Квант физикийн үндсэн зарчмууд
Квант физик буюу квант механик буюу квант онол гэгддэг нь микроскоп ертөнцийн талаарх бидний ойлголтыг үндсээр нь хувьсгал болгодог. 20-р зууны эхэн үед хөгжсөн энэхүү шинжлэх ухаан нь атом болон атомын дэд түвшинд бөөмсийн зан төлөвийг тодорхойлох цогц хүрээг бий болгодог. Үүний зарчмууд нь сонгодог физикээс гаралтай зөн совингыг тодорхойлж, шинэлэг технологи, гүн гүнзгий философийн үр дагаварт хүргэсэн. Энэхүү нийтлэлд квант физикийн үндсэн зарчмуудыг судалж, түүний гол ойлголтуудыг тодруулж, бодит байдлын мөн чанарын талаарх гайхалтай нээлтүүдийг тодруулах болно.
Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал
Квант физикийн үндсэн зарчмуудын нэг бол долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал бөгөөд энэ нь электрон зэрэг бөөмс нь долгион болон бөөмтэй төстэй шинж чанарыг хоёуланг нь харуулдаг гэж үздэг. Энэхүү хоёрдмол байдлыг анх Альберт Эйнштейний фотоэлектрик эффектийн тайлбараар онцолсон бөгөөд сонгодог долгион гэж үздэг байсан гэрэл нь бөөмийн шинж чанарыг фотон хэлбэрээр харуулдаг.
Үүний эсрэгээр, Луис де Бройль электрон гэх мэт бөөмс нь долгионтой төстэй зан авирыг үзүүлж чадна гэж үзсэн. Үүнийг Дэвиссон-Гермерийн туршилтаар туршилтаар баталгаажуулсан бөгөөд энэ туршилтаар долгионтой холбоотой дифракцийн хэв маягийг ажигласан. Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал нь бөөмс ба долгионы хоорондох сонгодог ялгааг квант түвшинд батлах боломжгүй гэсэн үг юм.
Эрчим хүчний квантжуулалт
Квант физик нь квантжуулалтын тухай ойлголтыг нэвтрүүлдэг бөгөөд энэ нь энерги гэх мэт тодорхой физик хэмжигдэхүүнүүд нь зөвхөн дискрет утга авч чаддаг гэсэн санаа юм. Энэ зарчмыг анх Макс Планк хар биеийн цацрагийн асуудлыг шийдвэрлэхдээ санал болгосон бөгөөд тэрээр энерги нь "квант" гэж нэрлэгддэг дискрет багц хэлбэрээр ялгардаг гэж санал болгосон.
Нильс Бор хожим нь энэ зарчмыг устөрөгчийн атомд хэрэглэж, электронууд тодорхой энергийн түвшинг эзэлдэг бөгөөд эдгээр түвшингүүдийн хооронд түвшин хоорондын зөрүүтэй яг тэнцүү энерги бүхий фотонуудыг ялгаруулах эсвэл шингээх замаар шилжиж болно гэж санал болгосон. Эдгээр дискрет энергийн түвшин нь атомуудын ажиглагдсан спектрийн шугамыг тайлбарладаг.
Тодорхойгүй байдлын зарчим
Вернер Гейзенбергийн томъёолсон Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим нь байрлал ба импульс гэх мэт физик шинж чанаруудын хосыг нэгэн зэрэг мэдэж болох нарийвчлалын үндсэн хязгаарыг тодорхойлдог. Математикийн хувьд энэ зарчим нь байрлал ба импульсийн тодорхойгүй байдлын үржвэр нь үргэлж жижиг тогтмол (h-bar/2)-ээс их эсвэл тэнцүү гэж үздэг.
Энэ зарчим нь детерминизмын сонгодог ойлголтыг сорьж, тодорхой хос шинж чанарыг дур зоргоороо нарийвчлалтайгаар урьдчилан таамаглах нь үндсэндээ боломжгүй гэж үздэг. Үүний үр дүнд квант түвшинд тодорхойгүй байдлын дотоод элементтэй тэмцэх ёстой.
Superposition
Суперпозици бол квант онолын бас нэгэн тулгын чулуу бөгөөд квант систем нь хэмжих хүртэл нэгэн зэрэг олон төлөвт оршиж болно гэж үздэг. Энэ санааг Шредингерийн муурны бодлын туршилтаар ихэвчлэн харуулдаг бөгөөд хайрцаг доторх муур ажиглалт хийх хүртэл амьд бөгөөд үхсэн байдаг.
Математикийн хувьд квант системийн төлөвийг долгионы функцээр тодорхойлдог бөгөөд энэ нь бүх боломжит төлөвүүдийн суперпозици юм. Хэмжилт хийх үед долгионы функц тодорхой төлөвт уналтад ордог боловч хэмжилт хийхээс өмнө систем нь бүх боломжит үр дүнгийн холимог нөхцөлд оршдог.
