

Eksperimentu laikā reģistrētais neitrālais bozons kalpoja kā tāda daļiņa, kuras kalpošanas laiks bija ne vairāk kā 1,56 x 10 -22 sekundes, bet masa vairāk nekā 100 reizes pārsniedza protona masu. Šī daļiņa tika atzīta par spēju piešķirt masu visam materiālam, kas pastāv šajā pasaulē - no atoma līdz galaktiku kopai. Turklāt tika pieņemts, ka šī daļiņa ir tiešs pierādījums kāda hipotētiska lauka klātbūtnei, caur kuru visas daļiņas iegūst svaru. Tas ir tik maģisks atklājums.

Tomēr vispārējā eiforija no šī atklājuma nebija ilga. Jo bija jautājumi, kas nevarēja neparādīties. Patiešām, ja Higsa bozons patiešām ir "Dieva daļiņa", tad kāpēc tā "dzīve" ir tik īslaicīga? Dieva izpratne vienmēr ir bijusi saistīta ar mūžību. Bet, ja Dievs ir mūžīgs, tad arī jebkurai Viņa daļai jābūt mūžīgai. Tas būtu loģiski un saprotami. Bet sekundes daļas bozona "dzīve" ar divdesmit divām nullēm aiz komata īsti neiederas ar mūžību. To pat grūti nosaukt par mirkli.

Turklāt, ja mēs runājam par "Dieva daļiņu", tad ir skaidri jāsaprot, ka tai ir jābūt visā, kas mūs ieskauj, un jāatspoguļo neatkarīga, ilgmūžīga un minimāli iespējama tilpuma vienība, kas veido visas zināmās daļiņas. no mūsu pasaules.

No šīm dievišķajām daļiņām soli pa solim būtu jāveido mūsu pasaule. Daļiņām ir jāsastāv no tām, atomiem jāsastāv no daļiņām un tā tālāk līdz pat zvaigznēm, galaktikām un Visumam. Arī visiem zināmajiem un nezināmajiem laukiem ir jābūt saistītiem ar šo burvju daļiņu un jāpārraida ne tikai masa, bet arī jebkura cita mijiedarbība. Manuprāt, tas ir loģiski un nav pretrunā ar veselo saprātu. Jo, tā kā mēs saistām šo daļiņu ar dievišķo principu, mums arī ir jābūt adekvātai reakcijai uz mūsu cerībām.

Tomēr mēs jau esam redzējuši, ka Higsa bozona masa ievērojami pārsniedz pat protona masu. Bet kā mazo var uzbūvēt no lielā? Kā ietilpināt ziloni peles bedrē?! Nevar būt.

Visa šī tēma, godīgi sakot, nav īpaši caurskatāma un pamatota. Lai gan, iespējams, es kaut ko nesaprotu savas kompetences trūkuma dēļ, tomēr Higsa bozons, manā dziļajā pārliecībā, īsti neietilpst zem "Dieva daļiņas".

Fotons ir cita lieta. Šī brīnišķīgā daļiņa pilnībā pārveidoja cilvēka dzīvi uz planētas.

Pateicoties dažāda starojuma fotoniem, mēs redzam apkārtējo pasauli, baudām saules gaismu un siltumu, klausāmies mūziku un skatāmies televīzijas ziņas, veicam diagnostiku un ārstēšanu, pārbaudām un defektīvus metālus, skatāmies kosmosā un iekļūstam matērijas dzīlēs, sazināties savā starpā no attāluma pa telefonu... Dzīve bez fotoniem nebūtu iedomājama. Tās nav tikai mūsu dzīves sastāvdaļa. Viņi ir mūsu dzīve.

Fotoni patiesībā ir galvenais saziņas instruments starp cilvēku un apkārtējo pasauli. Tikai tie ļauj mums ienirt apkārtējā pasaulē un ar redzes, smaržas, taustes un garšas palīdzību izprast to un apbrīnot tās skaistumu un daudzkrāsainību. Tas viss, pateicoties viņiem - fotoniem.

