Главная Новости Полупроводники: как квантовая механика меняет нашу повседневную жизнь

Квантовая механика: основные принципы, теория и полупроводники

Квантовая механика, несомненно, является одной из самых сложных областей современной науки. Как отмечает издание Альтернативная наука, благодаря впечатляющему развитию нанотехнологий в настоящее время наблюдается постоянно усиливающееся слияние физического мира с виртуальным.

Передовые технологии, включающие зашифрованные пароли, полупроводники и усовершенствованные датчики, меняют нашу повседневную жизнь с экспоненциальной скоростью; масштабы воздействия беспрецедентны даже по сравнению с теорией относительности Эйнштейна.

Любому неспециалисту совершенно ясно, что концепция квантовой механики включает в себя фундаментальные законы, которые можно применить как в повседневной жизни, так и ко всей Вселенной в целом.

Однако эта теория имеет принципы , которые могут быть применены к ряду важных технологий, которые способствуют развитию общества, промышленности и экономики.

В основе квантовой механики лежит понятие атома — самой маленькой, основной единицы материи во Вселенной. Его размер просто поразителен: диаметр атома водорода составляет всего одну миллиардную часть метра, а его ядро еще меньше.

Атом — это мельчайший элемент материи, обнаруженный во Вселенной. В квантовой механике он понимается как нечто, состоящее из ядра и электронов.

Всего лишь одно из представлений, как выглядит атом водорода

Если представить атом в виде футбольного стадиона, его ядро будет иметь длину всего 3 миллиметра, как у маленького жука. Размер электронов настолько мал, что игнорировать их почти невозможно.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, которые вместе составляют большую часть его массы. Электроны, находящиеся в квантовом состоянии, окружают ядро, занимая большую часть его объема.

Атом водорода слишком крошечный, чтобы его понять с помощью классической физики. Поэтому его поведение и свойства можно интерпретировать только с помощью квантовой механики.

Квантово - механическая интерпретация является фундаментальной частью понимания атомного мира.

Для сравнения, пространство между ядром и его электронами намного больше, чем расстояние между Солнцем и Плутоном. Приблизительно в 10 раз! Учитывая это, не будет преувеличением сказать, что атом находится в состоянии виртуальной пустоты.

Применяя этот аргумент, также можно утверждать, что вся видимая материя во Вселенной (включая растения и животных) существует в состоянии виртуальной пустоты.

 

Теория " Большого взрыва ", как говорят некоторые физики, утверждает , что все возникло из пустоты, «Ничто». Другими словами, то , что кажется чем - то, на самом деле является лишь формой интерпретации.

Квантовая механика изучает поведение частиц на атомном уровне, что, казалось бы, не соответствует взглядам традиционной физики. Она утверждает, что электрон может быть либо частицей, либо волной, либо и тем, и другим, в зависимости от позиции наблюдателя.

В 1801 году Томас Юнг предложил новаторскую интерпретацию в своем знаменитом "эксперименте с двойной щелью ". С тех пор считается, что атомы — это частицы и волны одновременно, в зависимости от позиции наблюдателя.

Таким образом, наше сознание или ожидания определяют поведение электронов. Квантовая механика, отстаиваемая Нильсом Бором, встретила яростное сопротивление в научной работе под названием "Парадокс Эйнштейна, Подольского и Розена в атомной, ядерной физике и физике частиц". Тем не менее, теория Бора получала признание по мере все более широкого применения в реальном мире.

В 1927 году "копенгагенская интерпретация" квантовой теории гласила, что Вселенная существует безгранично и имеет перекрывающиеся потенциалы. Такие потенциалы существуют в "еще не зафиксированной" форме в зависимости от позиции наблюдателя.

 

В гипотетической альтернативной реальности различные вселенные, отличающиеся по своим физическим свойствам и характеристикам, вполне могут сосуществовать.

Но это предположение противоречит нашим астрономическим наблюдателям:

Электроны и полупроводниковые чипы обладают уникальной чертой двойственности, проявляющейся по - разному. Электроны смешиваются в квантовом состоянии, иногда ведут себя как частицы , а иногда как волны. В то же время как полупроводники могут использоваться как проводники и как непроводники

Размеры полупроводников уже уменьшились до нескольких нанометров, а в будущем многие квантовые явления будут опираться на полупроводники менее 1 нанометра, даже без нашего полного понимания квантовой механики.

Поэтому нынешняя структура и дизайн полупроводников были бы невозможны без квантовой механики.