Zdravím všechny příznivce fyzikálních vláken, dnes jsem si pro vás připravila úvod do kvantové mechaniky. Přednášku, kterou jsme doposud neuploadovali kvůli nedostatku času a neznalosti videoprodukce, se připravuje, mezitím nic nebrání tomu projet úvodní myšlenky. Jdeme na to.
Co to je kvantová fyzika? To je fyzika velmi malého. Schválně to říkám takhle vágně, protože hranice mezi mikrosvětem a naším makrosvětem se pořád mění s tím, jaké podmínky dokážeme simulovat v laboratoři. Řekla bych, že dnes je to přibližně v řádech mikrometrů.
Proč nás ten mikrosvět zajímá, ptáte se? Z dnešního hlediska je to naprosto logické - byly to právě předpovědi kvantové mechaniky, které umožnily existenci polovodičů, laserů, dotykových obrazovek, jaderných elektráren a vůbec vlastně všeho, co si spojíte s moderní dobou.
Proč to ale zajímalo fyziky v minulosti? Proč někdo začal studovat tak malé rozměry, že se to v tehdejší sobě muselo zdát zbytečné? K tomu musíme zabrousit na začátek minulého století a pochopit, jak na tom fyzika byla tehdy.
Trochu historických souvislostí: matematika většiny tehdejších fyzikálních teorií byla matematika spojitého, souvislého. Ať už se studoval pohyb, energie nebo čas, předpokládalo se, že veličiny hodnoty jsou z intervalu hodnot, nikoliv z množiny bodů.
Pokud mám vysvětlit trochu podrobněji, co to znamená v matematice, že jsou hodnoty spojité, tak někdo řekněte - nebo je to možná tak triviální, že to všichni znají, nevím :D hoďte zpětnou vazbu.
Zpět k fyzice. Před začátkem minulého století se totiž objevil problém, který se pomocí klasické/spojité fyziky nějak nedařilo vysvětlit - byl to problém vyzařování absolutně černého tělesa.
Lidé totiž tehdy zkoumali především elektromagnetismus a s tím je spojena i otázka, jakou frekvenci vyzařují materiály za určité teploty. K odpovězení téhle otázky se používal model absolutně černého tělesa.
Absolutně černé těleso je idální přiblížení reality, je to model tělesa, které dokonale pohlcuje všechno záření a zároveň vyzařuje na frekvenci světla, který je úměrná teplotě. V realitě se takhle nic nechová, ale pro teoretické zkoumání je to dost dobré.
Dobře se tahle situace představuje třeba na žárovkách - máte žárovku, která hodně hřeje, takže nevyzařuje dobře na vlnových délkách, které vidí naše oko. Nebo máte zářivku, která naopak vyzařuje bíle. Nebo modře. Nebo žlutě. A každá barva má svou frekvenci/vlnovou délku.
Barva žárovky závisí na tom, jak moc nažhavíte drátek a jaký materiál používáte. No a nějaké ideální přiblížení všech těhle podpřípadů je právě absolutně černé těleso. Problém byl ten, že když se použila matematicky spojitá rovnice, vedlo to k takzvané ultrafialové katastrofě.
Jak název napovídá, situace nebyla právě dobrá. Vynalezená rovnice předpovídala, že s narůstající frekvencí světla by energie vyzařování měla narůstat strašně rychle, až uteče do nekonečna. Tato předpověď ale neodpovídala realitě - a proto se musela vymyslet jiná rovnice.
Tu přišel Max Planck, který předložil rovnici, která fungovala perfektně. Měla ale jeden divný předpoklad - a to, že energie se mění diskrétně. Nikoliv postupně, spojitě, ale skáče po násobcích nějakého čísla. Stejný předpoklad, za který Einstein dostal Nobelovku za fotoefekt.
Něco jako když jdete do schodech. Dejme tomu, že jeden schod je vysoký 20cm, pak vaše výška narůstá v násobcích 20cm. No a tenhle princip se najednou začal ukazovat i jinde. Hodnoty veličin přestaly být spojité, ale skákaly po hladinách jako po schodech.
To je přesně důvod, proč se kvantová mechanika jmenuje kvantová. Protože hodnoty veličin nabývají jen násobků nějakého čísla, nějakého "kvanta energie", čísla, které dnes nazýváme Planckovou konstantou na počest Maxe Plancka.
Jinak klidně zas pište připomínky, myšlenky, ptejte se, ráda si s vámi povídám. 😁 Zapomeňte na trapnost, žádná otázka ani poznámka není blbá.
