Mekanika kuantike

Mekanika kuantike është dega e fizikës që trajton sistemet atomike dhe nënatomike si dhe bashkëveprimin e tyre me rrezatimin në terma të madhësive të observueshme. Ajo bazohet mbi faktin që të gjitha format e energjisë lëshohen në njësi diskrete të quajtura "kuante". Duhet theksuar se, teoria kuantike lejon vetëm përdorimin e llogaritjeve probabilistike ose statistike mbi tiparet e thërrmijave nënatomike, të dhëna nëpërmjet funksionit valor. Ekuacioni i Shrodingerit në mekanikën kuantike luan rolin analog që ligjet e Njutonit dhe ligji i konservimit të energjisë luajnë në mekanikën klasike — pra, ai parashikon sjelljen e sistemeve dinamike në të ardhmen— ky funksion është një ekuacion vale
i dhënë në terma të funksionit valor i cili parashikon në një mënyrë
analitike dhe preçise probabilitetin e ngjarjeve dhe rezultateve.
Sipas teorive të vjetra të fizikës klasike,
energjia trajtohet si një fenomen i vazhdueshëm, kurse lënda mendohet
si diçka që zë një vend në hapësire dhe lëviz në mënyrë të vazhdueshme.
Sipas teorisë kuantike, energjia emetohet dhe absorbohet në njësi të
vogla, diskrete. Një copë individuale ose paketë energjie, quhet një
kuant (shumës. kuante), kështu që në disa raste ajo sillet tamam si një
grimcë lënde; të gjitha thërrmijat shfaqin veti valore
kur janë në lëvizje kështu që në mekanikën kuantike lënda nuk mendohet
si e lokalizuar në një vend por si e shpërndarë në një farë mënyre.Për
shembull, drita, ose rrezatimi elektromagnetik, që lëshohet ose
absorbohet nga një atom ka vetëm frekuenca (ose gjatësi valësh) të caktuara, siç mund të shihet nga vijat spektrale
që i korrespondojnë elementit të atij atomi. Teoria kuantike tregon se
keto frekuenca i korrespondojnë energjive të përcaktuara të kuanteve të
dritës, ose fotoneve, kjo del nga fakti qe elektronet
në një atom lejohen të marrin vetem vlera të caktuara të energjisë, ose
e thënë ndryshe elektronet mund të ekzistojne vetëm në nivele të
caktuara energjitike, një kuant energjie emetohet ose absorbohet kur
frekuenca është në proporcion të drejtë me diferencën e energjisë me dy
niveleve.
Formalizmi i mekanikes kuantike u zhvillua gjatë 1920-ve. Në 1924, Luiz de Brojli
propozoi se valët dritore nuk janë të vetmet të cilat shfaqin një
karaker dual, pra vala sillet si thërmije siç ndodh në efektin
fotoelektrik dhe në spektrat atomike, edhe thërrmijat grimcore shfaqin
dukuri valore. Sugjerimi i de Brojlit dha dy formulime të ndryshme të
mekanikës kuantike. Mekanika valore e Ervin Shrodingerit
(1926) përfshin përdorimin e një koncepti matematik, funksionit valor,
i cili është i lidhur me probabilitetin e gjëndjes së një thërrmije në
një pikë të hapësirës. Mekanika e matricave e Uerner Hajzenbergut
(1925) nuk e përmend fare konceptin e funksionit valor ose koncepte të
ngjashme, e megjithatë ajo u tregua se ishte komplet ekuivalente me
teorinë e Shrodingerit. Një zbulim shume i rëndësishëm në teorine
kuantike është parimi i papërcaktueshmërisë,
i enunciuar për herë të parë nga Hajzenbergu në 1927, i cili vendos një
limit absolut teorik në saktësinë që mund të arrihet në disa matje; si
rezultat i kesaj, mendimi i disa shkencetareve se gjendja fizike e nje
sistemi mund të matet në menyre ekzakte për tu përdorur në parashikimin
e gjendjes së sistemit në të ardhmen duhet të braktisej. Mekanika
kuantike u kombinua me teorinë e relativitetit në formulimin e P. A. M. Dirakut (1928), e cila, përveç të tjerash, parashikoi ekzistencën e anti-thërrmijave. Zhvillime të tjera të teorisë përfshinë statistikën kuantike, të prezantuar në një formë nga Ajnshtajni dhe S. N. Bose (statistika Bose-Ajnshtajn) dhe në një formë tjetër nga Diraku dhe Enriko Fermi ( statistika Fermi-Dirak); Elektrodinamika kuantike, merret me bashkeveprimin midis thërrmijave të ngarkuara dhe fushës elektromagnetike; përgjithësimi i saj jepet nga, teoria kuantike e fushës; dhe elektronika kuantike.
Zbulimi i mekanikës kuantike në fillimin e shekullit të 20-të
revolucionoi fizikën, sic shihet mekanika kuantike është një nga degët
më themelore në pothuajse të gjitha fushat kontemporare të kerkimit.