Fizyka klasyczna a kwantowa

Istnieje szereg różnic między fizyką klasyczna a kwantową. Poniższa tablica zestawia podstawowe różnice w opisie świata między fizyką kwantową a klasyczną.

Zagadnienie	Mechanika klasyczna	Mechanika kwantowa
Charakter praw	Obiekty fizyczne podlegają prawom deterministycznym, to znaczy przyczynowo-skutkowym. Oznacza to, że jeżeli znamy stan początkowy danego obiektu (układu), to potrafimy dokładnie opisać jego stan także w przyszłości za pomocą równań ruchu Newtona.	Obiekty fizyczne podlegają prawom w oparciu o model probabilistyczny (prawdopodobieństwa), niedeterministyczny. Oznacza to, że jeżeli znamy stan początkowy danego układu fizycznego, co możemy przewidzieć jego zachowanie z co najwyżej pewnym prawdopodobieństwem.
Cząstki i fale	Obiekt fizyczny może być falą lub cząstką. W zupełny odmienny sposób opisujemy fale i cząstki, podlegają odrębnym prawom.	Obiekty fizyczne jednocześnie zachowują się jak fale i cząstki - to tak zwany dualizm korpuskularno-falowy.
Elementarność	Obiekty fizyczne można dzielić, a ich składowe nadal opisywać za pomocą tych samych praw mechaniki klasycznej.	Nie wszystkie obiekty można podzielić. Niektóre z mikrocząstek są elementarne, niepodzielne.
Rozróżnialność	Dowolne obiekty możemy od siebie odróżniać, numerować je, oznaczać, opisywać za pomocą równań ruchu odrębnie.	Istnieją obiekty nierozróżnialne, na przykład elektrony. Nie da się odróżnić jednego elektronu od drugiego.
Środowisko	Obiekty mogą być niezależne od otoczenia w jakim się znajdują.	Otoczenie ma ogromny wpływ na obiekty w nim znajdujące się, przez co muszą być opisywane razem.
Pomiary	Pomiar jest nieistotny dla wyniku doświadczenia lub można go dowolnie minimalizować. Mówiąc inaczej pomiar nie wpływa na wynik mierzenia.	Pomiar istotnie wpływa badany układ. Nie można go pominąć w badaniu układu i nie można w dowolny sposób zmniejszać jego wpływu na układ. Pomiar wprowadza istotne zaburzenie do układu. Powyższe opisuje dokładnie zasada nieoznaczoności.
Stan układu	Stan układu określa się poprzez części składowe położenia i prędkości.	Stan układu określa się za pomocą tak zwanej funkcji falowej. Funkcja falowa jest funkcją położenia cząstki od czasu. Kwadrat modułu tej funkcji interpretuje się jako gęstość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w danej chwili i miejscu.
Ciągłość	Większość wielkości fizycznych ma charakter ciągły, to znaczy, że może przyjmować dowolne wartości.	Wielkości, które opisują obiekt fizyczny są skwantowane, to znaczy, że mogą przyjmować ściśle określone wartości. Wartości pośrednie nie są możliwe. Każdej wielkości mierzalnej przypisuje się pewien operator, którego wartości własne odpwiadają wartościom pomiaru tej wielkości. Zresztą pojęcie kwant oznacza elementarną porcję, wartość, o jaką może zmić się dana wielkość fizyczna.

Inne zagadnienia z tej lekcji

Efekt fotoelektryczny

Efekt fotoelektryczny lub zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, fotoemisja elektronowa jest to zjawisko emisji elektronów z powierzchni metali pod wpływem światła (fali elektromagnetycznej) o odpowiedniej częstotliwości.

Efekt Comptona

Efekt Comptona, zjawisko Comptona jest to zjawisko rozpraszania kwantów promieniowania γ (gamma) oraz kwantów promieniowania rentgenowskiego na elektronach swobodnych lub słabo związanych.

Dualizm korpuskularno-falowy

Światło i w ogóle fala elektromagnetyczna wykazuje dwoistość natury, czyli dualizm. Czasem zachowuje się jak cząstki materii, a znów innym razem jak fala.

Foton

Foton to kwant promieniowania elektromagnetycznego, w tym światła widzialnego. To pewna porcja światła. Foton jest cząstką elementarną, poruszającą się z prędkością światła o masie spoczynkowej równej zeru.

Fale de Broglie'a

W 1924 roku Luis de Broglie wysunął hipotezę, że dualizm korpuskularno-falowy dotyczy także cząstek materialnych. Czy zatem fale materii istnieją? Uczony założył, że nie ma powodu, dla którego wzór na pęd fotonów nie można by było zastosować dla cząstek materialnych - o ile uda się doświadczalnie potwierdzić falistą strukturę materii.

Zasada nieoznaczoności

Iloczyn niepewności pary wielkości fizycznych, które są kanonicznie sprzężone, jest nie mniejszy niż stała Plancka.