양자 역학은 매우 작은 것과 관련된 물리학의 한 분야입니다.
그것은 물리적 세계에 대한 매우 이상한 결론으로 보일 수있는 결과를 낳습니다. 에서의 원자와 전자들이,많은 방정식의 고전 역학을 설명하는 것이 어떻게 이동에 매일 크기와 속도,도울 수 있도록 설계되었습니다. 고전 역학에서 물체는 특정 시간에 특정 장소에 존재합니다., 그러나,양자 역학,개체를 대신에 존재하는 안개의 확률다;그들은 특정회의에서,또 다른 기회가되는 지점에서 B 와.
세 가지 혁신적인 원칙
양자역학(QM)개발은 많은 수십 년 동안,처음으로 세트의 논쟁적인 수학적 설명의 실험들을 수학 고전 역학의 수 있는지 설명하고 있습니다., 그것은에서 시작된 20 세기의 주위에,같은 시간에는 아인슈타인이 출판되는 상대성 이론,별도의 수학적 혁명에서 물리학이 설명하는 동물의 높은 속도에서. 그러나 상대성 이론과 달리 QM 의 기원은 어느 한 과학자에게 귀속 될 수 없다. 오히려 여러 과학자들이 1900 년에서 1930 년 사이에 점차적으로 수용과 실험적 검증을 얻은 세 가지 혁명적 원칙의 기초에 기여했습니다., 그들이있다:
양자화 속성:특정 특성을 같은 위치,속도,색상,가끔 수 있습만에서 발생하는 특정 설정은 양처럼,다이얼에는”클릭”에서 번호를 번호입니다. 이것은 고전 역학의 근본적인 가정에 도전했는데,그러한 속성은 부드럽고 연속적인 스펙트럼에 존재해야한다고 말했다. 을 설명하는 아이디어는 어떤 특성을”클릭”같은 다이얼을 가진 특정 설정,과학자들이 만들어낸 말씀”quantized.”
빛의 입자:빛은 때때로 입자로 행동 할 수 있습니다., 이 처음 만나 혹독한 비판으로,그것을 실행한 반해 200 년의 실험을 보여주는 가벼운 행동으로 파;같은 많은 월요일에서의 표면 진정 호수도 있습니다. 빛 마찬가지로 동작에서는 그 반사 벽 그리고 모퉁 굴곡이며,일과 골짜기의 파 추가 할 수 있습까지 또는 취소하다. 추가 된 파도 볏은 더 밝은 빛을 초래하는 반면,취소하는 파도는 어둠을 생성합니다. 광원은 막대기의 공이 리드미컬하게 호수 중앙에 담근다고 생각할 수 있습니다., 방출되는 색상은 볼의 리듬 속도에 의해 결정되는 볏 사이의 거리에 해당합니다.
물질의 파도:물질은 또한 파동으로 행동 할 수 있습니다. 이것은 물질(전자와 같은)이 입자로 존재한다는 것을 보여주는 약 30 년의 실험에 반하여 달렸다.
양자화 특성?
에서 1900 년 독일 물리학자 Max Planck 찾을 설명하는 메일 색상의 방출을 통해 스펙트럼의 빛에 빨간-뜨거하고 뜨거운 물체 등의 가벼운-필라멘트 전구., 할 때 물리적 감각을 방정식의 그 유래를 설명하는 이 메일,플랑크는 것을 깨달았다는 것을 암시하는 조합을 특정한 색상(이기는 하지만 좋은 그들의 수)방출했,특히 그는 전체 수의 배수 기본값이다. 어떻게 든 색상이 양자화되었습니다! 이었기 때문에 예기치 않은 빛을 이해하는 행동으로도 의미 있는 값의 색이어야 한다. 원자가이 전체 숫자 배수 사이의 색을 생성하는 것을 금지 할 수있는 것은 무엇입니까?, 이것은 플랑크가 양자화를 수학적 속임수에 지나지 않는다고 생각하는 것이 너무 이상하게 보였습니다. 에 따라 Helge Kragh 에 그의 2000 기사에서는 물리학의 세계 잡지,”Max Planck,꺼려 혁신적인 경우””혁명에서 발생한 물리학에서 1900 년도 있는 것 같았습니다. 플랑크도 예외는 아니었다…”
플랑크의식도 포함하는 것을 나중에 매우 중요하게 될 미래의 발전 QM,오늘날,그것으로 알려진”플랑크의 일정하다.”
