Mecanică cuantică

Ilustrare a unui celebru experiment mintal, pisica lui Schrödinger, care arată insolitul mecanicii cuantice. În timp ce particulele elementare se pot afla simultan în mai multe stări cuantice, pisica nu poate fi decît vie sau moartă.

Mecanica cuantică (sau imprecis spus teorie cuantică sau "fizică cuantică") este o teorie fizică, care descrie comportamentul materiei la nivelul atomic și subatomic, fenomene pe care fizica newtoniană și electromagnetismul clasic nici nu le pot explica. Mecanica cuantică este unul dintre pilonii fizicii moderne și formează baza pentru multe dintre domeniile sale , cum ar fizica atomică, fizica stării solide și fizica nucleară și fizica particulelor elementare, dar și ramuri înrudite precum chimia cuantică.

Fondatorii mecanicii cuantice au fost Max Planck, Erwin Schrödinger ,Werner von Heisenberg. Contribuții importante au adus Max Born, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac și John von Neumann. Aceste concepte de bază ale mecanicii cuantice au fost elaborate între 1926 și 1935.

Esența mecanicii cuantice este formalismul matematic, care descrie fenomenele fizice prin intermediul vectorilor și operatorilor spațiului Hilbert. Pentru a descrie relația dintre formalismul matematic și caracteristicile observabile ale obiectelor fizice au fost dezvoltate o serie de interpretări. Mai ales procesul de măsurare este un aspect central și controversat pînă în ziua de azi. Printre interpretările cele mai populare se numără pe lîngă Interpretarea de la Copenhaga, teoria funcției de undă universală, teoria de Broglie-Bohm precum și Consistent Histories Interpretation. Un principiu important in mecanica cuantică este principiul de incertitudine a lui Werner Heisenberg care afirmă că nu putem afla simultan, cu precizie oricît de bună, atît poziția cît și impulsul unei particule. Explicația simplă este că încercarea de a măsura sau restrînge poziția unei particule afectează impulsul ei și viceversa.

Orice sistem fizic este un sistem cuantic, însă în mod practic, se poate considera că în cazul obiectelor macroscopice proprietățile fizice sînt consecința unei medieri statistice pe un număr imens de subsisteme, ceea ce face ca parametrii care descriu sistemele macroscopice să varieze aparent continuu. Există cîteva excepții notabile de la această regulă: supraconductoarele, superfluidele și cîmpurile electromagnetice.

Fizica clasica newtoniana se baza pe observatia obiectelor solide din experimentele de zi cu zi, de la caderea merelor la miscarea pe orbita a planetelor. Legile sale erau testate in mod repetat, dovedite si extinse peste sute de ani. Erau bine intelese si au ajutat mult in previziunile comportamentului fizic, asa cum vedem in triumful Revolutiei Industriale. Dar la sfarsitul secolului al XIX-lea, cand fizicienii au inceput sa dezvolte instrumente de investigare a celor mai mici domenii ale materiei, au descoperit ceva ce i-a incurcat: fizica newtoniana nu functiona! Si nici nu putea prezice rezultatele pe care le obtineau cercetatorii.

Particule subatomice

Clasificare:

• Bosoni: particule subatomice, care transmit forțe.
  • Exemple: fotoni, gravitoni (gravitonul este o particulă ipotetică momentan), gluoni.
  • Proprietăți ale bosonilor:
    • Doi sau mai mulți bosoni pot ocupa acelasi loc în spațiu la un moment dat.
• Fermioni: particule subatomice care intră în alcătuirea materiei.
  • Exemple: protoni, neutroni, electroni.
  • Proprietăți ale fermionilor:
    • Doi sau mai mulți fermioni nu pot ocupa același loc în spațiu la un moment dat. Acest lucru se numește repulsia Pauli.

Fenomene cuantice

• Difracția particulelor (vezi Dualismul undă-corpuscul)
• Efectul tunel
• Întrepătrunderea stărilor cuantice

Teorii

• Teoria Corzilor
• Teoria M

---

Bibliografie

• S.Hawking-Universul într-o coajă de nucă