Квантовая физика как наука: что изучает, основные понятия и положения

Многие слышали понятия: квантовый скачок благодаря одноимённому сериалу, квантовый переход, частицы, эффекты. Может кто не знает о коте Шредингера, который был и жив, и мёртв одновременно? Эти и другие не вкладывающиеся в голову обывателя явления изучает квантовая физика. Рассмотрим, что это за наука, чем занимается. Кратко рассмотрим её основные направления, историю развития.

Что за наука

Квантовая физика – это один из новейших разделов теоретической физики, занимающийся изучением квантово-полевых и механических явлений, систем, законов их существования, протекания. Касается систем, размер которых сравним с постоянной Планка: 10-34. Всё, что заметно больше, относится к классической физике, начиная с атомной, молекулярной. Основа науки представлена квантовой механикой и теорией поля. Основана преимущественно на математическом описании процессов, ведь наблюдать их с помощью современной технологической базы возможно не всегда.

Квантовая механика

Квантовая механика направлена на изучение физических явлений, протекающих на микроуровне, сравнимом с постоянной Планка. Эффекты проявляются максимум на микроскопическом уровне. Наука описывает поведение и свойства атомов, ядер, фотонов и прочих элементарных частиц. Классическая физика не справляется с этим. Для точного описания превращений одних элементарных частиц в другие используется квантовая теория поля.

К основным понятиям раздела теоретической физики относят такие: наблюдаемая система и квантовое состояние. Основополагающие уравнения: Шредингера, Гейзенберга, Паули, Ландау. Родилась наука в 1900 году благодаря трудам немецкого физика Марка Планка, разработавшего теорию, что элементарные частицы поглощают и выделяют энергию порциями – квантами.
В 1905 году Эйнштейн, воспользовавшись наработками Планка, объяснил фотоэффект – в квантовой физике это явление описывает взаимодействие электромагнитного излучения с твёрдым веществом. Фотоны света или иного ЭМИ передают энергию электронам материальных объектов.

Малоизвестный факт в физике. Явление фотоэффекта на основании опытов описал русский физик Александр Столетов в 1888-1890 годах, проведя опыт с освещением ультрафиолетовым светом цинковой пластинки.

Квантовая теория поля

Изучает системы – квантовые поля – с неограниченным количеством степеней свободы. Занимается описанием превращения и взаимодействия элементарных частиц. Является основой для физики высоких энергий, элементарных частиц. Наука выделилась в отдельный раздел и начала развиваться в 1920-х годах. В современном виде появилась лишь к средине 1970-х.

Основы направления – слабое и сильное электромагнитное взаимодействия, калибровочная информативность, симметрии, квантовая электродинамика.

Прочие разделы

Квантовая физика, кроме рассмотренных разделов, представлена развивающимися течениями:

• Статистическая физика – описывает квантовые системы статистическими операторами комплексов частиц.


• Теория конденсированных сред – изучает материю на микро- и макроуровнях, в частности, в конденсированном состоянии. Предсказывает поведение фаз посредством известных законов.


• Теория твёрдых тел – описывает свойства вещества на атомарном уровне, тесно связана с кристаллофизикой.


• Квантовая оптика – занимается квантовыми свойствами электромагнитного излучения.

Квантовая физика изучает невидимые для глаза, а порой и электронного микроскопа системы, явления, протекающие в них процессы. Сложна для понимания, ведь сильно отличается от привычного нам макромира.