Bejelentkezés
SZULO.HU

SZÜLŐ

szülő

Info

SZULO.HU
/fizika/atom/tartalom/kvantum/kvantum.htm

A kvantummechanika megszületése

Honlapunk egyik célja összegyűjteni az Internet azon írásait, amelyek számot tarthatnak a szülők illetve gyerekek érdeklődésére. Végigkíséri a gyermekkel kapcsolatos problémákat a családtervezéstől egészen a felnőtté válásig. Oldalunk neve kettős jelentésű, hiszen egyfelől a szülőknek szól, másrészt pedig szülője sok-sok ide vonatkozó cikknek. Ezen cikkeket témakörök szerint csoportosítottuk, hogy áttekinthetőbb legyen lapunk tartalma.

Legújabb twittek

Nagyon sok szülő aggódva figyeli a gyermekét, amikor bármilyen, az átlagostól eltérő mozdulatot, viselkedést... https://t.co/KyxLvFthWR

MIT CSINÁL ANYA OTTHON EGÉSZ NAP? Egy átlagos szülő 18 év alatt 15 ezer órát tölt gyermekneveléssel, 8000 órát... https://t.co/VRJ1HB9mhb

Milyen szülő az ilyen? 😢 #Faktor #külföld https://t.co/bdc7HB4DmY https://t.co/X84lfL2b1V

Nagyon sok szülő aggódva figyeli a gyermekét, amikor bármilyen, az átlagostól eltérő mozdulatot, viselkedést... https://t.co/kC6ppPMHhH

@Istergam ez szerintem pont az a kategória volt, akire túlságosan is figyeltek, és ő pont ugyanolyan rossz szülő lesz

Elvált szülő is jogosult lehet gyermeke után családi otthonteremtési kedvezményre. Egyszerű a helyzet, ha a... https://t.co/YNSIhfrOQl

Elképzelhető, hogy a szülő feleségéhez sietett. Vagy csak pofátlan volt, de ez most nem jött be. https://t.co/fd37UrViaN

"""Szülő""" https://t.co/iHigcwzUPV

Értékesebb örökséget nem hagyhat gyermekeire a szülő, mint ha mindennap áldoz rájuk pár percet.

Kisgyermekes szülő vagy? te már most is érzed? bizonytalanság a jövő? egyre nehezebbé teszik a megélhetést?... https://t.co/CYCTbG3l0d

Márpedig te jó szülő akarsz lenni, ugye? https://t.co/oNgNbINF9G

Agyilag nincs a ennek a 63 évesen szülő nőnek valami komoly baja, szerintem nemigen lehet vele minden rendben........

"A nárcisztikus szülő gyermekén keresztül igyekszik reflektorfénybe kerülni, önmagát megvalósítani. Birtokolja a... https://t.co/R07RVHx9oW

Amikor a halaim este ilyen édesen néznek rám mindig elgyengulok es adok nekik egy picit a kedvenc kajájukbol😅💞 Szörnyű szülő leszek egyszer

Kutatók megállapították, hogy a legtöbb szülő elégtelent kapna amiatt, hogy az étel, amit gyermekeiknek... https://t.co/lahUOljChW

NINCSENEK BARÁTAI GYERMEKEDNEK? Egy szülő számára elképesztően fájdalmas azt látni, hogy gyermeke nem tud... https://t.co/uWp5qCXxtz

MI AZ, AMIT A LEGTÖBB SZÜLŐ ELRONT MANAPSÁG? Mit teszel, amikor a gyerek nem fogad szót? Milyen az „eszköztárad”... https://t.co/57Q7LfX9Sv

Azoknak a szülőknek, akiknek a gyermeke is szorong, gyakran a szülő is szorong, ha más nem attól, hogy mi lesz a... https://t.co/pcOxmmBMor

A legtöbb szülő vagy tanár nem tud mit kezdeni a helyzettel, mert nem ismeri és nem használja a felületeket https://t.co/e24QwdSfkO

BÁRCSAK MINDEN NAGYMAMA ÍGY GONDOLKOZNA... "Alapszabály, hogy a nagyszülő nem mond ellent a szülő nevelési... https://t.co/CnnKLtzJ1J

A törvény kötelezővé teszi a szülő számára, hogy minden szlovák állampolgársággal rendelkező gyereket, aki elérte... https://t.co/7CyDG8u0xF

Természetes, hogy minden szülő boldognak és sikeresnek szeretné látni a gyermekét felnőtt korában. Sok esetben... https://t.co/uLDvu0cqsz

