Квант / Квантовая физика / Постоянная Планка

Ноябрь 27, 2017

Квант / Квантовая физика / Постоянная Планка
Квантовая теория и квантовая механика – с некоторых пор эти понятия прочно вошли в нашу жизнь и стали привычными даже для тех, кто никаким образом не связан с наукой. Поэтому совсем неудивительно, что даже младший школьник, после нескольких безуспешных попыток правильно вставить флешку в USB порт компьютера может остроумно пошутить – по поводу квантовой суперпозиции.
Квантовая физика радикально меняет наше представление о мире, показывая, что не только материя и физические поля являются его основой. Перед человечеством, по сути, открываются всё новые и новые горизонты, чётко дающие понять, что все мы лишь частицы огромной квантовой реальности. При этом прочное здание физики Ньютона, описывающей макроскопические объекты, в отношении субатомного микромира просто трещит по швам.
Конечно же, большинство из нас слышали, что в квантовой физике существует огромное количество парадоксов и пугающе странных вещей, объяснить которые не в состоянии умы лучших физиков планеты. Возможно, кто-то даже знаком с таким трансцендентным явлением как волночастица, осведомлен о пустоте атомов, принципе неопределенности и многих других загадочных явлениях.
Но следует понимать, что Квантовая физика, используемая для описания мельчайших объектов во Вселенной – это невероятно сложный, зачастую нелогичный и даже абсурдный раздел науки. Вот как об этом высказался Нильс Бор: «Если квантовая физика тебя не шокировала – значит, ты ничего в ней не понял». И если уж разум выдающихся ученых поначалу отказывается постигать квантовую механику, то, что делать, не специалистам, которым также интересно узнать об удивительной науке будущего?
Если вас действительно интересует квантовая физика, и вы хотите узнать о ней больше, давайте рассмотрим её базовые понятия.
Квант. Для характеристики физических свойств микросистем, или по-другому – квантовых систем, используется квант. Сам термин Квант (от лат. quantum – «сколько») – обозначает неделимую порцию величины в физике, например, энергии, поля или момента инерции. Заметим, что применимо это понятие только к микромиру: может быть квант света и квант гравитационного поля, но не может быть кванта земли или дождя.
Вообще, надо понимать, что идея квантовой физики состоит в изучении очень маленьких невидимых частиц из которых состоит наш мир, и ведут они себя по особым законам, совершенно не тем, к которым мы привыкли. В классической физике все объекты обладают конкретными свойствами, например, жесткостью или упругостью. Но поскольку в квантовой физике частицы умеют вести себя как волны, они могут проходить сквозь стены, складываться и вычитаться между собой – то законы классической физики там не работают....
....Понятие «квант» появилось в физике в 1900 году благодаря работам немецкого физика Макса Планка. Он пытался теоретически описать излучение, испускаемое нагретыми телами – так называемое «излучение абсолютно черного тела». Как и большинство важнейших открытий, открытие кванта также было случайностью. Интересно, что ни Планк, ни чуть позднее Эйнштейн не понимали важности своих открытий и поначалу не признавали квантовую теорию.
И на то была веская причина – парадокс квантов, который состоял в том, что они нарушали законы существующей физики. Иногда они вели себя как частицы, иногда как волны, а иногда и вовсе непонятно.
Тем не менее, в результате своей работы, Макс Планк совершил революцию в физике. Он выяснил, что атомы излучают энергию не непрерывно, а дискретно – то есть отдельными порциями, которым он дал название кванты. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом.
Так возникла квантовая теория света, в 1900 году её сформулировал Планк, а обосновал Альберт Эйнштейн в 1905 году, его работа о фотоэлектрическом эффекте поддержала эту гипотезу. Согласно теории, энергия кванта прямо пропорциональна частоте излучения света, этот коэффициент называется постоянной Планка или квантом действия и является основной константой квантовой теории.
Итак, любые электромагнитные взаимодействия – это обмен квантами соответствующей энергии. И в этом главное значение квантовой гипотезы Планка. Исследование квантов открыли перспективы для создания новых технологий. Достаточно упомянуть, что компьютер, ноутбук или смартфон, при помощи которых вы сейчас смотрите это видео, никогда не были бы созданы, если бы не было квантовой механики.
Подписаться на канал: https://www.youtube.com/channel/UCJAgeuidYRfuAMALAXwGCPw
Композиция "Sunrise On Mars" принадлежит исполнителю Audionautix. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Композиция "Pick Up a Convict on Alcatraz" принадлежит исполнителю Chris Zabriskie. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Оригинальная версия: http://chriszabriskie.com/stuntisland/.
Исполнитель: http://chriszabriskie.com/

86 2

1,474 просмотров

comments powered by Disqus

8:26

Квантовая физика. Пустота атомов и корпускулярно-волновой дуализм.

