Lezing Quantummechanica voor beginners 2014-04-30

  • 119 views
Uploaded on

Deze lezing over Quantummechanica is gegeven in Putten. De doelgroep is: beginners.

Deze lezing over Quantummechanica is gegeven in Putten. De doelgroep is: beginners.

More in: Science
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
119
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
0
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide
  • Gluon heeft een lading 0 en een spin 1.
  • 16 = 7 + 5 + 3 + 1
    ============
    (n,l,m) = (4,3,-3)
    (n,l,m) = (4,3,-2)
    (n,l,m) = (4,3,-1)
    (n,l,m) = (4,3,0)
    (n,l,m) = (4,3,1)
    (n,l,m) = (4,3,2)
    (n,l,m) = (4,3,3)
    (n,l,m) = (4,2,-2)
    (n,l,m) = (4,2,-1)
    (n,l,m) = (4,2,0)
    (n,l,m) = (4,2,1)
    (n,l,m) = (4,2,2)
    (n,l,m) = (4,1,-1)
    (n,l,m) = (4,1,0)
    (n,l,m) = (4,1,1)
    (n,l,m) = (4,0,0)

Transcript

  • 1. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 1 ““I think I canI think I can safely saysafely say that nobody understandsthat nobody understands Quantum Mechanics”Quantum Mechanics” (Richard Feynman)(Richard Feynman)
  • 2. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde (B1064) 2 Doelstelling • Aan het eind van deze cursus: – Kan je uitleggen wat Q = – Kan je uitleggen wanneer Q toegepast moet worden – Kan je een aantal voorbeelden in de sterrenkunde noemen waar Q toegepast wordt
  • 3. www.AstraAlteria.nl Wanneer is de natuur ‘vreemd’? 05/03/14 Eigenschappen van de eigenschappen van de natuurwetenschappen (M1148) 3 Q als je een extreem beperkt aantal mogelijkheden hebt Q als je een extreem beperkt aantal mogelijkheden hebt
  • 4. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde (B1064) 4
  • 5. www.AstraAlteria.nl
  • 6. www.AstraAlteria.nl Het systeem kent de volgende toestanden:Het systeem kent de volgende toestanden: 0LEVEN0LEVEN 1LEVEN1LEVEN 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 6 KansdatdekatnogleeftKansdatdekatnogleeft 00 11 ½½ 11 1½1½ 22½½ dagendagen 1LEVEN1LEVEN1LEVEN1LEVEN tt11tt00 33 3½3½ 442½2½ 1LEVEN1LEVEN 0LEVEN0LEVEN tt22 tt33 00 11 ½½ 11 1½1½ 22½½ dagendagen KansdatdekatnogleeftKansdatdekatnogleeft 1LEVEN1LEVEN1LEVEN1LEVEN tt11tt00 Eigenschappen microwereld (I) De verwachte waarde na ½ dag = De verwachte waarde na 2 dagen =
  • 7. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 7 2700 1800 900 00 00 900 1800 2700 3600 0 1 00 900 1800 2700 3600 0 1 00 900 1800 2700 3600 0 1 Laser Eigenschappen microwereld (II) 00 900 1800 2700 3600 0 1 Het systeem kent de volgende toestandenHet systeem kent de volgende toestanden NIET GEVONDENNIET GEVONDEN GEVONDENGEVONDEN
  • 8. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 8 Meer zekerheidMeer zekerheid over gedragover gedrag golf hier(golf hier(∆∆EE)) Meer zekerheidMeer zekerheid over gedragover gedrag golf hier(golf hier(∆∆EE)) Meer onzekerheidMeer onzekerheid over gedrag golf hierover gedrag golf hier Meer onzekerheidMeer onzekerheid over gedrag golf hierover gedrag golf hier Kort meten (Kort meten (∆∆tt)) Lang meten (Lang meten (∆∆tt)) • (∆E) x (∆t) = constant • (∆x) x (∆v) = constant Eigenschappen microwereld (III) E = h x f
  • 9. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 9 Botsing Botsing Werkt ook maar geeftWerkt ook maar geeft een smaller spectrum (x)een smaller spectrum (x) Eigenschappen microwereld (IV)
