Přehled kvantové fyziky, koncepty a historie

Kvantová fyzika je studium chování hmota a energie na molekulární, atomové, jaderné a ještě menší mikroskopické úrovni. Na počátku 20. století vědci zjistili, že zákony upravující makroskopické objekty v takových malých říších nefungují stejně.

„Kvant“ pochází z latiny, což znamená „kolik“. To se odkazuje na diskrétní jednotky hmoty a energie, které jsou předpovídány a pozorovány v kvantové fyzice. I nejmenší možné hodnoty mají i prostor a čas, které se zdají být extrémně souvislé.

Jak vědci získali technologii měření s větší přesností, byly pozorovány zvláštní jevy. Zrození kvantové fyziky je přičítáno článku Maxe Plancka z roku 1900 o záření černého těla. Rozvoj oboru byl proveden Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger a další světelné postavy v terénu. Je ironií, že Albert Einstein měl vážné teoretické problémy s kvantovou mechanikou a snažil se ho mnoho let vyvrátit nebo upravit.

V oblasti kvantové fyziky pozorování něčeho skutečně ovlivňuje probíhající fyzikální procesy. Světelné vlny fungují jako částice a částice působí jako vlny (nazývané dualita vlnových částic). Hmota se může pohybovat z jednoho místa na druhé, aniž by se pohybovala v intervenčním prostoru (nazývaném kvantové tunelování). Informace se pohybují okamžitě na velké vzdálenosti. Ve skutečnosti v kvantové mechanice objevujeme, že celý vesmír je ve skutečnosti řadou pravděpodobností. Naštěstí se to rozkládá při jednání s velkými předměty, jak dokazuje Schrodingerova kočka myšlenkový experiment.

Jedním z klíčových konceptů je Kvantové zapletení, který popisuje situaci, kdy je více částic spojeno tak, že měření kvantového stavu jedné částice také omezuje měření ostatních částic. To je nejlépe doloženo EPR Paradox. Ačkoli původně myšlenkový experiment, to bylo nyní potvrzeno experimentálně prostřednictvím testů něčeho známého jako Bellova věta.

Kvantová optika je odvětví kvantové fyziky, které se zaměřuje především na chování světla nebo fotonů. Na úrovni kvantové optiky má chování jednotlivých fotonů dopad na vycházející světlo, na rozdíl od klasické optiky, kterou vyvinul Sir Isaac Newton. Lasery jsou jednou aplikací, která vyšla ze studia kvantové optiky.

Kvantová elektrodynamika (QED) je studium interakce elektronů a fotonů. Byl vyvinut koncem čtyřicátých let Richardem Feynmanem, Julianem Schwingerem, Sinitro Tomonageem a dalšími. Předpovědi QED ohledně rozptylu fotonů a elektronů jsou přesné na jedenáct desetinných míst.

Sjednocená teorie pole je sbírka výzkumných cest, které se snaží sladit kvantovou fyziku Einsteinova teorie obecné relativity, často snahou o konsolidaci základní síly fyziky. Některé typy sjednocených teorií zahrnují (s určitým překrýváním):

• Kvantová gravitace
• Smyčka Quantum Gravity
• Teorie strun / Teorie superstrun / M-Teorie
• Velká sjednocená teorie
• Supersymetrie
• Teorie všeho

Kvantová fyzika se někdy nazývá kvantová mechanika nebo kvantová teorie pole. To také má různá podpole, jak diskutoval nahoře, který být někdy používán zaměnitelně s kvantovou fyzikou, ačkoli kvantová fyzika je vlastně širší termín pro všechny tyto disciplíny.

První zjištění

• Záření černého těla
• Fotoelektrický efekt

Wave-Particle Duality

• Youngův experiment dvojitého zářezu
• De Broglieova hypotéza

Comptonův efekt

Heisenbergův princip nejistoty

Kauzalita v kvantové fyzice - experimenty s myšlenkami a interpretace

• Kodaňská interpretace
• Schrodingerova kočka
• EPR Paradox
• Interpretace mnoha světů