Τι σημαίνει να πούμε ότι μια φυσική ποσότητα κβαντοποιείται ή διατηρείται;

Στη φυσική, η ποσοτικοποίηση αναφέρεται στη διακριτή ή "κβαντισμένη", τη φύση ορισμένων φυσικών ιδιοτήτων ή ποσοτήτων. Σημαίνει ότι αυτές οι ιδιότητες μπορούν να αναλάβουν μόνο συγκεκριμένες, σαφώς καθορισμένες τιμές και όχι σε ένα συνεχές εύρος τιμών.

Η ποσοτικοποίηση είναι μια θεμελιώδη έννοια στην κβαντική μηχανική, όπου περιγράφει τη συμπεριφορά που μοιάζει με σωματίδια της ύλης και της ενέργειας στα ατομικά και υποατομικά επίπεδα. Για παράδειγμα, τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο κβαντοποιούνται, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να έχουν μόνο συγκεκριμένες τιμές και όχι οποιαδήποτε αξία μεταξύ τους.

Όταν μια φυσική ποσότητα κβαθεί, μπορεί να θεωρηθεί ως υπάρχουσα σε διακριτές "μονάδες" ή quanta. Το μέγεθος αυτών των ποσοστών καθορίζει το επίπεδο διακριτοποίησης και συχνά εξαρτάται από τις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης ή τις ιδιότητες του συγκεκριμένου συστήματος που μελετάται.

Από την άλλη πλευρά, η διατήρηση αναφέρεται στην αρχή ότι ορισμένες φυσικές ποσότητες παραμένουν σταθερές ή αμετάβλητες με την πάροδο του χρόνου σε ένα κλειστό σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι η συνολική ποσότητα μιας συντηρημένης ποσότητας δεν αυξάνεται ή μειώνεται, αν και μπορεί να αναδιανεμηθεί ή να μετασχηματιστεί μέσα στο σύστημα.

Οι νόμοι διατήρησης είναι θεμελιώδεις αρχές στη φυσική που ισχύουν για ένα ευρύ φάσμα φαινομένων. Μερικά παραδείγματα διατηρημένων ποσοτήτων περιλαμβάνουν:

- Ενέργεια:Η συνολική ενέργεια ενός κλειστού συστήματος παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, σε μια χημική αντίδραση, η συνολική ενέργεια των αντιδραστηρίων και των προϊόντων είναι η ίδια.

- ορμή:Η συνολική ορμή ενός κλειστού συστήματος παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, σε μια σύγκρουση μεταξύ δύο αντικειμένων, η συνολική ορμή πριν και μετά τη σύγκρουση είναι η ίδια.

- Γωνιακή ορμή:Η συνολική γωνιακή ορμή ενός κλειστού συστήματος παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, στην περιστροφή ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου, η συνολική γωνιακή ορμή παραμένει η ίδια, εκτός εάν ενεργεί με εξωτερική ροπή.

- Χρέωση:Το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο ενός κλειστού συστήματος παραμένει σταθερό με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, σε μια χημική αντίδραση που περιλαμβάνει ανταλλαγή ιόντων, το συνολικό φορτίο των αντιδραστηρίων και των προϊόντων είναι η ίδια.

Οι νόμοι διατήρησης διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην κατανόηση της συμπεριφοράς των φυσικών συστημάτων και στην πρόβλεψη της δυναμικής τους. Παρέχουν πολύτιμους περιορισμούς και απλουστεύσεις στην ανάλυση διαφόρων φαινομένων και χρησιμεύουν ως θεμελιώδεις αρχές σε πολλούς τομείς της φυσικής, συμπεριλαμβανομένης της μηχανικής, του ηλεκτρομαγνητισμού και της θερμοδυναμικής.