  • 10. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 10 Laser2700 1800 900 00 Eigenschappen microwereld (V) Niet 2Niet 2 roderode knikkers met precies dezelfdeknikkers met precies dezelfde massamassa, maar 1 met dubbele massa, maar 1 met dubbele massa http://nl.wikipedia.org/wiki/Uitsluitingsprincipe_van_Paulihttp://nl.wikipedia.org/wiki/Uitsluitingsprincipe_van_Pauli
  • 11. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 11 FermionenFermionen Een sterEen ster FermionenFermionen 0 1 2 -1/21/2 Bosonen Bosonen Licht ( Licht (γ)) Bosonen Bosonen Zwaartekracht (H) Zwaartekracht (H) FermionenFermionen Fermionen & bosonen
  • 12. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 12 Fermionen & bosonen en het uitsluitingsprincipe van Pauli +1 +2 0 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +10 +½ BosonenBosonen (Dragers tussen de materie)(Dragers tussen de materie) FermionenFermionen (Materie)(Materie) -½ +10 +9 +2 -½
  • 13. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 13 OnneembareOnneembare barrierebarriere OnneembareOnneembare barrierebarriere NeembareNeembare barrierebarriere !! !! Eigenschappen microwereld (VI) V(r,t) = 0V(r,t) = 0
  • 14. www.AstraAlteria.nl Het systeem kent de volgende toestanden:Het systeem kent de volgende toestanden: 0LEVEN0LEVEN 1LEVEN1LEVEN 2LEVEN2LEVEN 3LEVEN3LEVEN 4LEVEN4LEVEN 5LEVEN5LEVEN 6LEVEN6LEVEN 7LEVEN7LEVEN 8LEVEN8LEVEN 9LEVEN9LEVEN 10LEVEN10LEVEN 11LEVEN11LEVEN 12LEVEN12LEVEN .. .. 29LEVEN29LEVEN 30LEVEN30LEVEN 31LEVEN31LEVEN 32LEVEN32LEVEN 33LEVEN33LEVEN 34LEVEN34LEVEN 35LEVEN35LEVEN 36LEVEN36LEVEN 37LEVEN37LEVEN 38LEVEN38LEVEN 39LEVEN39LEVEN 40LEVEN40LEVEN 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 14 00 4040 2020 11 1½1½ 22½½ dagendagen AantalkatteninlevenAantalkatteninleven 20 LEVEN20 LEVEN 40LEVEN40LEVEN tt11tt00 33 3½3½ 442½2½ 5 LEVEN5 LEVEN 0LEVEN0LEVEN tt22 tt33 Eigenschappen macrowereld (I)
  • 15. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 15 Eigenschappen macrowereld (II)
  • 16. www.AstraAlteria.nl Continuüm (III) 05/03/14 Werking van sterspectra (M1051) 16 Optisch dik gasOptisch dik gas ++ ++ 1a1a 1b1b Straling treedt inStraling treedt in willekeurige richting uitwillekeurige richting uit doordat de kern weer tot rust komtdoordat de kern weer tot rust komt 2b2b 2a2a Deeltje botstDeeltje botst of straling wordtof straling wordt vernietigdvernietigd Deeltje raaktDeeltje raakt in aangeslagen toestandin aangeslagen toestand Deeltje komtDeeltje komt weer tot rustweer tot rust
  • 17. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 17 • Discrete energieDiscrete energie – Sterspectra (dus ook van de Zon)Sterspectra (dus ook van de Zon) • De golf/deeltjes dualiteit van licht en materie • Quantum tunneling • Het Heisenberg onzekerheidsprincipe • Pauli’s uitsluitingsprincipe • Multiversum Toepassing
  • 18. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 18 n=1n=1n=2n=2 singletsinglet dupletduplet triplettriplet l=0l=0l=0l=0 n=2n=2 l=1l=1 n=3n=3 l=0l=0 n=3n=3 l=2l=2 Discrete spectraallijnen (I)
  • 19. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 19 Discrete spectraallijnen (II) eigen- schap betekenis mogelijke waarden voorbeeld n de maat voor de omvang van de elektronbaan om de kern >= 1 1,2,3,4,5,... l een maat voor de excentriciteit van een elektronbaan om de kern l <= n-1 n=3 ⇒ l=0,1,2 m een maat voor de oriëntatie van een elektronbaan in de ruimte -l<=m<=l n=3 ⇒ m=-2,-1,0,1,2 s een maat voor de spin van het elektron zelf om zijn eigen as ½ of -½ ½ of -½ (n,l,m) = (2,1,-1) / (2,1,0) / (2,1,1) Onderlinge afstandOnderlinge afstand is een maat vooris een maat voor het magneetveldhet magneetveld V(r,t) = EV(r,t) = Epotpot van waterstofatoomvan waterstofatoom
