Що означає квантовий? Енергія кванта

Деякі люди думають, що квант — це лише якась одиниця дрібних розмірів, яка жодним чином не належить до реального життя. Однак справи далеко не так. Він не лише доля заняття вчених. Квантова теорія важлива всім людей, оскільки допомагає розширити свою свідомість, значно розсовуючи межі світорозуміння і заглядаючи у його глибину. У ній вивчається як мікросвіт, так і звичайний навколишній світ, на який чудовим чином вдається подивитися зовсім по-іншому.

Концепція

Квант - це не щось незначне, що стосується лише мікросвіту. Він допомагає описати навколишню реальність, з власних станів.

Далеко не лише матерія та фізичні поля є основою нашого світу. Вони лише частка величезної квантової реальності. Тому в майбутньому ще доведеться осмислити всю глибину та широту цього простого, начебто, пояснення.

Квант - це неподільна фундаментальна одиниця енергії (quantum у перекладі з латинської означає "скільки", "кількість"), яка поглинається або віддається фізичною величиною.

Навколо ідеї розвинувся цілий напрямок, який отримав назву квантової фізики. Про неї говорять як науку майбутнього.

Квантова та класична фізика

Для більшості спочатку новий напрямок здасться абсурдним та нелогічним. Але після поглибленого вивчення поняття набувають глобального сенсу. Квантова фізика з легкістю може пояснити те, що класичною не під силу.

В останній вважається, що природа незмінна незалежно від способів її опису. Але у квантовій фізиці це не так. У її основі лежать не є основою, а принцип суперпозиції. Згідно з ним, квант — це частка, яка може бути одночасно і в одному, і в іншому стані, а також у їх сумі. Тому неможливо розрахувати точно, де він перебуватиме у якийсь момент часу. Можливе лише обчислення ймовірності.

У ній будується не фізичного тіла, як завжди, а розподіл ймовірностей, що змінюються у часі.

У класичній фізиці також є ймовірність, але тільки в тому випадку, якщо дослідник не знає властивостей об'єкта. У квантовій науці є у будь-якому випадку завжди.

У класичній механіці використовуються будь-які значення швидкості та енергії. У новій – тільки такі, яким відповідає власний стан. Це звані квантовані, певні значення.

Гіпотеза Макса Планка

Тіло, яке нагріте, віддає та поглинає світло певними порціями, а не безперервно. Квант енергії — це ті мінімальні частинки, про які йдеться.

Кожна порція прямо пропорційна частоті випромінювання. p align="justify"> Коефіцієнт пропорційності був названий на честь його відкривача постійної Планка (хоча до нього деяке відношення мав і Ейнштейн). Вона дорівнює 6,6265 * 10 (-34) Дж / с.

Такою була гіпотеза, озвучена Максом Планком у 1900 році, на основі якої вдалося вирахувати закон розподілу енергії в спектрі, який добре відповідав експериментальним даним. Таким чином, квантова гіпотеза підтверджувалася. Вона стала справжньою революцією. Безліч фізиків підхопило цю гіпотезу, і так почала розвиватися квантова наука.

та квантова реальність

Далеко не лише науковим діячам-теоретикам було цікаво новий напрям. Багато містичних явищ стало можливо пояснити науково. Хоча дехто називає це «псевдонаукою».

Тим не менше, люди, які цікавилися нею, могли розширити межі свого сприйняття і побачити або відчути позамежне.

Наприклад, стало очевидним, що квант світла — це передача енергії Всесвіту до тями через просторово-часовий континіум. Адже він є випромінюванням енергії-частоти, яку називають також вогненними символами ДНК чи світловими кодами. Вони надходять планету через потік енергетичної частоти. На тілі людини через систему чакр.

