Ocena brak

Czym jest fizyka kwantowa?

Autor /Komun Dodano /31.01.2012

Fizyka cząstek mniejszych niż atom różni się diametralnie od fizyki klasycznej.
Gdy ogrzewamy jakieś ciało, zaczyna ono emitować promieniowanie elektromagne­tyczne. Fizycy rozpatrują modelowe „ciało doskonale czarne", które pochłania w całości pada­jące na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od długości fali. Ciało takie musi jed­nocześnie emitować pełne spektrum promienio­wania elektromagnetycznego, wszystkie długości fal. W 1893 roku niemiecki fizyk Wilhelm Wien 1864-1928 stworzył równanie, które doskonale opisywało właściwości takiego ciała, jeśli chodzi o pochłanianie i emisję światła z fioletowej części widma, jednak zupełnie nie pasowało do danych eksperymentalnych zebranych dla długofalowego promieniowania czerwonego. Niedługo później dwaj Anglicy Lord Rayleigh (1842-1919) oraz James Jeans (1877-1946) ułożyli równanie pasu­jące z kolei do długofalowego promieniowania czerwonego pasma widma, bezużyteczne jednak przy krótkofalowym, fioletowym.
Niemiecki fizyk Max Planck (1858-1947), laureat Nagrody Nobla z 1918 roku) stwierdził, ie aby roz­wiązać ten problem, konieczne jest wprowadzenie założenia, że energia może być wypromieniowywana i pochłaniana jedynie w postaci określonych, dyskretnych porcji. Nazwał te porcje kwantami, od łacińskiego quantum, czyli „ile".
Twierdził, że energia może być emitowana i po­chłaniana tylko w całkowitych wielokrotnościach kwantu - najmniejszej jednostki.
Fotony
Niemiecki fizyk Philipp Lenard (1862-1947, Nagroda Nobla w 1905) odkrył, że oświetlając nie­które metale, powoduje się emisję elektronów, które są jak gdyby wybijane z powierzchni. Pod­czas badań nad tym zjawiskiem fotoelektrycznym tzw. fotoefektęm stwierdzono, że energia emito­wanych elektronów zależy od długości fali użyte­go światła, a gdy fala staje się odpowiednio długa, fotoefekt nagle ustaje. W 1905 roku Albert Einstein (1879-1955) podał teorię tłumaczącą to zjawisko, a bazującą na odkryciach Plancka: im więcej ener­gii niesie kwant światła, tym więcej może przeka­zać wybitnemu elektronowi. W uzasadnieniu tego wyjaśnienia Einstein sformułował tezę, że światło może zachowywać się nie tylko jak fala, lecz rów­nież (jednocześnie) jak strumień cząstek, które nazwał fotonami.
W 1913 roku Duńczyk Niels Bohr (1885-1962, Nagroda Nobla w 1922) wysunął teorię budowy atomu, według której elektrony obiegają jądro po ściśle określonych trajektoriach, podobnie jak pla­nety krążą wokół Słońca. Według Bohra elektrony mogą „przeskakiwać" z jednej orbity na drugą, pochłaniając bądź emitując kwant energii w po­staci fotonu o ściśle określonej częstotliwości, jednakże nigdy nic mogą zajmować przestrzeni pomiędzy orbitami. Elektron oddalający się od jądra pochłania energię, zbliżyć się doń może jedy­nie emitując energię.
Następnym krokiem w drodze rozwoju fizyki kwantowej była ogłoszona w 1926 roku teoria fran­cuskiego matematyka Louisa de Broglie'a (1892-1987), Nagroda Nobla w 1929). De Broglie pokazał, że materia może przejawiać właściwości falowe, podobnie jak fale elektromagnetyczne mogą prze­jawiać własności cząstek materialnych. Cztery lata później teoria ta została potwierdzona doświad­czalnie, stając się podstawą konstrukcji mikrosko­pu elektronowego.

Również w 1926 roku niemiecki fizyk Erwin Schrödinger ( 1887-1961 ) obliczył, że zachowują­cy się jak fala elektron w atomie nie tyle krąży wokół jądra po jakiejś ustalonej orbicie, ile istnie­je w postaci fali stojącej otaczającej jądro. Ozna­czało to mniej więcej tyle, że elektron jest raczej chmurą znajdującą się jednocześnie w każdym (!) miejscu swej orbity, a raczej orbitalu otaczającego jądro. Schrödinger w matematyczny sposób opisał tzw. mechanikę falową bądź też kwantową. Za to osiągnięcie został wraz z Paulem Dirakiem (1902-1984) uhonorowany Nagrodą Nobla w roku 1930.

Podobne prace

Do góry