  • 20. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 20 • Discrete energie • De golf/deeltjes dualiteit van licht en materie • Quantum tunnelingQuantum tunneling • Het Heisenberg onzekerheidsprincipe • Pauli’s uitsluitingsprincipe Toepassing
  • 21. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 21 ParallelParallel AntiparallelAntiparallel Waterstoflijn uit de Melkweg ++ -- ++ -- Gemiddeld gebeurd ditGemiddeld gebeurd dit om de 10 miljoen jaarom de 10 miljoen jaar (Dit geeft radiostraling)(Dit geeft radiostraling)
  • 22. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 22 • Discrete energie • De golf/deeltjes dualiteit van licht en materie • Quantum tunneling • Het Heisenberg onzekerheidsprincipeHet Heisenberg onzekerheidsprincipe • Pauli’s uitsluitingsprincipe Toepassing
  • 23. www.AstraAlteria.nl Oorzaken van lijnbreedtes:Oorzaken van lijnbreedtes: •DrukDruk •TemperatuurTemperatuur •Natuurlijke lijnbreedteNatuurlijke lijnbreedte Natuurlijke lijnbreedtes 05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 23 (n,l)=(3,2)(n,l)=(3,2) (n,l)=(3,0)(n,l)=(3,0) (n,l,m)=(2,1,0)(n,l,m)=(2,1,0) (n,l,m)=(2,1,-1)(n,l,m)=(2,1,-1) (n,l,m)=(2,1,1)(n,l,m)=(2,1,1) (n,l,m)=(2,0,0)(n,l,m)=(2,0,0) (n,l)=(2,1)(n,l)=(2,1) (n,l)=(2,0)(n,l)=(2,0) (n,l)=(1,0)(n,l)=(1,0)
  • 24. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 24 De ruimte kan nooit leeg zijn • Het grootste vacuüm op Aarde is 10.000 atomen • De gemiddelde dichtheid in de ruimte is 43 atomen • Natuurlijke quantisatie – Veel en korte tijdsduur – Weinig en lang aanwezig
  • 25. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 25 Sneller dan het licht in vacuüm Maximum snelheid van het lichtMaximum snelheid van het licht is in vacuüm = 299.793 km/sis in vacuüm = 299.793 km/s Verminder de natuurlijke quantisatieVerminder de natuurlijke quantisatie van het vacuümvan het vacuüm Het licht gaat sneller dan in het vacuümHet licht gaat sneller dan in het vacuüm (36(36ee decimaal van de lichtsnelheid)decimaal van de lichtsnelheid) 1µm V(r,t) = 0V(r,t) = 0
  • 26. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 26 Kleine zwarte gaten verdampen + -
  • 27. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 27 • Discrete energie • De golf/deeltjes dualiteit van licht en materie • Quantum tunneling • Het Heisenberg onzekerheidsprincipe • Pauli’s uitsluitingsprincipePauli’s uitsluitingsprincipe Toepassing
  • 28. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 28 Ontaard gas ++ -- ++ -- ++ -- ++ -- ++ -- ++ -- Witte dwergWitte dwerg •Enorme temperatuur: 1 miljard KEnorme temperatuur: 1 miljard K •Enorme druk:Enorme druk: 101099 kg/mkg/m33 Gedegenereerd elektronengasGedegenereerd elektronengas •Uitsluitingsprincipe van Pauli toepasbaarUitsluitingsprincipe van Pauli toepasbaar •Snelheid losgekoppeld van temperatuur (T=0)Snelheid losgekoppeld van temperatuur (T=0) •114444 //100100MM00 = Chandrasekhar limiet= Chandrasekhar limiet Gedegenereerd elektronengasGedegenereerd elektronengas •Niet relativistisch:Niet relativistisch: 11 /(M/(M11 //33) ~ R) ~ R •Relativistisch: M = constantRelativistisch: M = constant NeutronensterNeutronenster •Enorme temperatuur: 1 miljard KEnorme temperatuur: 1 miljard K •Enorme druk:Enorme druk: 10101717 kg/mkg/m33 •GlitchesGlitches Voortplantingssnelheid > c?Voortplantingssnelheid > c?
