Uvod v kvantno mehaniko
From Wikipedia, the free encyclopedia
Kvántna mehánika je fizikalna znanost zelo majhnega. Pojasni obnašanje snovi in njenih interakcij z energijo na ravni atomov in osnovnih delcev. Za razliko od tega klasična fizika pojasni snov in energijo le na velikostih, ki so domače. Zgled je obnašanje astronomskih teles, na primer Lune. Klasična fizika se še vedno uporablja v moderni znanosti in tehnologiji. A proti koncu 19. stoletja so znanstveniki odkrili razne nepredvidljive pojave tako v velikem (makro) in majhnem (mikro) svetu, ki jih klasična fizika ni mogla razložiti.[1] Da pa bi razrešili nejasnosti med temi pojavi, sta kasneje sledili dve največji revoluciji v fiziki, ki sta ustvarili dve novi veliki teoriji: teorijo relativnosti in teorijo kvantne mehanike.[2] Članek opisuje, kako so fiziki odkrivali napake v klasični fiziki in izoblikovali glavni koncept kvantne teorije, ki je zamenjala staro teorijo. Opisuje koncepte v grobem vrstnem redu odkritja. Za bolj natančno zgodovino kvantne mehanike glej zgodovina kvantne mehanike.
Svetloba se v nekaterih pogledih obnaša kot delci, v nekaterih pogledih pa kot valovanje. Snov – »sestavnost« vesolja, ki je sestavljena iz delcev, kot so elektroni in atomi – se tudi obnaša kot valovanje. Nekateri viri svetlobe, kot so neonske luči, podajo le določene specifične frekvence svetlobe, majhen nabor različnih čistih barv, ki jih določa neonova atomska struktura. Kvantna mehanika pokaže, da prihaja svetloba, skupaj z ostalimi oblikami elektromagnetnega sevanja, v nezveznih enotah, imenovanih fotoni in napove njihove spektralne energije (ki so čiste barve) in jakosti svetlobnih žarkov. En foton je kvant, oziroma najmanjši opazljiv delec elektromagnetnega polja. Deleža fotona (npr. polovice) se ne da nikoli eksperimentalno opazovati. Širše rečeno, kvantna mehanika pokaže, da veliko značilnosti teles, kot so lega, hitrost in vrtilna količina, izgleda v klasični mehaniki zveznih. A če se poveča in približa pogled, se razkrije, da so te značilnosti kvantizirane. Takšne značilnosti osnovnih delcev morajo zavzeti eno izmed majhnih, nezveznih dovoljenih vrednosti. A ker so te razdalje med vrednostmi tako majhne, se teh značilnosti na makroskopskem svetu ne opazi.
Veliko spoznanj kvantne mehanike je protiintiutivnih[3] in se lahko zdijo paradoksalna, saj opišejo obnašanje narave nekoliko drugače od videnega na večjih razdaljah. Z besedami fizika Richarda Feynmana, kvantna mehanika obravnava »naravo, takšno, kot je – absurdno«.[4]
Na primer: načelo nedoločenosti kvantne mehanike pove, da vse bolj kot se bo točno izvedlo merjenje (kot lego delca), vse manj točno bo druga, komplementarna meritev, ki se nanaša na isti delec (kot njegova gibalna količina ali hitrost).
Drugi primer je kvantna prepletenost, kjer meritev delca, pri katerem sta možni le dve stanji (kot svetloba, polarizirana gor ali dol), narejena na kateremkoli izmed dveh »prepletenih« delcev, ki sta zelo daleč stran, povzroči, da bo merjenje na drugem delcu vedno obratno (kot polarizacija v obratni smeri).
Končni primer je supertekočnost, kjer tekoči helij v posodi, če se ga ohladi na skoraj absolutno ničlo, spontano (počasi) leze navzgor in skozi odprtino posode, kar je v nasprotju s splošnim gravitacijskim zakonom.