Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Fysik

Hvorfor kvantemekanik trodser fysik

Kredit:University of Nottingham

Den fulde, underlige historie om kvanteverdenen er alt for stor til en enkelt artikel, men perioden fra 1905, hvor Einstein første gang udgav sin løsning på det fotoelektriske puslespil, til 1960'erne, hvor en komplet, gennemtestet, streng og sindssygt kompliceret kvanteteori om den subatomære verden dukkede endelig op, er historien.



Denne kvanteteori ville på sin egen måde komme til at give sin egen fuldstændige og totale revision af vores forståelse af lys. I kvantebilledet af den subatomære verden er det, vi kalder den elektromagnetiske kraft, virkelig et produkt af utallige mikroskopiske vekselvirkninger, værket af udelelige fotoner, som interagerer på mystiske måder. Som i, bogstaveligt talt mystisk. Kvanterammen giver intet billede af, hvordan subatomære interaktioner faktisk forløber. Snarere giver det os blot et matematisk værktøjssæt til at beregne forudsigelser. Og så selvom vi kun kan besvare spørgsmålet om, hvordan fotoner faktisk fungerer med et belejret skuldertræk, er vi i det mindste udstyret med en forudsigelseskraft, som hjælper med at lindre smerten ved kvante-uforståelighed.

At gøre fysikkens forretning - det vil sige at bruge matematiske modeller til at lave forudsigelser for at validere mod eksperimenter - er ret svært i kvantemekanikken. Og det er på grund af den simple kendsgerning, at kvanteregler ikke er normale regler, og at alle væddemål i det subatomare område er slået fra.

Interaktioner og processer på det subatomære niveau er ikke styret af forudsigeligheden og pålideligheden af ​​makroskopiske processer. I den makroskopiske verden giver alt mening (hovedsagelig fordi vi har udviklet os til at give mening om den verden, vi lever i). Jeg kan kaste en bold nok gange til et barn, at deres hjerne hurtigt kan opfange det pålidelige mønster:bolden forlader min hånd, bolden følger en buebane, bolden bevæger sig fremad og falder til sidst til jorden. Selvfølgelig er der variationer baseret på hastighed og vinkel og vind, men den grundlæggende kerne af en kastet bold er den samme, hver eneste gang.

Ikke sådan i kvanteverdenen, hvor perfekt forudsigelse er umulig og pålidelige udsagn mangler. På subatomare skalaer styrer sandsynligheder dagen - det er umuligt at sige præcis, hvad en given partikel vil gøre på et givet tidspunkt. Og dette fravær af forudsigelighed og pålidelighed bekymrede først og væmmede Einstein, som i sidste ende ville forlade kvanteverdenen uden andet end en beklagende rysten på hovedet over sine kollegers vildledte arbejde. Og så fortsatte han sit arbejde og forsøgte at finde en samlet tilgang til at forbinde de to kendte naturkræfter, elektromagnetisme og tyngdekraft, med en eftertrykkeligt ikke kvanteramme.

Da to nye kræfter først blev foreslået i 1930'erne for at forklare atomkernernes dybe virke - henholdsvis de stærke og svage kernekræfter - afskrækkede dette ikke Einstein. Når først elektromagnetisme og tyngdekraft var blevet forenet, ville det ikke kræve meget yderligere indsats at arbejde i nye naturkræfter. I mellemtiden tog hans kvantetilbøjelige samtidige de nye kræfter til sig med velbehag og foldede dem til sidst ind i kvanteverdensbilledet og rammerne.

Ved slutningen af ​​Einsteins liv kunne kvantemekanikken beskrive tre naturkræfter, mens tyngdekraften stod alene, hans generelle relativitetsteori et monument over hans intellekt og kreativitet.

Leveret af Universe Today




Varme artikler