Квант - это что такое? Определение и значение для науки
11.12.2019, 06:19
Источник: автор: Анастасия
Тут для тренировок силачей - ez штанги от производителя с любым весом в сборе.
Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая порция какой-либо величины в физике.
В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать
только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется).
В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными
некоторого фундаментального значения — и последнее называют квантом.
Чтож, как видите, квант простыми словами описать нельзя. Но можно запомнить термин и понять каким образом
квант связан с физикой.
Сам же термин «квант» в настоящее время имеет в физике довольно ограниченное применение.
Иногда его употребляют для обозначения частиц или квазичастиц, соответствующих бозонным полям взаимодействия
(фотон — квант электромагнитного поля, фонон — квант поля звуковых волн в кристалле,
гравитон — гипотетический квант гравитационного поля и т. д.), также о таких частицах говорят как о
«квантах возбуждения» или просто «возбуждениях» соответствующих полей.
Кроме того, по традиции «квантом действия» иногда называют постоянную Планка.
В современном понимании это название может иметь тот смысл, что постоянная Планка является естественной
единицей измерения действия и других физических величин такой же размерности (например, момента импульса).
Некоторые кванты
- фотон — квант электромагнитного поля;
- глюон — квант векторного (глюонного) поля в квантовой хромодинамике (обеспечивает сильное взаимодействие);
- гравитон — гипотетический квант гравитационного поля;
- фонон — квант колебательного движения атомов кристалла.
Значение для науки
Прежде всего, квант – это основа для понимания природы света. Ученые еще в семнадцатом веке
довольно точно измерили скорость солнечных лучей, но объяснить их появление или поглощение поверхностями были не в силах.
Выяснилось, что энергия электромагнитных волн с одинаковым приращением фазы по времени может принимать только значения,
кратные E= (N+1/2) ħω.
E – энергия;
N – целое число;
ħ – редуцированная постоянна Планка, h/2π;
ω – угловая частота, которая и представляет собой приращение фазы волны по времени. Приведенная выше формула обозначает, что энергия излучения ħω квантуется, то есть представляет собой набор конечных пакетов или фотонов.
Квант и материя
Объяснив природу света, люди поняли, что квант – это не только математическая шутка, но и огромные возможности. Позже ученые выяснили, почему электроны в атомах могут находиться только на определенных орбитах. Это потребовало введения принципа корпускулярно-волнового дуализма для элементарных частиц.
Переход электрона между двумя орбиталями в атоме происходит всегда рывком. Это приводит к процессам, благодаря которым испускается или поглощается световой квант. Что значит этот факт для науки, поясним чуть ниже. В каждом типе атомов набор квантов перехода уникален. То есть набор энергий, необходимый для возбуждения электронов золота, не подходит платине. Это дает возможность определить, какой именно переход был совершен, и понять, какой тип атома изучается: водород или аргон, алюминий или магний.
- изучение состава и структуры новых материалов;
- улучшение свойств уже известных соединений;
- изучение процессов, происходящих при взаимодействии разных типов материи.
Читатель и сам легко представит, что использовать такой метод можно во всех сферах человеческой деятельности.
Типы квантов
Помимо уже описанного фотона, бывают и другие типы квантов:
1. Глюон – квант векторного поля.
2. Гравитон – квант гравитационного поля (предсказан теоретически, но пока его существование не доказано практически).
3. Бозон Хиггса – квант поля Хиггса.
Большой адронный коллайдер, который был построен в 2012 году, доказал: в его недрах родился новый квант, бозон Хиггса. Таким образом, физики показали, почему глюоны и фотоны не обладают массой покоя.
Лазер как следствие приручения квантов света
Поняв, как получаются фотоны, ученые смогли «приручить» их. В результате появился лазер –
источник монохроматических электромагнитных волн. При достаточно простых принципах,
которые лежат в основании одновременной генерации фотонов одной длины волны (монохроматических),
и простом строении самого устройства, возникали большие технические сложности.
Первой задачей было найти материал, в котором существовала бы инверсная заселенность электронов.
Вторая задача состояла в том, чтобы создать два зеркала на торцах рабочего кристалла.
Но обе они давно решены, причем понимание того, что такое квант, – это первый шаг к получению таких сложных устройств.
В современном мире лазер используется повсеместно. Его применяют как для забавы (лазерная указка),
так и для серьезных целей (термоядерная реакция).
|
Ключевые слова: квант квант это фотон гравитон типы квантов quantum Бозон Хиггса квант поля Хиггса постоянная Планка электромагнитные волны что такое квант робот
|
Обратная связь
Реклама на сайте
НАЗАД
