Wat is kwantummechanica?
De term kwantummechanica (QM) verwijst in het algemeen naar een wiskundige formulering van de kwantumtheorie. Kwantummechanica beschrijft en voorspelt vaak de beweging en het gedrag van deeltjes op atomair en subatomair niveau. Deze omvatten deeltjes zoals atomen, elektronen, protonen en fotonen. Volgens de kwantummechanica zijn het gedrag en de beweging van deeltjes op deze microscopische niveaus contra-intuïtief, radicaal verschillend van alles wat in het dagelijks leven wordt waargenomen. Dit vereist een theorie als kwantummechanica om deze verschillende wereld beter te kunnen verklaren.
In de macroscopische wereld zijn er meestal twee soorten fenomenen die door wetenschappers worden geclassificeerd: deeltjes en golven. Deeltjes kunnen worden gezien als gelokaliseerd, die massa en energie in hun bewegingen transporteren. Golven zijn een soort fenomeen dat nooit gelokaliseerd is en geen massa heeft, maar toch energie draagt. De deeltjes van de microwereld die in de kwantummechanica worden onderzocht, verschillen van die van de macrowereld, omdat deeltjes in bepaalde situaties kunnen werken als golven, terwijl golven omgekeerd kunnen werken als deeltjes. Volgens de kwantummechanica zou dit betekenen dat een appel zich op kwantumniveau zou kunnen gedragen als een golf, terwijl een golf zich zou kunnen gedragen als een appel.
De kwantummechanica gebruikt de kwantumeenheid om grofweg de hoeveelheden van de fysische eigenschappen van deze deeltjes toe te wijzen en te meten. Deeltjes worden in het algemeen gemeten door de op het tijdstip van de meting opgenomen golffunctie te beschouwen. Maar omdat deeltjes zich als golven kunnen gedragen, kan de gelijktijdige locatie of snelheid van een deeltje nooit volledig worden bepaald.
Dit schijnbare raadsel staat bekend als het onzekerheidsprincipe van Heisenburg, dat met andere woorden zegt dat positie en momentum niet exact tegelijkertijd kunnen worden gemeten. Dit is niet helemaal omdat er beperkingen zijn aan meetapparatuur of -vermogen, maar omdat wordt aangenomen dat deze onzekerheid inherent is aan de deeltjes zelf. Kwantummechanica is daarom een wiskundige theorie die probabiliteiten probeert te berekenen volgens de golffunctie.
Veel wetenschappers zijn het niet eens met de postulaten van de kwantummechanica. Albert Einstein was een wetenschapper die soms kritisch was over de kwantumtheorie, omdat deze in strijd was met zijn eigen theorie. Daarom is een van de grootste problemen in de hedendaagse fysica het creëren van een theorie die de ideeën van de kwantummechanica zou verenigen met die van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Natuurkundigen zoals Julian Barbour hebben enkele innovatieve oplossingen voor dit probleem voorgesteld, waarin ze in wezen stellen dat als mensen van mening zijn dat tijd zelf niet bestaat, er geen obstakel is om de kwantummechanica en de relativiteitstheorie te verenigen.