क्वांटम भौतिकी को कैसे समझें

क्वांटम भौतिकी, यह भी क्वांटम यांत्रिकी और क्वांटम सिद्धांत के रूप में जाना भौतिकी की एक शाखा है कि उप-आणविक कणों, कुछ सामग्री के फोटॉनों की रेंज में है और एक बहुत कम तापमान के व्यवहार और पदार्थ और ऊर्जा के बीच बातचीत का वर्णन है। क्वांटम डोमेन को उस स्थान के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां कण का "क्रिया" (या कभी-कभी गति या कोणीय गति) एक बहुत ही छोटे भौतिक स्थिरता के परिमाण के कुछ आदेशों के भीतर होता है जिसे प्लैंक स्थिर कहते हैं।

सामग्री

चरणों

भाग 1प्लैंक स्थिरांक
भाग 2नए विचार
भाग 3वेव-कण द्वैत
भाग 4अनिश्चितता
भाग 5वेव फ़ंक्शन
भाग 6स्क्रोडिंगर समीकरण
भाग 7क्वांटम सुपरपोजिशन
भाग 8क्लासिक पैनोरामा की उपेक्षा करना

युक्तियाँ

चरणों

भाग 1
प्लैंक स्थिरांक

भौतिकी में प्लैंक की स्थिरता के अर्थ के बारे में सीखने से शुरू करें। क्वांटम यांत्रिकी में, कार्रवाई की मात्रा प्लैंक की स्थिरता है, आमतौर पर इसे बुलाया जाता है ज. उसी तरह, इंटरैक्टिंग सबैटोमिक कणों के लिए, की मात्रा कोणीय गति कम प्लैंक स्थिर (2π द्वारा विभाजित), द्वारा इंगित किया गया है एच और Dirac निरंतर कहा जाता है प्लैंक की स्थिरता का मूल्य बहुत छोटा है, इसकी इकाइयां कोण गति के हैं, और कार्रवाई की धारणा सबसे सामान्य गणितीय अवधारणा है नाम के रूप में क्वांटम यांत्रिकी इंगित करता है, कुछ भौतिक मात्राएं, जैसे कोणीय गति, केवल मात्रा में बदल सकती हैं विचारशील (परिमित), निरंतर नहीं (समरूप)।

उदाहरण के लिए, एक परमाणु या अणु से जुड़े इलेक्ट्रॉन की कोणीय गति को परिमाणित किया जाता है और केवल कम प्लैंक के स्थिरांक के कई मान हो सकते हैं। यह परिमाणीकरण अभिन्न प्राथमिक क्वांटम संख्याओं की श्रृंखला के इलेक्ट्रॉनिक ऑर्बिटल्स को जन्म देती है। इसके विपरीत, पास के ढीले इलेक्ट्रॉन की कोणीय गति को मापना नहीं है। प्लैंक स्थिरांक भी परमाणु इलेक्ट्रॉन संक्रमण, या "लम्बी छलांग", इलेक्ट्रॉन परमाणु से जुड़े बातचीत द्वारा प्रकाश के क्वांटम सिद्धांत, जिसमें प्रकाश की मात्रा फोटॉन है में भूमिका, और सामग्री और ऊर्जा है।
प्लैंक स्थिर की इकाइयां ऊर्जा एक्स के समय में भी देखी जा सकती हैं। उदाहरण के लिए, कण भौतिकी के क्षेत्र में, आभासी कणों की धारणा उन कणों को संदर्भित करती है जो समय के एक छोटे अंश के लिए वैक्यूम में सहज रूप से दिखाई देती हैं और कणों के बीच संपर्क में एक भूमिका निभाती हैं। इन आभासी कणों की जीवन काल की सीमाएं कणों की ऊर्जा (द्रव्यमान) होती हैं जो जीवन भर में होती हैं। क्वांटम यांत्रिकी व्यापक क्षेत्र है, लेकिन इसके सभी गणित में प्लैंक की निरंतरता शामिल है।

