סקירה כללית, מושגים והיסטוריה של פיזיקת הקוונטים

פיזיקה קוונטית היא חקר ההתנהגות של משנה ו אנרגיה ברמות מיקרוסקופיות מולקולריות, אטומיות, גרעיניות ואפילו קטנות יותר. בראשית המאה העשרים גילו המדענים כי החוקים המסדירים חפצים מקרוסקופיים אינם מתפקדים זהים בתחומים כה קטנים.

"קוונטום" מקורו בלטינית שפירושה "כמה". זה מתייחס ליחידות הבודדות של חומר ואנרגיה אשר ניבאים על ידי וצופים בפיזיקה קוונטית. אפילו המרחב והזמן שנראים רציפים במיוחד הם בעלי הערכים הקטנים ביותר האפשריים.

ככל שמדענים השיגו את הטכנולוגיה למדידה בדיוק רב יותר, נצפו תופעות מוזרות. לידת הפיזיקה הקוונטית מיוחסת למאמרו של מקס פלאנק משנת 1900 בנושא קרינת גוף שחור. פיתוח התחום נעשה על ידי מקס פלאנק, אלברט איינשטיין, נילס בוהר, ריצ'רד פיינמן, ורנר הייזנברג, ארווין שרדינגר ודמויות תאורה אחרות בתחום. באופן אירוני, לאלברט איינשטיין היו סוגיות תיאורטיות רציניות עם מכניקת הקוונטים וניסה במשך שנים רבות להפריך או לשנות זאת.

בתחום הפיזיקה הקוונטית, התבוננות במשהו משפיעה למעשה על התהליכים הפיזיים המתרחשים. גלי אור פועלים כמו חלקיקים וחלקיקים פועלים כמו גלים (נקראים

אחד ממושגי המפתח הוא הסתבכות קוונטית, המתאר מצב בו חלקיקים מרובים קשורים בצורה כזו שמדידת המצב הקוונטי של חלקיק אחד מציבה גם מגבלות על המדידות של החלקיקים האחרים. זה מדגים בצורה הטובה ביותר על ידי פרדוקס EPR. למרות שבמקור היה ניסוי מחשבה, זה אושר כעת בניסוי באמצעות בדיקות של משהו שנקרא משפט בל.

אופטיקה קוונטית הוא ענף של פיזיקת הקוונטים המתמקד בעיקר בהתנהגות האור, או הפוטונים. ברמה של אופטיקה קוונטית, להתנהגותם של פוטונים בודדים יש השפעה על האור היוצא, לעומת האופטיקה הקלאסית, שפותחה על ידי סר אייזק ניוטון. לייזרים הם יישום אחד שיצא מחקר האופטיקה הקוונטית.

אלקטרואדינמיקה קוונטית (QED) היא המחקר של האופן שבו אלקטרונים ופוטונים מתקשרים זה עם זה. זה פותח בסוף שנות הארבעים על ידי ריצ'רד פיינמן, ג'וליאן שווינגר, סינטרו טומונייג 'ואחרים. התחזיות של QED לגבי פיזור הפוטונים והאלקטרונים מדויקות לאחד עשר מקומות עשרוניים.

תיאוריית שדה אחידה הוא אוסף של נתיבי מחקר שמנסים ליישב פיסיקה קוונטית עם תורת היחסות הכללית של אינשטייןלעתים קרובות על ידי ניסיון לאחד את כוחות יסוד של הפיזיקה. סוגים מסוימים של תיאוריות מאוחדות כוללות (עם חפיפה מסוימת):

• כוח הכבידה
• כוח הכבידה של הלולאה
• תורת המיתרים / תיאוריית העל / תורת M
• התאוריה הגדולה
• סופר-סימטריה
• תורת הכל

פיזיקת הקוונטים נקראת לעיתים מכניקת קוונטים או תורת שדות קוונטיות. יש לו גם תחומי משנה שונים, כפי שנדונו לעיל, המשמשים לעתים להחלפה עם פיזיקת הקוונטים, אם כי פיזיקת הקוונטים היא למעשה המונח הרחב יותר עבור כל תחומי הלימוד הללו.

הממצאים המוקדמים ביותר

• קרינת גוף שחור
• אפקט פוטואלקטרי

דואליות גל-חלקיקים

• ניסוי הסדק הכפול של יאנג
• היפותזת דה ברוגלי

אפקט קומפטון

עקרון אי הוודאות של הייזנברג

סיבתיות בפיזיקה קוונטית - ניסויי מחשבה ופרשנויות

• הפרשנות של קופנהגן
• החתול של שרדינגר
• פרדוקס EPR
• פרשנות העולמות הרבים