kvanttifysiikka l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
KVANTTIFYSIIKKA PowerPoint Presentation
Download Presentation
KVANTTIFYSIIKKA

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 23

KVANTTIFYSIIKKA - PowerPoint PPT Presentation


  • 361 Views
  • Uploaded on

KVANTTIFYSIIKKA. todellisuus ei arkikokemuksen tavoitettavissa. 1900-luvun fysiikan kaksi merkittävintä saavutusta: kvanttifysiikka ja suhteellisuusteoria. kvanttifysiikka. kvanttimekaniikka (1920-luku). MILLAISTA ON AINEEN PIENIMPIEN OSASTEN LIIKE?. liike lyhyissä aika-

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'KVANTTIFYSIIKKA' - Thomas


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
kvanttifysiikka

KVANTTIFYSIIKKA

todellisuus ei arkikokemuksen tavoitettavissa

1900-luvun fysiikan kaksi merkittävintä saavutusta: kvanttifysiikka ja suhteellisuusteoria

kvanttifysiikka

kvanttimekaniikka

(1920-luku)

slide2

MILLAISTA ON AINEEN PIENIMPIEN OSASTEN LIIKE?

liike lyhyissä aika-

ja etäisyysskaaloissa

KVANTTIFYSIIKKA

- tarkin ja kattavin tieteellinen teoria

- kaikki on pohjimmiltaan kvanttifysiikkaa

Max Planck 1900: säteily syntyy

energiapaketteina = kvantteina

fotoni

h-viiva = h/2

h

h

Planckin vakio

slide3

Aineessa on sähköisiä

varauksia

J.J. Thomson 1897: elektroni

E. Rutherford 1909

kultalehdykkä

alfa-hiukkanen

= heliumydin

Aineessa on raskaita

hiukkasia

15000 km/s

kulta-atomi 8000 x alfa-hiukkasta painavampi

slide4

yksinkertaisin kysymys: millainen on vetyatomi?

kun kysytään yksinkertaisia kysymyksiä, saadaan niihin

täsmällisiä vastauksia …

… ja seurauksena myös vastauksia syvällisiin,

monimutkaisiin kysymyksiin

vetyatomi  kvanttifysiikka  todellisuuden luonne

  • Kopernikaaninen systeemi: Marsin rata
  • suhteellisuusteoria: Maxwellin yhtälöt
  • -kvanttimekaniikka: vetyatomi

vertaa:

slide5

Maxwellin yhtälöt:

liikkuva sähkövaraus

säteilee ja menettää näin

energiaa  rata epästabiili

”planeettamalli”

Niels Bohr 1911 ad hoc selitys:

vain tietyt radat sallittuja

kvanttiehto: nopeus x etäisyys = kokonaisluku

slide6

Energia2

valon kvantti fotoni

Energia = Energia2 - Energia1

Energia1

energiatasot

kvantittuneet

= diskreetit

fotonin energia  aallonpituus spektri

slide7

… äärettömiin saakka

.

.

energiatasot

n=3

n=2

alin = ”perustila”

n=1

pääkvanttiluku

slide8

vetyatomin spektri koostuu viivoista: 1900-luvun alussa

tunnettiin ns. Balmerin sarja  Bohrin malli ennusti aallonpituudet

planeettamallista kvanttimekaniikkaan 1920-1925:

Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli

kvanttien mekaniikka: miten kvantit liikkuvat

Schrödingerin yhtälö 1925

kuvaa aaltoliikettä

slide9

elektroni liikkuu kuten aalto …

esim. kaksoisrakokoe

interferenssi: aallot voivat

joko sammuttaa tai vahvis-

taa toisiaan

… mutta ei kuten tavallinen aalto

Schrödingerin yhtälön ratkaisu

- aaltofunktio on todennäköisyysaalto

- kuvaa hiukkasen abstraktia tilaa

slide10

todennäköisyys

= aaltofunktion neliö

muoto riippuu

kvanttiluvuista

kts. demo, toinen demo

elektronin etäisyys

ytimestä

mittauksessa elektroni löytyy tietyllä

todennäköisyydellä tietyltä etäisyydellä

slide11

’epämääräinen tila’

esim:

hiukkanen voi olla yhtä aikaa

’sininen’ ja ’punainen’

70%

30%

mittaustulos on tietyllä toden-

köisyydellä ’sininen’ tai ’punainen’

slide12

Wolfgang Pauli: elektroni on pieni magneetti

SPIN

eräs elektronin

kvanttiluvuista

Paulin kieltosääntö: kaksi elektronia ei voi olla täsmälleen

samassa tilassa

kemia

slide13

spin puhtaasti kvanttifysikaalinen ominaisuus

kvantittunut: spin ’ylöspäin’ tai ’alaspäin’

mutta: on myös epämääräinen spin-tila:

 = spin↑ + spin↓

mittauksessa ↑ tai ↓toteutuu tietyllä todennäköisyydellä

slide15

Heisenbergin epätarkkuusperiaate

h

hiukkasen

paikkaa ja nopeutta

energiaa ja aikaa

jne

ei voida mitata yhtä aikaa mielivaltaisen tarkasti

seurausta aaltoluonteesta (ei siitä että esim. elektronia

häiritään mittauksessa)

slide16

energian epätarkkuus

paikan epätarkkuus

nopeus tunnetaan

 paikka epätarkka

paikka tunnetaan

 nopeus epätarkka

h

nopeuden epätarkkuus

ajan epätarkkuus

kvanttimekaniikan peruspostulaatit
kvanttimekaniikan peruspostulaatit
  • elektroni voi olla epämääräisessä tilassa
  • mittauksessa kaikista mahdollisuuksista toteutuu yksi (aaltofunktiosta luettavalla todennäköisyydellä)
  • kaikkea ei voi mitata yhtä aikaa mielivaltaisen tarkasti

’aaltofunktion romahdus’

kaikki etäisyydet mahdollisia

slide18

kvanttimekaniikan tulkintaongelmissa täten 2 osiota:

1. kysymys epämääräisistä tiloista

2. mikä on mittaus?

palataan asiaan …

slide19

kvanttifysiikka on

 ei-deterministinen

samasta alkutilasta ei seuraa aina sama lopputila

aito todennäköisyysluonne

 kausaalinen

syy edeltää aina seurausta

Dirac 1928: suppeampi suhteellisuusteoria + kvantti-

mekaniikka: Schrödingerin yhtälö  Diracin yhtälö

Feynman, Schwinger, Tomonaga 1948: kvanttielektro-

dynamiikka QED: Maxwellin yhtälöt + Diracin yhtälö

slide20

virtuaaliset hiukkaset

elektronia ympäröi virtuaalisten fotonien pilvi

 pieni mutta mitattava efekti

slide21

Heisenbergin epätarkkuusperiaate: energiaa voi lainata

tyhjiöstä syntyy jatkuvasti virtuaalisia hiukkasia

slide22

kvanttifysiikka on koko tieteen historian paras

ja ylivoimaisesti tarkin teoria!

Esim:

Energia

n = 2

suht.teoria

spin

ydin

virtuaaliset

slide23

vetyatomi selitetty viimeistä piirtoa myöten …

… eikä pelkästään vain vetyatomi

satoja ilmiöitä, kaksi

parametria: massa ja

varaus

Esim. voima jolla elektroni kytkee magneettikenttään:

kokeet: 1159.6521869 ± 0.0000041

teoria: 1159.6521535 ± 0.0000290

Helsinki – New York –etäisyys hiuskarvan tarkkuudella