quantum theoryThe Columbia Encyclop

quantum theory
The Columbia Encyclopedia, 6th ed. | 2015 | Copyright


quantum theory, modern physical theory concerned with the emission and absorption of energy by matter and with the motion of material particles; the quantum theory and the theory of relativity together form the theoretical basis of modern physics. Just as the theory of relativity assumes importance in the special situation where very large speeds are involved, so the quantum theory is necessary for the special situation where very small quantities are involved, i.e., on the scale of molecules, atoms, and elementary particles. Aspects of the quantum theory have provoked vigorous philosophical debates concerning, for example, the uncertainty principle and the statistical nature of all the predictions of the theory.

Relationship of Energy and Matter

According to the older theories of classical physics, energy is treated solely as a continuous phenomenon, while matter is assumed to occupy a very specific region of space and to move in a continuous manner. According to the quantum theory, energy is held to be emitted and absorbed in tiny, discrete amounts. An individual bundle or packet of energy, called a quantum (pl. quanta), thus behaves in some situations much like particles of matter; particles are found to exhibit certain wavelike properties when in motion and are no longer viewed as localized in a given region but rather as spread out to some degree.

For example, the light or other radiation given off or absorbed by an atom has only certain frequencies (or wavelengths), as can be seen from the line spectrum associated with the chemical element represented by that atom. The quantum theory shows that those frequencies correspond to definite energies of the light quanta, or photons, and result from the fact that the electrons of the atom can have only certain allowed energy values, or levels; when an electron changes from one allowed level to another, a quantum of energy is emitted or absorbed whose frequency is directly proportional to the energy difference between the two levels.

Dual Nature of Waves and Particles

The restriction of the energy levels of the electrons is explained in terms of the wavelike properties of their motions: electrons occupy only those orbits for which their associated wave is a standing wave (i.e., the circumference of the orbit is exactly equal to a whole number of wavelengths) and thus can have only those energies that correspond to such orbits. Moreover, the electrons are no longer thought of as being at a particular point in the orbit but rather as being spread out over the entire orbit. Just as the results of relativity approximate those of Newtonian physics when ordinary speeds are involved, the results of the quantum theory agree with those of classical physics when very large "quantum numbers" are involved, i.e., on the ordinary large scale of events; this agreement in the classical limit is required by the correspondence principle of Niels Bohr. The quantum theory thus proposes a dual nature for both waves and particles, one aspect predominating in some situations, the other predominating in other situations.

Evolution of Quantum Theory

Early Developments

While the theory of relativity was largely the work of one man, Albert Einstein, the quantum theory was developed principally over a period of thirty years through the efforts of many scientists. The first contribution was the explanation of blackbody radiation in 1900 by Max Planck, who proposed that the energies of any harmonic oscillator (see harmonic motion), such as the atoms of a blackbody radiator, are restricted to certain values, each of which is an integral (whole number) multiple of a basic, minimum value. The energy E of this basic quantum is directly proportional to the frequency ν of the oscillator, or E=hν, where h is a constant, now called Planck's constant, having the value 6.63×10-34 joule-second. In 1905, Einstein proposed that the radiation itself is also quantized according to this same formula, and he used the new theory to explain the photoelectric effect. Following the discovery of the nuclear atom by Rutherford (1911), Bohr used the quantum theory in 1913 to explain both atomic structure and atomic spectra, showing the connection between the electrons' energy levels and the frequencies of light given off and absorbed.

Quantum Mechanics and Later Developments

Quantum mechanics, the final mathematical formulation of the quantum theory, was developed during the 1920s. In 1924, Louis de Broglie proposed that not only do light waves sometimes exhibit particlelike properties, as in the photoelectric effect and atomic spectra, but particles may also exhibit wavelike properties. This hypothesis was confirmed experimentally in 1927 by C. J. Davisson and L. H. Germer, who observed diffraction of a beam of electrons analogous to the diffraction of a beam of light. Two different formulations of quantum mechanics were presented following de Broglie's suggestion. The wave mechanics of Erwin Schrödinger (1926) involves the use of a mathematical entity, the wave function, which is related to the probability of finding a particle at a given point in space. The matrix mechanics of Werner Heisenberg (1925) makes no mention of wave functions or similar concepts but was shown to be mathematically equivalent to Schrödinger's theory.

