Hvað er átt við með orðinu skammtafræði?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað er átt við með orðinu skammtafræði?
Orðið skammtafræði er þýðing á erlendu orði sem notað er í eðlisfræði. Á ensku kallast skammtafræði 'quantum theory', 'quantum physics' eða 'quantum mechanics'. Sambærilegt heiti í frönsku er 'mécanique quantique' og á þýsku eru notuð orðin 'Quantenmechanik', 'Quantentheorie' eða 'Quantenphysik'.

Í svari við spurningunni Hver er forsenda þess að skammtafræðin varð til? útskýrir Viðar Guðmundsson af hverju skammtafræðin hlaut þetta nafn:

Nafnið fékk hún vegna þess að sumar mælistærðir kerfanna, eins og orka og hverfiþungi, geta ekki alltaf tekið hvaða gildi sem er. Þær eru strjálar eða skammtaðar.

Þetta er kallað skömmtun (quantization). Til að útskýra hana nánar má taka rafhleðslu sem dæmi. Samkvæmt svonefndri tilraun Millikans er sérhver rafhleðsla heilt margfeldi af smæstu einingu hleðslu sem er einmitt hleðsla rafeindarinnar. Þessi smæsta eining kallast einingarhleðsla og er 1,6∙10^-19 C, þar sem bókstafurinn C táknar eininguna Coulomb. Allar hleðslur eru heilt margfeldi af þeirri tölu sem merkir að hleðslurnar eru skammtaðar og geta ekki tekið hvaða gildi sem er. Hægt er að lesa meira um tilraun Millikans í svari Sævars Helga Bragasonar við spurningunni Hvernig er tilraun Millikans framkvæmd?

Annað þekkt og dæmigert skammtað fyrirbæri er orka rafeinda í bundnum ástöndum (states) í atómum eða öðrum svipuðum kerfum. Orka rafeindanna getur þá aðeins tekið ákveðin gildi, ýmist endanlega eða óendanlega mörg. Fyrir hvert slíkt gildi tölum við um orkustig (energy level). Þegar ástand rafeindar breytist þannig að hún fer milli orkustiga sendir kerfið frá sér ljós eða aðra rafsegulgeislun með tiltekinni orku og tíðni sem einkennir kerfið. Ákveðin tíðni samsvarar tilteknum lit sem er þá oft einkenni á efninu eða kerfinu sem um ræðir. Atóm frumefnisins natríns einkennast þannig af gulum lit í ljósi frá þeim. Við sjáum hann til að mynda í götuljósum þar sem natrín er notað. Einnig getum við séð hann ef við brennum rekavið eða öðru efni með miklu salti í, því að natrín er annað aðalefnið í matarsalti (NaCl, þar sem Cl stendur fyrir klór).

Mörg önnur dæmi mætti nefna um skýringar skammtafræðinnar á fyrirbærum daglegs lífs, en þetta verður að nægja hér að sinni.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

• Hvað er skammtafræði? eftir Þorstein Vilhjálmsson og Kristján Leósson
• Hver er forsenda þess að skammtafræðin varð til? eftir Viðar Guðmundsson

Mynd:

• The University of Tokyo. Sótt 14.10.2010.

...