מכניקת הקוונטים מתארת את עולם החלקיקים בקנה מידה זעיר (מבחינת גודל החלקיקים או האנרגיה שלהם). היא מלמדת אותנו שבמערכות מסוימות גדלים פיסיקליים כמו אנרגיה או תנע זוויתי אינם יכולים לקבל כל ערך אפשרי אלא רק כפולות שלמות של ערך בדיד. "קוונטה" היא יחידה, ומכאן נגזר שמה של התיאוריה.
תורת הקוונטים היא תיאוריה הסתברותית, כך שבמקום לתאר בוודאות היכן נמצא חלקיק מסוים בזמן מסוים, התיאוריה מציעה רק את ההסתברות למצוא את החלקיק במקום כלשהו. הדרך הנכונה לתאר מערכת לפי מכניקת הקוונטים הינה באמצעות פונקצית גל, שממנה אפשר לחלץ את ההסתברות. תיאור החלקיקים באמצעות פונקציות גל מוביל לתופעות מעניינות וייחודיות, שנולדות מהתאבכות פונקציות הגל.
באשכול הכתבות שלפנינו נסקור את עקרונות המכניקה הקוונטית ונראה את יישומיה השונים ואת התופעות שהיא מסבירה.
קריאה נעימה!
סרטונים וכתבות ממדור מאגר מדע
מכניקת הקוונטים 1 – החלק הראשון בסדרת סרטונים שמסבירה חלק מיסודות מכניקת הקוונטים.
מנהור קוונטי – סרטון שמסביר את אחת התופעות המעניינות הנובעות ממכניקת הקוונטים: היכולת של חלקיקים לעבור מחסומים שלפי התיאוריה הקלאסית הם אינם יכולים לעבור.
ניסוי שני הסדקים – סרטון שמתאר את תופעת ההתאבכות של חלקיקים – התחזית הבסיסית של מכניקת הקוונטים שאושרה בניסויים רבים.
QED – הפיזיקה של תגובת האור עם החומר – סרטון העוסק ב-QED, תיאוריה שמציעה מבט קוונטי על הכוחות הפועלים בין חלקיקים.
איך בנוי החומר וממה עשוי הכוח? – סרטון שעוסק במודל הסטנדרטי המתאר את הרכב החומר והכוח ומבוסס על מכניקה קוונטית.
היווצרות תבנית התאבכות מפגיעות אלקטרונים בניסוי החריץ הכפול | תמונה: ויקיפדיה
שאלות ממדור שאל את המומחה
מהי תורת הקוונטים ומדוע איינשטיין רצה להפיל אותה? – שאלה על יחסו של אלברט אינשטיין למכניקת הקוונטים.
מה זה פוטון? – שאלה על מהותו של הפוטון, שהיה החלקיק הראשון שהוצע אי פעם לחלוקה של גודל פיסיקלי – האנרגיה של האור – לגודל בסיסי בדיד, כלומר לקוונטות. הרעיון הזה של מקס פלאנק היה הצעד הראשון בדרך לפיתוח מכניקת הקוונטים.
מהו פרדוקס החתול של שרדינגר? – סקירה על אחד העקרונות הידועים ביותר של מכניקת הקוונטים – היכולת של חלקיק להיות בשני מצבים שונים בו-זמנית והעובדה שעצם הניסיון לבדוק מהו מצבו יקבע אותו במצב אחד בלבד. הפרדוקס נוסח באמצעות דימוי שכולנו יכולים להבין, של חתול בקופסה ולא חלקיק, וכך התפרסם.
האם יש סיכוי שכדור שנזרק על קיר יעבור דרכו? – כתבה שמסבירה מדוע אפקטים קוונטיים כמו מינהור משפיעים מאוד על חלקיקים בודדים, אבל השפעתם על גדלים בעולם האמיתי, כמו כדורגל המורכב ממספר רב של אטומים, זניחה.
איך צפייה בניסוי בלי להתערב בו משפיעה על התוצאה? – כתבה העוסקת בהשפעה של הצופה על המדידה במכניקת הקוונטים.
מהי צורת מסלולי האלקטרונים באטום? – כתבה שמסבירה את מסלולי האלקטרונים באטום, שנקבעים בהתאם למכניקת הקוונטים.
מה זו התאבכות? – כתבה שמסבירה מהי תופעת ההתאבכות בגלים, שמשפיעה רבות על תכונות החלקיקים במכניקת הקוונטים המתוארים על ידי פונקציות גל.
מהו המודל המתאר יצירת אור מגוף שחור? – כתבה שמתארת את הבעיה בהבנת ספקטרום האור הנפלט מגוף שחור, שלשם פתרונה הניח מקס פלאנק שהאנרגיה שנושא האור מקוונטטת.
מה קובע את שכבות האלקטרונים באטום ועל מה הן משפיעות? – כתבה שמסבירה איך נקבעות שכבות האלקטרונים ומדוע אפשר לחשב אותן באמצעות מכניקת הקוונטים.
מהי מהות הקשר הכימי על פי מכניקת הקוונטים? – כתבה שמתארת איך מכניקת הקוונטים מסבירה את הקשר הכימי.
ההסתברות למיקומו של אלקטרון בהתאם לפונקציית הגל של אטום מימן | תמונה: ויקיפדיה; נוצרה בידי Falcorian
כתבות ממדור אפליקציות ויישומוני מדע
גלים והתאבכות – יישומון שממחיש את תופעת ההתאבכות בגלי אור, קול ומים. ההתאבכות מסבירה תופעות רבות אחרות במכניקת הקוונטים.
החודש סקרנו את המכניקה הקוונטית. אחד הדברים היפים בתיאוריה הזו הוא שהיא חוזה לעתים תופעות שסותרות את ההיגיון האינטואיטיבי שלנו, שאותו רכשנו על סמך ניסיוננו היומיומי בעולם המציית לרוב לחוקי התורות הקלאסיות של המכניקה והאלקטרודינמיקה. למרות זאת חשוב לציין שמכניקת הקוונטים משפיעה מאוד על העולם שבו אנו חיים. היסודות השונים קיימים מאחר שהאלקטרונים מצייתים לחוקים קוונטיים, הלייזרים פועלים על פי עקרונות מכניקת הקוונטים, ועוד.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
