Vad är kvantmekanik?

Termen kvantmekanik (QM) hänför sig generellt till en matematisk formulering av kvantteori. Kvantmekanik beskriver och förutsäger ofta partiklarnas rörelse och beteende på atom- och subatomära nivåer. Dessa inkluderar partiklar som atomer, elektroner, protoner och fotoner. Enligt kvantmekanik skiljer sig beteendet och rörelsen hos partiklar på dessa mikroskopiska nivåer mot intuitivt och skiljer sig radikalt från allt som observeras i vardagen. Detta kräver en teori som kvantmekanik för att bättre förklara denna olika värld.

I den makroskopiska världen finns det vanligtvis två typer av fenomen som klassificeras av forskare: partiklar och vågor. Partiklar kan tänkas vara lokaliserade, transportera massa och energi i sina rörelser. Vågor är en typ av fenomen som aldrig är lokaliserad och inte har någon massa, men som ändå bär energi. Mikrovärldspartiklarna som undersöks i kvantmekanik skiljer sig från makrovärlden, eftersom i vissa situationer kan partiklar fungera som vågor, medan omvänt kan vågor fungera som partiklar. Enligt kvantmekanik skulle detta innebära att ett äpple på kvantnivå kan bete sig som en våg, medan en våg kan bete sig som ett äpple.

Kvantmekanik använder kvantenheten för att grovt tilldela och mäta mängder av de fysikaliska egenskaperna hos dessa partiklar. Partiklar mäts generellt genom att beakta vågfunktionen som registrerades vid mätningstillfället. Eftersom partiklar kan bete sig som vågor kan en partikelns samtidiga placering eller hastighet aldrig bestämmas.

Denna uppenbara konundrum är känd som Heisenburgs osäkerhetsprincip, som med andra ord säger att position och momentum inte kan mätas exakt samtidigt. Detta beror inte helt på att det finns några begränsningar i mätutrustning eller förmåga, utan för att denna osäkerhet tros vara inneboende för själva partiklarna. Kvantmekanik är därför en matematisk teori som försöker beräkna sannolikheter enligt vågfunktionen.

Många forskare håller inte med om kvantmekanikens postulat. Albert Einstein var en forskare som ibland var kritisk till kvantteorin, eftersom den var i konflikt med hans egen teori. Således är ett av de största problemen i samtidens fysik att skapa en teori som skulle förena idéerna om kvantmekanik med dem som Einsteins allmänna relativitetsteori har. Fysiker som Julian Barbour har föreslagit några innovativa lösningar på detta problem, i grund och botten att om människor anser att själva tiden inte existerar finns det inget hinder för att förena kvantmekanik och relativitetsteorin.