양자화는 물리학의 다른 신비를 설명하는 데 도움이되었습니다., 1907 년에 아인슈타인이 사용되는 플랑크의 가설의 양자화는 이유를 설명하의 온도는 솔리드에 의해 변경 다른 금액을 넣는 경우 같은 양의 열기로 소재지 변경 시작 온도.
이후 1800 년대 초반,과학의 분광학시했는 다른 요소를 방출과 흡수하는 특정한 색상의 빛이라고”스펙트럼 라인.”하지만 분광학 신뢰할 수 있는 방법에 대한 결정에 포함된 요소와 같은 개체는 먼 stars 과학자들은 당황했는 이유에 대한 각각의 요소를 낸 사람들은 특정 라인에서 첫 번째 장소입니다., 1888 년 Johannes Rydberg 는 수소가 방출 한 스펙트럼 선을 설명하는 방정식을 도출했지만 아무도 방정식이 왜 효과가 있었는지 설명 할 수 없었습니다. 이 변경 된 때 1913 년에 닐스 보어에 적용 플랑크의 가설을 의 양자화를 어니스트 러더퍼드의 1911″행성의”모델은 아날로그 전자기구,디지털 전자는 가정 하는 전자는 모든 핵 같은 방식으로 행성 궤도니다. 에 따라 물리 2000(사이트에서 콜로라도 대학),단점이 제안하는 전자를 제한하”특별한”궤도 주위에 원자의 핵., 그들은”이동”사이의 특별한 궤도,그리고 에너지를 생산해 이동 발생한 특정한 색상의 빛을 관찰했으로 스펙트럼 라인. 양자화 된 속성으로 발명되었지만 단순한 수학적 트릭,그들은 QM 의 창립 원칙이되었다 너무 많이 설명했다.
빛의 입자?
1905 년에 아인슈타인 논문을 발표,”에 관련된 휴리스틱의 관점으로 방출하고 변화의 빛”그가 구상의 빛이 여행지로,그러나 몇 가지 방법으로”에너지 quanta.,”이 패킷의 에너지,아인슈타인은 제안,수”흡수 또는 생성된 전체로만,”특별할 때 원자”점프”간의 양자화된 진동 요금입니다. 이것은 전자가 양자화 된 궤도 사이에서”점프”할 때 몇 년 후에 보여 지듯이 또한 적용될 것입니다. 이 모델에서,아인슈타인의”에너지 콴타”이 포함되어 에너지의 차이를 이동할 때 나뉘는 플랑크의 일정하는 에너지 차이 결정되는 빛의 색깔에 의해 수행되는 그 quanta.,
이는 새로운 방법을 구상 빛,아인슈타인 통찰력을 제공으로의 행동을 아홉 가지 현상을 포함하여,특정한 색상을 설명한 플랑크에서 방출되는 빛이-필라멘트 전구. 그것도 설명하는 방법을 특정한 색상의 빛이 꺼내기 전자는 금속 표면 현상”으로 알려진 광전자적인 효과가 있다.”그러나,아인슈타인지 않은 전적으로 정당화에 이 도약을 말했다,스티븐 klassen 은,동료 교수의 대학에서 물리학에 둘러싸여 있습니다., 에서 2008 종이,”광전 효과:회복시키는 이야기에 대한 물리학 교실,”klassen 은국는 아인슈타인의 에너지 콴타 필요하지 않을 설명하기 위한 모든 사람들의 구 현상입니다. 특정 수학 치료법의 빛으로 물결은 여전히 할 수 있을 설명하는 특정한 색상을 설명한 플랑크에서 방출되는 빛이-필라멘트 전구와 광전 효과가 있다., 실제로,아인슈타인의 논란이의 우승은 1921 년 노벨상,노벨상을 수상위원회 위원만 인정했”그의 발견의 법률의 광전 효과,”이는 구체적으로 의존하지 않았다는 개념에 에너지 quanta.