Természetes, hogy minden szülő boldognak és sikeresnek szeretné látni a gyermekét felnőtt korában. Sok esetben... https://t.co/ISnm2jph6W

Vannak "bizonytalan eredetű állapotok", amikor a szülő azt gondolja, a baba rosszul van... https://t.co/MsosNsMd6w

Nincs könnyű helyzetben az a szülő, aki kamaszokat nevel. Hiszen a csemete egy-két húzásától olyan arcokat kezd... https://t.co/bjVY8PHLK7

Nincs könnyű helyzetben az a szülő, aki kamaszokat nevel. Hiszen a csemete egy-két húzásától olyan arcokat kezd... https://t.co/lIcDqX38ot

Iskola másképp - a Waldorf egy szülő szemével https://t.co/Km8UZSySht

Keresés

 

A kvantummechanika megszületése


Készítette : Porkoláb Tamás

 

 

A Planck-féle kvantumhipotézis (1900)

A fény kettős természete

A fotoeffektus (1905)

A Compton-effektus (1922)

A de Broglie-féle hullámok (1924)

A kvantummechanika alapjai

A Heisenberg-féle határozatlansági reláció (1925)

 


 

 

 

A Planck-féle kvantumhipotézis (1900)

 

    A hőmérsékleti sugárzás intenzitás-hullámhossz összefüggését sokáig nem tudták kellő pontossággal leírni a századvég fizikusai. Plancknak jutott először eszébe, hogy feltegye: a sugárzást kibocsátó kis oszcillátorok csak egy adott energiaadag egész számú többszörösével rendelkezhetnek. Ez későbbi megfogalmazásban azt jelenti, hogy az energia egy adott frekvencián csak meghatározott adagokban, kvantálva terjedhet: . Planck úgy gondolta, hogy a képletbeli h tényező bármilyen kicsinek választható. Eredményét elküldte egy kísérleti fizikusnak, aki azt találta, hogy ha h értéke , akkor a Planck által adott formula tökéletesen leírja a tapasztalati tényeket. Azóta h-t Planck állandónak hívják.

“...rövidesen elkezdtem próbálkozni, hogy a h hatáskvantumot valamiképpen beillesszem a klasszikus elmélet kereteibe, de a hatáskvantum minden ilyen kísérletnek makacsul ellenszegült. Mindaddig, amíg végtelen kicsinek lehetett tekinteni, tehát nagyobb energiáknál és nagyobb hullámhosszaknál, minden a legszebb rendben volt. Általános esetben azonban valahol rés támadt, amely annál feltűnőbb volt, minél nagyobb frekvenciákra tértem át. Miután minden kísérlet meghiúsult ennek a szakadéknak az áthidalására, nem volt kétség többé az iránt, hogy a hatáskvantum alapvető szerepet játszik az atomfizikában, és hogy fellépésével új korszak kezdődik a fizikában. A hatáskvantumban ugyanis valami eddig soha nem hallott jelentkezik, amely arra van hivatva, hogy alapjában átalakítsa egész fizikai gondolkodásunkat...” (Planck)

   


   

A fotoeffektus

 

    1887-ben Hallwachs észrevette, hogy a negatív töltésű elektroszkóp ultraibolya fény hatására elveszíti töltését. Ezt úgy lehetett magyarázni, hogy az elektroszkópot elektronok hagyják el. Később ezt a jelenséget akkor is tapasztalták, ha alkáli fémeket látható fénnyel világítottak meg. Így elnevezték fényelektromos hatásnak, vagy idegen szóval fotoeffektusnak.

 

A Hallwachs-kísérlet

 

    Ha a katódsugárcső katódját megvilágítjuk, akkor abból elektronok lépnek ki, melyeket az anód és katód közé kapcsolt feszültséggel gyorsíthatunk illetve lassíthatunk.

    Philipp Lenard magyar származású, német fizikus 1902-ben a következő megállapításra jutott a jelenséget vizsgálva:

  • A katódból kilépő elektronok mozgási energiája a megvilágító fény frekvenciájától lineárisan függ.
  • A kilépő elektronok száma a megvilágító fény intenzitásának növelésével nő, de mozgási energiájuk ettől független.
  • A katódból csak akkor lépnek ki elektronok, ha a megvilágító fény frekvenciája meghaladja a katód anyagára jellemző küszöbértéket.

