петък, април 20, 2007

Квантова механика

Като повечето теории, и квантовата възниква, за да реши един проблем. Според електро - магнитната теория на Максуел и класическата физика излиза, че енергията в абсолютно черно тяло (тяло, което поглъща всяка дължина на вълната и излъчва само топлина) е безкрайно голяма, защото в него има вълни с всякакви дължини на вълните — от една максимална до безкрайно малки дължини. В реалния свят не е така.

Макс Планк предлага предпоставката, че енергията в електромагнитните вълни е на порции. Дробни части няма. Минималната енергия на всяка вълна зависи от честотата й:
  • висока честота — висока минимална енергия;
  • ниска честота — ниска минимална енергия.
Планк предполага, че има коефициент на пропорционалност между честота и енергия и това е константата на Планк — h.

ε = hν

Този коефициент е страшно малък, т. е. порциите енергия са страшно малки. С това горният проблем е решен, защото на практика хипотезата на Планк въвежда долна граница, под която дължината на вълната в черното тяло не може да падне и така енергията става крайно число.

Използвайки идеята за порциите, Айнщайн прави предположение през 1905 г., свързано с фотоефекта. Фотоефектът е явление, при което ако метал бъде облъчен със светлина, то от него биват избивани електрони. Установени са следните зависимости:
  • колкото по-ярък е източникът на светлина, толкова повече електрони се избиват от метала, но енергията им остава постоянна;
  • колкото по-висока честота има източникът, толкова повече енергия имат избитите електрони, но броят им остава постоянен.
Тези факти могат да се обяснят с корпускулярен модел на светлината. Тя съществува на порции — кванти — наречени фотони.

Друго характерно явление, което учените са наблюдавали, е какво се получава ако насочим лъч светлина към два тънки процепа. Резултатът е интерференчна картина. Но дори да пускаме светлината фотон по фотон, с времето (като се натрупат достатъчно фотони) отново изниква същата интерференчна картина. Това е доказателтво, че светлината е вълна.

Абсолютно същите неща важат и за електроните, и за всички други частици.



Това видео на Dr Quantum го намерих благодарение блогът на Lyd: Полетът на костенурката

И материята, и взаимодействията — всичко има двойнствен характер!

По-нататъшни развития: Макс Планк предлага модел на вълнова функция (показва къде е най-вероятно да се намира дадена частица), а Шрьодингер го облича в математическо уравнение. В крайна сметка никой не знае как частиците "избират" да са някъде вместо другаде. Друго, алтернативно обяснение е това на Файнман: всеки електрон минава през двата процепа. Всъщност, всеки електрон минава през всички възможни траектории преди да достигне крайната си точка.


Принцип на неопределеността
: Можем да знаем или местоположението, или скоростта на една частица, но не и двете.

За да знаем местоположението на една частица ние трябва да я засечем, но направим ли го, ние и влияем и променяме скоростта й. Същият принцип важи и при енергиите на частиците: Колкото по-малък период от време разглеждаме, толкова по-големи колебания в пълната енергия на частицата се наблюдават. Теоретично е възможно квантово тунелиране.

Квантова теория на полето
  • Квантова електродинамика: полето е съставено от силови линии от фотони (частици - вестоносци), а енергията постоянно преминава в маса и обратно (за много кратки периоди от време);
  • Квантова хромодинамика: силното взаимодействие се представя като взаимодействие чрез частици глуони;
  • Квантова теория на електрослабото взаимодействие: оказва се, че при много високи температури и налягане слабото и ел. магнитното взаимодействия са едно и също нещо и по естествен път се обединяват в електрослабо взаимодействие. Тук частиците-вестоносци са W- и Z-бозоните.
Чрез всички тези частици: фотони, глуони и междинни векторни бозони, се обясняват съответните им взаимодействия, като те работят аналогично в квантовата механика. Само гравитационното взаимодействие не може да намери място тук.

