Քվանտ

Քվանտ ( լատին․՝ quantum «որքան») բառով ֆիզիկայում նշվում է որևէ մեծության անբաժանելի մասը։ Քվանտ հասկացության հիմքում ընկած է քվանտային մեխանիկայի պատկերացումը, որի համաձայն՝ որոշ ֆիզիկական մեծություններ կարող են ընդունել միայն որոշակի արժեքներ, այլ կերպ ասած՝ դիսկրետ են (ընդհատ)։ Այս դեպքում ասում են, որ ֆիզիկական մեծությունը քվանտացվում է։ Որոշ՝ խիստ կարևոր, մասնավոր դեպքերում այդ մեծությունը կամ նրա չափման քայլը կարող է բազմապատիկ լինել որոշակի հիմնարար արժեքի, որն էլ հենց կոչվում է «քվանտ»։ Օրինակ, $\omega \,$ անկյունային հաճախությամբ մոնոքրամատիկ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման էներգիան կարող է ընդունել միայն $(N+1/2)\hbar \omega \,$ արժեքները, որտեղ $\hbar \,$ -ը Պլանկի բերված հաստատունն է, իսկ $N\,$ -ը՝ ամբողջ թիվ։ Այս դեպքում $\hbar \omega \,$ -ն ունի ճառագայթման էներգիայի քվանտի (այլ խոսքերով՝ ֆոտոն) իմաստ, իսկ $N\,$ -ը՝ այդ քվանտների (ֆոտոնների) քանակի իմաստը։

Պատմություն խմբագրել

Քվանտ տերմինը առաջին անգամ կիրառել է Մաքս Պլանկը 1900 թ.` սև մարմնի ճառագայթմանը վերաբերող իր հայտնի աշխատությունում, ինչը հիմք դրեց քվանտային տեսությանը։ Պլանկը «քվանտ» բառը օգտագործեց՝ նշելու համար «նյութի և էլեկտրականության չափը»^[1], ինչպես նաև՝ գազը և ջերմությունը^[2]։ Իր հայտնագործության համար Պլանկը հետագայում արժանացավ Նոբելյան մրցանակի ֆիզիկայից։ Սակայն ինքը՝ Պլանկը, կարծում էր, որ քվանտը ոչ թե իրական ֆիզիկական մեծություն է, այլ՝ հաշվարկները հեշտացնող նշանակում։ 1905 թ. Ալբերտ Այնշտայնը ի պատասխան Պլանկի աշխատանքի և Լենարդի փորձարարական տվյալների (Լենարդն իր արդյունքները բացատրելու համար կիրառում էր «էլեկտրականության քվանտ» արտահայտությունը), առաջարկեց, որ ճառագայթումը գոյություն ունի տարածականորեն լոկալ փաթեթների տեսքով, որոնք նա անվանեց «լույսի քվանտներ» (գերմ. «Lichtquanta»)^[3]:

Այժմ «քվանտային» բնութագիրը կիրառվում է ֆիզիկայի մի շարք բաժինների համար (քվանտային մեխանիկա, դաշտի քվանտային տեսություն, քվանտային օպտիկա և այլն)։ Լայնորեն օգտագործվում է քվանտացում տերմինը, որը նշանակում է որևէ համակարգի քվանտային տեսության կառուցումը կամ անցումը դրա դասական նկարագրությունից քվանտայինին։ Միևնույնն բառն է կիրառվում նաև բնութագրելու համար այն իրավիճակը, որում ֆիզիկական մեծությունը կարող է ընդունել միայն դիսկրետ արժեքներ, օրինակ, ասում են, որ էլեկտրոնի էներգիան ատոմում քվանտացվում է։ Ներկայիս ֆիզիկայում «քվանտ» տերմինը բավականին սահմանափակ կիրառություն ունի։ Երբեմն այն օգտագործում են փոխազդեցության բոզոնային դաշտերի մասնիկները նշելու համար։ Այսպես, ֆոտոնը էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտն է, ֆոնոնը` բյուրեղում ձայնային ալիքների դաշտի քվանտը, գրավիտոնը` գրավիտացիոն դաշտի հիպոթետիկ քվանտը։ Խոսվում է նաև այդ դաշտերի «գրգռման քվանտների» կամ պարզապես «գրգռումների» մասին։ Ավանդույթին հետևելով՝ երբեմն «գործողության քվանտ» են անվանում Պլանկի հաստատունը։ Դրա պատճառն այն է, որ Պլանկի հաստատունը գործողության և միևնույն չափականությունն ունեցող այլ ֆիզիկական մեծությունների (օրինակ՝ իմպուլսի մոմենտի) չափման բնական միավորն է։

Հայտնի քվանտներ խմբագրել

Որոշ դաշտերի քվանտներ հատուկ անվանումներ ունեն՝

ֆոտոն` էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտը,
գլյուոն` գլյուոնային դաշտի քվանտը քվանտային քրոմադինամիկայում (պատասխանատու է ուժեղ փոխազդեցության համար),
գրավիտոն` ձգողական դաշտի հիպոթետիկ քվանտը,
ֆոնոն` բյուրեղական ցանցի ատոմների տատանողական շարժման քվանտը։

Ծանոթագրություններ խմբագրել

↑ Planck, M. (1901). «Ueber die Elementarquanta der Materie und der Elektricität». Annalen der Physik. 309 (3): 564–566. Bibcode:1901AnP...309..564P. doi:10.1002/andp.19013090311.
↑ Planck, Max (1883). «Ueber das thermodynamische Gleichgewicht von Gasgemengen». Annalen der Physik. 255 (6): 358. Bibcode:1883AnP...255..358P. doi:10.1002/andp.18832550612.
↑ Einstein, A. (1905). «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» (PDF). Annalen der Physik. 17 (6): 132–148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607.. A partial English translation is available from Wikisource.

[Planck1901-1] Planck, M. (1901). «Ueber die Elementarquanta der Materie und der Elektricität». Annalen der Physik. 309 (3): 564–566. Bibcode:1901AnP...309..564P. doi:10.1002/andp.19013090311.

[2] Planck, Max (1883). «Ueber das thermodynamische Gleichgewicht von Gasgemengen». Annalen der Physik. 255 (6): 358. Bibcode:1883AnP...255..358P. doi:10.1002/andp.18832550612.

[Einstein1905-3] Einstein, A. (1905). «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» (PDF). Annalen der Physik. 17 (6): 132–148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607.. A partial English translation is available from Wikisource.

[1]

[2]

[3]