Fizyka kwantowa dla początkujących

Wykład dla uczniów liceów ogólnokształcących i szkół ponadgimnazjalnych wygłoszony w dniu 16 maja 2009 na Wydziale Fizyki UW.

Prowadzenie: dr Jacek Szczytko;
Asysta: Marcin Paweł Sadowski, Andrzej Gołębiewski

Streszczenie

Dzięki mechanice kwantowej nie tylko lepiej rozumiemy zjawiska zachodzące w mikroświecie, ale także umiemy skonstruować urządzenia, które mogą działać tylko dzięki zjawiskom kwantowym: diody, lasery półprzewodnikowe, magnesy nadprzewodzące, tranzystory, twarde dyski, pamięci USB; umiemy projektować lekarstwa, badać molekuły biologiczne, syntetyzować nanocząstki. Nie jest więc prawdą, że teoria kwantowa opisuje zjawiska zachodzące w mikroświecie, w skali tak małej, że nie da się ich bezpośrednio zaobserwować! Niestety aparat matematyczny mechaniki kwantowej (wymagający m.in. liczb zespolonych) dla wielu stanowi barierę nie do pokonania – to jeden z powodów dla których o fizyce kwantowej uczymy się dopiero na studiach, a w literaturze popularno-naukowej skupiamy się na spektakularnych kwantowych „paradoksach” („kot Schrodingera”, zasady nieoznaczoności, itp). Tymczasem teoria kwantów wynika z prostych obserwacji eksperymentalnych, a jej wprowadzenie było po prostu konieczne, gdyż żadna inna próba opisu naszego Wszechświata nie dała zgodności z doświadczeniem.

Fizyka kwantowa dla początkujących to wykład na temat zasad rządzących mikroświatem. Do opisu matematycznego mechaniki kwantowej wykorzystuje się pojęcie funkcji falowych. Zostaną omówione (i zilustrowane doświadczeniami!) podstawowe własności funkcji falowych:

Uwaga 1: funkcję falową określają m.in LICZBY KWANTOWE

Uwaga 2: funkcja falowa jest określona w całej przestrzeni, w tym sensie jej ewolucja opisuje wszystkie możliwe historie cząstki

Uwaga 3: liniowa kombinacja funkcji falowych też jest funkcja falową (zasada superpozycji)

Uwaga 4: ewolucja funkcji falowej jest DETERMINISTYCZNA. Jednak w momencie pomiaru „dowiadujemy” się w jakim stanie jest funkcja (tzw. redukcja f. falowej)

Uwaga 5: cząstki kwantowe są NIEROZRÓŻNIALNE