Vesmírny web

Kvantová teória

Kvantová teória je ucelená sústava teoretických disciplín opisujúcich vlastnosti a správanie mikročastíc a fyzikálnych polí a ich vzájomnú interakciu. Časť fyziky využívajúca aparát kvantovej teórie sa nazýva kvantová fyzika. Slovo kvantum pochádza z latinčiny a znamená „ako veľa“, „ako veľmi“, „koľko“, „pokiaľ“.

Kvantová teória sa delí na:

Kvantová mechanika: je oblasť fyziky, ktorá skúma a popisuje javy na nanoskopických škálach. Medzi tradičné problémy objasnené kvantovou mechanikou patrí správanie sa mikročastíc, atómov, molekúl a atómovych jadier. Kvantová mechanika sa týka pravdepodobností. Hovorí, že nemožno predpovedať, kde bude elektrón v konkrétnom čase, možno iba uviesť pravdepodobnosti pre rôzne jeho pozície. V istom slova zmysle dokonca elektrón neexistuje, pokiaľ nie je pozorovaný a dovtedy treba o ňom hovoriť, že sa naraz nachádza všade a zároveň nikde (Schrödingerova mačka). Po dekádach štúdií kvantovej mechaniky a potvrdeniach sa aj viacerých s úplne absurdných predpovedí dostali do popredia bizarný dôsledok jej matematických základov hovoriaci, že každý jav, ktorému teória priraďuje nulovú pravdepodobnosť, sa nielenže môže odohrať, ale sa za každých okolností reálne uskutoční. V jednom z mnohých alternatívnych realít, z ktorých každá jedna predstavuje vlastne paralelný vesmír. Kvantová mechanika sa opiera o hlbší stupeň vedeckého poznania než klasická fyzika a poskytuje aj všeobecnejšie zákony. Zákony klasickej fyziky sa javia z hľadiska kvantovej mechaniky ako aproximácie tejto novej teórie. Správanie sa subatomárnych častíc (elektrónov, protónov, neutrónov, fotónov a ďalších), z ktorých pozostáva hmota, uspokojivo popisuje len kvantová mechanika. Kvantová mechanika značne ovplyvnila teóriu strún, ktorá je kandidátom na teóriu všetkého.

Kvantová teória polí a elementárnych častíc: je aplikáciou kvantovej mechaniky na správania sa polí. Je základom pri skúmaní elementárnych častíc a ich interakcií ako aj v modernej teórii tuhých látok.Dôvodom pre hľadanie novej teórie bol fakt, že kvantová mechanika popisuje správanie tých systémov, kde počet častíc ostáva nemenný (príkladom je elektrón v atóme vodíka). Vyžiarenie fotónu pri preskoku elektrónu z vyššej energetickej hladiny na nižšiu je však už za hranicami použitia kvantovej mechaniky - počas preskoku totiž pribúda nová častica, fotón. Prácu na kvantovej teórii poľa začal Paul Dirac koncom 20-tych rokov 20. storočia. Úspešná kvantová teória pre elektromagnetické pole však bola hotová až o zhruba 30 rokov neskôr za prispenia viacerých známych fyzikov.

Kvantová elektrodynamika: je náuka o pohybe elektrických nábojov (nabitých telies) v všeobecne premenných elektromagnetických poliach. Klasická elektrodynamiky študuje elektrodynamické interakcie medzi makroskopickými telesami, kvantová elektrodynamice interakcie medzi mikroobjekty (atomárnych a subatomárnych rozmerov).Je to kvantová teória elektromagnetických procesov. Kvantová elektrodynamiky vznikla ako teória interakcie elektromagnetického poľa a poľa opisujúceho elektróny a pozitróny. Interakcia je popísaná v kvantovej elektrodynamiky výmenou fotónov. Je prvý dôsledne vypracovanú kvantovou teóriou silového poľa.

Kvantová štatistická fyzika:je jedna zo základných fyzikálnych teórií. Používa štatistické metódy na opis správania systémov s veľkým počtom častíc. Vďaka tomu dokáže opísať širokú škálu javov, a to aj vrátane tých, ktorých povaha je vyložene náhodná. Použitie nachádza vo výskume jadrových reakcií, žiarenia telies, teórii plynov, ale aj v biológii, chémii, neurológii či sociológii. Jednou z nových oblastí výskumu sú komplexné grafy.

Kvantová chromodynamika: je kalibračná teória interakcií farebných kvarkov, antikvarkov a gluónov.Kvantová chromodynamika ako teória silných interakcií vznikla v polovici 70-tych rokov. Jej platnosť bola potvrdená značným množstvom experimentov. Dodnes sa však jej predpovede obmedzujú na prípady interakcií na veľmi malé vzdialenosti, kde je aplikovateľná poruchová teória.

Kvantová chémia: je odbor teoretickej chémie, ktorý využíva kvantovú mechaniku a teóriu kvantového poľa na riešenie chemických problémov. Jednou z najdôležitejších oblastí kvantovej chémie je popis správania elektrónov v atómoch a molekulách a ich vplyv na reaktivitu. Kvantová chémia leží na rozhraní medzi chémiou a fyzikou. Významne prispieva do oboch týchto odborov.

ENG