Kwantowy - Quantum

W fizyki , A kwantowej (mnogiej kwanty ) jest minimalna ilość dowolnego jednostką fizyczną ( właściwości fizyczne ) biorącego udział w interakcji . Podstawowe pojęcie, że właściwość fizyczna może być „skwantowana” jest określane jako „hipoteza kwantyzacji ”. Oznacza to, że wielkość właściwości fizycznej może przyjmować tylko wartości dyskretne składające się z całkowitych wielokrotności jednego kwantu.

Na przykład foton to pojedynczy kwant światła (lub innej formy promieniowania elektromagnetycznego ). Podobnie energia elektronu związanego w atomie jest kwantowana i może istnieć tylko w pewnych dyskretnych wartościach. (Na ogół atomy i materia są stabilne, ponieważ elektrony mogą istnieć tylko na dyskretnych poziomach energii w atomie). Kwantyzacja jest jednym z fundamentów znacznie szerszej fizyki mechaniki kwantowej . Kwantyzacja energii i jej wpływ na interakcje między energią i materią ( elektrodynamika kwantowa ) jest częścią podstawowych ram rozumienia i opisywania przyrody.

Etymologia i odkrycie

Słowo quantum jest nijakim liczbą pojedynczą od łacińskiego przymiotnika pytającego quantus , oznaczającego „ile”. „Quanta”, nijaka liczba mnoga, skrót od „kwanty elektryczności” (elektrony), została użyta w artykule z 1902 r. na temat efektu fotoelektrycznego przez Philippa Lenarda , który przypisał Hermannowi von Helmholtzowi użycie tego słowa w dziedzinie elektryczności. Jednak słowo kwant w ogóle było dobrze znane przed 1900 rokiem, np. kwant został użyty w Utracie oddechu EA Poego . Był często używany przez lekarzy , na przykład w określeniu quantum satis . Zarówno Helmholtz, jak i Julius von Mayer byli zarówno lekarzami, jak i fizykami. Helmholtz użył kwantu w odniesieniu do ciepła w swoim artykule na temat pracy Mayera, a słowo kwant można znaleźć w sformułowaniu pierwszej zasady termodynamiki przez Mayera w jego liście z 24 lipca 1841 r.

W 1901 roku Max Planck użył kwantów w znaczeniu „kwanty materii i elektryczności”, gazu i ciepła. W 1905 roku, w odpowiedzi na prace Plancka i eksperymentalne prace Lenarda (który wyjaśnił swoje wyniki używając terminu kwanty elektryczności ), Albert Einstein zasugerował, że promieniowanie istnieje w przestrzennie zlokalizowanych pakietach, które nazwał „kwantami światła” („Lichtquanta” ).

Koncepcja kwantyzacji promieniowania została odkryta w 1900 roku przez Maxa Plancka , który próbował zrozumieć emisję promieniowania z nagrzanych obiektów, znaną jako promieniowanie ciała doskonale czarnego . Zakładając, że energia może być absorbowana lub uwalniana tylko w małych, zróżnicowanych, dyskretnych pakietach (które nazwał „wiązkami” lub „elementami energii”), Planck uwzględnił, że niektóre obiekty zmieniają kolor po podgrzaniu. W dniu 14 grudnia 1900 roku, Planck poinformował jego ustaleń do Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego i wprowadził ideę kwantyzacji po raz pierwszy jako część jego badań nad promieniowaniem ciała czarnego. W wyniku eksperymentów Planck wyprowadzić wartość liczbową h , znany jako stałą Plancka , i przedstawione bardziej precyzyjne wartości jednostki ładunku elektrycznego i numer Avogadro-Loschmidt , liczbę rzeczywistych cząsteczek w mol , do Niemieckie Towarzystwo Fizyczne. Po potwierdzeniu swojej teorii Planck otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za swoje odkrycie w 1918 roku.

Kwantyzacja

Chociaż kwantyzacja została po raz pierwszy odkryta w promieniowaniu elektromagnetycznym, opisuje ona fundamentalny aspekt energii, który nie ogranicza się tylko do fotonów. Próbując pogodzić teorię z eksperymentem, Max Planck postulował, że energia elektromagnetyczna jest absorbowana lub emitowana w dyskretnych pakietach, czyli kwantach.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

• B. Hoffmann, Dziwna historia kwantu , Pelikan 1963.
• Lukrecjusz , O naturze Wszechświata , przeł. z łaciny przez RE Latham , Penguin Books Ltd., Harmondsworth 1951.
• J. Mehra i H. Rechenberg, Historyczny rozwój teorii kwantowej , tom 1, część 1, Springer-Verlag, Nowy Jork 1982.
• M. Planck, Przegląd teorii fizycznej , przeł. R. Jones i DH Williams, Methuen & Co., Ltd., Londyn 1925 (edycje Dover 1960 i 1993), w tym wykład Nobla.
• Rodney, Brooks (2011) Pola koloru: Teoria, która umknęła Einsteinowi . Druk i obrazowanie Allegra.