Quantum mechanics was combined with the theory of relativity in the formulation of P. A. M. Dirac (1928), which, in addition, predicted the existence of antiparticles. A particularly important discovery of the quantum theory is the uncertainty principle, enunciated by Heisenberg in 1927, which places an absolute theoretical limit on the accuracy of certain measurements; as a result, the assumption by earlier scientists that the physical state of a system could be measured exactly and used to predict future states had to be abandoned. Other developments of the theory include quantum statistics, presented in one form by Einstein and S. N. Bose (the Bose-Einstein statistics) and in another by Dirac and Enrico Fermi (the Fermi-Dirac statistics); quantum electrodynamics, concerned with interactions between charged particles and electromagnetic fields; its generalization, quantum field theory; and quantum electronics.

Bibliography

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ทฤษฎีควอนตัมสารานุกรมโคลัมเบีย ed 6. | 2015 | ลิขสิทธิ์ ทฤษฎีควอนตัม ทฤษฎีจริงทันสมัยเกี่ยวข้องกับมลพิษและการดูดซึมพลังงาน ตามเรื่อง และ มีการเคลื่อนไหวของอนุภาควัสดุ ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพที่รวมกันเป็นพื้นฐานทฤษฎีของฟิสิกส์สมัยใหม่ เหมือนกับทฤษฎีสัมพัทธภาพถือความสำคัญในสถานการณ์พิเศษที่เกี่ยวข้องกับความเร็วมาก ดังนั้นทฤษฎีควอนตัมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสถานการณ์พิเศษที่ขนาดเล็กมากปริมาณเกี่ยวข้อง เช่น ในระดับโมเลกุล อะตอม และอนุภาคประถมศึกษา ลักษณะของทฤษฎีควอนตัมได้ท่านปรัชญาคึกคักการดำเนินเกี่ยวกับ เช่น หลักความไม่แน่นอนและลักษณะของการคาดการณ์ทั้งหมดของทฤษฎีสถิติ ความสัมพันธ์ของพลังงานและเรื่องตามทฤษฎีเก่าฟิสิกส์คลาสสิก พลังงานจะถือว่าเป็นปรากฏการณ์ต่อเนื่อง แต่เพียงผู้เดียวในขณะที่เรื่องสันนิษฐาน เพื่อครอบครองพื้นที่มากเฉพาะพื้นที่ และย้ายอย่างต่อเนื่อง ตามทฤษฎีควอนตัม พลังงานจัดขึ้นเพื่อออก และดูดซึมในปริมาณเล็ก ๆ แยกกัน แต่ละกลุ่มการแพคเก็ตของพลังงาน เรียกว่าควอนตัม (pl. quanta), ดังนั้นทำงานในบางสถานการณ์เหมือนอนุภาคของเรื่อง อนุภาคอยู่แสดงค่าคุณสมบัติ wavelike ในเคลื่อนไหว และไม่ดู