Τι ειναι η  κβαντομηχανική

Η κβαντομηχανική είναι η θεμελιώδης θεωρία που χρησιμοποιούν οι φυσικοί του 20ού αιώνα για την περιγραφή ατομικών και υποατομικών φαινομένων. Έχει πετύχει να συνδέσει ένα ευρύ φάσμα παρατηρήσεων σε μια συνεκτική εικόνα του σύμπαντος.

Σε προηγούμενους αιώνες, από το 1600 έως το 1900, οι επιστήμονες άρχισαν να περιγράφουν τον κόσμο από την άποψη των φυσικών εξηγήσεων που μπορούσαν να καταλάβουν. Καθώς η κατανόηση αυξήθηκε και οι καλύτερες τεχνικές έγιναν διαθέσιμες, μπορούσαν να διερευνήσουν τη φύση πιο βαθιά και να μελετήσουν μικρότερα και μικρότερα αντικείμενα (βλ. Φυσική, ιστορία). Στις αρχές του 20ού αιώνα ανακαλύφθηκε ότι τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια (βλέπε θεμελιώδη σωματίδια) δεν υπακούουν στους κανόνες που είχαν χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή των φυσικών συστημάτων από την εποχή του Ισαάκ Νεύτωνα. Αντίθετα, για να χαρακτηρίσουμε τη συμπεριφορά των ατόμων και των μικρότερων συστημάτων, ήταν απαραίτητο να χρησιμοποιήσουμε ένα νέο σύνολο κανόνων που ονομάζεται κβαντική θεωρία. Από τότε, έχει βρεθεί εκτεταμένη επιβεβαίωση ότι η κβαντική θεωρία, συμπληρωμένη με την ειδική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein για τα συστήματα που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, παρέχει μια γενική περιγραφή του πώς συμπεριφέρονται τα βασικά σωματίδια και συστήματα.



Η κβαντική θεωρία οδηγεί σε μια σειρά αποτελεσμάτων που δεν θα αναμένονταν από την εμπειρία με καθημερινά αντικείμενα. Για ένα σύστημα που περιγράφεται από τη θεωρία, συχνά η ακριβής συμπεριφορά του συστήματος δεν μπορεί να προβλεφθεί αλλά μόνο η πιθανότητα ορισμένων αποτελεσμάτων. Αντί για τα ηλεκτρόνια που έχουν ένα συνεχές εύρος πιθανών ενεργειών όταν συνδέονται με τους πυρήνες στα άτομα, για παράδειγμα, είναι δυνατές μόνο ορισμένες ενέργειες. Δηλαδή, οι ενέργειες λέγεται ότι είναι “κβαντισμένες”. Ορισμένα άτομα ή πυρήνες είναι ασταθείς και μπορούν να πραγματοποιήσουν αυθόρμητα μεταβάσεις σε άλλα άτομα ή πυρήνες και σωματίδια. Τέτοιες μεταβάσεις ονομάζονται “διασπάσεις” (βλέπε ραδιενέργεια). Η κβαντική θεωρία δηλώνει ότι ο χρόνος που ένα συγκεκριμένο άτομο ή πυρήνας θα αποσυντεθεί με αυτόν τον τρόπο δεν μπορεί ποτέ να προβλεφθεί. Ωστόσο, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν ποιο κλάσμα ενός συνόλου ατόμων θα αποσυντεθεί σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Ένα άλλο αποτέλεσμα της κβαντικής θεωρίας, που ονομάζεται αρχή αβεβαιότητας, δηλώνει ότι συσχετίζονται ορισμένα ζεύγη παρατηρήσεων, όπως η θέση και η ορμή ενός σωματιδίου. Εάν ένας από αυτούς είναι γνωστός σε ένα δεδομένο βαθμό αβεβαιότητας, πόσο καλά είναι γνωστή η συγγενής, είναι περιορισμένη.



Τα φαινόμενα αυτού του είδους δεν παρατηρούνται στον καθημερινό κόσμο. Αυτό οφείλεται στο ότι όλα αυτά εξαρτώνται από μια συγκεκριμένη ποσότητα που χαρακτηρίζει όλα τα κβαντικά φαινόμενα. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται σταθερά του Planck, μετά από το γερμανικό φυσικό Max Planck. το σύμβολό του είναι h. Η αριθμητική τιμή της σταθεράς είναι 6,63; 10,77 joule-δευτερόλεπτα. Στον καθημερινό κόσμο, τα περισσότερα συστήματα έχουν ενέργειες μερικών ή πολλών joules, και ένα δεύτερο το ίδιο είναι ένα μικρό χρονικό διάστημα. Επομένως, είναι χαρακτηριστικό να βρεθούν ποσότητες με joule-δευτερόλεπτα πολύ μεγαλύτερες από h. Αυτό δείχνει ότι η κλίμακα στην οποία μπορούν να παρατηρηθούν τα κβαντικά φαινόμενα είναι πολλές δυνάμεις δέκα μικρότερες από αυτές που παρατηρούνται συνήθως.