Как квантовая физика меняет мир. Просто о сложном. Пустота атомов. Корпускулярно-волновой дуализм. Эксперимент с двумя щелями.
Человека не подготовленного #квантоваяфизика способна запутать и даже напугать с самого начала знакомства. Это достаточно странная и нелогичная наука, даже для учёных физиков, которые имеют с ней дело каждый день. Но одно можно сказать наверняка – квантовая физика изменит наш мир в самое ближайшее время. А главное, эта наука способна дать ответ на самый интригующий вопрос относительно того, из чего состоит Вселенная и как зародилась жизнь.
Квантовая физика изучает поведение самых маленьких вещей в нашей Вселенной: субатомных частиц. При этом изучаемые объекты могут вести себя совершенно непредсказуемо. Тем не менее, даже если специалисты не полностью понимают происходящие процессы, результаты таких исследований вполне могут использоваться для разработки новейших технологий, которые зачастую могут быть названы не иначе, как фантастическими.
Хотя квантовая физика содержит несколько разделов физики, принципиальную роль в этой науке играет квантовая механика и квантовая теория поля, которые проявляются на уровне микромира, но имеют большое влияние и на макромир.
В квантовой физике существует множество парадоксов и труднообъяснимых явлений, над которыми до сих пор бьются умы лучших физиков планеты. Чтобы в общих чертах понять, что собой представляет квантовая физика, приведем цитату Нильса Бора (Niels Bohr): "Тот, кто не шокирован квантовой механикой, просто еще не понял принцип ее работы".
Пустота атомов
Представьте себе, что 99 целых и двенадцать девяток после запятой процентов атома занимает пустое пространство. Этот научный факт заставит вас пересмотреть то, как мы воспринимаем самих себя и реальность. Тем не менее, промежуток между ядром атома и вращающимся вокруг него электроном фактически пуст.
Это не вакуум, а в буквальном смысле пустота. В качестве примера приведём сравнение: если увеличить ядро атома водорода до размеров баскетбольного мяча, то вращающийся вокруг него электрон будет находиться на расстоянии 30 километров, а всё пространство между ними будет занято пустотой!
Но в таком случае, если наше тело и предметы, окружающие нас, в большей степени состоят из пустого пространства, почему же мы можем их осязать? На самом деле, так называемая твердость предметов создается силами отталкивания или притяжения между атомами, похожими на силы, действующие между двумя поднесёнными друг к другу магнитами. А наши руки и ноги на самом деле никогда и ни к чему не прикасаются, а всего лишь испытывают силу отталкивания, которая и создаёт ощущение твердости.
В это трудно поверить, но в реальности вы не касаетесь стула, на котором сидите, а скорее висите над ним, поскольку атомы вашего тела и стула отталкивают друг друга. В действительности наша реальность выглядит твёрдой и осязаемой за счёт всё заполняющего и колеблющегося вокруг нас океана энергии, а не чего-то вещественного. Не только ваше тело, но и всё, что вы видите, чувствуете и с чем взаимодействуете, в сущности состоит из пустоты.
Эксперимент с двумя щелями
Еще один парадокс квантовой физики – корпускулярно-волновой дуализм, который условно можно назвать как волночастица. Он состоит в том, что любой микрообъект, к примеру, фотон или электрон, может проявлять как материальные свойства частицы, обладающей собственной массой, так и свойства волны, способной беспрепятственно распространяться в пространстве. Но главное, что изменяются эти свойства в зависимости от того, имеется ли в прямом смысле наблюдатель за объектом.
Впервые такой дуализм или двойственность свойств обнаружился при исследованиях света. Позднее, в 1961 году немецкий физик Клаус Йонссон, провел эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света, но вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов.
Это исследование подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц, а проведённый опыт стал одним из красивейших в истории науки. В последствии, эксперимент был многократно повторён и проверен во множестве лабораторий мира, однако его результаты, в которые сложно поверить, остались неизменными.
Суть этого эксперимента состояла в том, что источник излучал поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. На пути электронов была установлена преграда – медная пластина с двумя щелями. Для простоты понимания, давайте представим, что вместо потока электронов мы стреляем маленькими шариками с краской в экран. А между экраном и пушкой с шариками установлена всё та же медная пластина с двумя щелями.....