    Mindennek magyarázatát Einsteinnek sikerült megadnia 1905-ben, melyért Nobel-díjat kapott. A Planck-féle kvantumhipotézisre alapozva feltette, hogy a fény energiája is csak kis adagokban terjedhet. Ezeket az energiacsomagokat a foton nevű részecskék hordozzák. Planck nyomán: . Tehát Einstein szerint a fény a fotoeffektus során úgy viselkedik, mintha kicsiny részecskékből állna. Az értekezés legfontosabb része a fényelektromos egyenlet:

 

 

    Ennek lényege: a fémlapra érkező foton energiájának egy része arra fordítódik, hogy az atomjától elszakítsa az adott elektront, vagyis fedezze az ehhez szükséges kilépési munkát. Energiájának másik része pedig az elektron mozgási energiáját növeli.

    A fotoeffektus egyik legfontosabb alkalmazása a fotocella. Ez nem más, mint egy olyan katódsugárcső, amelynek katódja valamilyan alkáli fém. Ez már a látható fény hatására is bocsát ki elektronokat, így megindul az ún. fotoáram. Ha a megvilágítás megszűnik, akkor vele együtt a fotoáram is. Ezt használják fel pl. ajtók automatizálására, vagy az éjszakai közvilágítás bekapcsolására.

 

A fotocella

 


   

A Compton-effektus (1922)

 

    Compton észrevette, hogy ha egy kristályra röntgensugarakat bocsátunk, akkor azok szóródnak rajta. A szórt sugarak frekvenciája viszont kisebb, mint a beesőké. A frekvencia-változás független a besugárzott anyag minőségétől. A jelenség magyarázata: az atom egy elektronjával ütköző foton az ütközéskor elveszíti energiájának egy részét, így az lecsökken, ezáltal frekvenciája is.

 

A Compton-effektus

 


   

A fény kettős természete

 

    A legtöbb vizsgálatot elektromágneses hullámok közül a fényen végezték el. A kísérletek egy részében a fény részecskék áramaként, a kísérletek másik részében pedig hullámként viselkedett.

Részecske-természetet mutat:

Hullámtermészetet mutat:

  • törésnél

  • elhajlásnál

  • interferenciánál

  • polarizációnál

Tudomásul kellett venni, hogy a fény kettős természettel rendelkezik.

    A fényt jelentő fotonok tehát valamikor részecskeként, valamikor pedig hullámként viselkednek. Energiájukat Planck hipotéziséből kiindulva az képletből számolhatjuk ki.

 


   

A de Broglie-féle hullámok (1924)

 

    de Broglie Einstein fényre alkalmazott feltevését más részecskékre is kiterjesztette, vagyis minden részecskéhez hullámhosszat rendelt, amely szoros összefüggésben van a részecske lendületével. Nevezetesen:

 

 

(h a Planck-állandó, a részecske frekvenciája, a hullámhossza, p pedig a lendülete)

    1924-ben, a hipotézis születésekor még semmilyen kísérlettel nem tudták igazolni.1927-ben azonban elektronokra sikerült bizonyítani kísérletekkel. de Broglie hipotézise ösztönözte Schrödingert a hullámmechanika megalkotására.

 


   

A kvantummechanika alapjai

 

   A kvantummechanika egészen más eszközrendszerrel próbálja leírni a részecskék világát, mint a klasszikus fizika. Alapfogalmainak megalkotásakor a cél az volt, hogy az addigi klasszikus fizikai modellek helyett mérhető mennyiségeket használjon a jelenségek leírására. A Thomson-féle atommodelltől a Bohr-féle modellig mindegyikük csődöt mondott előbb-utóbb. A kvantummechanikának két párhuzamos interpretációja volt: az egyik a Heisenberg-féle mátrixmechanika, a másik a Schrödinger-féle hullámmechanika. Mindkét elmélet a valószínűségszámítás segítségével írja le a jelenségeket.

   A klasszikus mechanikában legfeljebb a részecskesokaságok mozgásának követhetetlensége miatt kellett a valószínűség fogalmához folyamodni, a kvantummechanikában azonban ennek elvi okai vannak. A gázelméletben elvileg meghatározható egy részecske pályája, vagyis ha ismerjük az állapotát egy adott pillanatban, akkor következtetni tudunk arra, hogy milyen lesz a következő pillanatban. A két állapot közt tehát ok-okozati összefüggés van. A modern fizikában ez nem így van. Ha ismerjük egy részecske állapotát, abból még nem tudjuk meghatározni, hogy mi fog történni vele a következő pillanatban, legfeljebb a valószínűségét tudjuk meghatározni. Itt megszűnik az ok-okozati összefüggés a jelenségek közt. Tehát a jelenből nem következtethetünk a jövőre. Ezt bizonyítja az alábbi kísérlet is.

 

Egyetlen elektron interferenciaképe

 

    A fenti kísérletben résen átbocsátott elektronok becsapódási helyét vizsgálták. Ha csak a felső rés volt nyitva, akkor az első ábrán látható becsapódási kép adódott. Ha csak az alsó rés volt nyitva, akkor a második ábrán látható képet kapták. Ha azonban mindkét rés nyitva volt és biztosan csak egyetlen elektron haladt át a réseken, akkor a harmadik ábrán látható igen meglepő eredmény született. Ez ugyanis egy interferenciakép. Vagyis egyetlen elektron is képes interferenciára. Hogyan? Hiszen nyilvánvalóan egyszerre csak egy résen haladhatott át. Ekkor viszont nem jöhetne létre interferencia, mert ahhoz legalább két hullám szükséges. Természetesen nem úgy értelmezendő a probléma, hogy az elektron kétfelé szakadt, aztán újra egyesült. Azt jelenti, hogy egy részecske pályáját nem lehet előre megjósolni, csupán valószínűségek kombinációjaként írható le a mozgása. Megszűnik az ok-okozati összefüggés, hiszen a rés előtt mozgó elektron mozgásából nem tudunk következtetni a rés utáni elektron mozgására.

"A kvantummechanika nagyon impozáns elmélet. De egy belső hang mégis azt súgja nekem, hogy ez nem az igazi Jákob. Az igaz, hogy sokat nyújt, de aligha visz közelebb az Öreg titkához... Bárhogy legyen is, meg vagyok győződve, hogy ő nem szórakozik kockavetéssel..." (Einstein levele Bohrhoz - 1926)

 


   

A Heisenberg-féle határozatlansági reláció (1925)

 

  Ha egy fényérzékeny ernyőt résen keresztül világítunk meg, a fény elhajlik a résen. Minél szűkebbre vesszük a rést, a kép annál elmosódottabb. A szűkebb rés a pontosabb helymeghatározást segíti elő, ekkor azonban az impulzus függőleges irányú határozatlansága nő. Ha a rés szélesebb, akkor kevésbé pontosan ismerjük a részecske helyét, viszont kevésbé hajlik el a résen, így lendületének határozatlansága csökken. A két mennyiség tehát nem határozható meg egyszerre pontosan.

  Tipikus példa a következő arra, hogy a hely és a lendület egyszerre nem határozható meg tetszőleges pontossággal. Mikroszkóp esetén, ha éles képet szeretnénk kapni például egy elektronról, akkor kis hullámhosszú, nagy frekvenciájú fényt kell használnunk. Ennek energiája is nagyobb, így az elektronnal történő ütközéskor jelentősen megváltoztatja annak lendületét. Tehát ha pontosabban meg akarjuk határozni az elektron helyét, akkor impulzusa teljesen bizonytalanná válik. Ha el szeretnénk kerülni, hogy az elektron jelentősen megváltoztassa lendületét, akkor a fény frekvenciáját csökkentenünk kell. Így viszont a mikroszkóp felbontóképessége is romlik, tehát nem tudjuk meghatározni az elektron pontos helyét. A fentiek alapján elmondható, hogy minél pontosabbat szeretnénk tudni az egyik mennyiségről, annál határozatlanabbá válik a másik.

  Heisenberg fogalmazta meg az ú.n. határozatlansági relációt, amely azt mondja ki, hogy a részecske impulzusa és helye nem állapítható meg egyszerre egy adott értéknél pontosabban:

 

 

  A fenti összefüggések természetesen a tér bármely más irányára vonatkozóan is érvényesek. Heisenberg úgy fogalmazott, hogy a hely és az impulzus egymás kiegészítői, komplementer tulajdonságok.

A másik híres Heisenbergtől származó határozatlansági reláció az energia bizonytalanságára vonatkozik:

 

 

    Ez pedig azt jelenti, hogy ha egy nagyon rövid időtartamon belül akarjuk meghatározni az energiát, akkor annak értéke bizonytalan lesz, hiszen a szorzatban az időtartam értéke kicsi, ezért az energia bizonytalanságának nagynak kell lennie. Ha hosszú időtartamra vonatkozóan akarjuk meghatározni egy részecske energiáját, akkor annak bizonytalansága kicsi lesz. Ezzel magyarázható az ún. alagúteffektus is, amikor egy kötött részecske energiája nagyon rövid időre a potenciálgát fölé kerül.

 


Főoldal   Tartalom   Kronológia    Fizikusok   Nobel-díjasok   Tárgymutató   Bibliográfia   Linkek   Vissza