เป็นภาษาท้องถิ่นในภูมิภาคที่กำหนด แต่จะแพร่กระจายออกไปบางส่วนตัวอย่าง แสงหรือรังสีอื่น ๆ แสดงออก หรือการดูดซึม โดยอะตอมได้เฉพาะความถี่ (หรือความยาวคลื่น), ตามที่สามารถเห็นได้จากสเปกตรัมของบรรทัดที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบทางเคมีแสดง โดยอะตอมที่ ทฤษฎีควอนตัมแสดงว่า ความถี่ที่สอดคล้องกับพลังงานที่แน่นอนของ quanta แสง หรือ photons และผลจากการที่อิเล็กตรอนของอะตอมสามารถมีได้เฉพาะค่าพลังงานที่ได้รับอนุญาต หรือระดับ เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับหนึ่งอนุญาตอื่น ควอนตัมของพลังงานถูกปล่อยออก หรือดูดซึมที่มีความถี่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลต่างของพลังงานระหว่างระดับสอง ลักษณะที่สองของคลื่นและอนุภาคอธิบายข้อจำกัดของระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในคุณสมบัติ wavelike ของการเคลื่อนไหว: อิเล็กตรอนยึดวงโคจรเท่านั้นที่ซึ่งคลื่นความสัมพันธ์เป็นคลื่นยืน (เช่น เส้นรอบวงของวงโคจรมีเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่น) และดังนั้น สามารถมีได้เฉพาะพลังงานที่สอดคล้องกับวงโคจรดังกล่าว นอกจากนี้ อิเล็กตรอนจะไม่คิดว่า เป็นที่เฉพาะเจาะจงในการโคจร แต่ ขณะกำลังแผ่ออกโคจรทั้งหมด เหมือนผลของทฤษฎีสัมพัทธภาพประมาณของทฤษฎีฟิสิกส์เมื่อเกี่ยวข้องกับความเร็วปกติ ผลลัพธ์ของทฤษฎีควอนตัมตกลงกับฟิสิกส์คลาสสิกเมื่อมาก "เลขควอนตัม" เกี่ยวข้อง เช่น ในขนาดใหญ่ปกติเหตุการณ์ จำเป็นต้องมีข้อตกลงนี้ในวงเงินคลาสสิก โดยใช้หลักการสื่อสารของบอร์ Niels ทฤษฎีควอนตัมจึงเสนอธรรมชาติคู่ทั้งคลื่น และอนุภาค ด้านหนึ่งที่ predominating ในบางสถานการณ์ ที่อื่น ๆ predominating ในสถานการณ์อื่น ๆ วิวัฒนาการของทฤษฎีควอนตัมเริ่มต้นพัฒนาในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพเป็นส่วนใหญ่การทำงานของชายคนหนึ่ง อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ มีพัฒนาทฤษฎีควอนตัมหลักในช่วงสามสิบปีผ่านความพยายามของนักวิทยาศาสตร์หลาย ส่วนแรกจะถูกอธิบายรังสี blackbody ใน 1900 โดยพลังค์ ผู้เสนอว่า พลังงานของ oscillator ใด ๆ มีค่า (ดูเคลื่อนไหว harmonic), เช่นอะตอมของหม้อน้ำเป็น blackbody มีค่าจำกัด ซึ่งมีหลายตัว (หมายเลขทั้งหมด) เป็นค่าพื้นฐาน ขั้นต่ำ พลังงาน E ของควอนตัมพื้นฐานนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับνความถี่ oscillator หรือ E = hν โดยที่ h คือ ค่าคง เรียกของพลังค์ของค่าคง มีตาราง 6.63 ค่า joule 10-34-2 ปีพ.