Kaj je kvantna fizika?

To je eno najbolj zabavnih in težkih vprašanj, ki smo ga dobili na uredništvo. Jakov oče najbrž omenja kvantno fiziko, kadar je kaj zelo zapleteno in težko rešljivo. Primerjava je gotovo na mestu, saj je kvantna fizika, pravimo ji tudi kvantna mehanika, zelo zapleteno in težko razumljivo področje fizike, ki se ga učijo le tisti, ki študirajo fiziko ali podobne vede, vsekakor pa se je ne učimo v osnovnih šolah, v srednjih šolah pa jo navadno le omenimo.
 

Kaj je fizika?

Začnimo z znanostjo oziroma vedo, ki ji pravimo fizika. To je področje raziskovanja, ki se ukvarja s tem, kako je zgrajen in kako deluje svet od čisto osnovnih načel do tehničnih rešitev za izdelavo naprav. Lahko si mislite, da je fizika zelo obsežna in pomembna znanost, saj z njo poskušamo razumeti delovanje narave. Razdeljena je na mnogo področij, ki segajo od fizike osnovnih delcev do astrofizike, ki preučuje fizikalne lastnosti vesolja. Danes so strokovnjaki na posameznih področjih fizike tako specializirani in raziskujejo take podrobnosti, da pogosto strokovnjaki z drugih področij fizike njihovih raziskav ne razumejo.

Fizika temelji na dveh načelih. Eno je teoretična fizika, v okviru katere učenjaki z matematičnimi računi poskušajo razložiti kak pojav. Drugo je eksperimentalna fizika, s katero fiziki z načrtovanimi poskusi poskušajo potrditi teoretične napovedi, pogosto pa pri teh poskusih odkrijejo prej neznane pojave.

Osnov fizike se učimo tudi v šolah, saj je fizika bistvena pri razumevanju dogajanja v materialnem svetu okoli nas. Pomaga nam razumeti, zakaj telesa padajo proti tlom, zakaj voda zavre pri 100 stopinjah Celzija, zakaj nastane strela …
 

Kvantna fizika ali kvantna mehanika

Z »navadno« šolsko fiziko, včasih ji rečemo kar klasična fizika, znamo dobro razložiti, kako se bodo pod vplivom sil gibala večja telesa, na primer kamen, ki ga vržemo v zrak. Dobro znamo razložiti, koliko energije potrebujemo, da segrejemo lonec vode do vrelišča ... Izkaže pa se, da s to klasično fiziko ne moremo razložiti sil in pojavov v svetu atomov in njihovih sestavnih delcev. V mikroskopskem svetu se stvari obnašajo povsem drugače, kot smo to navajeni v svetu velikih teles. Fiziki so že pred sto leti ugotovili, da so »tam spodaj« zakonitosti zelo drugačne in tam klasična fizika odpove. Mar to pomeni, da je fizika, ki se jo učimo v šoli, napačna? Ne. Na to ne smemo gledati tako. Klasična fizika povsem zadovoljivo opiše svet velikih teles, zato je zelo uporabna.

Kaj je tako drugače v kvantnem svetu atomov? V svetu velikih teles je kamen trdna zadeva, in če ga vržemo v vodo, potem na gladini nastanejo valovi. Zelo dobro znamo ločiti med kamnom in valovi. Toda če si pogledamo elektron, ki je drobcen sestavni del vsakega atoma, se stvari zapletejo. Elektronu lahko tako kot kamnu določimo maso, toda elektron se včasih obnaša kot val. Podobno velja za svetlobo. Ta se obnaša kot valovanje in tudi kot množica drobcenih delcev brez mase. Še huje je. Kamen lahko postavimo ob steno hiše ali nesemo v sobo, gotovo pa kamen ne more biti hkrati pred hišo in v njej. Z elektronom pa ni tako. Lahko je hkrati pred steno ali za steno. Lahko je hkrati tu ali tam … To ni izmišljeno. Narava se v svetu malih delcev res obnaša zelo nenavadno in nepričakovano.

Takih nenavadnih pojavov, ki nasprotujejo vsakdanji izkušnji, je v kvantnem svetu mnogo. Za njihov opis so znanstveniki razvili posebno matematiko oziroma kvantno mehaniko, ki jo sestavljajo zelo zapletene in težko razumljive formule. Prav zato se zdi razumevanje kvantnega sveta tako zapleteno. Če rečemo, da je nekaj kot kvantna fizika, potem mislimo, da je to nekaj zelo težko razumljivega. Kdor hoče vsaj deloma razumeti kvantno fiziko, mora dolga leta študirati fiziko in matematiko.
 

Članek je bil objavljen v reviji Moj planet

Moj planet je izvirna slovenska poljudnoznanstvena revija za otroke od 8. leta naprej, ki radi spoznavajo živali, rastline, naravne pojave in ves ta širni svet okoli sebe.
Več o reviji >