Свідомість та матерія – це енергія-частота. Усі почуття, думки та емоції генерують імпульси електрики, які формують світлове тіло. Здебільшого Землі є дуже низькочастотні вібрації. Але ті люди, які навчилися отримувати з Всесвіту енергію, що входить у квант випромінювання, це індивіди, що духовно розвиваються, які формують своє світлове тіло на високих частотах. Вони можуть не тільки звільнитися від негативних вібрацій, що панують на планеті, а й очищати простір навколо себе, допомагаючи іншим людям перейти на новий рівень розвитку.

квант поля- lauko kvantas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. field quantum vok. Feldquant, n rus. квант поля, m pranc. quantum de champ, m … Fizikos terminų žodynas

особлива форма матерії; фіз. система з нескінченно більшим числом ступенів волі. Прикладами П. ф. можуть бути ел. магн, та гравітац. поля, поле отрута. сил, і навіть хвильові (квантовані) поля, відповідні разл. елем. ч цям. Поняття поля. Фізична енциклопедія

Квант (від латів. quantum «скільки») неподільна порція будь-якої величини у фізиці. В основі поняття лежить уявлення квантової механіки про те, що деякі фізичні величини можуть набувати лише певних значень.

Цей термін має й інші значення, див. Квант (значення). Квант (від латів. quantum «скільки») неподільна порція будь-якої величини у фізиці. В основі поняття лежить уявлення квантової механіки про те, що деякі ... Вікіпедія

- [Нім. Quant Словник іноземних слів російської мови

А; м. [від лат. quantum скільки] Фіз. 1. Найменша можлива кількість, на яку може змінюватися дискретна за своєю величиною (дія, енергія, кількість руху тощо). світлової енергії. дії (одна з основних постійних ... Енциклопедичний словник

КВАНТ- частка носій властивостей якогось фіз. поля (К. електромагнітного поля (див.), носій сильної взаємодії (див.). До. це мінімальна «порція», на яку може змінюватися дискретна (див.) за своєю фізичною величиною, тобто цілком ... Велика політехнічна енциклопедія

Цей термін має й інші значення, див. Квант (значення). Модуль космічної станції СВІТ КВАНТ … Вікіпедія

квант- а; м. (від латів. quantum скільки); фіз. див. тж. квантовий 1) Найменша можлива кількість, на яку може змінюватися дискретна за своєю величиною (дія, енергія, кількість руху тощо) Квант світлової енергії. Квант дії. Словник багатьох виразів

- (КТП), релятивістська квант. теорія фіз. систем із нескінченним числом ступенів свободи. Приклад такої системи ел. магн. поле, для повного опису до рого в будь-який момент часу потрібно завдання напруженостей електрич. та магн. полів у кожній точці … Фізична енциклопедія

Релятивістська квантова теорія фізичних систем із нескінченним числом ступенів свободи (релятивістських полів). Квантова теорія поля є основним апаратом фізики елементарних частинок, їх взаємодій та взаємоперетворень. Включає теорію… Енциклопедичний словник

Книги

• ІндуктоМеханіка, Гребенщиков Г.. У книзі представлені моделі зарядів та основних взаємодій - електричної, магнітної, гравітаційної, сильної та слабкої, представлені моделі інертної та гравітаційної мас, модель…
• Субчастиці. Частинки. Ядра, Г. К. Гребінників. Універсальна субчастка, на основі якої побудовано моделі всіх фундаментальних взаємодій, є одночасно квант електричного поля, квант маси та гравітаційний заряд. Модель…

Ця стаття розповідає, що «квант» - це поняття фізики елементарних частинок. Тут дається визначення цієї величини, показується її важливість та наводиться коротка історія її відкриття.

Математика та фізика

Дві найстрашніші шкільні дисципліни для учнів із гуманітарним складом розуму якось об'єдналися, щоб породити новий етап у вивченні навколишнього світу. Почалося з того, що Макс Планк, виводячи формулу розподілу випромінювання абсолютно чорного тіла, запровадив поняття «квант». Значення слова буквально таке: найменша порція чогось, наприклад енергії, поля, моменту інерції.

