Rozdiely medzi normálnou a kvantovou fyzikou

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: ivka47
Typ práce: Referát
Dátum: 31.08.2010
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 094 slov
Počet zobrazení: 3 042
Tlačení: 438
Uložení: 408
Rozdiely medzi normálnou a kvantovou fyzikou
V dobe vzniku teórie relativity sa vravelo, že jej v tom čase rozumejú len dvanásti ľudia na svete. O kvantovej fyzike sa s humorom vraví, že jej dokonale nerozumie snáď nikto. Teória relativity a dnes už učí na stredných školách a rozumie jej aj zbehlý gymnazista ale kvantová mechanika si bude musieť na svoju popularizáciu ešte pár rokov počkať.

Čím hlbšie sme skúmali deje okolo nás, tým častejšie sme museli búrať zažité predstavy o fungovaní sveta. Dokázali sme si pripustiť, že niesme pupok sveta, že sa všetko netočí okolo nás. Pripustili sme, že zem je guľatá, a že aj na opačnej strane žijú ľudia. Vysvetlili sme ako je možné, že si naša planéta len tak visí vo vesmíre a mnoho ďalšieho. Keď však vedci prišli s kvantovou fyzikou čosi sa v nás zlomilo. Tá totiž popisuje veci tak malé, že ich nemôžeme pozorovať. Správanie častíc je tak odlišné od všetkého, čo môžeme pozorovať okolo seba. Dokonale táto teória prevracia našim mozgom akceptovateľnú predstavu o fungovaní sveta, v ktorom žijeme. Všetky deje sa popisujú zložitými matematickými vzorcami, ktoré len tak niekto nestrávi.

Všetko to vzniklo pri skúmaní zloženia atómu. Myslelo sa, že atóm bude najmenšia stavebná častica látok. Ďalším skúmaním sa ale zistilo, že sa ďalej skladá z menších častíc ako protón, neutrón a elektrón. Boli objavené aj iné menšie častice. Keď sa robili pokusy s elektrónmi a ich interferenciou na dvojštrbine dospelo sa k tomu, že tieto častice majú vlnovo-časticový charakter, keďže interferovali podobne ako svetlo. Svetlo sa však považovalo za elektromagnetické vlnenie a tieto častice mali byť pevného charakteru. Ako to teda bolo možné? To nedokázalo vtedajšie chápanie sveta vysvetliť. Svetlo je vlnenie a tak prechádza oboma štrbinami súčasne a po prechode štrbinami interferuje a na tienidle nám vytvára interferenčné prúžky. Malá pevná častica ako elektrón mal však preletieť len jednou z dvoch štrbím a na tienidle vytvoriť jednu malú bodku. Ona však podobne ako svetlo vytvorila interferenčné prúžky. Musela teda preletieť oboma štrbinami súčasne. Ale ako? Pevná častica sa predsa nemôže pred prechodom štrbín rozpoliť a po prechode zasa spojiť. Ak zakryjeme druhú štrbinu prejde elektrón len jednou štrbinou a nevytvorí interferenčné pruhy. Elektrón sa teda pri prechode štrbinou chová ako vlnenie s čím sa nerátalo. Správanie sa telies v tomto mikrosvete je teda odlišné ako telies v našom relatívne veľkom svete a nemôžeme sa tomu ani čudovať.

V našom svete dokážeme, každé teleso presne popísať jeho súradnicami v priestore a vektorom hybnosti. Tieto telesá sa pohybujú spojito a ak vieme kde sa nachádzajú a kam sa pohybujú vieme, kde sa budú nachádzať za chvíľu. V kvantovom svete sa však častice pohybujú diskrétne, skáču z jedného stavu do druhého a my dokážeme určiť len ich pravdepodobnosť výskytu. Funguje tu dokonca princíp neurčitosti, čím presnejšie vieme určiť polohu častice, tým menej presne dokážeme určiť jej rýchlosť. Chovanie častice teda nedokážeme popísať veličinami nášho sveta ani k ničomu prirovnať, preto bola zavedená matematická vlnová funkcia, určujúca pravdepodobnosť výskytu. Superpozícia je stav, kedy je niečo vo viacerých stavoch zároveň. My však nedokážeme určiť, v ktorom stave sa presne nachádza pokiaľ by sme nevykonali meranie, ale potom by sme spôsobili kolaps vlnovej funkcie. Dovtedy sa teleso nachádzalo v superpozícií viacerých stavov a pravdepodobnosť výskytu v jednotlivých stavoch nám určovala len vlnová funkcia, ale po meraní by sme zistili kde sa teleso nachádza a nastal by kolaps vlnovej funkcie a zánik superpozície. Tento nedeterministický postoj k popisu javov a to, že akýkoľvek jav nedokážeme určiť s istotou ale len s nejakou pravdepodobnosťou, vedie mnoho ľudí k úvahám o neúplnosti, či dokonca k dohadom o pravdivosti tejto teórie.

