Fandom

Science Wiki

Κβαντική Μηχανική

63.276pages on
this wiki
Add New Page
Talk1 Share

Ad blocker interference detected!


Wikia is a free-to-use site that makes money from advertising. We have a modified experience for viewers using ad blockers

Wikia is not accessible if you’ve made further modifications. Remove the custom ad blocker rule(s) and the page will load as expected.

Κβαντική Μηχανική

Quantum Mechanics, Κβαντομηχανική


Physics-Atom-01-goog.jpg

Φυσική
Φυσικοί Γης Νόμοι Φυσικής Νόμοι Φυσικής Θεωρίες Φυσικής Πειράματα Φυσικής Παράδοξα Φυσικής

Wavefunction-01-goog.jpg

Κυματοσυνάρτηση.

Hydrogen-Wave-Functions-goog.png

Κυματοσυνατήσεις υδρογόνου.

Η Κβαντομηχανική είναι ένας αξιωματικά θεμελιωμένος κλάδος της Φυσικής που επεκτείνει την Κλασσική Φυσική και περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης σε μικροσκοπικές κλίμακες, ειδικά στο ατομικό και υποατομικό επίπεδο.

ΕτυμολογίαEdit

Η ονομασία "Κβαντική" σχετίζεται ετυμολογικά με την λέξη "κβάντο".

ΕισαγωγήEdit

Ο όρος κβάντο (Λατινικά, quantum, σημαίνει ποσό, ποσότητα, κάτι που μπορεί να μετρηθεί) αναφέρεται σε διακριτές μονάδες που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες φυσικές ποσότητες, όπως η ενέργεια ενός ατόμου υλης σε κατάσταση ηρεμίας.

Η κβαντομηχανική είναι μια θεωρία Μηχανικής. Θεωρείται από πολλούς ως πλέον θεμελιώδης από την Κλασσική Μηχανική, καθώς σε έναν αιώνα πειραματισμού δεν έχει διαψευσθεί.

Η κβαντομηχανική βρίσκεται πίσω από πολλά φυσικά φαινόμενα και ιδιαιτέρως τα χημικά φαινόμενα.

Η κβαντομηχανική εξηγεί τουλάχιστον τρεις κλάσεις φαινομένων που η Κλασσική Μηχανική και η κλασσική Ηλεκτροδυναμική αδυνατούν να αναλύσουν:

  1. την κβάντωση (διακριτοποιήση) πολλών φυσικών ποσοτήτων
  2. τον κυματοσωματιδιακό δυϊσμό
  3. τον κβαντικό εναγκαλισμό

Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, οι νόμοι που περιγράφουν τα κβαντικά φαινόμενα συγκλίνουν με τους νόμους της κλασσικής μηχανικής. Η περίπτωση αυτή είναι γνωστή ως Αρχή Αντιστοιχίας, που αρχικά συνέλαβε ο Νηλς Bohr.

Ιστορία Edit

Η κβαντομηχανική θεμελιώθηκε στο πρώτο μισό του 20ού αιώνα από τους Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrodinger, Born, Neumann, Dirac, Pauli, και άλλους.

Στις αρχές του 20ού αιώνα μερικά πειράματα παρήγαγαν αποτελέσματα που δεν θα μπορούσαν να εξηγηθούν από την Κλασσική Φυσική (δηλ. την επιστήμη που αναπτύχθηκε από τους Γαλιλαίο, τον Ισαάκ Νεύτωνα, κ.λπ.).

Επιπλέον ήταν αρκετά γνωστό ότι τα ηλεκτρόνια κινούνταν σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου.

Εν τούτοις, εάν συνέβαινε αυτό, με έναν τρόπο που ομοίαζε με την περιφορά των Πλανητών γύρω από τον ήλιο, η Κλασσική Φυσική πρόβλεπε ότι τα ηλεκτρόνια θα κινούνταν σπειροειδώς συνεχώς προς τα μέσα και θα συντρίβονταν στον πυρήνα εντός ενός κλάσματος του δευτερολέπτου. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει, γιατί ή ζωή όπως την ξέρουμε δεν θα υπήρχε. (Η Χημεία εξαρτάται από την αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων με τα άτομα, και η ζωή εξαρτάται από τη Χημεία).

Εκείνη η ανακριβής πρόβλεψη, μαζί με μερικά άλλα πειράματα που η Κλασσική Φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει, έδειξε στους επιστήμονες ότι κάτι νέο απαιτείται για να εξηγήσει ότι συμβαίνει στο ατομικό επίπεδο.