Причому застосовується це поняття до мікросвіту: може бути квант світла і гравітаційного поля, але може бути кванта маси чи дощу. Щоб читачеві було ясніше, наведемо приклад. Якби всі можливі стани електрона були цілою коровою, квант - це найменша порція м'яса, за допомогою якої можна насититися, тобто один стейк. До речі, у відомому фільмі про Джеймса Бонда під квантом милосердя напевно мається на увазі те, що навіть у самої черствої людини є хоч трохи співчуття в душі.

Боротьба за квантову фізику

Спочатку Макс Планк діяв у межах колишніх уявлень про фізику. Він ввів у рівняння квант, значення якого у його очах полягало лише у зручності математичного висловлювання. Таким чином, виходить, що він відкрив це поняття майже випадково, не прагнучи зробити прорив.

Взагалі він був сумлінним дослідником, старанно працював над кожною темою і доводив справу до кінця. Саме завзятість та наполегливість дозволили йому перевернути фізику. Не було жодних геніальних прозрінь та раптових ідей. Можливо, тому ще довго він заперечував важливість свого відкриття і намагався якось «приладити», примирити нове поняття зі старим підходом до фізики. Ціла плеяда вчених, які з'явилися завдяки введенню кванта, не змогли переконати його в фундаментальному значенні єдиного припущення для майбутнього науки.

Значення для науки

Насамперед, квант - це основа розуміння природи світла. Вчені ще в сімнадцятому столітті досить точно виміряли швидкість сонячних променів, але пояснити їх появу або поглинання поверхнями були не в змозі. З'ясувалося, що енергія електромагнітних хвиль з однаковим збільшенням фази за часом може приймати тільки значення, кратні E=(N+1/2) ħω. Пояснимо:

• E – енергія;
• N – ціле число;
• ħ - редукована стала Планка, h/2π;
• ω - кутова частота, яка і є збільшення фази хвилі за часом.

Наведена вище формула позначає, що енергія випромінювання ? квантується, тобто являє собою набір кінцевих пакетів або фотонів.

Квант та матерія

Пояснивши природу світла, люди зрозуміли, що квант - це математичний жарт, а й величезні можливості. Пізніше вчені з'ясували, чому електрони в атомах можуть бути лише на певних орбітах. Це потребувало запровадження принципу корпускулярно-хвильового дуалізму для елементарних частинок.

Перехід електрона між двома орбіталями в атомі відбувається завжди ривком. Це призводить до процесів, завдяки яким випромінюється або поглинається світловий квант. Що означає цей факт для науки, пояснимо трохи нижче. У кожному типі атомів набір квантів переходу є унікальним. Тобто набір енергій, необхідний збудження електронів золота, не підходить платині. Це дає можливість визначити, який саме перехід було здійснено, і зрозуміти, який тип атома вивчається: водень чи аргон, алюміній чи магній.

На цій підставі стоїть найпотужніший інструмент вивчення та підкорення матерії – спектроскопія. Сфери застосування аналізу спектрів дуже великі, деякі з них:

• вивчення складу та структури нових матеріалів;
• покращення властивостей вже відомих сполук;
• вивчення процесів, що відбуваються під час взаємодії різних типів матерії.

Читач і сам легко уявить, що використовувати такий метод можна у всіх сферах людської діяльності.

Типи квантів

Крім вже описаного фотона, бувають інші типи квантів:

1. Глюон - квант векторного поля.
2. Гравітон - квант гравітаційного поля (передбачений теоретично, але його існування не доведено практично).
3. Бозон Хіггса – квант поля Хіггса.

Великий адронний колайдер, який було збудовано у 2012 році, довів: у його надрах народився новий квант, бозон Хіггса. Таким чином, фізики показали, чому глюони і фотони не мають маси спокою.