Още нещо общо между гравитацията и другите взаимодействия е симетрията. От ОТО знаем, че съществува симетрия в гледните точки на независими наблюдатели — всеки може да приеме, че е неподвижен, а вселената се движи спрямо него, както и да приеме, че се движи ускорително, а гравитация няма. По същия начин има симетрия и в силното взаимодействие, наречена калибровъчна симетрия. Именно тези симетрии "налагат" съществуването на сили, които да държат системата "в равновесие и стабилност" при промяна на гледните точки. Благодарение на симетриите вселената съществува, законите й работят, и тя е такава, каквато я виждаме около нас. Симетрии има и в слабото, и в електромагнитното взаимодействия, но са по-трудни за представяне.

Квантовата механика се сблъсква с теорията на относителността по такъв начин, че се отричат взаимно. Според ТО следва, че ако няма маса, пространство-времето е гладко. Според КМ ако започнем да увеличаваме част от това празно пространство до мащабите на планковата дължина, тогава се проявяват флуктуации в пространство-времето, които не би трябвало да ги има. Те са причинени от неопределимостта, от това, че колкото по-малък период от пространство-време разглеждаме, толкова по-рязко се сменя големината на енергията и кривината на пространството. Привидно гладкото пространство-време представлява квантова пяна, която се забелязва само ако погледнем с най-голямото възможно увеличение.

Планкова дължина: 1.616 ×10-³³ cm. Това е размерът, при който квантовите флуктуации стават огромни.

24 коментара:

  1. Благодаря за информацията която post-ваш на блога си :)

    ju

    ОтговорИзтриване
  2. Моля.
    Радвам се, че има и други хора, на които им е интересно :)

    ОтговорИзтриване
  3. Анонимен4/6/08 19:04

    Благодаря за информацията и аз. БРАВО!

    ОтговорИзтриване
  4. Анонимен22/6/08 18:15

    много се радвам, че има хора да си дават труда за поддражката на такива сайтове

    евала

    има малко неточности на пръв поглед

    например
    колкото по-ярък е източникът на светлина, толкова повече електрони се избиват от метала, но енергията им остава постоянна независимо от цвета на светлината;
    колкото по-висока честота има източникът, толкова повече енергия имат избитите електрони, но броят им остава постоянен независимо от яркостта.

    цвета на светлината се определя от честотата
    тези две иречения си противоречат абсолюутно

    ОтговорИзтриване
  5. Благодаря за признанието :)
    Относно тези две изречения, чудя се как ми е убягнало това досега. Мерси за поправката, сега ще коригирам текста.

    ОтговорИзтриване
  6. Поздравления за невероятния сайт. Открих го случайно, но съм възхитен от ентусиазма и сериозното отношение. радостно е, че има все още хора, които да се интересуват от наука, а не от шарлатании.

    ОтговорИзтриване
  7. невероятен блог. Случайно да знаеш откъде бих могъл да намеря книгата "Частицата Бог" ?

    ОтговорИзтриване
  8. И аз това се чудех. Казаха ми, че няма ново издание и я има само в библиотеките.