ศ. 2448 สมัย ไอน์สไตน์เสนอว่า นอกจากนี้ยังมี quantized รังสีเองตามสูตรเดียวกันนี้ และเขาใช้ทฤษฎีใหม่เพื่ออธิบายการอิเล็ก ต่อไปนี้การค้นพบอะตอมนิวเคลียร์โดยรูเทอร์ฟอร์ด (1911), บอร์ใช้ทฤษฎีควอนตัมในปี 1913 เพื่ออธิบายโครงสร้างอะตอมและอะตอมแรมสเป็คตรา แสดงการเชื่อมต่อระหว่างระดับพลังงานของอิเล็กตรอนและความถี่ของแสงที่ให้ออก และดูดซึมควอนตัมและพัฒนาในภายหลังควอนตัม ทฤษฎีควอนตัม คณิตศาสตร์กำหนดขั้นสุดท้ายได้รับการพัฒนาในระหว่างปี 1920 ใน 1924, Louis de Broglie เสนอว่า ไม่เพียงแต่ทำคลื่นแสงบางแสดงคุณสมบัติ particlelike ในอิเล็กและแรมสเป็คตราอะตอม แต่อนุภาคอาจยังแสดงคุณสมบัติ wavelike สมมติฐานนี้ถูกยืนยัน experimentally ใน 1927 โดย C. J. Davisson และ L. H. Germer ที่พบคล้ายคลึงกับการเลี้ยวเบนของแสงมีการเลี้ยวเบนของแสงอิเล็กตรอน สูตรแตกต่างกันสองของควอนตัมได้นำเสนอข้อเสนอแนะต่อไปนี้ de Broglie ของ คลื่นกลศาสตร์ของแอร์วิน (1926) เกี่ยวข้องกับการใช้เอนทิตีทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชันคลื่น ซึ่งเกี่ยวข้องกับความน่าเป็นการค้นหาอนุภาคเป็นจุดกำหนดในพื้นที่ กลศาสตร์เมทริกซ์ของ Werner Heisenberg (1925) ทำให้ไม่พูดถึงฟังก์ชันคลื่นหรือแนวคิดที่คล้ายกัน แต่ที่แสดงจะ mathematically เท่ากับทฤษฎีของวินควอนตัมถูกรวมกับทฤษฎีสัมพัทธภาพในกำหนดของ P. A. ม.ดิแรก (1928), ที่ แห่ง ทำนายการมีอยู่ของ antiparticles การค้นพบทฤษฎีควอนตัมโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำคัญเป็นความไม่แน่นอนหลัก enunciated โดย Heisenberg ใน 1927 ซึ่งวางเป็นค่าจำกัดสัมบูรณ์ทฤษฎีบนความถูกต้องของการวัดแน่นอน ดัง อัสสัมชัญ โดยก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ว่า สถานะทางกายภาพของระบบอาจจะวัดตรง และใช้ในการทำนายในอนาคตอเมริกาได้จะถูกยกเลิก ทฤษฎีการพัฒนาอื่น ๆ รวมสถิติควอนตัม นำเสนอในรูปแบบเดียว โดยไอน์สไตน์และ S. N. เครื่อง (สถิติโบสไอน์สไตน์) และ ในอีกดิแรกและเอนรีโกแฟร์มี (พลังงานแฟร์มีดิแรกสถิติ); ควอนตัม electrodynamics เกี่ยวข้องกับการโต้ตอบระหว่าง charged อนุภาคและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า การ generalization ทฤษฎีสนามควอนตัม และควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์บรรณานุกรม

