Квантовый

В физике квант ) — ( мн. кв . это минимальное количество любого физического объекта ( физического свойства ), участвующего во взаимодействии . Квант — это дискретная величина энергии, пропорциональная по величине частоте излучения, которое он представляет. Фундаментальное представление о том, что свойство можно «квантовать», называется «гипотезой квантования ». ^{[ 1 ]} Это означает, что величина физического свойства может принимать только дискретные значения, состоящие из целых чисел, кратных одному кванту. Например, фотон — это одиночный квант света определенной частоты (или любой другой формы электромагнитного излучения ). Аналогично энергия электрона, связанного внутри атома , квантована и может существовать только в определенных дискретных значениях. ^{[ 2 ]} Атомы и материя в целом стабильны, поскольку электроны могут существовать только на дискретных энергетических уровнях внутри атома. Квантование является одной из основ гораздо более широкой физики квантовой механики . Квантование энергии и его влияние на взаимодействие энергии и материи ( квантовая электродинамика ) является частью фундаментальной основы понимания и описания природы.

Этимология и открытие

Слово «квант» является средним числом единственного числа латинского вопросительного прилагательного «quantus » , означающего «сколько». « Кванта », среднее множественное число, сокращение от «кванты электричества» (электроны), было использовано в статье 1902 года о фотоэлектрическом эффекте Филиппом Ленардом , который выразил благодарность Герману фон Гельмгольцу за использование этого слова в области электричества. Однако слово «квант» в целом было хорошо известно до 1900 г. ^{[ 3 ]} например, квант использовался в « Потере дыхания » Э.А. Его часто использовали врачи , например, в термине «quant satis» , «количество, которого достаточно». И Гельмгольц, и Юлиус фон Майер были не только физиками, но и врачами. Гельмгольц использовал квант применительно к теплу в своей статье. ^{[ 4 ]} о работе Майера, а слово «квант» можно найти в формулировке первого закона термодинамики Майера в его письме. ^{[ 5 ]} от 24 июля 1841 г.

В 1901 году Макс Планк использовал слово «кванты» для обозначения «квантов материи и электричества». ^{[ 6 ]} газ и тепло. ^{[ 7 ]} В 1905 году, в ответ на работу Планка и экспериментальную работу Ленарда (который объяснил свои результаты, используя термин «кванты электричества »), Альберт Эйнштейн предположил, что излучение существует в пространственно локализованных пакетах, которые он назвал «квантами света» (« Lichtquanta »). ). ^{[ 8 ]}

Концепция квантования излучения была открыта в 1900 году Максом Планком , который пытался понять испускание излучения от нагретых объектов, известное как излучение черного тела . Предполагая, что энергия может поглощаться или выделяться только крошечными, дифференциальными, дискретными пакетами (которые он назвал «связками» или «энергетическими элементами»), ^{[ 9 ]} Планк объяснил, что некоторые объекты меняют цвет при нагревании. ^{[ 10 ]} 14 декабря 1900 года Планк сообщил о своих открытиях Немецкому физическому обществу и впервые представил идею квантования как часть своего исследования излучения черного тела. ^{[ 11 ]} В результате своих экспериментов Планк вывел численное значение h , известное как постоянная Планка , и сообщил более точные значения единицы электрического заряда и числа Авогадро-Лошмидта , количества реальных молекул в моле , для Немецкое физическое общество. После того, как его теория была подтверждена, Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за свое открытие в 1918 году.

Квантование

Хотя квантование было впервые обнаружено в электромагнитном излучении , оно описывает фундаментальный аспект энергии, не ограничивающийся только фотонами. ^{[ 12 ]} Пытаясь привести теорию в соответствие с экспериментом, Макс Планк постулировал, что электромагнитная энергия поглощается или излучается дискретными пакетами или квантами. ^{[ 13 ]}

См. также

Ссылки

^ Винер, Н. (1966). Дифференциальное пространство, квантовые системы и предсказание . Кембридж, Массачусетс: Издательство Массачусетского технологического института
^ Ровелли, Карло (январь 2017 г.). Реальность — это не то, чем кажется: элементарная структура вещей . Перевод Карнелла, Саймона; Сегре, Эрика (1-е американское изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Riverhead Books. стр. 109–130. ISBN 978-0-7352-1392-0 .
^ Э. Кобэм Брюэр 1810–1897. Словарь фраз и басен. 1898. Архивировано 30 июня 2017 г. в Wayback Machine.
^ Э. Гельмгольц, Priorität Роберта Майера. Архивировано 29 сентября 2015 г. в Wayback Machine (на немецком языке).
^ Херрманн, Армин (1991). «Домашняя страница Роберта Дж. Майера» (на немецком языке). Всемирная империя физики, Гент-Верлаг. Архивировано из оригинала 9 февраля 1998 г.
^ Планк, М. (1901). «Об элементарных квантах материи и электричестве» . Анналы физики (на немецком языке). 309 (3): 564–566. Бибкод : 1901АнП...309..564П . дои : 10.1002/andp.19013090311 . Архивировано из оригинала 24 июня 2023 г. Проверено 16 сентября 2019 г. - через Zenodo.
^ Планк, Макс (1883). «О термодинамическом равновесии газовых смесей» . Анналы физики (на немецком языке). 255 (6): 358–378. Бибкод : 1883АнП...255..358П . дои : 10.1002/andp.18832550612 . Архивировано из оригинала 21 января 2021 г. Проверено 5 июля 2019 г. - через Zenodo.
^ Эйнштейн, А. (1905). «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света» (PDF) . Анналы физики (на немецком языке). 17 (6): 132–148. Бибкод : 1905АнП...322..132Е . дои : 10.1002/andp.19053220607 . Архивировано (PDF) из оригинала 24 сентября 2015 г. Проверено 26 августа 2010 г. . Частичный перевод на английский язык, заархивированный 21 января 2021 г. на Wayback Machine, доступен в Wikisource .
^ Макс Планк (1901). «О законе распределения энергии в нормальном спектре» . Анналы физики . 309 (3): 553. Бибкод : 1901АнП...309..553П . дои : 10.1002/andp.19013090310 . Архивировано из оригинала 18 апреля 2008 г.
^ Браун, Т., ЛеМэй, Х., Берстен, Б. (2008). Химия: Central Science Upper Saddle River, Нью-Джерси: Pearson Education ISBN 0-13-600617-5
^ Кляйн, Мартин Дж. (1961). «Макс Планк и начало квантовой теории». Архив истории точных наук . 1 (5): 459–479. дои : 10.1007/BF00327765 . S2CID 121189755 .
^ Паркер, Уилл (11 февраля 2005 г.). «Демонстрация квантовых эффектов в реальном мире» . НаукаGoGo . Проверено 20 августа 2023 г.
^ Современная прикладная физика-Типпенс, третье издание; МакГроу-Хилл.