    ОтговорИзтриване
  9. Уф в един по преден коментар ти казах че ще се въздържа от коментари ,но просто не мога да остана безучастен към това което виждам и към "изводите" до които други са стигнали от същите експерименти -като това "Друго, алтернативно обяснение е това на Файнман: всеки електрон минава през двата процепа." за експеримента с процепите и светлината - При това как е възможно върху въобще грешно заключение да се извеждат някакви правилни формули - Ще си дам моето скромно мнение не за да оборвам някой а просто като друга гледна точка ..... Първо във виртуалния експеримент има много пропуски от създателите на клипа - не казвам че при този опит на практика няма да се получат същите резултати- резултата от опита е най- логичното нещо което може да се случи и още едно доказателство че светлината е вълна -а изводите не са логични от там и формулите изведени от изводите - С многото експерименти и наблюдения които са правени учените са достигнали до заключението че светлината е вълна изградена от фотони (аз съм съгласен с това при това имам основателни причини да ПРЕДПОЛАГАМ че фотоните са елементарни частици с МАСА колкото и не логично да звучи в момента - но и мога да го обясня при това да се направят опити за да се докаже че е така - и ако изляза прав от тук следва много логично предположение че могат да са изградени от по- малки частици (или това че физиците трябва да си изядат дипломите))))-но това е др.тема) но да се върна на коментара за експеримента за съжаление нямам времето да си играя върху разни скици за това просто ще помоля хората които четат това ако са заинтересувани да стопират клипчето на определени секунди ....
    При 0:20 имаме машина която изстрелва топчета към преграда с процеп и зад преградата стена - ако обърнем внимание на точките на попадение на топчетата ще забележим че машината ги изстрелва (не като "застопорена пушка" така че те не попадат в една и съща точка) а попадат в различни точки като е така разположена че броя попадения да е най голям в областта на процепа но ако разгледаме тази област на попадения (в преградата ще попаднат повече топчета отколкото в процепа) - а в клипа е дадено обратното в процепа попадат най много топчета -следва опита с двата процепа и там положението е същото както с единия процеп - и учения ни обяснява ето виждате ли получават се две области върху екрана с най много попадения - макар че попаденията най много са в самата преграда- (и тук не се взема под внимание големината на топчетата спрямо големината и дължината на процепите и спрямо разстоянието източник-преграда -екран) и големината на частици като фотони спрямо големината на същите едри топчета спрямо абсолютно същите процепи спрямо абсолютно същото разстояние- Доказателство за моето предположение е повторния опит с вълни върху течност при 0:47 - )ако първата голяма вълна е изградена от множество трептящи частици (макар че теоретично във истинска вълна в течност или звук -тези частици всъщност да не се придвижват в пространството а просто първата трептяща да придава чрез контакт силата на трептението си на втората ,третата и т.н а не да се придвижва в пространството като топче ) Много повече от тези частици ще се сблъскат със преградата и много малко от частиците на първото вълна минават през процепа(обърнете внимание на дебелината и дължината на дъгата на първата вълна (АКО ОПИТА БЕШЕ С ЕДИН ФОТОН -ТО ТОЙ ЩЕ ЗАЕМА ЕДНА ОТ ТОЧКИТЕ ПЪРВО НА ТАЗИ ПЪРВА ДЪГА-при това съм склонен да предполагам че вълните на светлината разположени в пространството се разпростравяват като полусфери които се разширяват толкова повече колкото по голямо растояние изминават от источника - а не като вълна върху течност )и на дебелината на вълничките след процепа ) като процепа е разположен перпендикулярно спрямо дъгата на вълната (както слънчевите лъчи които падат върху нас по обяд - а не сутрин) демек възможно най много частици върху определена площ в случая определената площ е област на процепа - та, какво се