  • 29. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 29 • Discrete energie • De golf/deeltjes dualiteit van licht en materie • Quantum tunneling • Het Heisenberg onzekerheidsprincipe • Pauli’s uitsluitingsprincipe • MultiversumMultiversum Toepassing
  • 30. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 30 Multiversum
  • 31. www.AstraAlteria.nl 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 32 Ons succesvolleOns succesvolle universumuniversum Quantum kosmologisch model Universum AA00 Universum KK00 Universum MM00 Universum NN00 Universum SS00 Universum CC00 Universum HH00 Universum LL00 Universum QQ00 Universum RR00 Universum DD00 Universum JJ00 Universum FF00 Universum EE00 Universum OO00 Universum BB00 Universum GG00 Universum II00 Universum UU00 Het multiversumHet multiversum
  • 32. www.AstraAlteria.nl Kwantum teleportatie over 143 km • Verstrengeling aangetoond over recordafstand • Een internationaal team van wetenschappers heeft een kwantumtoestand over een recordafstand van 143 km doorgegeven. Dit biedt uitzicht op een wereldwijd kwantumnetwerk. 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 33
  • 33. www.AstraAlteria.nl Kwantumverstrengeling • Twee of meer natuurkundige objecten zijn zodanig verbonden, dat het ene object niet meer volledig beschreven kan worden zonder het andere specifiek te noemen, ook al zijn de beide objecten ruimtelijk gescheiden. • Deeltjes kunnen zich tegelijkertijd in meerdere meetbare toestanden bevinden. • Dit onderlinge verband leidt tot correlaties tussen waarneembare natuurkundige eigenschappen van ver van elkaar verwijderde systemen. 05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 34
  • 34. www.AstraAlteria.nl Snellere quantumcomputers • Extreem snel • Extreem weinig warmte • Niet meer deeltjes maar meer toestanden Entangled particles can generally be in one of three states. Using more states could allow more powerful computing with the same number of particles. https://gigaom.com/2014/03/27/poor-schrodingers-cat-entangled-particles-can-now-be-in-103-states-at-once/
  • 35. www.AstraAlteria.nl • Beam me up scotty 05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 36
  • 36. www.AstraAlteria.nl De dansende Woe-Li meesters 05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 37 Kijken naar een gebeurtenis heeft invloed op deze gebeurtenis! Zie je het voor je? Kijken naar een gebeurtenis heeft invloed op deze gebeurtenis! Zie je het voor je? www.spiritueelenzo.nl/cms/rubrieken/recensies/gelezen/de-dansende-woe-li-meesterswww.spiritueelenzo.nl/cms/rubrieken/recensies/gelezen/de-dansende-woe-li-meesters Ineens zag ik helder hoe wetenschap en filosofie nauwelijks van elkaar verschillen Ineens zag ik helder hoe wetenschap en filosofie nauwelijks van elkaar verschillen
  • 37. www.AstraAlteria.nl Wanneer is de natuur ‘vreemd’? 05/03/14 Eigenschappen van de eigenschappen van de natuurwetenschappen (M1148) 38 Q als je een extreem beperkt aantal mogelijkheden hebt Q als je een extreem beperkt aantal mogelijkheden hebt