Hoe de kwantumfysica te begrijpen

Houd er rekening mee dat grote massadeeltjes een klassieke tot kwantumtransitie doormaken. Hoewel het vrije elektron enkele quantumeigenschappen vertoont (zoals spin), terwijl het elektron het niet-gehechte elektron nadert, neemt de snelheid ervan af (mogelijk als gevolg van de lichtemitterende fotonen) en ondergaat het een overgang van het klassieke gedrag naar de quantum terwijl zijn energie naar beneden valt onder de ionisatie-energie. Het elektron verbindt het atoom en zijn impulsmoment ten opzichte van de atoomkern is beperkt tot de gekwantiseerde waarden van de orbitalen die het kan innemen. De overgang is plotseling. Men zou deze overgang kunnen vergelijken met die van een mechanisch systeem dat verandert van een onstabiele visualisatie naar een stabiel gedrag of van een eenvoudige visualisatie naar een chaotisch gedrag, of zelfs een raket in vertraging en die onder de ontsnappingssnelheid komt en de baan ingaat rond een ster of ander hemellichaam. Daarentegen passeren fotonen (die geen massa hebben) die overgang niet: fotonen reizen alleen door de ruimte, totdat ze interageren met andere deeltjes en dan verdwijnen. Kijkend naar de nachtelijke hemel, reisden de fotonen van een of andere ster lichtjes door de ruimte van de ruimte zonder verandering en vervolgens interageerden ze met een elektron in een molecuul van je netvlies, brachten hun energie over en verdwenen daarna.

Begrijp wat deeltjes zijn en de golfdualiteit. Het postuleert dat alle materie zowel golf- als deeltjeseigenschappen heeft. Een centraal concept van de kwantummechanica, deze dualiteit verwijst naar het onvermogen van klassieke concepten zoals "deeltje" en "golf" om het gedrag van objecten op de kwantumschaal volledig te beschrijven. Voor een volledige kennis van de dualiteit van materie, moet je concepten hebben over het Compton-effect, het foto-elektrische effect, de Broglie-golflengte en de Planck-formule voor blackbody-straling. Al deze effecten en theorieën demonstreren de dubbele aard van materie. Er zijn verschillende experimenten voor het licht van wetenschappers die laten zien dat licht een tweevoudig karakter heeft, dat wil zeggen van deeltjes, evenals van golf-aard ... In 1901 publiceerde Max Planck een analyse die erin geslaagd was om het waargenomen spectrum van het licht dat door een helder object. Om dit te bereiken, moest Planck een wiskundige aanname maken ad hoc van gekwantiseerde actie van de oscillatoren (blackbody-atomen) die straling uitzenden. Het was Einstein die later stelde dat het de elektromagnetische straling zelf is die in fotonen wordt gekwantiseerd.

Begrijp het onzekerheidsbeginsel. Het onzekerheidsbeginsel stelt dat bepaalde paren van fysieke eigenschappen, zoals positie en momentum, niet tegelijkertijd met een willekeurige hoge precisie kunnen worden gekend. In de kwantumfysica wordt een deeltje beschreven als een golfpakket, wat aanleiding geeft tot dit fenomeen. Overweeg de meting van de positie van een deeltje. Het kan overal zijn. Het golfpakket van het deeltje heeft een niet-nulamplitude, dat wil zeggen, de positie is onzeker, het kan overal langs het golfpakket zijn. Voor een nauwkeurige aflezing van de positie moet dit golfpakket zijn "gecomprimeerde" zoveel mogelijk, wat betekent dat het moet bestaan ​​uit een toenemend aantal sinusoïdale golven die samen zijn. Het moment van het deeltje is evenredig met het golfgetal van een van deze golven, maar het kan elk van hen zijn. Dus een nauwkeurigere positiemeting, door meer golven toe te voegen, betekent dat de meting van het moment minder nauwkeurig wordt (en omgekeerd).

Begrijp de golffunctie. Een golffunctie of golffunctie is een wiskundig instrument van de kwantummechanica, dat de kwantumtoestand van een deeltje of een systeem van deeltjes beschrijft. Het wordt algemeen toegepast als een eigenschap van de deeltjes ten opzichte van de dualiteit van golven en deeltjes, die aangeduide ψ (plaats, tijd) en indien | ψ | is gelijk aan de kans om het object op een bepaald moment en op een bepaalde positie te vinden. Bijvoorbeeld een atoom met één elektron, zoals waterstof of helium geïoniseerd, de elektronengolffunctie geeft een volledige beschrijving van hoe het elektron gedraagt. Het kan worden opgesplitst in een reeks atomaire orbitalen die een basis vormen voor de mogelijke golffuncties. Voor atomen met meer dan één elektron (of een systeem met meerdere deeltjes), is de onderliggende ruimte de mogelijke configuraties van alle elektronen en beschrijft de golffunctie de waarschijnlijkheden van die configuraties. Bij het oplossen van taakproblemen met de golffunctie is vertrouwdheid met complexe getallen een vereiste. Andere vereisten omvatten de berekeningen van lineaire algebra, de Euler-formule van een complexe analyse en de bch-notatie.

Begrijp de Schrödinger-vergelijking. Het is een vergelijking die beschrijft hoe de kwantumtoestand van een fysiek systeem in de loop van de tijd verandert. Het is een centraal element van de kwantummechanica net zoals de wetten van Newton voor de klassieke mechanica. De oplossingen voor de Schrödinger-vergelijking beschrijven niet alleen de moleculaire, atomaire en subatomaire systemen, maar ook de macroscopische systemen, mogelijk zelfs het hele universum. De meest algemene vorm is de tijdafhankelijke vergelijking van Schrödinger die een beschrijving geeft van een systeem dat in de loop van de tijd evolueert. Voor systemen in een stationaire toestand is de Schrödinger-vergelijking onafhankelijk van de tijd voldoende. Geschatte oplossingen onafhankelijk van de tijd. De Schrödinger-vergelijking wordt vaak gebruikt om de energieniveaus en andere eigenschappen van atomen en moleculen te berekenen.