случва когато голямата вълна достигне процепа много малка част от нея попада в процепа и продължава да се движи като вълна вътре в самия процеп (която не може да се разширява визуално заради твърдия материал на стените на процепа но веднага след него започва да се движи като обикновена вълна и като няма прегради да се разширява по повърхността на течността -Сега обърнете внимание че при 0:48 - когато вече вълната преминала през процепа и достига черния екран -екрана е разположен пендикулярно спрямо процепа вълната а вълната перпендикулярно спрямо процепа (или нещо ако греша с употребата на термина перпендикулярно ме извинете ))) в крайна сметка и вие виждате екрана))) така че от вълната която се сблъска с него най голям брой частици от нея да се сблъскат с най малка площ от екрана - като колкото по в страни от центъра се удря вълната толкова определен брой частици от нея ще се сблъскват с по голяма площ- (но какво щеше да стане ако същия екран беше разположен под ъгъл спрямо процепа но така че пак да прокараме прави линии които започват от първоначалния източник на вълната през краищата на преградата до краищата на екрана (няма ли тогава пак да имаме зона от екрана с най светла част но вече светлата върху самия екран няма да се намира в центъра на екрана а ще се измести към единия или другия край на екрана спрямо това под какъв ъгъл сме разположили този екран(близко е до ума тук да има пряка връска с Доплеровия ефект )Но нека да се върна на експеримента - същото се получава и при вълните от двата процепа като при 1:18 (светещите точки) при които се сблъскват вълните не са нищо повече от от зони на два пъти повече частици (В ПОСЛЕДНИЯ ЕКСПЕРИМЕНТ ФОТОНИ)от повърхност вълна и когато тези зони при 1:22 достигнат екрана на тази от средата се пада честа да се разположи под най малък ъгъл спрямо повърхността на екрана - докато колко по в страни от центъра е тази зона под толкова по голям ъгъл се сблъсква с повърхност екран и толкова по малко ще свети нейната ивица- (но в експеримента не се отделя внимание и на това че не само тези (точки на сбор от вълни) попадат на екрана а върху него попадат и части от малките вълни при това под ъгъл- така че ако тези върни са изградени от мини частици наречени фотони - фотони ще попадат по цялата площ на екрана а не само в светещите линии както иска да ни го обясни виртуалния учен - просто в тези точки ще попадат най голям брой фотони дори да ги изстрелваме един по един (в крайна сметка ния няма да ги изстрелваме - като от "пушка" която да стреля в една точка в преградата или в процепа - а дори и да не искаме фотона ще се отделят от източника в една от проекциите в пространството през която минава дъгата на светлината - единия може да попадне в края на преградата друг в средата от голям брой от тези в средата -малък брой ще попаднат в областта на процепите от тях голяма част ще се отразят във точките на сбора от двете вълни (и ще ни дадат светещите ивици)и по малък върху всяка една точка от екрана до която достига вълната на светлината (при това фотони ще има върху цялата площ до която достигат вълните а не само в светещите ивици- просто там ще са повече на брой върху площ от екрана спрямо друга такава площ от същия екран (а в клипа за експеримента това се пренебрегва все едно че не съществува и видиш ли фотони ще има само в светещите ивици и сега какво правим- ще ги обясняваме с това че преди преградите се разделят на две а след тях се събират -хахаха)) ...........Така че как може да се стига до извода че горкия фотон се дели на две преди процепите и след като ги премине пак се събира (или минава едновременно през двата процепа) само и само за да съвпадне това с други грешни теории- не ми го побира ума((((((((((((
    И още веднъж поздравления за сайта който си направил а що се отнася до препоръките ти не мисли че не те слушам но и времето ми е проблем и правя каквото мога по въпроса ))))ако имах възможност да си искарвам парите с физика щях само с това да се занимавам - ама на))))

