Kvantfysiken

Kvantfysiken, eller kvantmekanik, är den gren av fysiken som studerar naturens beteende på atom- och subatomära nivåer där energi är kvantiserad och objekt uppvisar båda partikel- och vågegenskaper. Den beskriver hur partiklar till exempel elektroner och fotoner beter sig genom tillstånd som beskrivs av vågfunktioner och mätbara operatorer.

Grundläggande begrepp i kvantfysiken inkluderar kvantisering av energi, våg-partikeldualitet, superposition där ett system kan befinna sig i flera tillstånd samtidigt, samt kvantbitar som används i informationsteknik. Osäkerhetsprincipen anger att vissa par av egenskaper inte kan mätas samtidigt med obegriplig precision. Fenomenet entanglement kopplar samman tillstånd hos flera system oavsett avstånd, vilket får förutsägelser att bero av varandra på ett sätt som saknar klassisk förklaringsmodell.

Historiskt utvecklades kvantfysiken under början av 1900-talet genom arbeten av Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Schrödinger och Heisenberg. Den formella ramen byggdes senare ut till kvantfältteori, som står bakom modern förståelse av mikrofysik och elementarpartiklar.

Metoderna inom kvantfysik innefattar precisa mätningar i laboratorier, interferens- och positionsexperiment samt avancerad kvantoptik. Tillämpningar ligger bakom moderna teknologier som halvledare, laserteknik, medicinsk bildning och de växande fält som kvantdatorer och kvantkryptografi erbjuder. Kvantfysiken formar därmed vår bild av naturens mest grundläggande lagar och målsättningen att kontrollera mikroskopiska system med hög precision.