Широков Е.В. - Физика ядра и частиц - 3. Квантовая физика

YOUTUBE · 25.11.2025 05:42

Ключевые темы и таймкоды

Квантовая физика

0:19
  • Лекция о квантовой физике, разделе современной науки, который описывает свойства материи на уровне микроявлений.
  • Квантовая физика не отменяет и не противоречит классической физике, содержит ее как предельный случай.

Создание квантовой физики

8:01
  • Макс Планк создал квантовую физику в 1900 году, решив проблему излучения абсолютно черного тела.
  • Гипотеза кванта энергии Планка объяснила, что энергия передается не непрерывным потоком, а квантами.

Ультрафиолетовая катастрофа

10:04
  • В конце 19 века возникла проблема с излучением абсолютно черного тела, которую Планк решил введением гипотезы кванта.
  • Гипотеза Планка объяснила, что излучение в энергетическом смысле не носит непрерывного характера, а передается порциями.

Квантовая физика и ее влияние на нашу жизнь

13:42
  • В видео обсуждается, как квантовая физика влияет на нашу жизнь, особенно в контексте фотоэффекта, планетарной модели атома и переходов между квантовыми системами.
  • Эйнштейн получил Нобелевскую премию за объяснение фотоэффекта, а Бор - за объяснение энергетических переходов в атомах.

Нобелевские премии и их значение

18:55
  • В видео обсуждаются нобелевские премии, полученные за открытие квантовой структуры вещества, включая опыт Франка и Герца, эффект Комптона и другие.
  • Упоминается, что многие ученые не только сами достигли выдающихся результатов, но и подготовили плеяду физиков, которые также получили Нобелевские премии.

Квантовые эффекты в биологии

25:05
  • Обсуждение квантовых эффектов в биологии, включая фотосинтез и биологические процессы.
  • Упоминание о том, что пока что рано говорить о квантовой биологии, так как еще не хватает вычислительных мощностей для моделирования таких процессов.

Соотношение неопределенности Гейзенберга

29:47
  • Обсуждение соотношения неопределенности Гейзенберга, которое демонстрирует неопределенности, возникающие при наблюдении реальных процессов в квантовом мире.
  • Упоминание о том, что соотношение неопределенности является свойством систем в квантовом мире и влияет на возможность детерминирования.

Принцип неопределенности и его значение

33:31
  • Обсуждение принципа неопределенности и его значения для квантовой механики.
  • Пример с использованием воображаемого орудия, стреляющего снарядом или электроном, для демонстрации влияния источника освещения на траекторию полета частицы.
  • Упоминание о том, что в случае с микроскопическими параметрами, погрешность измерения может быть равна нулю, так как измерение меняет параметры системы.

Соотношение неопределенности

37:04
  • Гейзенберг объясняет, что измерение влияет на результат, и что в микроскопических случаях само измерение влияет на систему.
  • Он также упоминает, что в тридцатые годы к квантовой физике было неоднозначное отношение, и что некоторые ученые считали ее ересью.

Соотношение между шириной линии и временем жизни

41:41
  • Гейзенберг объясняет, что соотношение между шириной линии и временем жизни имеет прямое экспериментальное выражение и связано с временем жизни частиц.
  • Он подчеркивает, что это соотношение имеет отношение к квантовой природе, но не является соотношением неопределенности.

Волновая функция и вероятность

48:33
  • Гейзенберг объясняет, что волновая функция важна для описания вероятности нахождения системы в определенном состоянии.
  • Он также упоминает, что Борн получил Нобелевскую премию за создание формализма волновой функции.

Мысленный эксперимент с кошкой Шредингера

50:28
  • Вспоминается мысленный эксперимент с кошкой, где животное помещается в ящик с радиоактивным источником и счетчиком.
  • Если распад произойдет, то счетчик сработает и разобьется склянка с ядом, что приведет к гибели животного.
  • Волновая функция приобретает характер суперпозиции двух состояний: животное живое или погибшее.

Волновые функции и туннелирование

53:51
  • Волновые функции реальных систем могут быть сложными, особенно для ядер.
  • Волновые функции могут быть локализованы во всем пространстве, что приводит к туннельному эффекту.
  • Туннельный эффект - это процесс, когда частица оказывается за барьером с определенной вероятностью.
  • Этот процесс возможен, но его вероятность зависит от характеристик системы и барьера.

Примеры туннельного эффекта

56:35
  • Туннельный эффект был впервые введен на примере альфа-распада в 1920-х годах.
  • После создания ядерной бомбы в 1945 году, туннелирование стало реальностью.
  • Туннельный эффект может быть полезным, но его вероятность может быть низкой, что делает его непрактичным для некоторых задач.

Формализм квантовой механики

58:56
  • В квантовой механике используются операторы, которые действуют на волновые функции, давая значения классических величин, таких как импульс, энергия и т.д.
  • Время не является оператором, поэтому его нельзя использовать в соотношении неопределенности.

Уравнение Шредингера

1:01:49
  • Уравнение Шредингера описывает систему, помещенную в поле, и определяет ее характеристики.
  • Решение уравнения Шредингера для атома водорода дает известные значения энергии электронов.

Изучение атомного ядра

1:03:42
  • Изучение атомного ядра требует моделирования потенциала и проверки его значений в эксперименте.
  • В настоящее время изучение атомного ядра идет с двумя путями: моделирование потенциала и экспериментальное определение энергии.

Спин и его классический аналог

1:04:49
  • Штерн и Герлах обнаружили, что ионы серебра обладают дополнительной квантовой характеристикой, называемой спином, которая может принимать значения 1/2 или -1/2.
  • Спин был определен как аналог вращения твердого тела, но также имеет математический смысл и физические свойства.

Статистики и принцип Паули

1:11:41
  • Фермионы и бозоны - частицы с целым и полуцелым спином соответственно.
  • Фермионы подчиняются принципу Паули, который гласит, что в одной системе не могут находиться фермионы в полностью идентичных квантовых состояниях.

Общее представление о квантовой физике

1:15:33
  • Квантованность, дискретность по энергиям, соотношение неопределенности и волновая функция - основные понятия квантовой физики.
  • Понимание этих трех вещей дает общее представление о квантовой физике и ее особенностях.