Kvantmehhaanika

Kvantmehhaanika on füüsika haru, mis uurib aine ja energia omadusi mikroskoopilisel tasandil. See selgitab nähtusi, mida klassikaline mehhaanika ei suuda kirjeldada, näiteks energiast kvantiseerumist, superpositsiooni ja osakeste laineomadusi. Olemuslikult kirjeldatakse süsteeme lainefunktsiooniga, mille abil saab hinnata tõenäosusi erinevate mõõdetavate suuruste tulemuste jaoks.

Formaalne raamistik põhineb Hilberti ruumil ja operaatoritel. Peamised lähenemised on Schrödingeri lainemehhaanika, Heisenbergi matriikmehhaanika ja Diraci bra-ket märgistused; Feynmani teeintegratsioon pakub teistsugust vaadet. Mõõtmised vastavad operaatoritele; tulemused on tõenäosuslikud ja nende väärtused väljuvad Borni tõenäosusreegli kaudu.

Olulised põhimõtted on superpositsioon, entanglement ja ebakindluse printsiip. Superpositsioon tähendab, et süsteem võib korraga olla mitu olekut; entanglement kirjeldab olekute seotust eri osakeste vahel; ebakindluse printsiip seab piirid suuruste samaaegse täpsuse vahel. Mõõtmise ajal valitud tulemus on probabilistlik ning Borni reegel annab nende tõenäosused. Decoherence selgitab, kuidas kvantomadused kaduvad ja tekivad klassikalised käitumised.

Ajaloost: 20. sajandi alguses tõi Planck energia kvantiseerimise idee; Einstein selgitas fotoelektrilise efekti; Bohr arendas atomimudeli. 1920ndatel töötasid välja Schrödingeri ja Heisenbergi ning Dirac, mis lõid kvantmehhaanika matemaatilise raamistikku.

Rakendused ja mõju hõlmavad pooljuhte ja laserid, kvantkeemi ja molekulide omaduste arvutusi, kvantinformaatikat, kvantkommunikatsiooni ning kvantarvutustehnoloogiaid, mis jätkavad arengu tulevaste tehnoloogiate suunamisel.