약 이십년 후에 아인슈타인의 종이,용어”광자”대중화되었다 설명하기 위해 에너지 콴타,덕분에는 1923 년 일 아 Compton,누가 보는 빛에 흩어져 있는 전자빔에서 변경 색상. 이것은 빛의 입자(광자)가 실제로 물질 입자(전자)와 충돌하여 아인슈타인의 가설을 확인한다는 것을 보여주었습니다., 지금까지 빛이 파동과 입자 모두로 행동하여 빛의”파동-입자 이중성”을 QM 의 기초에 배치 할 수 있음이 분명했습니다.
물질의 파도?
1896 년에 전자가 발견 된 이래로 모든 물질이 입자 형태로 존재한다는 증거가 천천히 구축되었습니다. 아직도,빛의 파동-입자 이중성의 시연은 과학자들이 물질이 입자로만 작용하는 것으로 제한되었는지 의문을 제기하게했다. 아마도 파-입자 이중성이 물질에 대해서도 사실적으로 울릴 수 있을까요?, 이 추론으로 실질적인 진로를 만든 최초의 과학자는 Louis de Broglie 라는 프랑스 물리학 자였습니다. 1924 년에 데 브로이 사용되는 방정식의 아인슈타인의 이론 특수 상대성 이론의를 표시하는 입자는 전시할 수 있는 파도와 같은 특성,그리고 파도할 수 있는 전시회 입자 같은 특성이 있습니다. 다음 1925 년에 두 과학자들은 독립적으로 작동하고 사용하여 별도의 라인 수학적 사고,적용되는 데 브로이의 추론하는 방법을 설명하는 전자 날아갔다 주위에 원자(는 현상을 설명할 수 없었을 사용하여 방정식의 고전 역학)., 독일에서는 물리학 자 Werner Heisenberg(Max Born 및 Pascual Jordan 과 팀 구성)가”매트릭스 역학”을 개발함으로써이를 달성했습니다.”오스트리아의 물리학 자 Erwin Schrödinger 는”wave mechanics”라는 유사한 이론을 개발했습니다.”슈뢰딩거는 보 1926 년에는 이러한 두 가지 방법이 동일했습니다(하지만 물리학자가 스위스프 상 파울리 전송되지 않은 결과를 요르단는 것을 보여주는 역학 행렬은 더 완벽한).,
하이젠베르크-슈뢰딩거는 모델 아날로그 전자기구,디지털 전자는 각각 전자 역할을 합 wave(때때로”클라우드”)주위의 원자핵을 교체했 러더포드-보어의 모델입니다. 새로운 모델의 한 가지 규정은 전자를 형성하는 파동의 끝이 충족되어야한다는 것이 었습니다. “화학의 양자 역학,3rd Ed.”(W.A.Benjamin,1981),Melvin Hanna 는”경계 조건의 부과는 에너지를 이산 값으로 제한했다.,”이 규정의 결과는 볏과 골짜기의 전체 숫자 만 허용된다는 것인데,이는 왜 일부 속성이 양자화되는지 설명합니다. 원자의 하이젠 베르크-슈뢰딩거 모델에서 전자는”파동 함수”에 순종하고 궤도가 아닌”궤도”를 차지합니다. 과는 달리 원형의 궤도 루더포드-보어의 모델,원자 궤도의 다양한 모양에 이르기까지 분야를령을 쓰는데.,
1927 년,월터 Heitler 및 프리츠 런던의 추가 개발 웨이브 역학는 방법을 보여 원자 궤도 결합할 수 있었을 형성하는 분자 궤도,효과적으로 보여주는 이유는 원자로 결합하여 결합하여 분자를 형성합니다. 이것은 고전 역학의 수학을 사용하여 해결할 수 없었던 또 다른 문제였습니다. 이러한 통찰력은”양자 화학”분야를 야기했습니다.”
