Mechanika kwantowa (lub teoria kwantowa) to teoria fizyczna opisująca zachowanie atomów, cząsteczek, elektronów, jąder itd., czyli zachowanie materii w mikroskopijnym świecie. To bardzo skomplikowana teoria do zrozumienia.nie tylko dla uczniów, ale także dla nauczycieli.
Możemy więc spróbować to zrobić poprzez trzy proste eksperymenty, które nam zaproponował. Vincenzo Palleschi, pierwszy badacz w CNR i profesor chemii analitycznej na Uniwersytecie w Pizie. W swojej „dydaktycznej” propozycji uprzywilejował aspekty mechaniki kwantowej. Oto eksperymenty, materiały kosztują kilka euro. Spróbujmy je zrobić!
Czym jest mechanika kwantowa?
Eksperyment 1: Budowa spektrometru „pudełka na buty”
Spektrometr to instrument, który rozkłada światło na składowe długości fali. Za pomocą spektrometru można przeprowadzać niezliczone eksperymenty, które podkreślają naturę promieniowania elektromagnetycznego, obserwując w praktyce efekty kwantowe, które determinują fizykę wielkości atomów i cząsteczek. Można na przykład zaobserwować różnicę między ciągłym promieniowaniem emitowanym przez źródło „termiczne”, takie jak stara żarówka lub promieniowanie słoneczne, a źródłami kwantowymi, takimi jak lasery i diody LED (Light Emitting Diode). Wszystkie szczegóły eksperymentu.
eksperyment 2: sCzuję wyładowanie elektryczne
Drugi proponowany eksperyment miał fundamentalne znaczenie dla rozwoju mechaniki kwantowej: Albert Einstein otrzymał Nagrodę Nobla właśnie za odkrycie efektu fotoelektrycznego. Cóż, nawet ten fundamentalny eksperyment można łatwo powtórzyć za kilka euro. Wszystkie szczegóły eksperymentu.
Doświadczenie 3: weryfikacja równoważności energii i częstotliwości fali elektromagnetycznej
Trzecie doświadczenie to pójść i zobaczyć widmo iskry. Możemy użyć zapalniczki piezoelektrycznej lub małych obwodów emitujących iskry. Widzenie widma pozornie ciągłej emisji światła, złożonego z linii, jest najwyraźniejszym dowodem na to, że atom ma dyskretne poziomy energetyczne. Moim zdaniem jest znacznie jaśniejszy i bardziej pouczający niż wszystkie modele atomowe, które zwykle pokazujemy. Wszystkie szczegóły eksperymentu.
Dlaczego mechanika kwantowa jest tak skomplikowana?
Mechanika kwantowa jest uważana za trudną, ponieważ jest sprzeczna ze zdrowym rozsądkiem. „Ale na tym polega również jego piękno” – mówi badacz CNR Palleschi-. Przede wszystkim musimy zrozumieć, że eksperyment przeprowadzony na naszej skali, powiedzmy na skali metra, grama itd., jest opisany przez klasyczną fizykę, która reprezentuje świat, który widzimy. Potem zaczęliśmy widzieć więcej, nie oczami, ale narzędziami”.
„Ważne jest, aby zrozumieć, że zachowanie materii na świecie nie jest tylko produktem intelektualnego rozumowania, ale można je zobaczyć w rzeczywistości. Mechanika kwantowa narodziła się właśnie z głębokiego zderzenia między tym, co przewidziała fizyka klasyczna, a tym, co faktycznie zaobserwowano w eksperymentach”.