Co to jest mechanika kwantowa?
Termin mechanika kwantowa (QM) ogólnie odnosi się do matematycznego sformułowania teorii kwantowej. Mechanika kwantowa często opisuje i przewiduje ruch i zachowanie cząstek na poziomie atomowym i subatomowym. Należą do nich takie cząsteczki, jak atomy, elektrony, protony i fotony. Zgodnie z mechaniką kwantową zachowanie i ruch cząstek na tych mikroskopijnych poziomach są sprzeczne z intuicją i radykalnie różnią się od wszystkiego, co obserwuje się w życiu codziennym. Wymaga to teorii takiej jak mechanika kwantowa, aby lepiej wyjaśnić ten inny świat.
W świecie makroskopowym naukowcy klasyfikują zwykle dwa rodzaje zjawisk: cząstki i fale. Cząsteczki można uważać za zlokalizowane, przenoszące masę i energię w swoich ruchach. Fale są rodzajem zjawiska, które nigdy nie jest zlokalizowane i nie ma masy, ale mimo to przenosi energię. Cząstki mikroświata badane w mechanice kwantowej różnią się od cząstek makroświata, ponieważ w niektórych sytuacjach cząstki mogą zachowywać się jak fale, a odwrotnie - fale mogą zachowywać się jak cząstki. Zgodnie z mechaniką kwantową oznaczałoby to, że na poziomie kwantowym jabłko może zachowywać się jak fala, podczas gdy fala może zachowywać się jak jabłko.
Mechanika kwantowa wykorzystuje jednostkę kwantową do zgrubnego przypisywania i pomiaru ilości właściwości fizycznych tych cząstek. Cząstki są na ogół mierzone przez uwzględnienie funkcji fali zarejestrowanej w momencie pomiaru. Ponieważ jednak cząstki mogą zachowywać się jak fale, jednoczesne położenie lub prędkość cząstki nigdy nie może być całkowicie określona.
Ta pozorna zagadka znana jest jako zasada nieoznaczoności Heisenburga, która innymi słowy stwierdza, że pozycji i pędu nie można dokładnie zmierzyć jednocześnie. Nie dzieje się tak do końca, ponieważ istnieją ograniczenia w pomiarach sprzętu lub zdolności, ale dlatego, że uważa się, że ta niepewność jest nieodłączną cechą samych cząstek. Mechanika kwantowa jest zatem teorią matematyczną, która próbuje obliczyć prawdopodobieństwa zgodnie z funkcją fali.
Wielu naukowców nie zgadza się z postulatami mechaniki kwantowej. Albert Einstein był naukowcem, który czasami krytykował teorię kwantową, ponieważ była sprzeczna z jego własną teorią. Zatem jednym z największych problemów we współczesnej fizyce jest stworzenie teorii, która ujednoliciłaby pojęcia mechaniki kwantowej z ogólnymi teoriami względności Einsteina. Fizycy, tacy jak Julian Barbour, zaproponowali kilka innowacyjnych rozwiązań tego problemu, w zasadzie stwierdzając, że jeśli ludzie uważają, że sam czas nie istnieje, nie ma przeszkód w ujednoliceniu mechaniki kwantowej i teorii względności.