kvantisoitumista

Kvantisoituminen on ilmiö, jossa tietyn fysiikan suureen arvo ei voi olla jatkuva vaan esiintyy vain diskreetteinä arvoina. Se on keskeinen piirre kvanttifysiikassa, ja se ilmenee, kun systeemin tilat sekä observablisten mittaustulokset määritellään operatorien spektrien kautta. Esimerkkejä ovat energiatason diskretiys atoomissa, elektronin spin sekä angular momentum -momentit, sekä muut kvantisoituneet ilmiöt kuten sähkö- ja magneettikenttien vaikutuksesta syntyvät tilat. Planckin kvantti ja energian E = hf -suhde osoittavat, että energiaa voidaan siirtää vain kvantteina; fotonien energia on hf. Atomin tilat ovat usein diskreettejä, ja mittaustulokset vastaavat näiden tilojen eigenarvoja. Matematiikassa kvantisoituminen näkyy Hilbertin tilan ja operatorien spektrien kautta.

Kvantisoituminen ei rajoitu yksittäiseen ilmiöön, vaan se on laajasti läsnä fysiikan eri osa-alueilla. Esimerkkeinä ovat elektronien energiatasot, spektroskopian kaistat, sekä kvanttisäteilyyn ja hiukkasfysiikkaan liittyvät ilmiöt. Systeemin käyttäytyminen voidaan kuvata todennäköisyyksinä ja tilainformaationa, jossa mittaustulokset ovat rajattuja arvoja ja tilat voivat olla superpositioissa.

Kvantisoituminen on ollut keskeinen osa modernin fysiikan kehitystä. Sen käsitteet juontuvat Planckin 1900-luvun alun tutkimuksista ja Bohrin atomimallista, ja ne ovat saaneet täydennyksensä sekä Heisenbergin epävarmuusperiaatteen että Schrödingerin aaltofunktioformalismin myötä. Kvantisoituminen on myös teknologian perusta, esimerkiksi lasersäteilyn, puolijohteiden sekä kvanttitietokoneiden ja atomikellojen kehityksessä.