जन के साथ कणों के बारे में जानें ये कण एक क्वांटम-शास्त्रीय संक्रमण से गुजरते हैं। हालांकि मुक्त इलेक्ट्रॉन में कुछ क्वांटम गुण हैं, स्पिन, क्योंकि यह परमाणु के दृष्टिकोण और धीमा कर देता है (शायद फोटॉन उत्सर्जित करके), यह शास्त्रीय से क्वांटम व्यवहार के संक्रमण के रूप में आता है क्योंकि इसकी ऊर्जा आयनियोजन ऊर्जा से नीचे आती है। इलेक्ट्रॉन तब परमाणु के लिए बांधता है, और परमाणु के नाभिक के संबंध में अपनी कोणीय गति को उस ऑरिबिटल्स के परिमाणीकृत मूल्यों तक सीमित रखा जाता है जो इसे कब्जा कर सकता है। संक्रमण अचानक है और संक्रमण का प्रदर्शन एक अस्थिर व्यवहार stable- हो जाता है या सरल व्यवहार के साथ एक प्रणाली अराजक हो जाता है, या एक रॉकेट के लिए नीचे धीमा, एक यांत्रिक प्रणाली की तुलना में किया जा सकता है भागने की गति, और कुछ तारा या अन्य खगोलीय वस्तु की कक्षा में इसके विपरीत, फोटॉन्स, जिनके पास कोई द्रव्यमान नहीं है, ऐसे संक्रमण से गुजरना नहीं है: वे केवल परिवर्तनों के बिना अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा करते हैं, जब तक कि वे अन्य कणों के साथ बातचीत नहीं करते और फिर गायब हो जाते हैं। जब आप रात के आसमान में देखते हैं, तो कुछ स्टार फोटॉन प्रकाश के वर्षों के दौरान बिना किसी अपरिवर्तित यात्रा कर चुके थे और आपके रेटिना के अणु में एक इलेक्ट्रॉन के साथ बातचीत करते थे, उनकी ऊर्जा को हस्तांतरित कर देते थे, और गायब हो जाते थे।

भाग 2
नए विचार

क्वांटम थ्योरी में प्रस्तुत नए विचारों का पालन करें। आपको उनसे खुद को परिचित करना होगा, जिसमें निम्नलिखित शामिल हैं:

क्वांटम डोमेन दुनिया के कुछ अलग नियमों का पालन करता है जो हम हर दिन अनुभव करते हैं।
क्रिया (या कोणीय गति) निरंतर नहीं है, लेकिन छोटे लेकिन असतत इकाइयों में आती है।
एलिमेंटिकल कण दोनों कणों और तरंगों के रूप में व्यवहार करते हैं।
किसी विशेष कण की गति स्वाभाविक रूप से यादृच्छिक होती है और संभाव्यता के संदर्भ में केवल अनुमान लगाया जा सकता है।
प्लैंक के निरंतर द्वारा अनुमत परिशुद्धता से परे एक ही समय में एक कण की स्थिति और गति को मापना शारीरिक रूप से असंभव है। अधिक सटीक स्थिति माप, गति को कम सटीक और इसके विपरीत।

भाग 3
वेव-कण द्वैत

लहर-कण द्वंद्व की अवधारणा का अध्ययन करें, जिसे लहर-कॉर्पसकल द्वंद्व या वस्तु-ऊर्जा द्वैत कहा जाता है। उन्होंने कहा कि सभी पदार्थ लहर और कण गुणों को दर्शाते हैं। यह द्वंद्व, क्वांटम यांत्रिकी की एक केंद्रीय अवधारणा, क्वांटम स्केल पर वस्तुओं के व्यवहार का पूरी तरह से वर्णन करने के लिए "कण" और "लहर" जैसे शास्त्रीय अवधारणाओं की अक्षमता को दर्शाती है।

मामले की द्वंद्व के बारे में पूर्ण ज्ञान प्राप्त करने के लिए, हमें कॉम्प्टन प्रभाव, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, मामला लहर और काले शरीर विकिरण के लिए प्लैंक के फार्मूले की अवधारणाओं को अवश्य पता होना चाहिए। इन सभी प्रभावों और सिद्धांतों से मामले की दोहरी प्रकृति साबित होती है।
वैज्ञानिकों द्वारा किए गए प्रकाश के साथ अलग-अलग प्रयोग साबित होते हैं कि प्रकाश में दोहरी प्रकृति होती है, अर्थात यह कण और मामले के दोनों के रूप में व्यवहार करती है। 1 9 01 में, मैक्स प्लैंक ने एक विश्लेषण प्रकाशित किया जो कि उज्ज्वल वस्तु द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के नमूदार स्पेक्ट्रम को पुन: उत्पन्न कर सके। इसके लिए, उन्हें एक गणितीय परिकल्पना विस्तृत करना पड़ा तदर्थ ओसीलेटरर्स (काली निकाय के परमाणु) की मात्रात्मक कार्रवाई की जो विकिरण उत्सर्जित करती है। फिर, आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण ही फोटॉनों में मात्रात्मक है।