Үлдэгдэл
Квант орооцолдох нь хоёр ба түүнээс дээш бөөмсийн төлөв байдал хоорондоо холбогдож, нэг бөөмийн төлөв байдал нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас үл хамааран нөгөө бөөмийн төлөв байдалд шууд нөлөөлдөг үзэгдэл юм. Энэ үзэгдэл нь орон нутгийн тухай сонгодог зөн совингыг тодорхойлдог бөгөөд Эйнштейний "алсын зайд аймшигтай үйлдэл" гэж нэрлэсэн алдартай үзэгдэл юм.
Оролцоо нь туршилтаар батлагдсан бөгөөд квант криптографи, квант тооцоолол зэрэг олон квант технологийн гол цөм нь юм. Энэ нь мөн бодит байдлын мөн чанар, мэдээлэл дамжуулах хязгаарын талаар гүнзгий асуултуудыг хөндөж байна.
Ажиглагчдын үүрэг
Квант механик нь ажиглагчид өвөрмөц үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд хэмжилтийн үйлдэл нь ажиглагдаж буй системд нөлөөлдөг гэж үздэг. Энэхүү ойлголтыг алдарт давхар завсарлагатай туршилтаар харуулсан бөгөөд электрон зэрэг бөөмс нь ажиглагдаж байгаа эсэхээс хамааран өөр өөр интерференцийн хэв маягийг бий болгодог.
Ажиглагчийн нөлөө нь ажиглалт ба бодит байдлын харилцан үйлчлэлийг онцолж, бодит байдал нь хэмжилтээс хамааралгүй гэсэн сонгодог ойлголтуудыг сорьж байна. Энэ нь ажиглалтын үйлдэл өөрөө квант системийн шинж чанарт бүрдүүлэгч үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна.
Квантын туннел
Квант туннел гэдэг нь сонгодог механикийн дагуу давж гарах боломжгүй саад бэрхшээлийг бөөмс нэвтэлж чадах үзэгдэл юм. Энэ нөлөө нь бөөмсийн долгион төст шинж чанараас үүдэлтэй бөгөөд тэдгээр нь саад бэрхшээлийг нэвтэрч, хөндлөн гарах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь саад бэрхшээлийн өргөн ба өндрөөс хамаарах магадлалтай юм.
Квант туннел хийх нь одод дахь цөмийн нэгдэл, туннелийн диод, транзистор зэрэг орчин үеийн электрон төхөөрөмжүүдийн ажиллагаа зэрэг олон физик процесс, технологийн үндэс суурь болдог.
Нэмэлт байх зарчим
Нильс Бор бөөмс нь нэгэн зэрэг ажиглах эсвэл хэмжих боломжгүй нэмэлт шинж чанартай байдаг гэж заасан нөхөлтийн зарчмыг нэвтрүүлсэн. Жишээлбэл, долгион төст ба бөөм төст зан үйл нь квант биетүүдийн нэмэлт талууд юм.
Энэ зарчим нь квант системийн хос шинж чанар болон тэдгээрийн зан төлөвийг бүрэн дүрслэхийн тулд олон өнцгөөс харах шаардлагатайг онцолж байна. Энэ нь квант механикийн доторх илэрхий зөрчилдөөнийг эвлэрүүлж, өөр өөр туршилтын тохиргоо нь квант бодит байдлын өөр өөр талыг илчилдэг гэсэн санааг бататгадаг.
Квантын талбайн онол
Квант талбайн онол (КТО) нь квант механикийг талбаруудад өргөжүүлж, байгалийн үндсэн хүчийг нэгдсэн хүрээнд дүрсэлдэг. Квант механик ба харьцангуйн тусгай онолын нэгдлээр боловсруулсан КТО нь бөөмсийн физикийн Стандарт загварын онолын үндэс суурийг тавьдаг.
QFT нь бөөмс нь доорх талбайн өдөөлт болж байгааг тайлбарлаж, цахилгаан соронзон хүчний фотон, хүчтэй цөмийн хүчний глюон гэх мэт хүч зөөгч бөөмсийн солилцоогоор дамжуулан тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог. Энэ нь тоо томшгүй олон туршилтаар батлагдсан нарийн таамаглал гаргахад чухал үүрэг гүйцэтгэсэн.
Дүгнэлт
Квант физик нь бичил ертөнцийн талаарх бидний ойлголтыг үндсээр нь өөрчилж, гүнзгий холбоотой, магадлалтай, сонгодог зөн совингоо сорьсон үзэгдлүүдээр баялаг бодит байдлыг илчилдэг. Үүний зарчим болох долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал, энергийн квантжуулалтаас эхлээд тодорхойгүй байдлын зарчим, суперпозици, орооцолдох хүртэл нь орчин үеийн физикийн үндэс суурийг бүрдүүлж, хагас дамжуулагч, лазер, квант компьютер зэрэг технологийн шинэчлэлийг хурдасгасан.
Бид квант механикийн гүнийг үргэлжлүүлэн судлах тусам орчлон ертөнцийн үндсэн мөн чанарын талаарх шинэ ойлголтуудыг нээж, шинжлэх ухааны дэвшил болон философийн судалгааг хоёуланг нь хөтөлдөг. Квант зарчмуудыг судлах нь зөвхөн физикийн хуулиудын талаарх бидний ойлголтыг гүнзгийрүүлээд зогсохгүй хүний мэдлэг, технологийн чадавхийг тэлдэг.