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ทฤษฎีควอนตัสารานุกรมโคลัมเบียเอ็ด 6
| 2015 | ลิขสิทธิ์ทฤษฎีควอนตัมทฤษฎีทางกายภาพที่ทันสมัยที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยและการดูดซึมของพลังงานจากสารและมีการเคลื่อนไหวของอนุภาควัสดุ; ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธกันแบบทฤษฎีพื้นฐานของฟิสิกส์สมัยใหม่ เช่นเดียวกับทฤษฎีสัมพัทธถือว่าสำคัญในสถานการณ์พิเศษที่ความเร็วขนาดใหญ่มากมีส่วนร่วมดังนั้นทฤษฎีควอนตัเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสถานการณ์พิเศษที่ปริมาณที่น้อยมากที่มีส่วนเกี่ยวข้องเช่นโยโมเลกุลอะตอมและอนุภาคมูลฐาน ลักษณะของทฤษฎีควอนตัมที่มีการกระตุ้นการอภิปรายปรัชญาแข็งแรงเกี่ยวกับการยกตัวอย่างเช่นหลักความไม่แน่นอนและลักษณะทางสถิติของการคาดการณ์ทั้งหมดของทฤษฎี. ความสัมพันธ์พลังงานและเรื่องตามทฤษฎีเก่าของฟิสิกส์คลาสสิก, พลังงานจะได้รับการรักษา แต่เพียงผู้เดียวเป็น ปรากฏการณ์อย่างต่อเนื่องในขณะที่เรื่องจะถือว่าครอบครองภูมิภาคที่เฉพาะเจาะจงมากของพื้นที่และที่จะย้ายในลักษณะต่อเนื่อง ตามทฤษฎีควอนตัมพลังงานจะจัดขึ้นที่จะถูกปล่อยออกมาและดูดซึมในขนาดเล็กจำนวนไม่ต่อเนื่อง กำบุคคลหรือแพ็คเก็ตของพลังงานที่เรียกว่าควอนตัม (. พีควอนตั้ม) จึงจะทำงานในบางสถานการณ์เหมือนอนุภาคของสสาร อนุภาคจะพบว่าแสดงคุณสมบัติ wavelike บางอย่างเมื่ออยู่ในการเคลื่อนไหวและจะดูไม่เป็นภาษาท้องถิ่นในภูมิภาคที่ได้รับ แต่เป็นกระจายออกไปในระดับหนึ่ง. ตัวอย่างเช่นแสงหรือรังสีอื่น ๆ ที่ได้รับออกหรือถูกดูดซึมโดยอะตอมมีเพียงบางความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ที่สามารถมองเห็นได้จากเส้นสเปกตรัมที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบทางเคมีแสดงโดยอะตอมที่ ทฤษฎีควอนตัมแสดงให้เห็นว่าความถี่เหล่านั้นสอดคล้องกับพลังงานที่ชัดเจนของควอนตั้มแสงหรือโฟตอนและเป็นผลมาจากความจริงที่ว่าอิเล็กตรอนของอะตอมที่สามารถได้รับอนุญาตให้เฉพาะบางค่าพลังงานหรือระดับ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอิเล็กตรอนจากระดับหนึ่งได้รับอนุญาตให้อีกควอนตัมของพลังงานที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซึมที่มีความถี่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสองระดับ. คู่ลักษณะของคลื่นและอนุภาคข้อ จำกัด ของระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจะมีการอธิบาย ในแง่ของคุณสมบัติ wavelike ของการเคลื่อนไหวของพวกเขาอิเล็กตรอนครอบครองวงโคจรเฉพาะผู้ที่คลื่นที่เกี่ยวข้องเป็นคลื่นนิ่ง (เช่นเส้นรอบวงของวงโคจรที่เป็นเท่ากับจำนวนทั้งหมดของความยาวคลื่น) จึงสามารถมีพลังงานเพียงผู้ที่ สอดคล้องกับวงโคจรดังกล่าว นอกจากนี้อิเล็กตรอนที่มีความคิดไม่ได้ว่าเป็นของที่จุดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงโคจร แต่เป็นถูกกระจายออกไปทั้งวงโคจร เช่นเดียวกับผลการสัมพัทธภาพใกล้เคียงกับพวกฟิสิกส์ของนิวตันเมื่อความเร็วสามัญจะเกี่ยวข้องกับผลของทฤษฎีควอนตัเห็นด้วยกับพวกฟิสิกส์คลาสสิกเมื่อมีขนาดใหญ่มาก "ตัวเลขควอนตัม" ที่มีส่วนเกี่ยวข้องคือในขนาดใหญ่สามัญของเหตุการณ์ ข้อตกลงนี้ในวงเงินคลาสสิกที่ถูกต้องตามหลักการการติดต่อของ Niels Bohr