भाग 4
अनिश्चितता

क्वांटम भौतिकी को समझने वाला चित्र शीर्षक चरण 5

अनिश्चितता सिद्धांत का अध्ययन करें उन्होंने कहा कि भौतिक गुणों जैसे कि स्थिति और गति के कुछ जोड़े को एक ही समय में बहुत उच्च सटीकता के साथ निर्धारित करना संभव नहीं है। क्वांटम भौतिकी में, एक कण को एक लहर पैकेट के रूप में वर्णित किया जाता है, जो इस घटना को उत्पन्न करता है। एक कण की स्थिति के माप के बारे में सोचो वह कहीं भी हो सकती है कण का लहर पैकेट में शून्य-शून्य आयाम है, जिसका अर्थ है कि इसकी स्थिति अनिश्चित है - यह लहर पैकेट के साथ कहीं भी हो सकता है। सटीक स्थिति पढ़ने के लिए, इस लहर पैकेट को जितना संभव हो उतना "संपीड़ित" किया जाना चाहिए, जिसका अर्थ है कि यह निहित साइन लहरों की संख्या को बढ़ाकर बनाया जाना चाहिए। कण की गति इन लहरों में से किसी एक की लहर संख्या के अनुपात में है, लेकिन यह किसी भी एक हो सकता है। इसलिए, स्थिति का अधिक सटीक माप, अधिक तरंगों को जोड़ना, इसका अर्थ है कि क्षण का उपाय कम सटीक हो जाता है, और इसके विपरीत।

भाग 5
वेव फ़ंक्शन

चित्र का शीर्षक क्वांटम फिजिक्स चरण 6 को समझें

लहर फ़ंक्शन के बारे में जानें। यह क्वांटम यांत्रिकी के एक गणितीय उपकरण है जो कण या कण प्रणाली की मात्रा का वर्णन करता है। यह आम तौर पर उनके लहर-कण द्वंद्व से संबंधित कणों की संपत्ति के रूप में लागू होता है, जहां इसे ψ (स्थिति, समय) कहा जाता है और जहां कहां | ψ |² एक निश्चित समय और स्थिति में कण को खोजने का मौका है।

उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन के साथ एक परमाणु में, जैसे हाइड्रोजन या ionized हीलियम, इलेक्ट्रॉन तरंग समारोह अपने व्यवहार का एक पूरा विवरण प्रदान करता है। यह परमाणु ऑर्बिटल्स की एक श्रृंखला में विघटित हो सकती है जो संभव लहर कार्यों का आधार बनती है। एक से अधिक इलेक्ट्रॉन या एक से अधिक कणों वाले किसी भी सिस्टम के साथ परमाणुओं के लिए, अंतर्निहित स्थान सभी इलेक्ट्रॉनों का संभव विन्यास है, और लहर फ़ंक्शन इन कॉन्फ़िगरेशन की संभावनाओं का वर्णन करता है।
लहर समारोह से जुड़े समस्याओं को हल करने के लिए, आपको जटिल संख्याओं से परिचित होना चाहिए। अन्य अनिवार्यता में रैखिक बीजगणित, पूर्ण विश्लेषण का यूलर का सूत्र और ब्रा-केट संकेतन शामिल हैं।

भाग 6
स्क्रोडिंगर समीकरण

स्क्रोडिंगर समीकरण को समझें यह वर्णन करता है कि भौतिक प्रणाली की क्वांटम स्थिति समय के साथ कैसे बदलती है। यह क्वांटम यांत्रिकी के रूप में केंद्रीय है क्योंकि न्यूटन के कानून शास्त्रीय यांत्रिकी के लिए हैं इस समीकरण का समाधान न केवल आणविक, परमाणु और उप-मूलभूत प्रणालियों का वर्णन करता है, बल्कि मैक्रोस्कोपिक सिस्टम, और शायद पूरे ब्रह्मांड भी।