Лазер як наслідок приручення квантів світла

Зрозумівши, як виходять фотони, вчені змогли «приручити» їх. В результаті з'явився лазер – джерело монохроматичних електромагнітних хвиль. При досить простих принципах, які лежать в основі одночасної генерації фотонів однієї довжини хвилі (монохроматичних), і простої будови самого пристрою виникали великі технічні складності.

Першим завданням було знайти матеріал, у якому існувала інверсна заселеність електронів. Друге завдання полягало в тому, щоб створити два дзеркала на торцях робочого кристала. Але обидві вони давно вирішені, причому розуміння того, що таке квант – це перший крок до отримання таких складних пристроїв.

У світі лазер використовується повсюдно. Його застосовують як для гри (лазерна указка), так і для серйозних цілей (термоядерна реакція).

), моменту кількості руху (кутового моменту), його проекції та інших величин, якими характеризують фізичні властивості мікро-(квантових) систем. В основі поняття лежить уявлення квантової механіки про те, що деякі фізичні величини можуть набувати лише певних значень (кажуть, що фізична величина квантується). У деяких важливих окремих випадках ця величина або крок її зміни можуть бути тільки цілими кратними деякого фундаментального значення - і останнє називають квантом. Наприклад, енергія монохроматичного електромагнітного випромінювання кутової частоти $\backslash omega$може приймати значення $(N+1/2)\backslash hbar\backslash omega$, де $\backslash hbar$- редукована постійна Планка, а $N$- ціле число. В цьому випадку $\backslash hbar\backslash omega$має сенс енергії кванта випромінювання (іншими словами, фотона), а $N$- зміст числа цих квантів (фотонів). У сенсі, близькому до цього термін квант був вперше введений Максом Планком в його класичній роботі 1900 року - першій роботі з квантової теорії, що заклала її основу. Навколо ідеї квантування з початку 1900-х років розвинулася цілком нова фізична концепція, яку зазвичай називають квантовою фізикою.

Нині прикметник «квантовий» використовується в назві ряду областей фізики (квантова механіка, квантова теорія поля, квантова оптика тощо). Широко застосовується термін квантування, що означає побудова квантової теорії деякої системи або перехід від класичного опису до квантового. Той самий термін вживається для позначення ситуації, у якій фізична величина може набувати лише дискретні значення - наприклад, кажуть, що енергія електрона в атомі «квантується».

Сам термін «квант» нині має у фізиці досить обмежене застосування. Іноді його використовують для позначення частинок або квазічастинок , відповідних бозонним полям взаємодії (фотон - квант електромагнітного поля , фонон - квант поля звукових хвиль у кристалі , гравітон - гіпотетичний квант гравітаційного поля і т. д.), також про такі частинки говорять як про « квантах збудження» або просто «збудження» відповідних полів.

Крім того, за традицією «квантом дії» іноді називають постійну Планку. У сучасному розумінні ця назва може мати той сенс, що постійна Планка є природною одиницею виміру дії та інших фізичних величин такої ж розмірності (наприклад, моменту імпульсу).

Деякі кванти

Кванти деяких полів мають спеціальні назви:

• фотон-квант електромагнітного поля;
• глюон - квант векторного (глюонного) поля у квантовій хромодинаміці (забезпечує сильну взаємодію);
• гравітон - гіпотетичний квант гравітаційного поля;
• бозон Хіггса - квант поля Хіггса;
• фонон – квант коливального руху кристала.

Напишіть відгук про статтю "Квант"

Примітки

Література

• Ландау, Л. Д., Ліфшиц, Е. М.Квантова механіка (нерелятивістська теорія). - Видання 6-те, виправлене. - М.: Фізматліт, . – 800 с. – («Теоретична фізика», том III). - ISBN 5-9221-0530-2.