Подписаться на канал: https://www.youtube.com/channel/UCJAgeuidYRfuAMALAXwGCPw
Композиция "Sunrise On Mars" принадлежит исполнителю Audionautix. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Исполнитель: http://audionautix.com/

239 9

4,612 просмотров

1:57:7

Тайны квантовой физики

Год выпуска: 2014
Жанр: Документальный, научно-познавательный
Выпущено: BBC, "Furnace"
Продолжительность: 01:57:06
Режиссер: Тим Усборн
В ролях: Джим Аль-Халили

О фильме: Профессор физики Джим Аль-Халили исследует наиболее точную и одну из самых запутанных научных теорий — квантовую физику.

Описание:
Серия 1: Кошмар Эйнштейна / Einsteins Nightmare
В начале 20-го века учёные проникли в скрытые глубины материи, в субатомные строительные блоки мира вокруг нас. Они обнаружили явления, которые отличаются от всего увиденного ранее. Мир, где всё может находится во многих местах одновременно, где действительность по-настоящему существует, лишь когда мы наблюдаем за ней. Альберт Эйнштейн противился одной только мысли о том, что в основе сущности природы лежит случайность. Джим расскажет, как в 1930-е годы Эйнштейн решил, что нашёл главный недостаток в квантовой физике. Квантовая физика подразумевает, что субатомные частицы могут взаимодействовать быстрее скорости света, а это противоречит его теории относительности. В 1960-е годы физик Джон Белл показал, что есть способ проверить, прав ли Эйнштейн, и не является ли квантовая механика ошибкой.

Серия 2: Да будет Жизнь / Let there be Life
Может ли квантовая физика объяснить величайшие тайны живой природы?
Навигация зарянки при перелётах связана с одним из самых странных явлений в физике — квантовой запутанностью. Кажется, что оно бросает вызов здравому смыслу. Джим считает, что даже в чувствах человека прослеживается квантовый след: обоняние использует квантовые колебания, а новые эксперименты показывают, что наш нос может слушать запахи. Джим расскажет, что когда растения и деревья в процессе фотосинтеза захватывают солнечный свет, они подчиняются известному закону квантовой физики — принципу неопределенности. Вопреки здравому смыслу, удивительные законы субатомного мира позволяют элементарным частицам преодолевать барьеры насквозь, как по туннелю. Может они оказывают влияние и на механизмы видоизменения живых организмов?