Дальнейшее чтение

Хоффманн, Банеш (1959). Странная история кванта: отчет для широкого читателя о развитии идей, лежащих в основе наших нынешних атомных знаний (2-е изд.). Нью-Йорк: Дувр. ISBN 978-0-486-20518-2 .
Мехра, Джагдиш ; Рехенберг, Хельмут ; Мехра, Джагдиш; Рехенберг, Гельмут (2001). Историческое развитие квантовой теории. 4: Часть 1, фундаментальные уравнения квантовой механики, 1925–1926 (1. Печатное издание в мягкой обложке). Нью-Йорк Гейдельберг: Спрингер. ISBN 978-0-387-95178-2 .
М. Планк, Обзор физической теории , пер. Р. Джонс и Д. Х. Уильямс, Methuen & Co., Limited., Лондон, 1925 г. (Дуврское издание, 17 мая 2003 г., ISBN 978-0486678672), включая Нобелевскую лекцию.
Родни, Брукс (14 декабря 2010 г.) Цветовые поля: теория, ускользнувшая от Эйнштейна . Аллегра Печать и обработка изображений. ISBN 979-8373308427

[1] Винер, Н. (1966). Дифференциальное пространство, квантовые системы и предсказание . Кембридж, Массачусетс: Издательство Массачусетского технологического института

[2] Ровелли, Карло (январь 2017 г.). Реальность — это не то, чем кажется: элементарная структура вещей . Перевод Карнелла, Саймона; Сегре, Эрика (1-е американское изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Riverhead Books. стр. 109–130. ISBN 978-0-7352-1392-0 .

[3] Э. Кобэм Брюэр 1810–1897. Словарь фраз и басен. 1898. Архивировано 30 июня 2017 г. в Wayback Machine.

[4] Э. Гельмгольц, Priorität Роберта Майера. Архивировано 29 сентября 2015 г. в Wayback Machine (на немецком языке).

[5] Херрманн, Армин (1991). «Домашняя страница Роберта Дж. Майера» (на немецком языке). Всемирная империя физики, Гент-Верлаг. Архивировано из оригинала 9 февраля 1998 г.

[Planck1901-6] Планк, М. (1901). «Об элементарных квантах материи и электричестве» . Анналы физики (на немецком языке). 309 (3): 564–566. Бибкод : 1901АнП...309..564П . дои : 10.1002/andp.19013090311 . Архивировано из оригинала 24 июня 2023 г. Проверено 16 сентября 2019 г. - через Zenodo.

[7] Планк, Макс (1883). «О термодинамическом равновесии газовых смесей» . Анналы физики (на немецком языке). 255 (6): 358–378. Бибкод : 1883АнП...255..358П . дои : 10.1002/andp.18832550612 . Архивировано из оригинала 21 января 2021 г. Проверено 5 июля 2019 г. - через Zenodo.

[Einstein1905-8] Эйнштейн, А. (1905). «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света» (PDF) . Анналы физики (на немецком языке). 17 (6): 132–148. Бибкод : 1905АнП...322..132Е . дои : 10.1002/andp.19053220607 . Архивировано (PDF) из оригинала 24 сентября 2015 г. Проверено 26 августа 2010 г. . Частичный перевод на английский язык, заархивированный 21 января 2021 г. на Wayback Machine, доступен в Wikisource .

[9] Макс Планк (1901). «О законе распределения энергии в нормальном спектре» . Анналы физики . 309 (3): 553. Бибкод : 1901АнП...309..553П . дои : 10.1002/andp.19013090310 . Архивировано из оригинала 18 апреля 2008 г.

[10] Браун, Т., ЛеМэй, Х., Берстен, Б. (2008). Химия: Central Science Upper Saddle River, Нью-Джерси: Pearson Education ISBN 0-13-600617-5

[11] Кляйн, Мартин Дж. (1961). «Макс Планк и начало квантовой теории». Архив истории точных наук . 1 (5): 459–479. дои : 10.1007/BF00327765 . S2CID 121189755 .

[12] Паркер, Уилл (11 февраля 2005 г.). «Демонстрация квантовых эффектов в реальном мире» . НаукаGoGo . Проверено 20 августа 2023 г.

[13] Современная прикладная физика-Типпенс, третье издание; МакГроу-Хилл.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]