ทฤษฎีควอนตัมจึงนำเสนอธรรมชาติของคู่สำหรับทั้งคลื่นและอนุภาคหนึ่งด้านประกอบกันในบางสถานการณ์ที่ประกอบอื่น ๆ ในสถานการณ์อื่น ๆ . วิวัฒนาการของควอนตัมทฤษฎีต้นการพัฒนาในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธเป็นส่วนใหญ่การทำงานของชายคนหนึ่งที่Albert Einstein, ทฤษฎีควอนตัมได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงสามสิบปีที่ผ่านความพยายามของนักวิทยาศาสตร์หลายคน ผลงานแรกคือคำอธิบายของรังสีว่าความในปี 1900 โดยแม็กซ์พลังค์ที่เสนอว่าพลังของออสซิลฮาร์โมนิใด ๆ (ดูการเคลื่อนไหวสอดคล้องกัน) เช่นอะตอมของหม้อน้ำว่าความจะ จำกัด ค่าบางอย่างซึ่งแต่ละเป็น หนึ่ง (จำนวนทั้งหมด) หลายขั้นพื้นฐานค่าต่ำสุด อีควอนตัมของพลังงานพื้นฐานนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับνความถี่ของออสซิลหรือ E = hνที่ h คือค่าคงที่เรียกว่าตอนนี้คงตัวของพลังค์มีค่า 6.63 × 10-34 จูลที่สอง ในปี 1905 ไอน์สไตเสนอว่ารังสีของตัวเองนอกจากนี้ยังมี quantized ตามสูตรเดียวกันนี้และเขาใช้ทฤษฎีใหม่ที่จะอธิบายผลตาแมว ต่อไปนี้การค้นพบของอะตอมนิวเคลียร์โดยรัทเธอร์ (1911), บอร์ใช้ทฤษฎีควอนตัมในปี 1913 ที่จะอธิบายทั้งโครงสร้างอะตอมและสเปกตรัมของอะตอมแสดงให้เห็นการเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กตรอนระดับพลังงานและความถี่ของแสงที่ได้รับการออกและดูดซึมได้. กลศาสตร์ควอนตัม และต่อมาในการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัมสูตรทางคณิตศาสตร์สุดท้ายของทฤษฎีควอนตัได้รับการพัฒนาในช่วงปีค.ศ. 1920 ในปี 1924 หลุยส์ de Broglie เสนอว่าไม่เพียง แต่บางครั้งคลื่นแสงแสดงคุณสมบัติ particlelike ในขณะที่ผลตาแมวและสเปกตรัมของอะตอม แต่อนุภาคอาจแสดงคุณสมบัติ wavelike สมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันการทดลองในปี 1927 โดย CJ Davisson และ LH Germer ที่สังเกตการเลี้ยวเบนของแสงของอิเล็กตรอนคล้ายคลึงกับการเลี้ยวเบนของลำแสงที่ สองสูตรที่แตกต่างกันของกลศาสตร์ควอนตัถูกนำเสนอต่อไปนี้ข้อเสนอแนะ de Broglie ของ กลศาสตร์คลื่นของเออร์วินSchrödinger (1926) เกี่ยวกับการใช้นิติบุคคลคณิตศาสตร์ฟังก์ชันคลื่นซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับความน่าจะเป็นในการหาอนุภาคที่จุดที่กำหนดในพื้นที่ กลศาสตร์เมทริกซ์ของเวอร์เนอร์ไฮเซนเบิร์ก (1925) ทำให้การพูดถึงฟังก์ชั่นคลื่นหรือแนวคิดที่คล้ายกัน แต่ไม่ได้แสดงให้เห็นว่าทางคณิตศาสตร์เทียบเท่ากับทฤษฎีของSchrödinger. กลศาสตร์ควอนตัมได้ร่วมกับทฤษฎีของความสัมพันธ์ในการกำหนด PAM Dirac นี้ (1928) ซึ่ง นอกจากนี้คาดการณ์ว่าการดำรงอยู่ของปฏิปักษ์ การค้นพบที่สำคัญอย่างยิ่งของทฤษฎีควอนตัคือหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กที่กำหนดโดยในปี 1927 ซึ่งเป็นสถานที่ขีด จำกัด ทางทฤษฎีแน่นอนในความถูกต้องของการวัดบาง; เป็นผลให้สมมติฐานโดยนักวิทยาศาสตร์ก่อนหน้านี้ว่ารัฐทางกายภาพของระบบสามารถวัดได้ตรงและใช้ในการทำนายอนาคตรัฐต้องถูกยกเลิกไป การพัฒนาอื่น ๆ ของทฤษฎีควอนตัมรวมถึงสถิติที่นำเสนอในรูปแบบหนึ่งโดย Einstein และ SN Bose (สถิติ Bose-Einstein) และอื่นโดยแรคและเอนรีโกแฟร์ (สถิติแฟร์แรค); ควอนตัมไฟฟ้ากระแสเกี่ยวข้องกับการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า; ลักษณะทั่วไปของทฤษฎีสนามควอนตั; และเครื่องใช้ไฟฟ้าควอนตัม. บรรณานุกรม