1818 138

220,498 просмотров

8:36

Теории Стивена Хокинга / М-теория описания Вселенной / Излучение Хокинга

Стивен Хокинг, сделавший немало научных открытий и предположений об устройстве мира, является одним из самых знаменитых и популярных учёных-физиков нашего времени. Основная область исследований Хокинга – это космология и квантовая гравитация. В сегодняшнем видео расскажем о некоторых научных работах Хокинга и его неоценимом вкладе в развитие человечества.
За свои достижения Хокинг в 1974 году стал членом Лондонского Королевского общества, а в 1975 году, благодаря разработке теории квантового процесса "испарения" черных дыр, ученым с мировой известностью. Открытие этого излучения, которое приводит к ликвидации чёрных дыр, названо в честь Стивена Хокинга.
Суть явления Излучения Хокинга – это процесс излучения чёрной дырой разнообразных элементарных частиц. Согласно этой теории черная дыра не только поглощает всё вокруг себя, но и испускает сама различные частицы, преимущественно фотоны. Когда черной дыре больше нечего поглощать вокруг себя, она должна начать сужаться, то есть испускать частицы наружу. В конечном итоге это должно привести к её исчезновению через взрыв на последних стадиях. Такое испускание и получило название «Излучение Хокинга» или Испарение черных дыр.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные чёрные дыры, а некоторые из них теоретически должны были бы заканчивать испаряться в наше время. Так как с уменьшением размера чёрной дыры интенсивность испарения, наоборот, возрастает, то последние стадии должны быть, по сути, взрывом чёрной дыры. Тем не менее, до сих пор таких взрывов зарегистрировано не было.
Кстати, Излучение Хокинга оказалось серьезным аргументом для предположения о возникновении небольших чёрных дыр в ходе экспериментов, проводимых на Большом Адронном Коллайдере. Однако сформированная таким образом микроскопическая черная дыра, согласно тому же предположению, должна мгновенно испариться за счет излучения Хокинга и не может представлять угрозы для жизни землян........ «Я думаю, что наш разум – это программа, в то время как мозг – аналог компьютера. Теоретически возможно скопировать содержимое мозга на компьютер и таким образом создать форму вечной жизни. Сегодня, однако, это не в наших силах» — заключил Хокинг.
По утверждению Хокинга, прошлое – это всего лишь вероятность. Одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определённым образом. Вместо этого они произошли всеми возможными способами. Это сложно для нашего понимания, и связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдётся сторонний наблюдатель, всё будет парить в неопределённости.....
.....Основываясь на своих знаниях, Стивен Хокинг предостерегает, что искусственный интеллект вполне может положить конец человеческой расе, а первый контакт с разумной внеземной цивилизацией, возможно, станет и последним. По его словам: если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество.
Но есть и хорошие новости. Недавно известный английский физик заявил, что современная наука находится в преддверии революции, когда будет создана единая теория, объясняющая все фундаментальные основы физического мира и бытия. При этом, по словам Хокинга, открытие будет сделано в рамках М-теории, которая предполагает наличие параллельных миров и многочисленных физических сил, пока неизвестных современной науке.
Так называемая М-теория или «Теория всего», предложенная Эдвардом Виттеном в 90-х годах 20-го столетия, была осмыслена и доработана Хокингом и его коллегой Леонардом Млодиновым. М-теория является ответвлением теории струн и описывает всю Вселенную разом. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран — многомерных мембран, свойства которых могут объяснить абсолютно все процессы, происходящие в нашей Вселенной. Кстати, эта теория также предполагает существование огромного числа вселенных, в которых действуют физические законы, отличные от наших.
Хокинг утверждает, что создание Последней теории наконец завершит стройное здание теоретической физики. «Мы узнаем основные законы, которые управляют Вселенной». Ну, что же, учитывая тот факт, что за последние сто лет своей истории человечество совершило огромный инновационный скачок, нет причин не доверять предсказанию в высшей степени умнейшего ученого – Стивена Хокинга.
Подписаться на канал: https://www.youtube.com/channel/UCJAgeuidYRfuAMALAXwGCPw
Композиция "Sunrise On Mars" принадлежит исполнителю Audionautix. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Композиция "Atlantis" принадлежит исполнителю Audionautix. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Исполнитель: http://audionautix.com/

