Στέφανος Τραχανάς:Ο κβαντικός χαρακτήρας της «ηλιοθεραπείας»

Tο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα: από αριστερά προς τα δεξιά αυξάνεται η συχνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (και μικραίνει το μήκος κύματος)Όλοι γνωρίζουμε ότι μαυρίζουμε όταν εκτεθούμε σε υπεριώδες φως, αλλά όχι σε ορατό και, πολύ περισσότερο, σε υπέρυθρο. Το οποίο σημαίνει, βεβαίως, ότι οι χημικές αντιδράσεις που προκαλούν το μαύρισμα ενεργοποιούνται μόνο όταν η συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας υπερβεί μια ορισμένη τιμή. Η ερμηνεία του φαινομένου αυτού είναι ίδια με την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.
Η υπόθεση του Αϊνστάιν για την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου: «Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα αποτελείται από φωτόνια ενέργειας E=hf, όπου h η σταθερά του Planck και f η συχνότητα του κύματος»

Για να συμβεί μια χημική αντίδραση πρέπει να δοθεί στα αντιδρώντα μόρια μια ελάχιστη χαρακτηριστική ενέργεια. Αν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είχε τον συνεχή χαρακτήρα που της αποδίδει η κλασική φυσική, τότε η απαιτούμενη ενέργεια θα μπορούσε να απορροφηθεί σιγά-σιγά και επομένως η αντίδραση θα συνέβαινε ανεξάρτητα από την συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός. Σε έναν τέτοιο κόσμο ακόμα και τα ραδιοφωνικά κύματα θα είχαν χημική δραστικότητα. Δηλαδή θα μαυρίζαμε ακόμα και δίπλα σε μια ραδιοφωνική κεραία! Το ότι τέτοια αλλόκοτα δεν συμβαίνουν, δείχνει πολύ καθαρά ότι η χημική δράση του φωτός έχει κβαντικό χαρακτήρα. Η απαιτούμενη ελάχιστη ενέργεια W προσλαμβάνεται σε μια μοναδική δόση με την απορρόφηση ενός φωτονίου. Έτσι, αν η φωτεινή συχνότητα f είναι μικρότερη από την τιμή fmin=W/h, τότε η αντίδραση δεν πρόκειται να συμβεί, όσο μεγάλη κι αν είναι η φωτεινή ένταση. Και είναι ευτύχημα ότι έτσι έχουν τα πράγματα. Γιατί αλλιώτικα … δεν θα υπήρχαμε! Χωρίς την κβάντωση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τα ηλεκτρόνια των ατόμων και των μορίων θα απορροφούσαν συνεχώς ενέργεια από το φως οποιασδήποτε συχνότητας, με αναπόφευκτο τέλος την πλήρη διάλυση της ύλης. Σε έναν τέτοιο κόσμο η ύπαρξη σταθερών ατομικομοριακών δομών θα ήταν απολύτως αδύνατη. Διαπιστώνουμε δηλαδή, ότι η κβάντωση του φωτός δεν είναι ένα καπρίτσιο της φύσης αλλά μια αναγκαιότητα συνυφασμένη – ούτε λίγο ούτε πολύ – με την ίδια την ύπαρξή μας.

πηγή: Κβαντομηχανική Ι – Στέφανος Τραχανάς, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Aφού ανταποκρίθηκε επιτυχώς στη δοκιμασία της υπερεικοσαετούς χρήσης του ως του κύριου διδακτικού βιβλίου κβαντομηχανικής στα τμήματα φυσικής και στις πολυτεχνικές σχολές της χώρας, η Kβαντομηχανική του Στ. Tραχανά κυκλοφορεί τώρα στην παρούσα πλήρως αναθεωρημένη δίτομη έκδοση.
Eιδικότερα, ο παρών τόμος έχει σχεδιαστεί ώστε να ανταποκρίνεται στις ανάγκες ενός πρώτου μαθήματος Kβαντομηχανικής –που θα απευθύνεται ταυτόχρονα σε φυσικούς, χημικούς, μηχανικούς και φοιτητές της επιστήμης υλικών– ενώ ο δεύτερος τόμος στοχεύει σ’ ένα πιο προχωρημένο μάθημα που θα καλύπτει τη μαθηματική δομή της θεωρίας, τις προσεγγιστικές μεθόδους και τις πρόσφατες εξελίξεις στα εννοιολογικά της θεμέλια και στους κβαντικούς υπολογιστές. Πολλά από τα θέματα αυτά καλύπτονται όμως, σ’ ένα πρώτο επίπεδο, και στον παρόντα τόμο, ο οποίος αποτελεί έτσι ένα πλήρες βιβλίο κβαντομηχανικής και δομής της ύλης εισαγωγικού και μέσου προπτυχιακού επιπέδου.
Aν και πλήρως ξαναγραμμένη, η νέα έκδοση έχει διατηρήσει όλα τα δοκιμασμένα πλεονεκτήματα της παλιάς, ενώ έχουν προστεθεί πολλά νέα θέματα, σχήματα, λυμένα και άλυτα προβλήματα, ασκήσεις πολλαπλής επιλογής, υπολογιστικά εργαστήρια, καθώς και ένας οπτικός δίσκος με συμπληρωματικό υλικό.