Kvanttivärähtäjiä

Kvanttivärähtelijät ovat teoreettisia fysiikan malleja, joita käytetään kuvaamaan kvanttijärjestelmän energian diskreettejä tasoja. Yksinkertaisin ja yleisin malli on harmoninen kvanttivärähtelijä, joka edustaa systeemiä, kuten atomin oskilloivaa sidosta tai valokvanttien sähkömagneettista kenttää. Tällaisessa mallissa systeemin energia ei voi saada mitä tahansa arvoa, vaan se on kvantittunut tiettyihin arvoihin.

Nämä energiatasot muodostavat geometrisen sarjan, jossa peräkkäisten tasojen välinen energiaero on vakio. Tämä vakio on yhtä suuri kuin Planckin vakio kerrottuna värähtelijän kulmataajuudella. Systeemin alin energiatila, nollapistetila, ei kuitenkaan ole nolla, vaan sillä on pieni, mutta positiivinen nollapiste-energia. Tämä johtuu Heisenbergin epätarkkuusperiaatteesta, joka rajoittaa samanaikaisesti sekä paikan että liikemäärän tarkkaa määrittelyä.

Kvanttivärähtelijän käsite on keskeinen monilla fysiikan aloilla, kuten kvanttimekaniikassa, kiinteän olomuodon fysiikassa ja kvanttikenttäteoriassa. Se auttaa ymmärtämään ja mallintamaan monimutkaisten järjestelmien käyttäytymistä kvanttitasolla. Esimerkiksi molekyylien värähtelyt ja kiinteiden aineiden fononit voidaan kuvata kvanttivärähtelijöiden avulla. Mallin matemaattinen käsittely perustuu Schrödingerin yhtälöön.