Fizyka wielkich kwantów

Duże kwanty
Kwant to po polsku porcja.
Postaram się przedstawić problem kwantowania rzeczywistości w sposób przystępny dla laików, a nawet dla osób, które „zawsze nie lubiły matematyki”. Myślę, że można to zrobić dokonując jedynie niewielkich uproszczeń, nie zmieniających istoty zagadnienia.
Fizyka klasyczna stosuje matematykę ciągłą.
Co oznacza ciągłość w matematyce?
Między dwie różne od siebie liczby można „wsadzić” nieskończenie wiele liczb pośredniej wartości (większych od mniejszej liczby i mniejszych od większej). Te liczby to ułamki czyli liczby wymierne. Jeszcze więcej można tam umieścić tzw. liczb rzeczywistych (Liczb może być więcej niż nieskończenie wiele. Prawda, że to ciekawe?) Rozkład tych liczb jest „ciągły”.

Fizyka klasyczna opisuje rzeczywistość za pomocą funkcji ciągłych.
Funkcje ciągłe mają wartość „stąd do nieskończoności”. Opisana w sposób klasyczny grawitacja maleje maleje wraz z odległością od swojej przyczyny, ale nigdzie nie zanika całkowicie. Podobnie jest z polem elektrostatycznym wywołanym przez ładunek elektryczny. Według prawa Coulomba wartość tego pola maleje z kwadratem odległości aż do „końca świata”. Modelowanie rzeczywistości za pomocą funkcji ciągłych jest efektywne (pozwala na wykorzystanie praw fizyki do produkcji różnego rodzaju maszyn i urządzeń).

Jednak w ogólności ciągłość jest sprzeczna z doświadczeniem (obserwacją przyrody).
Najlepiej jest to widoczne w przypadku pola elektrostatycznego. Mamy ładunki dodatnie i ujemne. Pole pochodzące od każdego z nich rozciąga się do nieskończoności (wg Coulomba). Jeśli te ładunki są równe, mogą się wzajemnie zneutralizować i pole zanika (też do nieskończoności). Widać wyraźnie, że rzeczywiste pole elektrostatyczne ma charakter lokalny, w pewnej odległości od źródła kończy się, a prawo Coulomba jest jedynie modelem. Modelem użytecznym, ale dalekim od rzeczywistości.

Kwant to po polsku porcja.
Fizyka klasyczna jest niekwantowa. (Fizyka klasyczna nie jest dyskretna.) Kwantowa i dyskretna to w tym przypadku synonimy.

Fizyka kwantowa.
Funkcje dyskretne mają wartość jedynie dla liczb całkowitych. Fizyka kwantowa opisuje mikroświat za pomocą funkcji dyskretnych, ale świat makroskopowy również jest skwantowany (podzielony na „porcje”).
Obiektów, które otaczają mnie w pokoju, w którym piszę ten artykuł nie można precyzyjnie opisać za pomocą funkcji ciągłych. Krzesło, stół, laptop, filiżanka, lampka, regał, nie rozciągają się stąd do nieskończoności. Zajmują skończony obszar przestrzeni i poza tym obszarem ich nie ma. Czyli są skwantowane. To są właśnie „duże kwanty”.
Fizyka dużych kwantów jest dopiero „do zrobienia … -:)))
Adam Jezierski

Dodaj komentarz


komentarze 2

  1. Wykład byłby zrozumiały i dla tych „co matematyki nie cierpią”

    Takie przekazy powinny mieć i książki i lekcje. A jak jest? Jest tak, że dla zbyt wielu matematyka jest dopustem bożym.

    Dopust dopustem, ale w życiu często im wychodzi, że 2+2 = 7. Zarobił 2, dorobił 2, a ma za 7. I takie liczenie będzie zgodne dla kontrolera, gdy niecierpiący matematyki powie w odpowiednim czasie „amen” i da „co łaska”

    1. Konkurs na księgowego w Związku Radzieckim. Pytanie: „Ile jest 3 razy 5?” Po kolei odpadają ci, którzy udzielają oczywistej odpowiedzi. Aż w końcu jeden mówi „45!” Na twarzach członków komisji zagościł szeroki uśmiech. Ale na wszelki wypadek polecono kandydatowi wyjaśnić jak doszedł do takiego, prawidłowego wyniku. „To proste” – wyjaśnił kandydat – „3 razy pięć to 15 dla partii, 15 dla naczelnika urzędu i 15 dla mnie…”