    ОтговорИзтриване
  10. При положение, че теорията от клипчето е вярна то тя хвърля всички физични закони на майната им. По тази логика всички физични закони са такива защото така предпочитат самите хора, а не защото законите независимо от хората по принцип са такива. И не мога да разбера защо след като фотоните имали вълнови свойства се движели на такива големи разстояния. По-скоро би трябвало да са разположени в пространството и просто да предават енергията си един на друг докато тя достигне някакъв приемник. Като бърз транспортьор на информация.

    ОтговорИзтриване
  11. Анонимен1/12/08 12:06

    На Jore - Много ми хареса това изречение "По тази логика всички физични закони са такива защото така предпочитат самите хора, а не защото законите независимо от хората по принцип са такива".
    Според мен хората с присъствието си във вселената въздействат върху начина по който тя функционира. Въпроса е ,че все още не сме оосъзнали механизма по който става това взаимодейстиве/ въздействие и поради това не може все още да се каже, че ние променяме вселената както "предпочитаме". Когато разберем механизма по който въздействаме ,и започнем да го управляваме, тогава ще може да се каже , че нещата се случват така както "предпочитаме".

    ОтговорИзтриване
  12. Извинявайте Георги и Jore, но хич не съм съгласна с вас. Да, фотоните имат маса и си има доказателства за това. Физиците няма защо да си ядат дипломите, има едно такова нещо като кварки, вярно че те са измислени преди всичко за андроните и има само косвени докаателства за тяхното съществуване и все пак...
    А що се отнася до филмчето - то е един опростен модел и не бива да му се сърдим, че се опитва да обясни нещата елементарно, важна е идеята, нали така?

    ОтговорИзтриване
  13. Анонимен20/3/09 15:08

    Аз искам да отбележа нещо. Това клипче е част от филма "What the bleep do we know" и идеята му не е да ни докаже, че частиците могат да се разглеждат като вълни. Във филма става въпрос за ролята на човека във вселената и силата на мисълта, с която той и въздейства. Този експеримент който прави доктор Квант е правен преди 50-60 години когато възниква идеята за неопределността, заради това че изтрелвани един по един електроните отново дават интерверенчна картина.В наши дни учените са направили опит да проследят когато един електрон е изтрелян през кой от двата процепа минава и наистина ли е възможно да мине и през двата. Любопитното е че когато са проследени всеки изтрелян електрон на екрана не е имало интерференчна картина със редуващи се минимуми и максимуми, а е имало само две ивици, както във случая със изтрелването на топки. Т.е. човек със мисълта си влияе на крайния резултат на експеримента. Което от своя страна значи че когато "гледаме" нещата те заемат стабилно положение в пространство-времето, а когато ги игнорираме съществуват като квантови флуктуации......
    Много объркана история.

    ОтговорИзтриване
  14. Анонимен20/5/09 14:53

    Първо искам да изкажа уважение и респект по отношение на блога.
    Дискутираните теми се ползват с популярност и разбиране близки до нулата поради ред причини - сложност и далечна връзка с битието, но това не означава, че не си струват опитите за популяризиране на разбираем и достъпен език.
    Много от основните принципи на съвременната физика имат вече близо 100 годишна история, а широкото знание за тях намалява със всеки изминал ден.
    Айнщайн е бил новина от първа страница когато е получил доказателствата от два независими източника на совята Теория на отностителността - днес не повече от 1-2% от световното население са наяано за какво е изобщо тази теория.
    Положението е съизмеримо със ситуацията когато всички са били убедени че Земята е плоска.
    Малко се отнесох....

    Исках да допълня следното към коментарите:

    1) Фотоните са с НУЛЕВА маса. Това е доказано и е част от Стандартния модел. Същото важи и за глуоните които са частиците посредници на силното взаимодействие.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model

    2) "Т.е. човек със мисълта си влияе на крайния резултат на експеримента." - Това не е вярно -.
    При измерването/локализирането на фотона или през кой процеп минава в случая - неговата вълнова функция колабира в една точка - точката на замерването. Т.е. според принципа на неопрределеността измервайки един параметър ние губим информацията за останалите. Или грубо казано фотона започва да се държи като топче.

    ОтговорИзтриване
    Отговори
    1. Съгласен съм с (почти)всичко казано от теб.Наистина разбирането е около нулата, но пък "коментарите" са трогателни:)И СТО и ОТО и квантовата механика
      са чиста проба МАТЕМАТИКА.Изводите които се правят , идват от формалния прочит на уравненията.В този форум хората се опитват да разсъждават върху изводите написани в разказни изречения, в....разказна форма:)Винаги ме е дразнело в училище правенето на "литературен анализ" на стихотворения на класици.Гения го казал в поезия, ние се опитваме да го преразкажем в проза. Една дама пита Айнщайн да и обясни СТО и ОТО.
      -СТО..о това е много просто.Ако гледате достатъчно дълго напред и имате много силно зрение, то накрая ще видите тила си.Колкото до ОТО-виждате ли....Вие бихте ли могли да обясните на някой който не знае какво е яйце, как се прави омлет?..НЕ..?!?...И аз не бих могъл да Ви обясня ОТО.

