Квантовая физика. Основные понятия

Подготовлено к опросу экспертов "Квантовая физика без путаницы - смотрите здесь

Итак, начнем с самого базового, с того, как возникла идея квантовой физики, а начнем мы с атома. Разберем философскую точку зрения, что такое атом. Самая известная теория - теория Демокрита.

В своей философии Демокрит, прежде всего, обосновал атомистическую теорию, согласно которой в основе всего сущего лежат неделимые атомы и пустота. Атом и пустота, согласно философу, являются исходным началом всего мира и космоса. Атом в понимании мыслителя -мельчайшее «неделимое» тело, не подверженное никаким изменениям. Неделимость атома аналогична неделимости «бытия» Парменида: деление предполагает наличие пустоты, но внутри атома по определению пустоты нет. Пустота в системе Демокрита выступает как принцип дискретности, множества и движения атомов, а также как их бесконечное «вместилище». Называя пустоту «небытием», философ явно отказался от элейского постулата о несуществовании небытия.

По мнению Демокрита, мельчайшим атомам, из которых состоят все тела и предметы, присуще свойство непрерывного движения, и даже внутри макротел, образованных благодаря сцеплению атомов между собой, происходят колебательные движения. В своем философском учении Демокрит, как и его современники, Анаксагор и Эмпедокл, пытался разрешить апории Зенона. Философ не обосновывает движение атома, ибо движение, по его мнению, изначально присуще атомам, является их первоначальным свойством. Мыслитель сделал допущение, что все состоит из атомов и пустоты, поскольку, если вещи двигаются, сжимаются, то это значит, что между вещами существует пустота. Согласно Демокриту, атомы двигаются в пустоте, атомы малы, и их нельзя воспринимать органами чувств. Философ допускал как существование крупных, так и мельчайших атомов.

Вполне возможно что кроме атомарной теории Демокрита у философов больше и нет сколь ни будь глубоких теорий на эту тему.

Наверное, это тот случай когда натурфилософия просто силой мышления может достичь вполне правильных гипотез. Конечно не было никакой возможности верифицировать гипотезу. 

История квантовой физики начинается 14 декабря 1900 г., когда немецкий теоретический физик Макс Планк предложил теорию, которая гласит: 

при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). 

Параллельно Планку Величайший физик-теоретик Альберт Эйнштейн сформулировал теорию, согласно которой: 

облучение металлической пластинки происходило не непрерывным потоком электромагнитного излучения, а множеством маленьких порций — квантов света. 

С точки зрения Альберта Эйнштейна, каждый падающий на металлическую пластинку фотон передает свою энергию отдельному электрону, позволяя ему покинуть металл. 

Глубокое изучение строения материи в первую очередь влияет на открытие все более мощных источников энергии. Например изучение межатомных химических взаимодействий привело к технологиям производства синтетического топлива.

Когда физики подробно изучили строение атомного ядра, появились гораздо более мощные источники энергии – ядерные реакторы. Когда физики изучили межъядерные взаимодействия стали появляться проекты термоядерных реакторов. Электростанции на основе управляемого термоядерного синтеза могут появиться в ближайшем будущем.

Подробное изучение сильного ядерного взаимодействия кварков внутри нуклона, позволит открыть новый источник энергии, энергетические возможности которого будет на порядки превосходить существующие. Изучение еще более мелких структур, например гипотетических струн, также приведет к прогрессу в области энергетики.

Скорее всего, энергетика будет главным, но не единственным применением теорий квантовой физики. Возможно будут изобретены высокотемпературные сверхпроводники работающие при комнатной температуре, квантовый компьютер, средства связи на основе квантовой телепортации.

Квантовые компьютеры уже возможны сейчас. Для их работы используют не транзисторы, а квантовые частицы. Пока они нестабильны и в единичных экземплярах, но они уже есть. Размер чипа которого 7 нанометров (7*10⁻⁹). Оптимистично квантовые компьютеры могут создать в следующем десятилетии.

В перспективе, даже не такой далекой как 100-150 лет, квантовые компьютеры совершат революцию в колоссальном классе задач в фармацевтике, медицине, биохимии, наноэлектронике, криптографии.

Квантовая физика - одна из самых молодых наук в физике, одна из самых перспективных и достаточно не изученная. История возникновение относится к 20 веку, то есть Новой эре. Альберт Эйнштейн и Макс Планк - одни из самых великих ученых, изучивших эту новую науку. Энергетика, компьютерные технологии, медицина - это лишь немногие области, в которых квантовая физика сделает работу проще, удобнее и эффективнее. За квантовой физикой - будущее.

Большая благодарность Рустему Мухаметшину, Горюнову Владимиру, В. Тарасову, Людмиле Тимофееве, Андрею Денисову, Ельхину Газанову, Алексею Тимошенко, Евгению Берковичу.

 В ближайшее время мы с вами свяжемся для получения сертификатов)