FIZIKA (Физика)

Fizika je zakon, fizika je moć, svako može naučiti fiziku i u životu dobro proć'

Koncepti u fizici, kvantna fizika, Kvantna mehanika

Šta je to kvant?

Kvant je najmanja količina energije koja se može emitirati određenom frekvencijom. Energija se predaje ili prima samo u iznosima koji su cijeli broj kvanta. Energija kvanta (E){\displaystyle E={\frac {hf}{e^{\frac {hf}{kT}}-1}}}

gdje je

  • h: Planckova konstanta s vrijednošću 6,626 068 96(33)·10−34 Js
  • f: frekvencija elektromagnetskog zračenja.

Kvant, u fizici, označava nedeljivu, dakle, najmanju količinu energije koja se javlja u elementarnim procesima. Na primer, foton je kvant elektromagnetne interakcije, gluon jake interakcije, Z-bozon slabe interakcije, graviton (eksperimentalno još nedetektovan) kvant gravitacione interakcije. U širem smislu kvant označava elementarnu, dakle najmanju, jedinicu svake fizičke veličine. Tako je Borov magneton kvant magnetnog momenta, Planckova konstanta kvant momenta impulsa itd. Otkriće da je svet oko nas kvantne prirode predstavlja jedno od najvećih dostignuća moderne nauke. Stoga se kvant javlja u raznim aspektima prirodnih nauka gde je sastavni deo terminologije. Na primer postoje kvantna mehanika, kvantna hemija, kvantna elektronika, kvantna optika itd.

Reč kvant potiče od latinskog quantum (množina quanta) = količina, mnoštvo, svota, iznos, deo.

 

Razvoj kvantne teorije

Kvantna teorija grana fizike koja se bavi kvantima i kvantizacijom, pojavila se 1900. godine kada je Maks Plank objavio teoriju kojom je objasnio emisioni spektar crnog tela. U tom radu Plank je koristio prirodni sistem fizičkih jedinica koji je predložio prethodne godine.

Kvantna jednačina zračenja crnog tela

Zagrejano telo emituje toplotno zračenje (toplotu), dakle, elektromagnetno zračenje u infracrvenom domenu spektra. U to vreme sve je to bilo dobro poznato. Ako se telo i dalje zagreva onda počinje znatnije da emituje i vidljivo zračenje, prvo u crvenom delu spektra (crveno usijanje) a posle i u celom vidljivom opsegu (belo usijanje). Prethodnih godina zračenje crnog tela detaljno je ispitivano za šta su razvijeni i odgovarajući instrumenti.
Kvantna formula zračenja crnog tela, kao začetak kvantne mehanike, nastala je u nedelju uveče, 7. oktobra 1900. godine, kada je Plank na brzinu izveo svoje prve račune. Oni su zasnovani na izveštaju nemačkog fizičara Rubensa (koji je sa suprugom bio Planku u gostima)o najnovijim merenjima u infracrvenom domenu. Kasno iste večeri, Plank je dopisnicom poslao formulu Rubensu, koju je on dobio sledećeg dana. Nekoliko dana kasnije Rubens je izvestio Planka da se formula odlično slaže sa eksperimentom, kako tada tako i današnjih dana.

U prvi mah bila je to samo jednačna koja se odlično poklapa sa podacima. Tek nekoliko nedelja kasnije ispostavilo se da je za njeno izvođenje neophodna kvantizacija.

Za uvođenje kvantizacije trebalo je malo i sreće (ili veštine, mada je sam Plank to nazvao “srećnim nagađanjem interpolacione formule”). Ispostvilo se da je formula u osnovi korektna ali je njeno izvođenje imalo drastičan “sporedni efekat” o nužnosti kvantizacije zračenja. To je bilo potpuno neočekivano. Plank je spretno spojio i pojednostavio postojeće formule. Ukratko, pred sobom je imao dva izraza:

  • (i) iz prethodnih istraživanja u crvenom delu spektra imao je x;
  • (ii) sada, iz novih infracrvenih podataka, dobio je x².

Njihovim spretnim kombinovanjem kao x(a+x), mogao je dobijenom formulom u graničnim uslovima da reprodukuje obe ranije postojeće formule. Za x << a (crveni deo spektra) Plankov izraz prelazi u ax a za x >> a (infracrveni deo) Plankov izraz je približno x². Srećna okolnost u svemu tome je da je Plankova formula, van svakih očekivanja, izuzetno tačna. Izraz za energiju E, za zračenje na frekvenciji f, i temperaturi T, može da se napiše kao

{\displaystyle E={\frac {hf}{e^{\frac {hf}{kT}}-1}}}

To je izraz koji je bio poređen sa eksperimentalnim podacima. Postoje dva parametra koja je trebalo odrediti iz podataka: h nova konstanta, Plankova konstanta, i k već poznata Bolcmanova konstanta. Obe konstante se danas smatraju fundamentalnim u fizici ali su u to vreme bile daleko od toga. “Elementarni kvant energije” je hf. Međutim, takva jedinica normalno ne postoji i nije neophodna za kvantizaciju.

Rođendan kvantne mehanike

Analizom poznatih eksperimentalnih podataka Plank je izračunao numeričke vrednosti za h i k. Na osnovu toga mogao je Nemačkom fizičkom društvu, na sastanku 14. decembra 1900. godine, da saopšti mnogo tačnije vrednosti Avogadrovog broja i elementarnog naelektrisanja. To Plankovo saopštenje se smatra događajem u kojem je rođena kvantna mehanika.

 

Literatura

  • J. Mehra and H. Rechenberg, The Historical Development of Quantum Theory, Vol.1, Part 1, Springer-Verlag New York Inc., New York 1982.
  • Lucretius, “On the Nature of the Universe”, transl. from the Latin by R.E. Latham, Penguin Books Ltd., Harmondsworth 1951. There are, of course, many translations, and the translation’s title varies. Some put emphasis on how things work, others on what things are found in nature.
  • M. Planck, A Survey of Physical Theory, transl. by R. Jones and D.H. Williams, Methuen & Co., Ltd., London 1925 (Dover editions 1960 and 1993) including the Nobel lecture.
  • S. Macura, J. Radić-Perić, ATOMISTIKA, Fakultet za fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu/Službeni list, Beograd, 2004., str. 57.
 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Global minds network

If we can put many great minds to work together we can solve hardest problems. That is why we are here.

Physics

All science is either physics or stamp collection.

FIZIKA (Физика)

Fizika je zakon, fizika je moć, svako može naučiti fiziku i u životu dobro proć'

Misterije Fenomeni

Najveće naučne i istorijske misterije

Sve je fizika

Miša Bracić

%d bloggers like this: