Lys, materie og kvantemekanikk. Kvinnherad senioruniversitet, 27 april 2011

Like dokumenter
Lys. Bølger. Partiklar Atom

Lys. Bølger. Partiklar Atom

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Ny kommunestruktur i indre Hordaland? Ein ny kommune i hjarta av fjord-noreg?

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Frå klassisk mekanikk til kvantemekanikk: Litt bakgrunn/historie

Eksamen REA3026 Matematikk S1. Nynorsk/Bokmål

ØVING 2. Krumningseigenskapar for eindimensjonale energieigenfunksjonar. h2 + V (x). (0.1) 2m dx 2

BARN SOM PÅRØRANDE NÅR MOR ELLER FAR ER SJUK

BARN SOM PÅRØRANDE NÅR MOR ELLER FAR ER SJUK

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Eksamen REA3026 Matematikk S1

Atomfysikk og kausallov

VESLEFRIKK. Ingrid, Elvira, Adam, David, Elena, Sofie, Anita, Mathilda. Emil, Odin, Frida, Oda, Celine, Aurora, Alvin, Pernille, Jonathan

Landskonferansen om fysikkundervisning, Gol, Hva er fysikk? Fysikk som fag og forskningsfelt i det 21. århundre. Gaute T.

Skule og barnehage i det postmoderne samfunnet Nødvendig kompetanse for arbeid i dagens barnehage og skule

Matematikk i praksis. Oppgåver til elever 9.trinn. Kompetansemål og oppgåver. 1 - Classification: Internal (Restricted Distribution)

Psykologisk Førstehjelp - barneskulen. Hjelpehanda - hjelp til sjølvhjelp i vanskelege situasjonar

Ivar S. Ertesvåg august 2002 Institutt for mekanikk, termoog

Atomfysikk og kausallov

Atomfysikk og kausallov

Nokon kjem til å komme (utdrag)

Addisjon og subtraksjon =1234 =1199 =1149

Inntekt i jordbruket 2013

Eksamen REA3022 Matematikk R1. Nynorsk/Bokmål

Optikk læra om lys Lysbryting og laserlys. Først litt om vassbølgjer. Verkstad NMM-samling april 2009 Øyvind Halse, Høgskulen i Volda

det er ikkje det at eg trur at det er lett å skrive dikt olaf moriarty solstrand

Vurderingsrettleiing 2012

Årsrapport frå opplæringskontor i Hordaland om opplæring av lærlingar og lærekandidatar (Lærebedriftene skal bruka eit eige skjema.

BARNEOMBUDET. Deres ref: Vår ref: Saksbehandler: Dato: 14/ Ane Gjerde 1. mai 2014

Informasjonsgrafikk, Essay 2. Utvikling og design av skjema Håvard Hvoslef Kvalnes, 13hbmeda,

Spørsmål frå leiar i tenesteutvalet:

Molde Domkirke Konfirmasjonspreike

Lokal læreplan for Naturfag, 7trinn, Vartdal skule,

Atommodeller i et historisk perspektiv

Kan vi lære litt kvantefysikk ved å lytte til noen lydprøver? Arnt Inge Vistnes Fysisk institutt, UiO

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

BARNEVERNET. Til beste for barnet

2. Stabilitet. Vikahammaren hyttefelt, Boggestranda Nesset Skredfarevurdering

18. Har det vore stor interesse i bygda eller grenda for slike møte, og har slike val ført til bygdestrid? Kva galdt i tilfelle striden?

PRONOMEN... 2 Personlege pronomen... 2 Subjektsform... 2 Objektsform... 4 Refleksiv form... 5 Oppsummering av personlege pronomen...

Matematikk 1, 4MX1 1-7E1

Jaja, det nærmar seg i alle fall og på Krabben har me førebudd oss så godt me kan på «den søte adventstid».

Kvantemekanisk sammenfiltring

Forelesing 8: Offentlige prosjekt (inngrep/utgifter)

BRUK AV ALTERNATIVE LØP SOM FØRER FRAM TIL FAGBREV

NASJONALE PRØVER En presentasjon av resultatene til 5.trinn ved Jåtten skole, skoleåret

Dykkar ref: Dykkar dato: Vår ref: Vår saksbehandlar: Vår dato: /2012/000/&00 Sverre Hollen,

Eksamen. 03. juni ELE2003 Data- og elektronikksystem/data- og elektronikksystemer. Programområde for Elenergi.

mlmtoo much medicine in Norwegian general practice

Skredproblem i varslingsregion Sunnmøre

Kva kan vi læra av valdeltakinga ved lokalvalet i haust? Statsråd Magnhild Meltveit Kleppa (Sp)

Pensum og kursopplegg for FY1006 Innføring i kvantefysikk TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Omstrukturering av HMS-dokumentasjonen for avdelingane i sentraladministrasjonen innleiande drøfting

Korleis kan det samarbeidast for eit best mogleg barnevern framover? Samarbeid mellom kommune og stat (BUFETAT)

Tyngdekraft og luftmotstand

RAPPORTSKJEMA FOR BRUK AV FOU-MIDLAR FRÅ NYNORSKSENTERET

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

Biologi, kjemi, fysikk samme sak, ulik tilnærming?

ORDINÆR/UTSATT EKSAMEN Sensur faller innen

«VURDERING FOR LÆRING» Retningsliner for skulane i Lindås

Med innenfrablikk og utenfrablikk på framtidssamfunnet i Vesterålen Åsa Elvik Sortland 2. oktober 2009

Nye regler om farskap og morskap

VELKOMMEN TIL INTERNATIONAL MASTERCLASSES 2017 FYSISK INSTITUTT, UNIVERSITETET I OSLO

Meir om halvleiarar. Halvleiarteknologi

Søknad om tilskot til kompetanse og innovasjon på statsbudsjettets kapittel 0761 post 68

Undervisningsopplegg for ungdomstrinnet om koordinatsystem og rette linjer

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Møteinnkalling for Administrasjonsutval

Oskar Klein og den femte dimensjon

EKSAMEN I ST2101 STOKASTISK MODELLERING OG SIMULERING Onsdag 1. juni 2005 Tid: 09:00 14:00

Prosjekt Småkraft i Hordaland refleksjoner i etterkant

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Reviderte læreplaner konsekvenser for undervisningen?

Nettverksamling Lærdal Solbjørg Urnes Johnson

420 kv kraftline Modalen-Mongstad - fråsegn til konsesjonssøknaden

VAKUUM: INGENTING? GAMLE GREKERE: INTET finnes ikke fordi verden må forklares. INTET kan ikke forklares. Heller er det slik at verden er full av noe.

FYLKESMANNEN I ROGALAND Utdanningsavdelinga

Brødsbrytelsen - Nattverden

Teknologi og fargar RGB

Rutine for oppfølgingsmøte:

Et historisk blikk på kvantefysikkens utvikling

Eksamen REA3026 Matematikk S1. Nynorsk/Bokmål

ØKONOMISTYRINGA I FYLKESKOMMUNEN

Læringsmiljø Hadeland. Felles skoleutviklingsprosjekt for Gran, Lunner og Jevnaker. Vurderingsbidrag

Fylkesprognose Sogn og Fjordane 2014

Kvantefysikk i 100 år

Terminprøve i matematikk for 8. trinnet

HANDLINGSPLAN MOT MOBBING. Ogna skule

Fysikkolympiaden 1. runde 26. oktober 6. november 2015

Energiband i krystallar. Halvleiarar (intrinsikke og ekstrinsikke) Litt om halvleiarteknologi

Kreftenes opprinnelse i rommet (Naturkreftenes prinsipp) Frode Bukten


Refleksjon og skriving

Eksamen EL6019 VKII Elektrikar, elektriske bygningsinstallasjonar / Elektriker, elektriske bygningsinstallasjoner.

2. Sjå tiltak under punkt Ikkje aktuel

Fyll inn datoar i rutene etter kvart som du set deg mål og når dei. Mitt mål Språk: Dette kan eg

VELKOMEN SOM FIBERKUNDE HOS TUSSA FÅ VERDA HEIM TIL DEG. NÅR DU VIL.

Transkript:

Lys, materie og kvantemekanikk Kvinnherad senioruniversitet, 27 april 2011

Presisering: Teoretisk fysikk er IKKJE ontologi. Fysikk handlar berre om å skildre korleis vi opplever at materie oppfører seg.

Kvantemekanikk -fjern -abstrakt -vanskeleg -teknisk -for spesielt interesserte

I dagleglivet: LASER

I dagleglivet: Integrerte krinsar, halvleiar-teknologi, transistorar

Mikroskop: Elektron-mikroskop, «scanning tunneling» mikroskop

Innan medisin: (N)MR(I) +fleire bilde- og diagnostiseringsteknikkar

Innan medisin: Strålingsterapi

Spektroskopi: Identifiserar stoff ved å sende lys på det og studere lyset som kjem tilbake

Energiproduksjon:

Våpen:

To store bragder som kvantemekanikken har oppnådd i høve til det å forstå ting vi observerar: Forklarar det periodiske systemet Forklarar linjespektrum

Kanskje enda større følger for måten vi ser den fysiske verda på: -Partikkel eller bølge; må kunne ha to tankar i hovudet samtidig -Utfallet av visse målingar ser ut til å vere tilfeldige fundamentalt sett

Lys

Lys må oppfattast som små partiklar Christiaan Huygens (1629-1695) Lys må oppfattast som bølger Isaac Newton (1642-1726)

Bølger blir bøygd

Thomas Young (1773-1829)

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Elektro-magnetisk stråling

Polarisering

Max Planck (1858-1947) Albert Einstein (1879-1955)

Hadde sett: -Farten elektrona kjem ut med, er heilt uavhengig av intensiteten på lyset -Energien elektrona kjem ut med, aukar derimot med frekvensen på lyset som kjem inn. Einstein: -Lys består av små kvant med energi gitt ved frekvensen -Elektrona i metallet vert lausrivne frå metallet ved at kvart elektron tar til seg eitt foton.

Bølge eller partikkel?

Bølge eller partikkel? Ja, takk

ATOM

ATOM -Tanken om at materien har ein minste del er minst 2600 år gamal (India, Hellas) -Meir konkrete teikn på at materie er bygd opp av atom frå 1800-talet av (Dalton, Brown, Thomson, Rutherford...) -Starten på 1900-talet:

Lys er ikkje berre bølgjer, det er også partiklar. Er då materie ikkje berre partiklar men også bølger? Luis de Broglie (1892 1987)

JA!

Miraklet at matematikk-språket passar så bra til å formulere dei fysiske lovene er ei fantastisk gåve vi korkje forstår eller fortener. Eugene P. Wigner (1902-1995) Hvis folk ikkje trur at matematikk er enkelt, kan det berre skuldast at dei ikkje forstår kor komplisert livet er. John von Neumann (1903-1947)

Werner Heisenberg (1901-1976) Erwin Schrödinger (1887-1961) Niels Bohr (1885-1962)

Schrödinger-likninga (for èin partikkel, èin romleg dimensjon) Bølgjefunksjonen

Klassisk: Posisjonen x(t) gitt ved at F=ma

Kvante-mekanisk:

Visse Ψ er slik at dei ikkje endrar seg med tida Tilsvarar tre heilt spesifikke energiar: E1=0,14, E2=0,50 og E3=0,94

Ψ1 Ψ2 Ψ3 E1=0,14 E2=0,50 E3=0,94 Om vi måler energien til partikkelen, får vi naudsynleg ein av desse verdiane; vi kan ikkje få nokon energi som ligg mellom. Det er dette vi kallar kvantisering

Kvantisering

Ψ1 Ψ2 Ψ3 E1=0,14 E2=0,50 E3=0,94 Dersom bølgefunksjonen vår er ei blanding av t.d. 25% Ψ1, 35% Ψ2 og 40% Ψ3, vil sannsynet for at vi måler energien 0,14 vere 25%. Men bølgefunksjonen seier ingenting sikkert om kva resultat vi vil få av målinga. Etter målinga, derimot, om vi har målt energien 0,14, vil bølgefunksjonen vere ein rein Ψ1-funksjon, og ei eventuell ny energi-måling vil naudsynleg gi resultatet 0,14.

Kollaps av bølgjefunksjonen

Bølgjefunksjonen er ikkje 0 der den «burde» vere det Ψ1 E1 Ψ2 E2 E3 Ψ3

Tunellering

Tunellering

Relevans? Alfa-stråling Mikroskop Halvleiarteknologi

-Tilbake til Ψ: Bølgefunksjonen gir sannsynet for at ei måling av ein eller annan fysisk storleik gir eit bestemt resultat. (I eksempelet, var sannsynet 40% for at vi kom til å få resultatet 0,94 for energien ved måling.) Bølgefunksjonen gir også sannsynet for å finne partikkelen på ein bestemt plass.

-Tilbake til Ψ: Bølgefunksjonen gir sannsynet for at ei måling av ein eller annan fysisk storleik gir eit bestemt resultat. (I eksempelet, var sannsynet 40% for at vi kom til å få resultatet 0,94 for energien ved måling.) Bølgefunksjonen gir også sannsynet for å finne partikkelen på ein bestemt plass. Men kva energi har partikkelen? Og kvar er han?

-Tilbake til Ψ: Bølgefunksjonen gir sannsynet for at ei måling av ein eller annan fysisk storleik gir eit bestemt resultat. (I eksempelet, var sannsynet 40% for at vi kom til å få resultatet 0,94 for energien ved måling.) Bølgefunksjonen gir også sannsynet for å finne partikkelen på ein bestemt plass. Men kva energi har partikkelen? Og kvar er han? Kvantemekanikken er sikkert rett, men den kan umogeleg vere komplett

-Tilbake til Ψ: Bølgefunksjonen gir sannsynet for at ei måling av ein eller annan fysisk storleik gir eit bestemt resultat. (I eksempelet, var sannsynet 40% for at vi kom til å få resultatet 0,94 for energien ved måling.) Bølgefunksjonen gir også sannsynet for å finne partikkelen på ein bestemt plass. Men kva energi har partikkelen? Og kvar er han? Vi kan ikkje gjere noko måling på systemet utan å påverke det

-Tilbake til Ψ: Bølgefunksjonen gir sannsynet for at ei måling av ein eller annan fysisk storleik gir eit bestemt resultat. (I eksempelet, var sannsynet 40% for at vi kom til å få resultatet 0,94 for energien ved måling.) Bølgefunksjonen gir også sannsynet for å finne partikkelen på ein bestemt plass. Men kva energi har partikkelen? Og kvar er han? Det gir ikkje meining å snakke om posisjon, energi etc. utan måling

Utruleg nok: Vi kan finne svaret på dette spørsmålet ved å gjere eit eksperiment! Teori Eksperiment Johan Stuart Bell (1928-1990) Alain Aspect (f. 1947)

Kan lage par av foton som er slik at dei naudsynleg har motsett polarisering; dersom det eine fotonet har loddrett polarisering, må det andre ha vassrett polarisering Betyr det at det eine fotonet i utgongspunktet har loddrett polarisering og det andre fotonet har vassrett polarisering?

Kan lage par av foton som er slik at dei naudsynleg har motsett polarisering; dersom det eine fotonet har loddrett polarisering, må det andre ha vassrett polarisering Betyr det at det eine fotonet i utgongspunktet har loddrett polarisering og det andre fotonet har vassrett polarisering?

Kan lage par av foton som er slik at dei naudsynleg har motsett polarisering; dersom det eine fotonet har loddrett polarisering, må det andre ha vassrett polarisering Betyr det at det eine fotonet i utgongspunktet har loddrett polarisering og det andre fotonet har vassrett polarisering? NEI

Altså: Partiklane kan vere slik at visse eigenskapar for den eine er fullstendig bestemt av eigenskapane til den andre samtidig som desse eigenskapane ikkje er bestemt for nokon av dei kvar for seg! Når to system påverkar kvarandre og så vert skilde frå kvarandre, kan vi ikkje lenger sjå på dei som separate system. Dette vil eg ikkje kalle ein av eigenskapane som kjenneteiknar kvantemekanikken, men heller sjøve eigenskapen som kjenneteiknar kvantemekanikken den som tvingar oss til å tenkje langs heilt andre linjer enn klassisk fysikk. -E. Schrödinger (nokså fritt oversett)

Ei lita oppsummering Både lys og materie er slik at det av og til oppfører seg som bølgjer, andre gonger som partiklar. For kvantemekaniske system som er bundne, er energien til systemet kvantisert. Ei måling vil gjere at bølgjefunksjonen «kollapsar»; det er umogeleg å hente ut informasjon om systemet utan å påverke det. Eit kvantemekanisk system er fullt ut skildra ved bølgjefunksjonen Ψ - sjølv om denne ikkje gir oss nøyaktig posisjon, energi, fart etc. til partiklane det er tale om. Den gir oss berre sannsyna for dei ulike mogelege resultata av ei eventuell måling. Med andre ord ser det ut til at naturen oppfører seg tilfeldig på ein grunnleggande måte (på visse område).

Dei som ikkje vert sjokkert når dei fyrst kjem over kvante-mekanikk, har ikkje forstått det. -Niels Bohr (1885-1962) (Om Louis Armstrong: «Armstrong is to music what Einstein is to physics and the Wright Brothers are to travel.») Eg trur eg trygt kan seie at ingen eigentleg forstår kvantemekanikk. -Richard Feynman (1918-1988)

Kva no? Når det gjeld å forstå -Måleproblemet -Overgongen mellom klassisk fysikk og kvantefysikk -Spontane/irreversible prosessar i kvantemekanikken? -Kvante-gravitasjon? Teknologisk -Kvantedatamaskin/ kvanteinformatikk -Fusjonsenergi -Rubbia-reaktor? -Hadron-stråle-terapi -Kvantepunkt medisin halvleiarteknologi

Energimåling

Lysår meter mikrometer Klassisk nanometer femtometer Kvantemekanisk?

Gravitasjons-kvant?

Teknologisk -Kvantedatamaskin/ kvanteinformatikk -Fusjonsenergi -Rubbia-reaktor? -Hadron-stråle-terapi -Kvantepunkt medisin halvleiarteknologi

Symmetri For kvar symmetri, er der ein konservert storeik -Emmy Nöther (1882-1935)

Takk!