Kwantummechanica en klassieke mechanica: de twee pijlers van de moderne fysica

De natuurkunde is de wetenschap die probeert de wetten van de wereld waarin we leven te begrijpen. Hieronder vallen de klassieke mechanica en de kwantummechanica, twee belangrijke theorieën die verschillende werelden beschrijven.

1. Verschil in basisconcepten

De klassieke mechanica is gebaseerd op de bewegingswetten van Newton en verklaart de meeste bewegingen die we in het dagelijks leven ervaren.

Bijvoorbeeld, de beweging van het fietsen bergop of bergafwaarts kan worden verklaard met behulp van de klassieke mechanica.

Daarentegen beschrijft de kwantummechanica de zeer kleine wereld. Het probeert het gedrag van minuscule deeltjes zoals atomen en elektronen te begrijpen. Verschijnselen die niet met de klassieke mechanica kunnen worden verklaard, kunnen wel met de kwantummechanica worden verklaard.

Bijvoorbeeld, hoe elektronen zich in een atoom bewegen, kan worden verklaard met behulp van de kwantummechanica.

2. Golf-deeltje dualiteit

In de klassieke mechanica wordt aangenomen dat objecten alleen deeltjes-eigenschappen hebben. In de kwantummechanica wordt echter aangenomen dat materie zowel deeltjes- als golfeigenschappen heeft. Dit wordt golf-deeltje dualiteit genoemd.

Bijvoorbeeld, licht is klassiek gezien een deeltje, maar kan in de kwantummechanica ook als een golf werken. Het patroon dat ontstaat wanneer licht door twee kleine openingen wordt geleid, is een voorbeeld van licht dat zich als een golf gedraagt.

Dit patroon kan niet worden verklaard met de klassieke mechanica.

3. Onzekerheidsprincipe

Het onzekerheidsprincipe is een belangrijk concept in de kwantummechanica. Dit principe houdt in dat de positie en snelheid van een deeltje niet tegelijkertijd exact kunnen worden bepaald. In de klassieke mechanica kunnen we de positie en snelheid van een bal exact bepalen, maar in de kwantummechanica kunnen we de positie en snelheid van een elektron niet tegelijkertijd exact bepalen.

Bijvoorbeeld, als we de positie van een elektron meten, kunnen we op dat moment de snelheid van het elektron niet bepalen.

Dit is een kenmerk van de kwantummechanica dat verschilt van de klassieke mechanica.

4. Kwantumverstrengeling

Kwantumverstrengeling is het verschijnsel waarbij twee of meer deeltjes, zelfs wanneer ze ver uit elkaar zijn, hun toestand delen. Dit betekent dat als het ene deeltje verandert, het andere deeltje onmiddellijk verandert. Dit is een verschijnsel dat niet kan worden verklaard met de klassieke mechanica.

Bijvoorbeeld, als de toestand van een van een paar verstrengelde elektronen wordt gemeten, wordt de toestand van het andere elektron onmiddellijk bepaald.

5. Kwantumtunneling

Kwantumtunneling is het verschijnsel waarbij een deeltje, ondanks een gebrek aan energie, een barrière kan passeren. In de klassieke mechanica is dit onmogelijk, maar in de kwantummechanica wordt aangenomen dat er een kans is dat een deeltje een barrière passeert.

Bijvoorbeeld, het verschijnsel waarbij een elektron een energiebarrière kan overwinnen om lading in een metaal te verplaatsen, is kwantumtunneling. Dit is een verschijnsel dat niet kan worden verklaard met de klassieke mechanica.

Conclusie

Hopelijk begrijpt u nu beter het verschil tussen de klassieke mechanica en de kwantummechanica. Deze twee theorieën in de natuurkunde spelen elk hun rol en helpen ons om diverse natuurverschijnselen te begrijpen.