Ak už aj popíšeme fungovanie mikrosveta a teda základných stavebných častíc väčších objektov, budú rovnaké zákony platiť aj v našom svete? Ak chceme objaviť elektrón musíme zostaviť zložitú aparatúru. Keďže nevieme s presnosťou určiť výskyt častice budeme za časticu považovať, čo najviac lokalizovaný objekt, ale len v okamihu, keď sa naň dívame. Takže za časticu budeme považovať niečo, čo nám vytvorí bodku na fotografickej doske, alebo čo spôsobí cinknutie časticového detektora. Pre existenciu častice teda budeme potrebovať pozorovateľa. Ale čo sa stane ak aj tohto pozorovateľa zahrnieme do popisovaného systému?

Na Kodanskej konferencii sa dohodla hranica medzi kvantovým systémom a klasickými makroskopickými meracími prístrojmi. Dôvodom bol kolaps vlnovej funkcie pri zjednotení dvoch nezlučiteľných pohľadov na vec, klasickým pohľadom a kvantovým. Kodanská interpretácia nám vraví ako máme kvantovú teóriu používať aby nedochádzalo k rozporom na praktickej úrovni.

Praktický pohľad na hranicu medzi kvantovým a klasickým svetom nám pomôže pochopiť príklad so Schrödingerovou mačkou. Podľa Johna von Neumana a Eugena Wignera je hranicou, na ktorú už nieje možné použiť kvantovú mechaniku ľudský mozog alebo vedomie pozorovateľa. Ku kolapsu vlnovej funkcie teda má dochádzať, až pri spracovávaní údajov z prístrojov v mysli pozorovateľa, kedy si uvedomí výsledok merania. Majme teda mačku, zavretú v krabici s ampulkou jedu a spúšťacím mechanizmom, ktorý túto ampulku rozbije na základe rozpadu rádioaktívneho jadra atómu. Rozbitie ampulky s jedom spôsobí smrť mačky. Jadro atómu je v  superpozícii dvoch stavov, celé a rozpadnuté. Vzhľadom na konštrukciu nášho zariadenia je v superpozícii aj mačka. Podľa stavu jadra atómu je mačka v superpozícií stavov živa a mŕtva. My ako vonkajší pozorovateľ nevieme či mačka ešte žije, vieme len určiť pravdepodobnosť oboch stavov. Ak však otvoríme krabicu, vykonáme tak meranie a mačku dostaneme z jej neurčitého stavu do určitého stavu. Ak po otvorení krabice nájdeme mačku mŕtvu nastolí sa otázka, či sme mačku nezabili my. Bola mačka už mŕtva pred otvorením krabice, alebo ju zabilo až naše otvorenie krabice? Zomrela mačka už vtedy keď si to uvedomilo jej vedomie, ak ho vôbec môžeme považovať za vedomie a dokonca ho porovnávať s naším, alebo až keď si to uvedomilo naše vedomie? Môžeme vôbec mačku považovať za objekt kvantovej mechaniky? Ak teraz uvážime situáciu kedy je v krabici zatvorený ešte aj pozorovateľ, chránený pred účinkami jedu skafandrom. My ako vonkajší pozorovateľ si môžeme myslieť, že stav vo vnúti zavretej krabice je znova v superpozícii, ale nieje. Stav vo vnútri krabice je jeden z konkrétnych stavov, pretože pozorovateľ s vedomím sa nemôže kvantových dejov zúčastňovať. V krabici je teda stav: pozorovateľ šťastný, mačka živá, jadro celé; alebo: pozorovateľ smutný, mačka mŕtva, jadro rozpadnuté. Toto je príklad na teóriu, ktorú používame, ktorá funguje len sa nesmieme pýtať prečo je to tak.

Ďalším zaujímavým pohľadom na hranicu medzi kvantovou a normálnou fyzikou je mnohosvetová interpretácia. Podľa niektorých názorov je táto hranica umelá a v skutočnosti k žiadnym kolapsom nedochádza. Vznikla na základe úvah o kvantovom stave celého vesmíru. Snaha použiť kvantovú teóriu na celý vesmír naráža na hranicu medzi svetom a pozorovateľom, keďže neexistuje žiaden pozorovateľ mimo vesmír. Hugh Everett považuje za hlavnú vlastnosť pozorovateľa pamäť. Stav pamäťového média a výsledky minulých meraní je treba zahrnúť do celkového stavu sústavy. Stav pamäťového média určuje pozorovateľa. Pri meraní dochádza k vetveniu a vznikajú nové svety. V jednom z týchto svetov po otvorení krabice nájdeme Schrödingerovou mačkou živú a v inom mŕtvu. Táto interpretácia však pochopeniu kvantových javov nijak nepomáha a tak je načase skončiť.
 
Na záver len jeden aforizmus od pána Pavla Cejnara: Premýšľanie nad kvantovou fyzikou vedie k nespavosti, ktorej liečenie spôsobuje alkoholizmus.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Kľúčové slová

Vyhľadaj ďalšie vhodné študentské práce pre tieto kľúčové slová:

#kvantova fyzika pre stredne skoly #slohove prace o macke   jadro #predstavy o atome #Jupiter elektron mikroskop #princip superpozicie


Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.016