Уривок, що характеризує квант

Розсунули бостонні столи, склали партії, і гості графа розмістилися у двох вітальні, дивані та бібліотеці.
Граф, розпустивши карти віялом, насилу утримувався від звички післяобіднього сну і всьому сміявся. Молодь, підбурювана графинею, зібралася біля клавікорд та арфи. Жюлі перша, на прохання всіх, зіграла на арфі п'єску з варіаціями і разом з іншими дівчатами стала просити Наташу та Миколу, відомих своєю музичністю, заспівати що-небудь. Наталка, до якої звернулися як до великої, була, мабуть, цим дуже горда, але водночас і боялася.
– Що співатимемо? - Запитала вона.
– «Ключ», – відповів Микола.
- Ну, давайте швидше. Борисе, йдіть сюди, – сказала Наталка. – А де ж Соня?
Вона озирнулася і, побачивши, що її друга немає в кімнаті, побігла за нею.
Вбігши в Соніну кімнату і не знайшовши там своєї подруги, Наталка пробігла в дитячу - і там не було Соні. Наташа зрозуміла, що Соня була в коридорі на скрині. Скриня в коридорі була місцем сумів жіночого молодого покоління будинку Ростових. Дійсно, Соня у своєму повітряному рожевому платті, приминаючи його, лежала ниць на брудній смугастій няниній перині, на скрині і, закривши обличчя пальчиками, плакала, тремтячи своїми оголеними плічками. Обличчя Наташі, жваве, цілий день іменинне, раптом змінилося: очі її зупинилися, потім здригнулася її широка шия, кути губ опустилися.

Поступово, початкове уявлення про поля - доповнилося ще складнішим, - т. зв. квантовим поданням. Виявилося, що будь-яке поле - має деякі т. зв. квантами, які пояснюються, втім, досить просто: кванти - це хвилі (локальної) зміни напруженості поля, здатні поширюватися по полю «подібно до того, як океанські хвилі - поширюються по поверхні океану». Приклад: електромагнітні хвилі (=фотони) - це кванти = хвилі, що розповсюджуються «по поверхні» електромагнітних полів. Інші види полів – теж мають свої кванти-хвилі: кванти «сильних» полів – називаються мезонами, кванти гравітаційних полів – гравітонами, кванти «слабких» полів – т.з. бозони, і, нарешті, квантами глюонних полів - є глюони. Будь-які кванти - це хвилі, що розповсюджуються по відповідних полях. Поля ж були і залишаються безперервними і безмежними напівсубстанціями.

Теорія квантів т. о. показала лише, що кожне поле – «покрите» відповідними квантами, подібно до того, як океан – покритий океанськими хвилями. Океан - неспокійний, так само неспокійне і будь-яке поле!

У цілому нині, суть квантів т. о. Досить проста.

Отже, кванти - це явище, невідривно пов'язане з тим, чи іншим, полем, що існує лише за наявності поля (також як океанські хвилі - існують лише за наявності океану). Не можна відірвати океанську хвилю від океану, а квант від поля. Але при цьому океан не складається з океанських хвиль, а поле не складається з квантів.

Далі: кванти будь-якого виду полів - здатні існувати у двох різних станах: т.з. мабуть, і невидимому. Невидимість – це особливий стан кванта, коли квант – не може бути виявлений жодними приладами! (бо має так звану мінімально можливу енергію). А кванти у т.з. видимому стані - мають будь-яку енергію більшу, ніж мінімальну, і тому легко виявити (прилади). Наприклад, електромагнітні кванти у видимому стані (= видимі фотони) - це ультрафіолетові, світлові, інфрачервоні фотони, а також радіохвилі та ін.

Загалом, кванти (=хвилі в полях) - є переносниками взаємодій (=притяжень та відштовхувань) між частинками. Будь-які взаємодії частинок у природі – мають бути опосередковані обміном квантами! Частинки - не здатні взаємодіяти безпосередньо (бо всі частинки, як говорилося, - безтільні, і мають поверхонь).

