Квантовая физика и её значение в современном мире

1.

ГБОУ СОШ “Оц” с. Богатое
2024
Научно-исследовательская работа
«Квантовая физика и ее значение в современном мире»
Мигалева Алиса
Класс 11
Руководитель:
Шабанова О.Л.

2.

Квантовая физика – раздел физики, который описывает поведение
атомов и субатомных частиц, которые составляют материю; также
объясняет явление света.
Квантовая физика лежит в основе магнетизма и электричества
Квантовая физика состоит из разделов:
квантовая оптика
квантовая
механика
квантовая теория
поля
квантовая
статистическая физика
квантовая теория
конденсированных сред
6. квантовая теория
твердого тела
1.
2.
3.
4.
5.
Квантовая
физика
является
наиболее
применимой
из
разделов физики, ответственных
за 35 % валового внутреннего
продукта (ВВП) в технологически
развитых странах.
Квантовая физика лежит в основе
природы вещества и света, и мы
наблюдаем выгоду активного
использования
квантовых
эффектов.

3.

Цель:
Найти в различных
источниках информацию об использовании
квантовой физики в современном мире
Исследовать
зарождение квантовой физики, важнейшие
открытия и изобретения
Провести опрос
среди учеников моей школы
Задачи:
Изучить литературу
Провести опрос
и интернет - ресурсы по теме исследования.
Актуальность темы:
Я взялась за написание проекта на эту тему для того, чтобы рассказать об
истории зарождения квантовой физики, познакомить общественность с
именами великих ученых и их грандиозными открытиями

4.

Вернер Карл Гейзенберг (1901-1976)
немецкий физик-теоретик
1.
Матричная механика
В 1925 году была разработана математическая модель квантовых
частиц, известная как матричная квантовая механика. Это описание
квантовых скачков заменило модель Бора для электронных орбит.
1.
Принцип неопределенности
Вероятностный взгляд в квантовой теории привел к самому
знаменитому из его результатов — принципу неопределенности
Гейзенберга. Он сообщает нам о точном соотношении между
парами свойств квантовых частиц.
1.
Копенгагенская интерпретация квантовой теории
Созданная в 1927 году Копенгагенская интерпретация гласит, что
квантовые объекты описываются вероятностной волновой
функцией, но когда они взаимодействуют со своим окружением,
волновая функция коллапсирует к конкретным наблюдаемым
величинам.

5.

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк
немецкий физик-теоретик
Гипотеза Планка
К концу XIX века были обнаружены явления, явно
противоречащие волновым представлениям о природе
излучения (физическая теория, имевшая дело с
нагреванием тел, гласит, что с ростом частоты света
излучается больше энергии). Чтобы разрешить
противоречия, Макс Планк в 1900 году высказал
гипотезу о том, что излучение поглощается и
испускается порциями

6.

Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль
французский физик-теоретик
Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер
австрийский физик-теоретик

7.

Корпускулярно-волновой дуализм. Свет – частица или волна?
Волновое уравнение
Луи де Бройль перевернул картину корпускулярно-волнового дуализма. Он предположил, что если
свет, рассматриваемый как волна, может вести себя как поток частиц, то частицы могут вести себя как
волны.
Cостояние частицы задается актами наблюдения и измерения. Не наблюдаемые электроны ведут себя
подобно волнам. Как только мы подвергаем их наблюдению в процессе эксперимента, они
коллапсируют в твердые частицы и могут быть зафиксированы в пространстве.
Шрёдингер - автор знаменитого «волнового уравнения», которое математически обосновывает
существование у твердой частицы волновых свойств до наблюдения.

8.

Квантовая запутанность
Особый процесс, при котором частицы
связываются и становятся идентичными
(обладают одинаковым спином и зарядом).
Когда это происходит, электроны становятся
идентичными. Это означает, что если вы
измените один из них (допустим, измените
спин), второй изменится также, вне
зависимости от его местонахождения.
Влияние этого процесса необычайно, в теории
эту информацию (в данном случае,
направление спина) можно телепортировать
куда угодно во вселенной

9.

Квантовый компьютер
Вычислительное устройство, которое использует
явления квантовой механики для обработки и
передачи данных. Квантовый компьютер
оперирует кубитами, имеющими значение
одновременно 0 и 1
Магнитно-резонансный томограф
Одно из наиболее снаряженных квантовой
физикой
оборудование,
которое
используется в медицинских учреждениях.
Изначальным его названием являлось
«ядерный магнитный резонанс» (ЯМГ), но
оно было изменено из-за дурных ассоциаций
со словом «ядерный»

10.

Флеш-память
Флеш-память была изобретена в начале 80-х гг. 20 в.
инженером-электронщиком
Фудзио
Маусокой
(компания Toshiba) В основе работы флеш-памяти
лежит квантовое туннелирование. Флеш-память
сохраняет на себе информацию даже тогда, когда
источник энергии отключен
Квантовые чипы
Маленькая по габаритам микросхема, которая
защищает операции путем создания очень надежных
одноразовых паролей во время двухфакторной
аутентификации и прочих процессах. На данный
момент квантовые чипы – самое надежное средство
для повышения безопасности хранения и передачи
данных в современном мире

11.

Маглев
Поезд на магнитной подушке, который
использует
силу
отталкивания
между
сверхпроводящими магнитами, чтобы парить над
путями, при этом сопротивление движению
сильно уменьшается.
Лазер
Является образцовым квантовым устройством.
Внутри лазера есть генерирующее вещество, в
котором фотон переводит электрон на более
энергетический уровень в атоме.
Полное
название
лазера
–
«усиление
света
посредством вынужденного излучения».
Спектр применения – медицина, лазерные
принтеры, сканеры штрих-кодов, чтение
оптических дисков, военная техника

12.

Мои исследования: опрос
Какие достижения квантовой физики Вы считаете наиболее значимыми?
Вопрос
37 чел
29 чел
11 чел
10 чел
Какие
МРТ - квант.
сканеры
квант.
флеш - маглев
память
ижения
физики
дост
квантовой
7 чел
17 чел 8 чел
30 чел
11 чел
23 чел
лазер Квант.
Электронн.
Светодиодны
е
3D-сканеры
компьютер
микроскоп
чипы
фотоаппарат
лампы
Вы
считаете наиболее
значимыми?

13.

Как показал опрос, для школьников
самым значимым достижением являются
МРТ-сканеры. (далее идут квантовый
компьютер и электронный микроскоп)

14.

Заключение
Квантовая физика является самой современной частью
общего курса физики. Знакомство с этим разделом
курса значительно расширяет наши знания о природе, а
в чем-то и заставляет переосмыслить наши
представления об окружающем нас мире.
Трудность понимания законов квантовой физики
связана с тем, что человечество не обладает
повседневным опытом применения этих законов.
Законы квантовой физики проявляются лишь в
микромире, определяют поведение микрочастиц
(атомов и их составных частей), но не имеют в
макромире аналогов.