Quantumwereld
De hele wereld is een quantumwereld. Bij dingen die veel groter zijn dan een molecuul, dus bij alles wat je met het blote oog ziet, is dat verborgen. Macroscopische objecten gedragen zich volgens de mechanica van Newton. Daaraan ben je gewend. De quantumwereld is de wereld van licht en materie op de kleinste schaal. Daar spelen fundamentele vragen, zoals de vraag of licht zich gedraagt als een stroom golfjes, of als een stroom deeltjes. Het antwoord blijkt te zijn dat het allebei waar is. Ook elektronen blijken zowel deeltjes als golfjes te zijn.
Als je de quantumregels waaraan atomen, elektronen en fotonen voldoen voor het eerst
ziet, komen ze vreemd over. De bedoeling is dat je in deze module de quantumregels niet
alleen leert kennen en leert toepassen, maar dat je ook begrijpt waarom die regels wel
moeten kloppen. De bewijzen komen uit de natuur, uit het gedrag van deeltjes en van
licht. Je begrijpt het pas echt als je ook begrijpt hoe het komt dat de regels niet
lijken te gelden voor grote voorwerpen. Klein en groot, micro en macro, quantum of niet,
om die tegenstellingen gaat het in deze module.
Voorkennis
Bij deze module gaan we er vanuit dat je al een aantal dingen weet:
- De tweede wet van Newton.
- Het begrip impuls.
- De formule voor kinetische energie.
- het verschijnsel staande golven in muziekinstrumenten.
- Dat een stof kan worden herkend aan de frequenties die voorkomen in zijn lijnenspectrum.
- Hoofdstuk 2.1 van de module ‘Elektromagnetische straling en materie’ over deeltje-golf dualiteit; dit wordt in hoofdstuk 2 van deze module voor een deel herhaald.
Over deze lessenserie
In deze module beginnen we bij elk fundamenteel probleem met een praktische toepassing: De digitale camera is de inspiratie voor het bestuderen van fotonen, radioactiviteit voor het bestuderen van de onbepaaldheidsrelatie, lasers en stroomdraden voor het bestuderen van quantisatie. Er is een apart hoofdstuk over de vraag wanneer quanta een rol spelen en wanneer niet.
Wij kiezen er voor de theorie niet zo wiskundig te beschrijven als veel boeken doen. Dat is voor een deel omdat op school de wiskundige gereedschappen niet behandeld zijn, maar vooral omdat de wiskunde niet de essentie is.
Na de praktische, niet zo wiskundige basisstof, is er aan het eind verdiepingsstof in wiskundige en geheimzinnige richtingen.
De module is ingedeeld in verschillende hoofdstukken, die je terug kunt vinden in de inhoudsopgave. Tussendoor en aan het eind van een hoofdstuk vind je opgaven die je helpen om de stof te verwerken.