Електричний заряд електрона - прямо пропорційний числу невидимих ​​фотонів, які постійно утворюються в електромагнітному полі електрона за одиницю часу. Це число, середньостатистично - завжди однаково (у всіх електронів, і у всіх протонів, і взагалі у всіх частинок, що володіють електричним зарядом, рівним плюс/мінус одиниці).

Постійний обмін невидимими фотонами, що йде між електронами, створює силу взаємного відштовхування електронів, яка, у свою чергу, призводить до сил взаємного відштовхування молекул у макрооб'єктах. А через взаємне відштовхування молекул - макрооб'єкти мають властивість щільності (твердості). Камінь, наприклад, має твердість лише тому, що коли ми його намагаємося стиснути, сили електромагнітного відштовхування між молекулами в камені – починають різко переважати над силами електромагнітного тяжіння. Ці сили (відштовхування) - і дозволяють нам стиснути камінь, і т. о. - створюють біля каменю твердість.

Загалом, властивість щільності (твердості) у макрооб'єктів існує лише завдяки силам взаємного відштовхування частинок, які здійснюються за допомогою обміну невидимими квантами. Самі ж частинки (і поля, що їх складають), як уже говорилося – безтілесні!

Абсолютну безщільність частинок - можна довести і експериментально: наприклад, електрони, розігнані в прискорювачі - здатні вільно проходити крізь епіцентр протона, начебто протон - прозорий. А так – і є насправді: Частинки, за сучасними уявленнями – щільністю (твердістю) – не мають. Щільність є лише у макрооб'єктів, тобто об'єктів, складених з безлічі частинок, і виникає вона - лише завдяки силам відштовхування між частинками. А в основі будь-яких сил відштовхування - лежать, зрештою, обміни тими чи іншими квантами між тими чи іншими полями, що входять до складу частинок.

Види полів, що існують у нескінченному Всесвіті – нескінченно різноманітні, але всі поля – мають відповідні (свої) кванти, обмін якими – може створювати взаємне відштовхування частинок, або ж навпаки, взаємне тяжіння. Взаємне відштовхування частинок лежить в основі властивостей щільності (твердості) та об'ємності макрооб'єктів. А взаємне тяжіння частинок – надає макрооб'єктам міцність на розрив, а також властивість пружності.

Сили тяжіння, що зв'язують, наприклад, протони і нейтрони в ядрі атома - обумовлені обміном квантами «сильних» полів, що постійно утворюються, (=невидимими мезонами) - створюють міцність ядра атома на розрив. У видимому стані, мезони отримані (і вивчені) за допомогою прискорювачів заряджених частинок: при зіткненнях ядер атомів, розігнаних у прискорювачі, невидимі мезони можуть набувати додаткову енергію - і переходити т. о. у т.з. видимий стан. Існування видимих ​​мезонів - непрямий доказ на користь існування та мезонів невидимих. Подібним чином - доводиться існування невидимих ​​квантів та інших відомих видів полів.

Як мовилося раніше, будь-який квант (=переносник взаємодії) - це хвиля (локального) зміни напруженості відповідного поля, що поширюється по (відповідному) полю з певною швидкістю. Наприклад, електромагнітна хвиля (=фотон) - це хвиля, що розповсюджується по безмежному електромагнітному полю зі швидкістю світла. Отже, квант (будь-який) - це хвиля. А що таке хвиля? Будь-яка хвиля - складається, загалом, з руху: наприклад, хвиля лежить на поверхні океану - це ні що інше як рух, эстафетно передається від одних молекул океанської води до інших, з інших - до третіх, тощо. буд. , океанська хвиля - це хвильовий рух, що вимагає свого здійснення - наявності океану. Фотон - теж є (хвильовим) рухом, і цей рух - вимагає наявності електромагнітного поля, яким цей рух (фотон), як хвиля, зможе поширюватися. Подібним чином – влаштовані і кванти всіх інших видів полів. Т. е. будь-які кванти - це хвилі, що біжать по відповідних полях. А суттю будь-яких хвиль є рух.