Un tālāk. Tas laikam ir galvenais. Tikai fotoni nes gaismu! Un saskaņā ar visiem reliģiskajiem kanoniem Dievs dzemdēja šo gaismu. Turklāt, Dievs - un ir gaisma!

Nu, kā mēs šeit varam tikt garām kārdinājumam un nenosaukt fotonu īsta "Dieva daļiņa"! Fotons un tikai fotons var pretendēt uz šo augstāko titulu! Fotons ir gaišs! Fotons ir silts! Fotons ir visas pasaules krāsu sacelšanās! Fotons ir smaržīgas smaržas un smalkas garšas! Nav dzīves bez fotoniem! Un ja tā, tad kam tāda dzīve vajadzīga. Bez gaismas un siltuma, bez garšas un smaržas. Neviens.

Tāpēc, ja runājam par Dieva daļiņa, mums tikai jārunā fotons- par šo apbrīnojamo dāvanu, ko mums dāvājuši Augstākie spēki. Bet arī tad tikai alegoriski. Jo Dievam nevar būt daļiņas. Dievs ir viens un vesels, un to nevar sadalīt nekādās daļiņās.

Fotons ir bezmasas daļiņa un var pastāvēt tikai vakuumā. Tam nav arī elektrisko īpašību, tas ir, tā uzlāde ir nulle. Atkarībā no izskatāmā konteksta fotonu aprakstam ir dažādas interpretācijas. Klasiskā (elektrodinamika) to attēlo kā elektromagnētisku vilni ar apļveida polarizāciju. Fotonam ir arī daļiņas īpašības. Šādu duālo ideju par to sauc par korpuskulāro viļņu duālismu. No otras puses, kvantu elektrodinamika apraksta fotonu daļiņu kā mērinstrumentu bozonu, kas ļauj veidot elektromagnētisko mijiedarbību.

Starp visām Visuma daļiņām fotonam ir maksimālais skaits. Fotona spins (iekšējais mehāniskais moments) ir vienāds ar vienu. Arī fotons var atrasties tikai divos kvantu stāvokļos, no kuriem viena spina projekcija noteiktā virzienā ir vienāda ar -1, bet otra vienāda ar +1. Šī fotona kvantu īpašība ir atspoguļota tā klasiskajā attēlojumā kā elektromagnētiskā viļņa šķērsvirziena. Fotona pārējā masa ir nulle, kas nozīmē tā izplatīšanās ātrumu, kas ir vienāds ar gaismas ātrumu.

Fotona daļiņai nav elektrisko īpašību (lādiņa) un tā ir diezgan stabila, tas ir, fotons nespēj spontāni sabrukt vakuumā. Šī daļiņa izdalās daudzos fizikālos procesos, piemēram, elektriskajam lādiņam pārvietojoties ar paātrinājumu, kā arī enerģijai lecot atoma kodolā vai pašā atomā no viena stāvokļa uz otru. Fotonu var absorbēt arī reversos procesos.

Fotona viļņu-daļiņu dualitāte

Fotonam raksturīgais korpuskulāro viļņu duālisms izpaužas daudzos fizikālos eksperimentos. Fotoniskās daļiņas piedalās tādos viļņu procesos kā difrakcija un interference, kad šķēršļu (spravu, diafragmu) izmēri ir salīdzināmi ar pašas daļiņas izmēru. Tas ir īpaši pamanāms eksperimentos ar atsevišķu fotonu difrakciju ar vienu spraugu. Arī fotona punkts un korpuskulārā daba izpaužas objektos, kuru izmēri ir daudz mazāki par fotona viļņa garumu, absorbcijas un emisijas procesos. Bet, no otras puses, fotona kā daļiņas attēlojums arī nav pilnīgs, jo to atspēko korelācijas eksperimenti, kuru pamatā ir elementārdaļiņu sapinušies stāvokļi. Tāpēc ir ierasts uzskatīt fotona daļiņu, tostarp par vilni.