138 12

3,230 просмотров

8:51

Гипотеза симуляции Вселенной / Принцип неопределенности Гейзенберга

В последнее время идея того, что мы живем в виртуальном мире, приобрела огромную популярность. Толчком для этого явления послужил нашумевший фильм Матрица, который широко обсуждался и многих заставил выйти за привычные грани мышления. Однако общество двинулось еще дальше и благодаря неограниченной доступности информации в Интернете, стало всё больше задумываться о глубине этой мысли.
Развитию идеологии компьютерной симуляции существования человечества во многом способствовало создание новых интерактивных видеоигр, при разработке которых использовали своё мастерство талантливые художники, геймдизайнеры и программисты.
К примеру, хорошо знакомая мультиплатформенная игра GTA, где пользователь играет за плохого парня, грабящего банки, поражает своей реалистичной графикой. Но сложно не заметить, что мир в компьютерной игре существует только в текущей локации вокруг главного героя, но как только предметы и другие персонажи исчезают из поля зрения, они исчезают совсем. За пределами пространства нет ничего, а машины, здания и люди появляются только тогда, когда действует ваш персонаж. Такие упрощения обычно делаются с целью минимизации нагрузки на процессор и оптимизации игры. Именно таким и видят наш мир сторонники гипотезы симуляции.
Гипотетически, нетрудно создать Вселенную, которая будет казаться огромной и безграничной, даже если на самом деле это не так. Если уменьшать детализацию удаленных объектов, и генерировать объекты только по мере их обнаружения, можно сэкономить колоссальные объемы вычислительной мощности. Другими словами, чтобы снизить необходимую расчетную мощность для имитации Вселенной на том уровне, на котором мы сможем в нее поверить – можно не визуализировать то, на что никто не смотрит.
Эта концепция находит своё подтверждение в квантовой физике, в частности в принципе неопределенности Гейзенберга, а также эффекте наблюдателя. Суть открытия Вернера Гейзенберга сводится к невозможности одновременного измерения значения двух параметров квантового объекта, поскольку измерение обязательно изменит состояние самого объекта. И чем точнее мы будем определять один из его параметров измерений, тем выше будет неопределенность в отношении второго значения. Этот принцип является фундаментальным и лежит в основе квантовой механики.
На практике же это означает, что невозможно точно определить скорость электрона в атоме и его координаты в пространстве, а вероятность его нахождения в определенных местах атома различна. Принцип соотношения неопределенностей Гейзенберга вытекает из корпускулярно-волновой природы материальных микрообъектов, где любая частица микромира имеет двойственную природу и может проявлять себя то как частица, то как электромагнитная волна, в зависимости от того, имеется ли наблюдатель за процессом. Таким образом, современная физика подтверждает, что поведение мельчайших частиц, из которых состоит наша реальность, зависят от наблюдателя. Применительно к теории о виртуальном мире – можно сказать: формы не существуют, пока вы на них не смотрите.....
На сегодняшний день смоделированная Вселенная – это вполне обоснованная научная гипотеза, которой озадачены не только простые любители, но и серьезные люди, вроде философов и физиков. Некоторые ученые считают, что могли бы найти множество свидетельств, доказывающих, что мы живем в компьютерной игре. Одна из идей как раз состоит в том, что программисты склонны срезать углы, чтобы облегчить работу симуляции.....
Подписаться на канал: https://www.youtube.com/channel/UCJAgeuidYRfuAMALAXwGCPw
Композиция "Sunrise On Mars" принадлежит исполнителю Audionautix. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Композиция "Lightning on a Blue Sky" принадлежит исполнителю Twin Musicom. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Исполнитель: http://www.twinmusicom.org/
Композиция "I Want to Fall in Love on Snapchat" принадлежит исполнителю Chris Zabriskie. Лицензия: Creative Commons Attribution (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Оригинальная версия: http://chriszabriskie.com/dtv/.
Исполнитель: http://chriszabriskie.com/

82 3

652 просмотров

19:5

Наблюдатель [Квантовая механика]

Плейлист моих видео на научпоп тему : https://www.youtube.com/playlist?list=PLRmiFY80S4R3wcImA6bdcdwMQke_Wn6aX

Понимаете ли вы, как устроен мир вокруг вас?
Я очень сомневаюсь, мы с вами можем только догадываться. Единственный источник информации — наше с вами субъективное его восприятие, со всеми его недостатками. Нам бывает трудно вообразить себе события, происходящии на очень больших масштабах. Звёзды, скопления, галактики, чёрные дыры, кротовые норы, газовые гиганты, белые карлики. Это всё как будто бы откуда-то не отсюда. Не из нашего мира. Это всё такое большое и это всё так далеко.
Но что, если я скажу вам, что мы куда меньше знаем о том, что происходит у нас буквально под носом? Что происходит на масштабах, где действие по своей величине сравнимо с постоянной Планка? Там всё намного сложнее.
Если вы слышали о таких вещах, как квантовый мир, опыт Юнга, мультиверс, мультивселенная, квантовая неопределенность, кот Шрёдингера (Карл, неужели ты не слышал), но не знал, что это такое, тебе это видео покажется полезным. Приятного просмотра!

Мой инстаграм : Artur_TW https://www.instagram.com/artur_tw/
Я ВК : http://vk.com/arthurhennessy
Группа ВК : http://vk.com/artmath

Источники :
http://vsg.quasihome.com/interf.htm
http://hi-news.ru/science/davajte-razberemsya-chto-zhe-takoe-svet.html
https://www.youtube.com/watch?v=CBrsWPCp_rs&t=1182s

41044 981

513,068 просмотров