      Изтриване
  15. Анонимен15/8/10 03:21

    Искам да благодаря на създателя на сайта от цялото си сърце!
    Много е интересно и е голяма радост, че има хора които правят подобни неща.

    ---
    Случайно попаднах от търсене в Гуугъл на "гравитационни вълни", но сега е вече букмаркнат. :)

    ОтговорИзтриване
  16. Анонимен2/10/10 10:50

    Хора Ужасно много ви Благодара за този невероятен сайт. прекарвал съм часове тук. мога само да кажа продължавайте в същия дух . Невероятни сте !

    ОтговорИзтриване
  17. Сърдечно благодаря за информацията. Много ми беше полезна.

    ОтговорИзтриване
    Отговори
    1. Айнщайн бил голям почитател на Ч.Чаплин.Когато се срещат, Айнщайн му казва:
      -Възхищавам се от Вас!Вашето изкуство е достъпно и разбираемо от всички.Вие сте велик човек.
      Чаплин му отговаря:
      -Аз Ви се възхищавам още по-вече-Вашата теория на относителността никой не я рабира, но Вие също сте велик човек.

      Изтриване
  18. Анонимен5/3/11 11:01

    Нулева маса на покой , значи само едно че тъкъв обект не съществува , и че да съществува той трябва да е в абсолютно движение , а такова няма , така че и понятието нулева маса е безсмисленно , и показва само незнанието на физиците за заобикалящата ни действителност.

    ОтговорИзтриване
  19. Анонимен5/3/11 20:59

    Цитат,,,
    При измерването/локализирането на фотона или през кой процеп минава в случая - неговата вълнова функция колабира в една точка - точката на замерването. Т.е. според принципа на неопрределеността измервайки един параметър ние губим информацията за останалите. Или грубо казано фотона започва да се държи като топче.
    Край на цитата,,,
    Значи образно казано аз като протегна ръка в празното пространство , и вълновите функции на микрообектите колапсират и набарвам частици ,хе , хе това само говори за незнанието на физиците що е то микрообект. Как въобще установяват тогава вълновата форма на микрообектите без никакво измерване , взаимодействие самото измерване е и взаимодействие.

    ОтговорИзтриване
  20. Това, което знам аз, а "учените" могат да оспорват докато им потече кръв от носа е, че нашата вселена е базирана на принципа на свободата на избор, т.е. нещо се случва, ако някой пожелае то да се случи. Истината не е в материята, която хората от много време опитват да опишат с цифри, букви и формули. Истината е в енергията и целостта на всичко заобикалящо ни, било то видимо или невидимо, осезаемо или не. Ако можехме да надвием рационалното и да отворим сърцата си за истински важното, а то е опитът ни тук, като лутащи се хора, опитващи да подчинят природата на себе си вместо кротичко да наблюдаваме и изучаваме... ами щяхме да сме щастливи! Не доказа ли вече "науката" ни колко е безсмислена и безпомощна? Хора, спрете да блъскате главите си върху неща, които са вярни за този, който вярва в тях! Отделете повече енергия за позитивни мисли! Оделете време да излезете сред природата и да се насладите на нейно величество Земята в цялата и гениалност! Време е да започнем да чувстваме с душите си, не да разчитаме на сетивата си!
    Извинявайте, ако на някого му се стори, че коментарът ми е извън темата. Аз ЗНАМ, че не е ;) Прекланям се и пред любопитството на хората, но понякога то ни води в грешната посока...

    ОтговорИзтриване
    Отговори
    1. Ние изучаваме природата , не толкова да я "подчиним" , колкото да направим живота си по-лек:)Всеки открива смисъла на живота за себе си в различни неща, но общо взето се свеждат до 2 категории-удобство и любопитство.Може би най-щастливи са тези, които чрез задоволяване на любопитството си, стигат до удобния живот:)

      Изтриване

Инициатива "Шльокавица" — прочетете преди да коментирате