Βασικές αρχές της Κβαντομηχανικής

Τι είναι το φως, κύμα ή σωματίδιο; Είναι το ηλεκτρόνιο μια μικροσκοπική μπαλίτσα που γυρίζει γύρω από τον πυρήνα; Πώς είναι δυνατόν τα υλικά σωματίδια να έχουν κυματική συμπεριφορά; Πώς συμβιβάζονται δύο αμοιβαία αποκλειόμενες έννοιες όπως αυτές του κύματος και του σωματιδίου; Τι είναι τελικά το ηλεκτρόνιο; Πώς ένα πυρωμένο μέταλλο που λάμπει, όπως το νήμα βολφραμίου μιας λάμπας, οδήγησε στη γέννηση της κβαντικής φυσικής; Πώς ο Einstein απέδειξε ότι το φως έχει σωματιδιακή φύση; Τι είναι το σπιν του ηλεκτρονίου; Τι μας λέει το πείραμα της διπλής σχισμής για τη φύση της παρατήρησης; Τι είναι τα συσχετισμένα σωματίδια; Έχει η κβαντική φυσική εφαρμογές στην καθημερινή μας ζωή;

Η επίδειξη πειραμάτων «Βασικές αρχές της Κβαντομηχανικής» της Γ’ Λυκείου έχει σκοπό να εισάγει τους μαθητές σε βασικές αρχές της κβαντικής θεωρίας. Βασικός πυρήνας της επίδειξης πειραμάτων είναι να αναδείξει τον τρόπο με τον οποίο καθημερινά φαινόμενα, τα οποία δεν μπορούσαν να εξηγηθούν μέσω της κλασικής Φυσικής, οδήγησαν στην εισαγωγή παράδοξων ιδεών από τους επιστήμονες και τους οδήγησαν στη θεμελίωση της Κβαντικής Φυσικής. Τέλος, μέσω των πειραμάτων αναδεικνύεται ο πιθανοκρατικός χαρακτήρας της θεωρίας, κάτι που έρχεται σε πλήρη αντίθεση με την ντετερμινιστική θεώρηση της πραγματικότητας που έχει καθιερωθεί στη συνείδηση των μαθητών, μέσω της κλασικής Φυσικής.
 

Ενότητες

1. Τι είναι το φως; Σωματιδιακή θεώρηση του Νεύτωνα vs Κυματική θεώρηση των Huygens και Young
2. O Grimaldi και η περίθλαση του φωτός
3. Το πείραμα της διπλής οπής του Young: ενισχυτική και καταστρεπτική συμβολή
4. Η φωτεινή κηλίδα του Poisson
5. Planck και ακτινοβολία μέλανος σώματος
6. Einstein και φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
7. Η δομή του ατόμου και το ηλεκτρόνιο ως στάσιμο κύμα – Κύματα De Broglie.
8. Το πείραμα της διπλής οπής με ηλεκτρόνια
9. Γραμμικά φάσματα εκπομπής και απορρόφησης
10. Laser
11. Εφαρμογές και ερμηνείες
     

Εκπαιδευτικοί στόχοι

1. Εισαγωγή σε βασικές έννοιες και αρχές της κβαντικής φυσικής
2. Οι μαθητές/τριες να είναι σε θέση να αναγνωρίζουν κβαντικά φαινόμενα και έννοιες στην καθημερινότητα και την σύγχρονη τεχνολογία
3. Η αναγνώριση του γεγονότος ότι φαινόμενα που δεν μπορούσαν να ερμηνευθούν με βάση την κλασική θεωρία οδήγησαν στην γέννηση νέας φυσικής
4. Βιωματική μάθηση
5. Ανάδειξη πολύπλοκων εννοιών με απλό, ενδιαφέροντα και ευχάριστο τρόπο.

Βιβλιογραφία – Πρόσθετο υλικό

1. Davis, B.S. (2020) The basic physics of quantum theory. Singapore: World Scientific
2. Kovačević, M.S. and Djordjevich, A. (2006) ‘A mechanical analogy for the photoelectric effect’, Physics Education, 41(6), pp. 551–555. doi:10.1088/0031-9120/41/6/011