Saistītie video

Avoti:

• Fotons 1099: viss par automašīnu

Galvenā kvantu numuru ir veselums numuru, kas ir elektrona stāvokļa definīcija enerģijas līmenī. Enerģijas līmenis ir elektrona stacionāro stāvokļu kopums atomā ar tuvām enerģijas vērtībām. Galvenā kvantu numuru nosaka elektrona attālumu no kodola un raksturo elektronu enerģiju, kas aizņem šo līmeni.

Stāvokli raksturojošo skaitļu kopu sauc par kvantu skaitļiem. Elektrona viļņu funkciju atomā, tā unikālo stāvokli nosaka četri kvantu skaitļi - galvenais, magnētiskais, orbitālais un liesas - elementāra kustības moments, kas izteikts kvantitatīvi. Galvenā kvantu numuru ir n. Ja galvenais kvants numuru palielinās, tad attiecīgi palielinās gan elektrona orbīta, gan enerģija. Jo mazāka ir n vērtība, jo lielāka ir elektrona enerģijas mijiedarbības vērtība. Ja elektronu kopējā enerģija ir minimāla, tad atoma stāvokli sauc par neuzbudinātu jeb iezemētu. Atoma stāvokli ar augstu enerģētisko vērtību sauc par ierosinātu. Augstākajā līmenī numuru elektronus var noteikt pēc formulas N = 2n2 Elektronam pārejot no viena enerģijas līmeņa uz citu, galvenais kvants numuru.Kvantu teorijā apgalvojums, ka elektrona enerģija ir kvantēta, tas ir, tai var būt tikai diskrētas, noteiktas vērtības. Lai zinātu elektrona stāvokli atomā, ir jāņem vērā elektrona enerģija, elektrona forma un citi parametri. No naturālo skaitļu jomas, kur n var būt vienāds ar 1 un 2, un 3 un tā tālāk, galvenais kvants numuru var iegūt jebkuru vērtību. Kvantu teorijā enerģijas līmeņus apzīmē ar burtiem, n vērtību ar cipariem. Perioda skaits, kurā elements atrodas, ir vienāds ar enerģijas līmeņu skaitu atomā, kas atrodas pamatstāvoklī. Visi enerģijas līmeņi sastāv no apakšlīmeņiem. Apakšlīmeni veido atomu orbitāles, kuras nosaka, raksturo galvenais kvants numuru m n, orbitāla numuru m l un kvants numuru m ml. Katra līmeņa apakšlīmeņu skaits nepārsniedz vērtību n. Šrēdingera viļņu vienādojums ir ērtākā atoma elektroniskā struktūra.

Kvantu fizika ir kļuvusi par milzīgu stimulu zinātnes attīstībai 20. gadsimtā. Mēģinājums aprakstīt mazāko daļiņu mijiedarbību pavisam citādi, izmantojot kvantu mehāniku, kad dažas klasiskās mehānikas problēmas jau šķita neatrisināmas, radīja īstu revolūciju.

Kvantu fizikas rašanās iemesli

Fizika - apraksta likumus, saskaņā ar kuriem pasaule funkcionē. Ņūtona jeb klasika radās viduslaikos, un tā priekšnoteikumus varēja redzēt senatnē. Tas lieliski izskaidro visu, kas notiek cilvēka uztvertā mērogā bez papildu mērinstrumentiem. Taču cilvēki saskārās ar daudzām pretrunām, kad viņi sāka pētīt mikro- un makrokosmosu, lai izpētītu gan mazākās daļiņas, kas veido matēriju, gan milzīgās galaktikas, kas ieskauj Piena ceļu, kas ir cilvēka dzimtene. Izrādījās, ka klasiskā fizika nav piemērota visam. Tā radās kvantu fizika – zinātne, kvantu mehāniskās un kvantu lauka sistēmas. Kvantu fizikas pētīšanas metodes ir kvantu mehānika un kvantu lauka teorija. Tos izmanto arī citās saistītās fizikas nozarēs.