Περιγραφή Θεωρίας Edit

Υπάρχουν διάφορες μαθηματικές θεμελιώσεις περί της κβαντικής μηχανικής. Μια από τις παλαιότερες και κοινά χρησιμοποιούμενες είναι αυτή της θεωρίας της μετατροπής θεμελιωμένη από τον Πωλ Dirac, η οποία ενώνει και γενικοποιεί δύο προηγούμενες θεμελιώσεις, εκείνη της θεωρίας των πινάκων ή μητρών του Βέρνερ Χάϊζενμπεργκ και της κυματομηχανικής θεωρίας του Έρβιν Σρέντινγκερ.

Σε αυτή την θεωρία η στιγμιαία κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος αποδίδεται με τη μορφή μετρήσεων των πιθανοτήτων των "παρατηρήσιμων" ιδιοτήτων του ( παρατηρήσιμες ιδιότητες είναι η ενέργεια, η θέση, η ορμή και η στροφορμή).

Παρατηρήσιμες μεταβλητές μπορούν να είναι είτε συνεχείς (π.χ. η θέση ενός σωματιδίου), είτε διάκριτες (π.χ. η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου ελκούμενο από ένα άτομο υδρογόνου).

Μαθηματική Θεμελίωση Edit

Η κβαντική μηχανική θεμελιώνεται μαθηματικά σύμφωνα με τα παρακάτω:

1. Για κάθε φυσικό σύστημα υπάρχει μία τετραγωνικά ολοκληρώσιμη συνάρτηση Ψ, που ανήκει σε ένα κατάλληλο χώρο Hilbert και ονομάζεται κυματοσυνάρτηση, και περιέχει όλες τις πληροφορίες που μπορούν να εξαχθούν για το Κβαντικό Σύστημα (Αρχή Μιγαδικότητας)

1α. Σε κάθε κυματοσυνάρτηση μπορούν να εφαρμοσθούν Τελεστές που οι ιδιοτιμές (διακριτές ή συνεχείς) τους αντιστοιχούν σε εξαγόμενα μετρήσεων Φυσικών Μεγεθών (Αρχή Κβαντικής Κβάντωσης)

2. Σε κάθε Παρατηρήσιμο Μέγεθος αντιστοιχεί ένας κατάλληλος Eρμιτιανός Tελεστής, του οποίου οι ιδιοτιμές είναι τα πραγματικές και θετικές (Αρχή Ερμιτιανότητας).

3. Η εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης καθορίζεται από την χρονοεξαρτώμενη εξίσωση Schrödinger (Αρχή Κβαντικής Δυναμικής

4. Η ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης είναι, σύμφωνα με την Σχολή της Κοπεγχάγης, μια στατιστική ερμηνεία. (Αρχή Κβαντικής Στατιστικής)

5. Η μέτρηση ενός μεγέθους και η εύρεση μίας ιδιοτιμής του αντίστοιχου τελεστή αλλάζει το σύστημα έτσι ώστε αμέσως μετά την μέτρηση να περιγράφεται από το αντίστοιχο ιδιοδιάνυσμα της ιδιοτιμής που μετρήθηκε (Αρχή Φιλτραρίσματος (= Αρχή Κβαντικής Διήθησης = Αρχή Κβαντικής Μέτρησης = Αρχή Κβαντικής Κατάρρευσης).

6. The total wavefunction must be antisymmetric with respect to the interchange of all coordinates of one fermion with those of another. Electronic spin must be included in this set of coordinates. (Αρχή Κβαντικής Αντισυμετρίας) (The Pauli exclusion principle is a direct result of this antisymmetry principle. We will later see that Slater determinants provide a convenient means of enforcing this property on electronic wavefunctions).

Υλοκυματικός ΔυισμόςEdit

Η διττή φύση (σωματίδιο ή κύμα) της ύλης είναι μια επιστημονολογική πλάνη η οποία βασάνισε τους φυσικούς στις αρχές του 1920 όταν θεμελιώθηκε η Κβαντική Μηχανική.

  • Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι ότι η ύλη είναι πραγματικά σωματιδιακή με ιδιότητες αιτιοκρατικές (δηλ. τα μετρούμενα φυσικά μεγέθη των κλασσικών σωματιδίων έχουν στατιστική κατανομή η οποία υπακούει σε συγκεκριμένους μαθηματικούς νόμους).
  • Τα φαινόμενα περίθλασης και συμβολής που εμφανίζει η ύλη (π.χ. μία δέσμη ηλεκτρονίων) δεν υποδεικνύουν κυματική φύση αλλά κυματική συμπεριφορά. Η ουσιώδης διαφορά μεταξύ αυτών των δυο εννοιών είναι ότι μπορούμε να ομιλούμε για κυματική φύση ενός σωματιδίου μόνο αν κάποιο φυσικό μέγεθος, που το χαρακτηρίζει, «κυμαίνεται» δηλαδή η χρονική του εξέλιξη δίνεται από διαφορική εξίσωση παρόμοια με αυτήν του κύματος. Στην περίπτωση της ύλης αυτό που «κυμαίνεται» δεν είναι κάποιο φυσικό χαρακτηριστικό (επομένως κάποιο φυσικό μέγεθος του) του σωματιδίου αλλά η πιθανότητα του να βρεθεί σε κάποιο χωρικό σημείο όταν αποφασίσουμε να μετρήσουμε την θέση του.

Για να είμαστε πιο ακριβείς, αυτό που κυμαίνεται σε ένα κβαντικό σωματίδιο είναι η κυματοσυνάρτηση (Ψ) η οποία είναι μία εγγενώς Μιγαδική Συνάρτηση και δεν έχει καμία απολύτως φυσική σημασία εκτός από το τετράγωνό της (|Ψ|2) που ταυτίζεται με την προαναφερθείσα πιθανότητα.

Τα κυματικά φαινόμενα οφείλονται στο ότι η χρονική εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης (Ψ), η οποία δίνεται από την εξίσωση Schrodinger, έχει μορφή παραπλήσια με αυτήν της εξίσωσης ενός κύματος, για αυτό και τόσο οι λύσεις τους όσο και τα φαινόμενα στα οποία αντιστοιχούν, είναι παρόμοια. Ωστόσο, υπάρχει μία κρίσιμη διαφορά.

Η εξίσωση Schrodinger δεν ομοιάζει απόλυτα με την Κυματική Εξίσωση καθόσον η πρώτη είναι πρωτοτάξια ως προς το χρόνο ενώ η δεύτερη δευτεροτάξια.

Δεν υπάρχει καμία ιδιότητα ενός σωματιδίου η οποία να χαρακτηρίζεται από έκταση στον χώρο όπως οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των πραγματικών κυμάτων. Η Κβαντική Φυσική γενίκευσε και εκλογίκευσε την έννοια του σωματιδίου και των ιδιοτήτων του, χωρίς να δημιουργεί αντιφάσεις μεταξύ βασικών εννοιών.

ΥποσημειώσειςEdit

Εσωτερική ΑρθρογραφίαEdit

ΒιβλιογραφίαEdit

ΙστογραφίαEdit


Ikl.jpg Κίνδυνοι ΧρήσηςIkl.jpg

Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες
σε αυτήν την εγκυκλοπαίδεια
ωστόσο, παρακαλούμε να λάβετε σοβαρά υπ' όψη ότι
η "Sciencepedia" δεν μπορεί να εγγυηθεί, από καμιά άποψη,
την εγκυρότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνει.

"Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα
να έχουν αλλοιωθεί, βανδαλισθεί ή μεταβληθεί από κάποιο άτομο,
η άποψη του οποίου δεν συνάδει με το "επίπεδο γνώσης"
του ιδιαίτερου γνωστικού τομέα που σας ενδιαφέρει."

Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι
όλα τα άρθρα μπορεί να είναι ακριβή, γενικώς,
και για μακρά χρονική περίοδο,
αλλά να υποστούν κάποιο βανδαλισμό ή ακατάλληλη επεξεργασία,
ελάχιστο χρονικό διάστημα, πριν τα δείτε.



Επίσης,
Οι διάφοροι "Εξωτερικοί Σύνδεσμοι (Links)"
(όχι μόνον, της Sciencepedia
αλλά και κάθε διαδικτυακού ιστότοπου (ή αλλιώς site)),
αν και άκρως απαραίτητοι,
είναι αδύνατον να ελεγχθούν
(λόγω της ρευστής φύσης του Web),
και επομένως είναι ενδεχόμενο να οδηγήσουν
σε παραπλανητικό, κακόβουλο ή άσεμνο περιεχόμενο.
Ο αναγνώστης πρέπει να είναι
εξαιρετικά προσεκτικός όταν τους χρησιμοποιεί.

- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν

IonnKorr-System-00-goog.png



>>Διαμαρτυρία προς την wikia<<

- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)


Also on Fandom

Random Wiki