An In-Depth Look at Max Plancks Quantum Theory

U podstaw współczesnej fizyki leży coś, co nazywa się teorią kwantową. Wyjaśnia ona zachowanie energii i materii na różnych poziomach atomowych – atomowym i subatomowym. Teoria kwantowa obejmuje działanie dziedzin fizyki powszechnie określanych jako fizyka kwantowa i mechanika kwantowa i oferuje dość interesujące spojrzenie na podstawy współczesnej fizyki.

Początki teorii kwantowej

Teoria kwantowa została po raz pierwszy przedstawiona opinii publicznej w roku 1900 przez fizyka o nazwisku Max Planck. Przedstawił on teorię Niemieckiemu Towarzystwu Fizycznemu, prezentując wyniki eksperymentu, który przeprowadził, badając kolor promieniowania świecących ciał (nie ciał ludzkich, ciał fizycznych).

W eksperymencie stwierdził, że jeśli założy, iż energia istnieje w pojedynczych jednostkach podobnych do materii, znajdzie odpowiedź na pytanie postawione w eksperymencie. Myślenie o energii w ten sposób było nowe i pozwoliło na jej łatwe kwantyfikowanie. Te jednostki energii, które udało mu się określić ilościowo, Planck nazwał kwantami w swoich pismach na temat eksperymentu i późniejszych równaniach matematycznych.

POWIĄZANIE: CIEMNA MATERIA I ENERGIA SĄ PRAWDZIWE Ujawnia ostateczne dane z misji Plancka

Równanie, które stworzyło początki teorii kwantowej, wykazało, że przy pewnych poziomach temperatury energia, która została wypuszczona ze świecącego ciała, będzie istniała w różnych obszarach widma koloru, czyli długości fali. Planck początkowo wyobrażał sobie, że jego odkrycie kwantów zapoczątkuje stworzenie nowej teorii, ale w rzeczywistości okazało się, że całkowicie zmieniło ono rozumienie praw natury przez ludzkość.

Funkcje falowe elektronu w atomie wodoru na różnych poziomach energetycznych. Mechanika kwantowa nie potrafi przewidzieć dokładnego położenia cząstki w przestrzeni, a jedynie prawdopodobieństwo znalezienia jej w różnych miejscach. Źródło: PoorLeno/Wikimedia

W 1918 roku Planck otrzymał Nagrodę Nobla za swoje odkrycie i badania nad kwantami. Należy jednak zauważyć, że podczas gdy badania Plancka zapoczątkowały podstawy nowoczesnej teorii kwantów, dziesiątki do setek innych naukowców pracowało w latach poprzedzających to odkrycie, aby Planck mógł je dokonać właśnie w tym momencie, w którym on to zrobił. Przyglądając się bliżej osi czasu, możemy zobaczyć, jak rozwijała się teoria po odkryciu.

Otoczenie czasowe rozwoju teorii kwantowej

1900: Planck dokonuje wstępnego odkrycia, a raczej założenia, że energia składa się z jednostek zwanych kwantami.

1905: Albert Einstein teoretyzuje, że energia i promieniowanie mogą być kwantowane w ten sam sposób, w jaki Planck teoretyzował o kwantach.

1924: Louis de Broglie po raz pierwszy zaproponował, że nie ma różnicy między energią a cząstkami w swojej teorii dualizmu fali i cząstek, co zostało również zademonstrowane w słynnym eksperymencie podwójnej szczeliny.

1927: Naukowiec o nazwisku Werner Heisenberg teoretyzował, że pomiar dwóch komplementarnych wartości w tym samym czasie, takich jak pozycja i pęd danej cząstki subatomowej, byłby niemożliwy. Stoi to w jaskrawej sprzeczności z tradycyjną fizyką i stało się znane jako zasada nieoznaczoności.

Gdy już przyjrzeliśmy się bliżej osi czasu rozwoju teorii kwantowej, przyjrzyjmy się bliżej, kim dokładnie był Max Planck.

Kim był Max Planck?

Urodzony w kwietniu 1858 r. Max Karl Ernst Ludwig Planck (co za nazwisko) był fizykiem teoretycznym, twórcą teorii kwantowej, która, jak już mówiliśmy, przyniosła mu Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1918 r. W ciągu swojego życia wniósł znaczący wkład w rozwój teorii kwantowej. W ciągu swojego życia wniósł duży wkład w dziedzinę fizyki teoretycznej, ale teoria kwantowa pozostaje jego największym osiągnięciem.

POWIĄZANIE: PLANCK’S CONSTANT IN TV SHOW STRANGER THINGS

Teoria kwantowa w rękach Plancka całkowicie zrewolucjonizowała nasze rozumienie i konceptualizację cząstek i procesów kwantowych. Można ją zrównać w grawitacji z teorią względności Albera Einsteina, która zmieniła nasze rozumienie przestrzeni i czasu.

Dr Planck przy swoim biurku. Źródło: George Grantham Bain/Public Domain

Zarówno teoria kwantowa, jak i teoria względności stanowią przykład fundamentów całej fizyki z 1900 roku, zmuszając naukowców do ponownego przemyślenia sposobu podejścia do otaczającego ich świata.

Planck odszedł w wieku 89 lat w 1947 roku w Niemczech.

Interpretacja teorii kwantowej

Główne metody interpretacji teorii kwantowej znane są jako interpretacja kopenhaska i teoria wielu światów. Teoria kopenhaska głosi, że cząstka jest tym, czym jest mierzona. Innymi słowy, jeśli mierzymy cząstkę jako falę, to jest ona falą. Jednakże stwierdza ona również, że nie można zakładać, że cząstka ma jakieś szczególne własności lub że istnieje, dopóki się jej nie zmierzy. W ten sposób upiera się, że rzeczywistość fizyczna nie istnieje, dopóki jej nie zaobserwujesz. Prowadzi to do idei superpozycji, która oznacza, że dowolna cząstka lub obiekt może znajdować się w dowolnej liczbie potencjalnych miejsc jednocześnie w czasie, gdy nie znamy jej pozycji lub jej nie obserwujemy.

Słynny eksperyment myślowy Kot Schrodingera jest doskonałą egzemplifikacją tej interpretacji teorii kwantowej.

Teoria wielu światów lub teoria multiwersum. Stwierdza ona, że gdy tylko pojawia się potencjał istnienia obiektu, wszechświat rozpada się na serię równoległych wszechświatów, w których istnieją oba stany tego obiektu. Teoria ta jest podstawą programów telewizyjnych takich jak Rick i Morty lub innych popularnych opowieści science fiction, ale w ostatecznym rozrachunku jest to bardzo realna interpretacja teorii kwantowej.

Zarówno Stephen Hawking, jak i Richard Feynman wyrazili opinię, że wolą interpretację w stylu teorii multiwersum.

Na koniec dnia teoria kwantowa i badania Plancka drastycznie wpłynęły na pracę fizyków i naukowców w ciągu ostatnich 100 lat. Implikacje teorii kwantowej mogą być jednak nieco oszałamiające, a sam Planck w swoim czasie nawet się nad nimi zastanawiał. Fundamentalne zasady teorii są jednak wciąż powtarzane i udowadniane w kolejnych eksperymentach. Fizyka na wiele sposobów będzie się jeszcze rozwijać w następnym stuleciu, ale fundamenty teorii kwantowej stworzone przez Maxa Plancka prawdopodobnie pozostaną na zawsze.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *