Kvanttimekaniikalla

Kvanttimekaniikka on fysiikan ala, joka kuvaa luonnonilmiöitä atomien ja subatomaarien hiukkasten tasolla. Teoria osoittaa, että energian ja muiden suureiden arvot voivat esiintyä vain diskreeteinä, ja että hiukkaset voivat käyttäytyä sekä hiukkaina että aaltoina. Järjestelmien tilat määritellään aaltifunktioilla ja tilan kehitys tapahtuu todennäköisyyksiin perustuen.

Kvanttimekaniikan keskeisiä periaatteita ovat kvantisointi, aalto-hiukkanen-dualismi, superpositio ja epävarmuusperiaate. Aaltifunktio antaa todennäköisyydet havaita ominaisuuksia, ja mittaus tuottaa yksittäisen tuloksen. Tila voi muuttua mittauksen yhteydessä kollapsaation kautta. Observabeleita käsitellään operatorien avulla ja järjestelmän ajallinen kehitys voidaan kuvata Schrödingerin tai Heisenbergin kuvissa.

Malli on matemaattisesti esitetty Hilbert-tilojen, operaattoreiden ja kvanttisääntöjen avulla. Kun järjestelmä koostuu useista osista, niiden tilat voivat olla lomittuneita. Kvanttimekaniikka liittää löytöihimme kokeelliset tulokset ja teoreettiset mallit; tutkimuksessa käytetään kvanttitietokoneiden, kvanttisalakirjoituksen ja kvanttikemiallisten simulointien kehitystä.

Historian kautta kvanttimekaniikka syntyi 1900-luvun alussa Planckin energian kvantisoinnin, Einsteinin valokuvailmiöön liittyvien ilmiöiden sekä Bohrin atomimallin myötä. 1920-luvulla de Broglie, Schrödinger ja Heisenberg kehittivät matemaattiset muodot; Copenhagen-ilmapiiri korostaa mittausten roolia. Eri tulkintoja on, kuten Copenhagen ja monien maailmojen tulkinta.

Nykyään kvanttimekaniikka on keskeinen teknologia: transistorit, laserit ja puolijohteet perustuvat sen ilmiöihin; kvanttitietokoneet ja kvanttisalakirjoitus ovat kehittyviä aloja; kvanttikemiallinen laskenta sekä kvanttisimuloinnit avaavat mahdollisuuksia materiaalitieteessä ja kemian tutkimuksessa. Tutkimus kattaa sekä perusilmiöiden että sovellusten kehityksen.