Hva er kvantemekanikk?

Begrepet kvantemekanikk (QM) refererer generelt til en matematisk formulering av kvanteteori. Kvantemekanikk beskriver og forutsier ofte bevegelse og oppførsel av partikler på atom- og subatomære nivåer. Disse inkluderer partikler som atomer, elektron, protoner og fotoner. I følge kvantemekanikken er oppførselen og bevegelsen av partikler på disse mikroskopiske nivåene mot-intuitiv og skiller seg radikalt fra alt som blir observert i hverdagen. Dette krever en teori som kvantemekanikk for å forklare denne forskjellige verden bedre.

I den makroskopiske verden er det vanligvis to typer fenomen som er klassifisert av forskere: partikler og bølger. Partikler kan tenkes å være lokaliserte, transportere masse og energi i bevegelsene deres. Bølger er en type fenomen som aldri er lokalisert og ikke har noen masse, men som likevel bærer energi. Mikroverdenens partikler som undersøkes i kvantemekanikk er forskjellige fra makroverdenen, fordi partikler i visse situasjoner kan fungere som bølger, mens omvendt kan bølger fungere som partikler. I følge kvantemekanikken ville dette bety at et eple på kvantnivå kunne oppføre seg som en bølge, mens en bølge kunne oppføre seg som et eple.

Kvantemekanikk bruker kvanteenheten til grovt tilordne og måle mengder av de fysiske egenskapene til disse partiklene. Partikler måles generelt ved å vurdere bølgefunksjonen som ble registrert på tidspunktet for målingen. Likevel, fordi partikler kan oppføre seg som bølger, kan en samtidig plassering eller hastighet av en partikkel aldri helt bestemmes.

Dette tilsynelatende forholdet er kjent som Heisenburgs usikkerhetsprinsipp, som med andre ord sier at posisjon og momentum ikke kan måles nøyaktig samtidig. Dette er ikke helt fordi det er noen begrensninger i måleutstyr eller evne, men fordi denne usikkerheten antas å være iboende for selve partiklene. Kvantemekanikk er derfor en matematisk teori som prøver å beregne sannsynligheter i henhold til bølgefunksjonen.

Mange forskere er ikke enige i kvantemekanikkens postulater. Albert Einstein var en vitenskapsmann som noen ganger var kritisk til kvanteteori, da den var i konflikt med hans egen teori. Dermed er et av de største problemene i samtidens fysikk å lage en teori som skulle forene ideene om kvantemekanikk med dem fra Einsteins generelle relativitetsteori. Fysikere som Julian Barbour har foreslått noen innovative løsninger på dette problemet, og sier i utgangspunktet at hvis mennesker anser at tiden ikke eksisterer, er det ingen hindring for å forene kvantemekanikk og relativitetsteorien.