Hvad er kvantemekanik?

Udtrykket kvantemekanik (QM) henviser generelt til en matematisk formulering af kvante teori. Kvantemekanik beskriver og forudsiger ofte bevægelse og opførsel af partikler på det atomære og subatomære niveau. Disse inkluderer partikler såsom atomer, elektroner, protoner og fotoner. I følge kvantemekanikken er partiklernes adfærd og bevægelse på disse mikroskopiske niveauer modintuitiv og adskiller sig radikalt fra alt, hvad der observeres i hverdagen. Dette kræver en teori som kvantemekanik for bedre at kunne forklare denne forskellige verden.

I den makroskopiske verden er der normalt to typer fænomener, der klassificeres af forskere: partikler og bølger. Partikler kan tænkes som lokaliserede og transporterer masse og energi i deres bevægelser. Bølger er en type fænomen, der aldrig er lokaliseret og ikke har nogen masse, men som alligevel bærer energi. Mikroverdenens partikler, der undersøges i kvantemekanik, er forskellige fra makroverdenen, fordi partikler i visse situationer kan fungere som bølger, mens omvendt bølger kan virke som partikler. I følge kvantemekanikken ville dette betyde, at et æble på kvantniveau kunne opføre sig som en bølge, mens en bølge kunne opføre sig som et æble.

Kvantemekanik bruger kvanteenheden til groft at tildele og måle mængder af de fysiske egenskaber af disse partikler. Partikler måles generelt ved at overveje bølgefunktionen, der er registreret på målingstidspunktet. Men fordi partikler kan opføre sig som bølger, kan en samtidig placering eller hastighed af en partikel aldrig helt bestemmes.

Dette tilsyneladende besvær er kendt som Heisenburgs usikkerhedsprincip, som med andre ord siger, at position og momentum ikke kan måles nøjagtigt samtidigt. Dette skyldes ikke helt, at der er nogen begrænsninger i måleudstyr eller evne, men fordi denne usikkerhed antages at være iboende for selve partiklerne. Kvantemekanik er derfor en matematisk teori, der forsøger at beregne sandsynligheder i henhold til bølgefunktionen.

Mange forskere er ikke enige i kvantemekanikens postulater. Albert Einstein var en videnskabsmand, der undertiden var kritisk til kvante teori, da det var i konflikt med hans egen teori. Således er et af de største problemer i nutidens fysik at skabe en teori, der ville forene ideerne om kvantemekanik med dem fra Einsteins generelle relativitetsteori. Fysikere som Julian Barbour har foreslået nogle innovative løsninger på dette problem, idet de grundlæggende siger, at hvis mennesker overvejer at selve tiden ikke eksisterer, er der ingen hindring for at forene kvantemekanik og relativitetsteorien.