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ทฤษฎีควอนตัม
โคลัมเบียสารานุกรม 6 . | 2015 | ลิขสิทธิ์


ทฤษฎีควอนตัมทางฟิสิกส์ทฤษฎีที่ทันสมัยเกี่ยวข้องกับการปล่อยและการดูดซึมของพลังงานโดยก็ตามและด้วยการเคลื่อนที่ของอนุภาควัสดุ ; ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพ ด้วยกันเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีของฟิสิกส์สมัยใหม่เช่นเดียวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพถือว่ามีความสำคัญในสถานการณ์พิเศษที่ความเร็วขนาดใหญ่มากที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น ทฤษฎีควอนตัมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสถานการณ์พิเศษที่เกี่ยวข้องกับปริมาณที่น้อยมาก เช่น ในระดับโมเลกุล อะตอมและอนุภาคมูลฐาน ด้านของทฤษฎีควอนตัมได้ยั่วแข็งแรงปรัชญาการอภิปรายเกี่ยวกับตัวอย่างหลักความไม่แน่นอน และลักษณะทางสถิติของการทำนายของทฤษฎี

ความสัมพันธ์ของพลังงานและสสาร

ตามทฤษฎีเก่าคลาสสิกของฟิสิกส์ พลังงาน การรักษา แต่เพียงผู้เดียวเป็นปรากฏการณ์ต่อเนื่อง ส่วนเรื่องจะถือว่าครอบครองพื้นที่ที่เฉพาะเจาะจงมากของพื้นที่และย้ายในลักษณะต่อเนื่อง ตามทฤษฎีควอนตัมพลังงานที่จะจัดขึ้นที่ปล่อยออกมาและดูดซึมในเล็ก ๆ , ปริมาณที่ไม่ต่อเนื่อง มีกลุ่มบุคคลหรือแพ็คเก็ตของพลังงาน ที่เรียกว่า ควอนตัม ( PL Quanta ) จึงทำงานในบางสถานการณ์เหมือนอนุภาคของวัตถุ พบว่ามีลักษณะหรือคุณสมบัติเหมือนคลื่นอนุภาคแสดงสมบัติบางอย่างเมื่อในการเคลื่อนไหวและไม่มองว่าเป็นภาษาท้องถิ่นในภูมิภาค แต่เป็นให้กระจายออกไปในระดับหนึ่ง

ตัวอย่างแสงหรือรังสีอื่น ๆให้ปิด หรือดูดซึมโดยอะตอมมีเพียงบางความถี่ ( หรือความยาวคลื่น ) ดังจะเห็นได้จากสเปกตรัมเส้นเชื่อมโยงกับองค์ประกอบทางเคมีที่แสดงโดยอะตอม ทฤษฎีควอนตัมพบว่า ความถี่ที่สอดคล้องชัดเจนพลังของ Quanta แสงหรือโฟตอน , ,และผลจากการที่อิเล็กตรอนของอะตอมได้เพียงบางค่าอนุญาต พลังงาน หรือระดับ เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนจากหนึ่งให้ ระดับอื่น ควอนตัมของพลังงานหรือดูดออกมาที่ความถี่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานความแตกต่างระหว่างสองระดับ

คู่ธรรมชาติของคลื่นและอนุภาค

ข้อกำหนดของระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจะอธิบายในแง่ของ คุณสมบัติ มีลักษณะหรือคุณสมบัติเหมือนคลื่นของการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนครอบครองวงโคจรเหล่านั้นเท่านั้นที่เชื่อมโยงคลื่นเป็นคลื่นยืน ( คือรอบวงโคจรก็เท่ากับจำนวนทั้งหมดของความยาวคลื่น ) และดังนั้นจึงสามารถมีเฉพาะพลังงานที่สอดคล้องกับวงโคจรเช่น นอกจากนี้อิเล็กตรอนจะไม่คิดว่าเป็นที่จุดใดในวงโคจร แต่เป็นการกระจายออกไปรอบทั้งหมด เช่นเดียวกับผลของสัมพัทธภาพประมาณนั้น ฟิสิกส์นิวตัน เมื่อความเร็วธรรมดาที่เกี่ยวข้อง ผลของทฤษฎีควอนตัมเห็นด้วยกับฟิสิกส์คลาสสิกเมื่อขนาดใหญ่มาก " ตัวเลขควอนตัม " ที่เกี่ยวข้อง ได้แก่บนมาตราส่วนขนาดใหญ่ธรรมดาของเหตุการณ์ ข้อตกลงนี้ในเพลงคลาสสิคจำกัดต้องการ โดยการติดต่อหลักของนีลส์ บอห์ร ทฤษฎีควอนตัมจึงเสนอลักษณะแบบคู่ทั้งคลื่นและอนุภาค แง่มุมหนึ่ง predominating ในบางสถานการณ์อื่น ๆ predominating ในสถานการณ์อื่น ๆ วิวัฒนาการของควอนตัมทฤษฎี