सबसे सामान्य रूप समय-निर्भर श्रोडिंगर समीकरण है, जो समय के साथ एक प्रणाली के विकास का वर्णन करता है।
स्थिर-राज्य प्रणाली के लिए, यह समीकरण पर्याप्त है उनका अनुमानित समाधान अक्सर ऊर्जा के स्तर और परमाणुओं और अणुओं के अन्य गुणों की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है।

भाग 7
क्वांटम सुपरपोजिशन

क्वांटम सुपरपोजीशन को समझें यह श्राइडिंगर समीकरण के लिए क्वांटम यांत्रिकी समाधानों की संपत्ति को संदर्भित करता है। चूंकि समीकरण रैखिक है, किसी विशेष समीकरण के समाधान के किसी भी रैखिक संयोजन से इसके लिए एक समाधान भी होगा। रैखिक समीकरणों की इस गणितीय संपत्ति को सुपरपोजियन सिद्धांत के रूप में जाना जाता है। क्वांटम यांत्रिकी में, ये समाधान आम तौर पर सीधा में परिवर्तित होते हैं, जैसे कि इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा स्तर। इस प्रकार, अतिव्यापी ऊर्जा राज्यों को रद्द कर दिया जाता है, और एक ऑपरेटर (superposition के किसी भी राज्य) की उम्मीद मूल्य superposition राज्य है कि राज्य में है कि के अंश से गुणा अलग-अलग राज्यों में की उम्मीद मूल्य ऑपरेटर है।

भाग 8
क्लासिक पैनोरामा की उपेक्षा करना

1
भौतिकी के क्लासिक विचार छोड़ दें क्वांटम यांत्रिकी में, कण का पथ पूरी तरह से अलग तरीके से माना जाता है, और पुराने क्वांटम सिद्धांत केवल परमाणु अवधारणा को समझने के लिए एक मॉडल है।
- शास्त्रीय यांत्रिकी में, कण का मार्ग उसके प्रक्षेपवक्र द्वारा निर्धारित होता है, जबकि क्वांटम यांत्रिकी में, कई मार्ग हैं जिनके द्वारा वह यात्रा कर सकता है। यह सच्चाई डबल-भट्ठा प्रयोग में छिपा हुआ है जिसमें इलेक्ट्रॉन कण-द्वंद्व के अनुसार व्यवहार करता है, और विचार स्पष्ट रूप से फेनमैन के पथ समेकन के फेनमैन के द्वारा तैयार किया गया है।
- क्वांटम यांत्रिकी में, सामान्यीकरण निरंतर यह सुनिश्चित करता है कि कण खोजने की संभावना 1 है।
- क्वांटम यांत्रिकी के उच्चतम स्तर को समझने के लिए बोहर के मॉडल को पूरी तरह से अनदेखा करें कारण सरल है: विभिन्न कक्षीय स्तरों पर इलेक्ट्रॉन के सटीक पथ को निर्धारित करना संभव नहीं है।
- यदि क्वांटम मैकेनिक्स शास्त्रीय सीमा तक पहुंचता है, उदाहरण के लिए, जब एच शून्य हो जाता है, परिणाम शास्त्रीय सिद्धांत के निकटतम अनुमानित हैं।
- क्वांटम यांत्रिकी में, शास्त्रीय परिणाम अपेक्षित मूल्य का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, और सबसे अच्छा उदाहरण एर्नफ़ेस्ट के प्रमेय में है यह ऑपरेटर विधि का उपयोग करके प्राप्त होता है।

युक्तियाँ

क्वांटम भौतिकी के लिए कुछ आवश्यकताएं शास्त्रीय यांत्रिकी, हैमिल्टनियन और लहरों के विभिन्न गुणों जैसे कि हस्तक्षेप, विवर्तन, आदि की अवधारणाओं में शामिल हैं। उचित पाठ्यपुस्तकों और संदर्भ पुस्तकों से परामर्श करें या अपने भौतिकी शिक्षक से पूछें एक को उच्च विद्यालय के भौतिकी और इसके लिए किसी और चीज को अच्छी तरह समझना चाहिए। आपको कॉलेज स्तर के गणित का थोड़ा सा सीखना होगा।
क्वांटम भौतिकी के गणितीय समस्याओं को हल करने के लिए आवश्यक अवधारणाओं का अभ्यास करने के लिए हाई स्कूल भौतिकी की संख्यात्मक समस्याओं को हल करें।
यूट्यूब पर विषय पर व्याख्यान श्रृंखलाएं हैं

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