Kvantu fizikas galvenie nosacījumi, salīdzinot ar klasisko

Tiem, kas tikai iepazīst kvantu fiziku, tās nosacījumi nereti šķiet neloģiski vai pat absurdi. Taču, iedziļinoties tajos, jau ir daudz vieglāk izsekot loģikai. Vienkāršākais veids, kā apgūt kvantu fizikas pamatprincipus, ir salīdzināt to ar klasisko fiziku.

Ja klasikā tiek uzskatīts, ka daba ir nemainīga, lai arī kā zinātnieki to apraksta, tad kvantu fizikā novērojumu rezultāts būs ļoti atkarīgs no tā, kāda mērīšanas metode tiks izmantota.

Saskaņā ar Ņūtona mehānikas likumiem, kas ir klasiskās fizikas pamatā, daļiņai (vai materiālam punktam) katrā laika brīdī ir noteikta pozīcija un ātrums. Kvantu mehānikā tas tā nav. Tas ir balstīts uz attālumu superpozīcijas principu. Tas ir, ja kvantu daļiņa var būt vienā un otrā stāvoklī, tad tā var būt arī trešajā stāvoklī - divu iepriekšējo summu (to sauc par lineāru kombināciju). Tāpēc nav iespējams precīzi noteikt, kur daļiņa atradīsies noteiktā laika brīdī. Var tikai aprēķināt varbūtību, ka viņa būs kaut kur.

Ja klasiskajā fizikā ir iespējams konstruēt fiziska ķermeņa kustības trajektoriju, tad kvantu fizikā tas ir tikai varbūtības sadalījums, kas mainīsies laikā. Šajā gadījumā sadales maksimums vienmēr atrodas tur, kur to nosaka klasiskā mehānika! Tas ir ļoti svarīgi, jo ļauj, pirmkārt, izsekot saiknei starp klasisko un kvantu mehāniku, otrkārt, parāda, ka tās nav pretrunā viena otrai. Var teikt, ka klasiskā fizika ir īpašs kvantu gadījums.

Varbūtība klasiskajā fizikā parādās, ja pētniekam nav zināmas kādas objekta īpašības. Kvantu fizikā varbūtība ir fundamentāla un vienmēr pastāv neatkarīgi no neziņas pakāpes.

Klasiskajā mehānikā ir atļautas jebkuras daļiņas enerģijas un ātruma vērtības, savukārt kvantu mehānikā ir atļautas tikai noteiktas vērtības, "kvantētas". Tos sauc par īpašvērtībām, no kurām katrai ir savs stāvoklis. Kvants ir kāda daudzuma “daļa”, ko nevar sadalīt komponentos.

Viens no kvantu fizikas pamatprincipiem ir Heizenberga nenoteiktības princips. Runa ir par to, ka nebūs iespējams vienlaicīgi uzzināt gan daļiņas ātrumu, gan atrašanās vietu. Var izmērīt tikai vienu lietu. Turklāt, jo labāk ierīce mēra daļiņas ātrumu, jo mazāk tā zinās par tās atrašanās vietu un otrādi.

Fakts ir tāds, ka, lai izmērītu daļiņu, jums tā ir “jāskatās”, tas ir, jānosūta gaismas daļiņa tās virzienā - fotons. Šis fotons, par kuru pētnieks visu zina, sadursies ar izmērīto daļiņu un mainīs savu un tā īpašības. Tas ir aptuveni tas pats, kas izmērīt braucošas mašīnas ātrumu, nosūtīt tai pretī citu automašīnu ar zināmu ātrumu un pēc tam, izmantojot otrās automašīnas mainīto ātrumu un trajektoriju, pārbaudīt pirmo. Kvantu fizikā objekti tiek pētīti tik mazi, ka pat fotoni - gaismas daļiņas - maina to īpašības.