ก่อนการพัฒนาในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพส่วนใหญ่ทำงานคนหนึ่ง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทฤษฎีควอนตัมได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาสามสิบปีที่ผ่านความพยายามของนักวิทยาศาสตร์มากมาย ส่วนแรก คือ คำอธิบายของรังสี blackbody ในปี 1900 โดยมักซ์พลังค์ที่เสนอว่า พลังของกระแสฮาร์มอนิก ( Harmonic oscillator ดูเคลื่อนไหว )เช่นอะตอมของ blackbody หม้อน้ำจำกัดค่าหนึ่ง ซึ่งแต่ละเป็นหนึ่ง ( ตัวเลขทั้งหมด ) หลายของพื้นฐานขั้นต่ำค่า พลังงาน E ของควอนตัมเบื้องต้นนี้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่νของ oscillator หรือ E = H νที่ h เป็นค่าคงที่ เรียกว่าตอนนี้ค่าคงที่ของพลังค์มีมูลค่า 6.63 × 10-34 จูลวินาที ใน 1905 ,ไอน์สไตน์เสนอว่ารังสีที่ตัวเองยังที่แน่นอนตามสูตรนี้เหมือนกัน และก็ใช้ทฤษฏีใหม่เพื่ออธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก . ต่อไปนี้การค้นพบของอะตอมนิวเคลียร์โดย Rutherford ( 1911 ) , โบร์ใช้ทฤษฎีควอนตัมใน 1913 เพื่ออธิบายโครงสร้างอะตอมและอะตอม แสงแสดงการเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กตรอนพลังงาน ' ระดับและความถี่ของแสงให้ปิด และดูดซึม

กลศาสตร์ควอนตัมและการพัฒนา

ควอนตัมกลศาสตร์ สูตรทางคณิตศาสตร์สุดท้ายของทฤษฎีควอนตัม ที่ถูกพัฒนาขึ้นในช่วงปี ค.ศ. 1920 ใน 1924 , หลุยส์ เดอ เบรยเสนอว่าไม่เพียง แต่จะแสดงคุณสมบัติของคลื่นแสง particlelike บางครั้ง ,ในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกและอะตอมอนุภาค Spectra , แต่ยังอาจแสดงสมบัติมีลักษณะหรือคุณสมบัติเหมือนคลื่น . สมมุติฐานนี้ได้รับการยืนยันโดยในปี 1927 โดย C . J และ L . H . เจอร์เมอร์เดวิสสัน ผู้สังเกตการเลี้ยวเบนของแสง อิเล็กตรอน คล้ายคลึงกับการเลี้ยวเบนของแสง . สองสูตรที่แตกต่างกันของกลศาสตร์ควอนตัมปรากฏตามคำแนะนำของ เดอ เบรย .กลศาสตร์ของคลื่น แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ ( 1926 ) เกี่ยวข้องกับการใช้ระบบทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชันคลื่น ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความน่าจะเป็นของการค้นหาอนุภาคที่ได้รับจุดในพื้นที่ เมทริกซ์กลศาสตร์ของเวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก ( 1925 ) ทำให้ไม่มีการกล่าวถึงฟังก์ชันคลื่น หรือแนวคิดที่คล้ายกัน แต่ได้แสดงให้เทียบเท่ากับทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ schr ชเรอดิงเงอร์ .

กลศาสตร์ควอนตัมเป็นรวมกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในการสร้างหน้าโมงเช้า ดิแรก ( 1928 ) ซึ่งนอกจากทำนายการมีอยู่ของ antiparticles . การค้นพบที่สำคัญโดยเฉพาะของทฤษฎีควอนตัมคือหลักความไม่แน่นอนไฮเซนเบิร์ก enunciated โดย , 1927 , ที่ที่แน่นอนในการวัดความถูกต้องของทฤษฎีขีด จำกัด บางอย่าง ; ผลอัสสัมชัญ โดยก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ว่า สภาพทางกายภาพของระบบที่สามารถวัดได้ตรงและทำนายสภาพในอนาคตได้ถูกยกเลิก การพัฒนาอื่น ๆของควอนตัมทฤษฎีรวมสถิติ นำเสนอในรูปแบบหนึ่งโดยไอน์สไตน์และ S . N ( Bose Bose Einstein สถิติ ) และในอีกโดย Dirac ริโก เฟอร์มิ ( Fermi Dirac และสถิติ ) ; พลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม ,ที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก การสรุปความ ทฤษฎีควอนตัมสนาม และควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์

บรรณานุกรม