Quantum Physics Overzicht

Kwantumfysica is de studie van het gedrag van materie en energie op moleculair, atomair, nucleair en zelfs kleinere microscopische niveaus. In het begin van de 20e eeuw ontdekten wetenschappers dat de wetten die macroscopische objecten regelen, niet hetzelfde functioneren in zulke kleine rijken.

Wat betekent kwantum?

"Quantum" komt uit het Latijn en betekent "hoeveel". Het verwijst naar de afzonderlijke eenheden materie en energie die worden voorspeld en waargenomen in de kwantumfysica. Zelfs ruimte en tijd, die extreem continu lijken, hebben de kleinst mogelijke waarden.

Wie heeft kwantummechanica ontwikkeld?

Terwijl wetenschappers de technologie verkregen om met grotere precisie te meten, werden vreemde fenomenen waargenomen. De geboorte van de kwantumfysica wordt toegeschreven aan Max Planck's 1900-paper over blackbody-straling. Ontwikkeling van het veld werd gedaan door Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger en andere uitblinkers in het veld. Ironisch genoeg had Albert Einstein serieuze theoretische problemen met de kwantummechanica en probeerde hij het vele jaren te weerleggen of te wijzigen.

Wat is er speciaal aan de kwantumfysica?

In de sfeer van de kwantumfysica beïnvloedt het observeren van iets feitelijk de fysieke processen die plaatsvinden. Lichtgolven gedragen zich als deeltjes en deeltjes gedragen zich als golven (dualiteit van golfdeeltjes). Materie kan van de ene plek naar de andere gaan zonder door de tussenliggende ruimte te bewegen (kwantumtunneling genoemd). Informatie beweegt zich onmiddellijk over grote afstanden. In de kwantummechanica ontdekken we zelfs dat het hele universum eigenlijk een reeks waarschijnlijkheden is. Gelukkig gaat het stuk bij grote objecten, zoals aangetoond door het gedachte-experiment van de kat van Schrodinger.

Wat is kwantumverstrengeling?

Een van de sleutelconcepten is kwantumverstrengeling, die een situatie beschrijft waarbij meerdere deeltjes zodanig zijn geassocieerd dat het meten van de kwantumtoestand van het ene deeltje ook beperkingen oplegt aan de metingen van de andere deeltjes. Dit wordt het best geïllustreerd door de EPR Paradox. Hoewel oorspronkelijk een gedachte-experiment, is dit nu experimenteel bevestigd door tests van iets dat bekend staat als de stelling van Bell.

Quantum Optics

Kwantumoptica is een tak van kwantumfysica die zich primair richt op het gedrag van licht of fotonen. Op het niveau van de kwantumoptica heeft het gedrag van individuele fotonen invloed op het uitgaande licht, in tegenstelling tot de klassieke optica, die werd ontwikkeld door Sir Isaac Newton. Lasers zijn een toepassing die is voortgekomen uit de studie van kwantumoptica.

Quantum-elektrodynamica (QED)

Quantumelektrodynamica (QED) is de studie van hoe elektronen en fotonen op elkaar inwerken. Het werd ontwikkeld in de late jaren 1940 door Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage en anderen. De voorspellingen van QED met betrekking tot de verstrooiing van fotonen en elektronen zijn nauwkeurig tot op elf decimalen.

Uniforme veldtheorie

Unified field theory is een verzameling onderzoekspaden die de kwantumfysica proberen te verzoenen met Einsteins algemene relativiteitstheorie, vaak door te proberen de fundamentele krachten van de fysica te consolideren. Sommige soorten verenigde theorieën omvatten (met enige overlap):

• Kwantumzwaartekracht
• Lus Kwantumzwaartekracht
• String Theory / Superstring Theory / M-Theory
• Grote verenigde theorie
• supersymmetrie
• Theorie van alles

Andere namen voor kwantumfysica

Kwantumfysica wordt soms kwantummechanica of kwantumveldentheorie genoemd. Het heeft ook verschillende subvelden, zoals hierboven besproken, die soms door elkaar worden gebruikt met de kwantumfysica, hoewel kwantumfysica eigenlijk de bredere term is voor al deze disciplines.

Belangrijke bevindingen, experimenten en basisuitleg

Vroegste bevindingen

• Black Body Straling
• Fotoëlektrisch effect