Квантовата физика – наука или научна фантастика

Някога чудили ли сте се от какво точно е направен светът около вас? Нещо сложно като автомобил например е направено от хиляди различни материали, но дори едно привидно просто нещо като шепа пясък също се състои от всякакви микроскопични парчета „нещица“. Тези „нещица“, които са във всичко около нас са известни под думата материя. Но сега се пригответе за още по-сложно нещо, тази материя също се състои от други малки частици. Ще си кажете, кой пък се вглежда чак толкова в света. Учените разбира се!

От най-ранните дни на научните изследвания учените са били пленени от идеята да разберат повече за основните градивни елементи на материята. В един момент мислели, че са решили мистерията, когато атомите са били теоретизирани и накрая са открити. Със сигурност не може да има нещо по-малко от атома, нали? При толкова много хора обаче не отнема много време да започнат да се питат дали в атомите съществува нещо друго. Така учени от различни краища на света започнали да измислят завладяващи теории за това какви са „нещицата“, които съставят атомите. Това поле на изследвания днес е известно като квантова физика или механика и често звучи като научна фантастика, отколкото като обикновена наука.

Както можете да си представите, изучаването на материята на субатомно ниво не е лесно. Това изисква много експерименти, внимателно наблюдение с точни инструменти и усъвършенствани математически уравнения. Теориите, които квантовите физици са развили през годините често са трудни за разбиране дори за най-блестящите учени. Поради тази причина ще разгледаме само някои от най-основните аспекти на квантовата физика.

Квантовата физика стартира с немския физик Макс Планк. През 1900 г. той представя своята квантова теория, която за пръв път приема, че енергията съществува като отделни единици, подобни на материята, а не като постоянна електромагнитна вълна. Планк нарича тези отделни единици кванти, които дават на неговата теория и тази нова научна област и самото име. Според Планк квантът е най-малкото количество енергия. Квантовата светлина, например, е позната като фотон. Заради тази съвсем нова и непозната дотогава теория Планк печели Нобеловата награда за физика през 1918 г. Други известни учени, включително Алберт Айнщайн, Нилс Бор и Вернер Хайзенберг, добавят към работата на Планк нови теории, които помагат за развитието на квантовата физика през следващите десетилетия. Например, Луис де Броли предлага принципа на двойствеността на вълнообразните частици през 1924 г. Според неговата теория няма фундаментална разлика в поведението на материята и енергията. На атомно и субатомно ниво, както материята, така и енергията могат да се държат така, сякаш са направени от частици или вълни.

През 1927 г. Вернер Хайзенберг разработва теория, която става известна като принципа на несигурност. Според Хайзенберг не е възможно точно да се измери позицията и инерцията на субатомната частица, тъй като самият процес на наблюдение засяга субатомните частици. Просто казано, колкото повече знаете къде е частицата, толкова по-малко можете да знаете за това как се движи и обратно. Последствието от тази теория е, че квантовите физици могат да измерват само вероятностите, а не сигурността. Въз основа на работата на Хайзенберг Нилс Бор предлага теория, известна като копенхагенската интерпретация на квантовата теория. Според теорията на Бор, частицата е това, което се измерва (вълна или частица). Докато се измерва, тя съществува във всички възможни състояния едновременно. Този принцип също става известен и като суперпозиция.

Ако и вие като тези велики учени се чудите от какво са направени нещата, прочетете още:
Атомът – какво представлява той?
Да надникнем в чудната периодична таблица
Какво е статично електричество?