불확실성 원리
또한 1927 년에 Heisenberg 는 양자 물리학에 또 다른 큰 공헌을했습니다., 그는 성악에 익숙 해져 있던 사람들에게 문제로 행동한 파도,일부 등의 전자의 위치 및 속도”보완”를 의미하는 제한이 있(관한 플랑크의 지속적인)하는 방법론의 정밀도 각 객실은 알 수 있습니다. 에서 어떤 것”이라고버그의 불확정성의 원칙은,”그것은 변론하는 것을 더 정확하게 전자의 위치를 알려진 더 적은을 정확하게 속도를 알 수 있습니다. 이 불확실성 원칙은 일상적인 크기의 객체에도 적용되지만 정밀도가 부족하여 매우 작기 때문에 눈에 띄지 않습니다., 에 따라 데이브 슬라 모닝의 대학(Sioux City IA),프로야구 경기의 속도는 알려진 내에서의 정밀도 0.1mph,최대 정밀도는 그것이 공의 위치는 0.000000000000000000000000000008 밀리미터입니다.
이후
양자화,파 입자 이중성 및 불확실성 원리의 원리는 QM 의 새로운 시대로 안내되었습니다., 1927 년에 바울은 디랙 적용되는 양자의 이해 전기 및 자기장을 초래하는 연구의”양자장 이론”(QFT)를 취급자(예:광양자와 전자)으로 흥분된국의 근본적인 물리적 필드입니다. 작업에 QFT 계속 년까지 과학자들은 충돌 장애물:여러 방정식에 QFT 중단을 만드는 물리적 감각기 때문에 그들은 그들 생산의 결과다. 후에 십 년간 침체에,한스 크리스티안 베테 돌파구를 만들어 1947 년이라는 기술을 사용하여”renormalization.,”여기,Bethe 는 것을 깨달았 모든 무한 결과 관련된 현상(구체적으로”전자 자기 에너지가”및”진공 분극”)등 관찰된 값의 전자 대량과 전자전하게 만드는 데 사용될 수 있는 모든 무한대가 사라집니다.
이후의 돌파구 방법 등이,QFT 가 제공됩 기초로 개발하기 위한 양자이론에 대해의 네 가지 기본적인 자연의 힘:1)전자기학,2)약한 원자력,3)강한 원자력 및 4)니다., 첫번째 통찰력을 제공합 QFT 었 양자 설명의 전자기학을 통해”양 전기”(QED),는 진보하기에 늦은 1940 년대와 1950 년대 초. 다음었 양자 설명의 약한 원자력,는 통일되었으로 전자기학을 구축하”약전자기론”(EWT)에 걸쳐 1960 년대. 마지막으로 왔 양자 처리의 강력한 핵 사용하여”quantum chromodynamics”(QCD)에서는 1960 년대와 1970 년대. 의 이론 QED,EWT 및 QCD 함께의 기초를 형성하는 표준 모델에 입자 물리학이다., 불행히도,QFT 는 아직 양자 중력 이론을 생산하지 못했습니다. 그 탐구는 오늘날 끈 이론과 루프 양자 중력의 연구에서 계속되고 있습니다.
로버트 Coolman 은 대학원 연구원 대학에서의 Wisconsin-Madison,마무리 자신의 Ph.D in chemical engineering. 그는 수학,과학 및 그들이 역사와 어떻게 상호 작용하는지에 대해 씁니다. 로버트@PrimeViridian 을 따르십시오. 페이스 북&Google+를@LiveScience 우리를 따르라.facebook&Google+.피>