Квантната механика е фундаментална теорија во физиката која ги опишува физичките својства на природата на скалата на атоми и субатомски честички. Тоа е основата на целата квантна физика, вклучувајќи ја квантната хемија, квантната теорија на полето, квантната технологија и квантната информатичка наука.
Во класичната физика, брановите и честичките се третираат како различни ентитети. Сепак, квантната механика го воведува концептот на двојност на бранови честички , каде што честичките покажуваат својства како бранови и честички. Оваа двојност најдобро е претставена со светлина , која може да се опише и како бран и како честичка (фотон).
Експериментот со двоен пресек ја демонстрира двојноста бран-честичка на светлината и електроните. Кога зрак на светлина или проток на електрони се насочуваат низ две тесно распоредени процепи и на екранот, се појавува шема на пречки, што е карактеристично за однесувањето на брановите. Меѓутоа, кога се набљудуваат честичките, изгледа дека минуваат низ едниот или другиот процеп, како честички. Овој експеримент покажува дека однесувањето на честичките може да се промени врз основа на тоа дали се набљудувани или не, воведувајќи го концептот на квантна суперпозиција , каде што честичката постои во сите можни состојби истовремено додека не се измери.
Квантната суперпозиција е основен принцип кој вели дека, за разлика од класичната физика, квантните системи можат да постојат во повеќе состојби во исто време додека не се измерат. Квантното заплеткување е уште еден интригантен феномен каде честичките се поврзуваат меѓусебно така што состојбата на една честичка моментално влијае на состојбата на друга, без оглед на растојанието што ги дели. Ова е докажано преку експериментите на Ајнштајн-Подолски-Розен (EPR) , предизвикувајќи го нашето разбирање за локалитетот и каузалноста.
Друг клучен принцип на квантната механика е Принципот на несигурност Хајзенберг , кој вели дека е невозможно истовремено да се знае и точната позиција и точната брзина на честичката. Колку попрецизно се мери едното својство, толку понепрецизно може да се контролира или знае другото. Ова е претставено со равенката: \( \Delta x \Delta p \geq \frac{\hbar}{2} \) каде \(\Delta x\) е неизвесноста во позиција, \(\Delta p\) е несигурноста во моментумот, и \(\hbar\) е намалената Планкова константа.
Однесувањето на квантните системи често се опишува со помош на Шредингеровата равенка , основна равенка на квантната механика. За нерелативистичка честичка, формата на Шредингеровата равенка независна од времето е: \( -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\psi + V\psi = E\psi \) Еве, \(\psi\) е брановата функција на системот, \(V\) е потенцијална енергија, \(E\) е енергијата на честичката, \(m\) е масата и \(\nabla^2\) е лапласки оператор кој претставува збир на втори просторни изводи. Брановата функција \(\psi\) ги содржи сите веројатни информации за можните состојби на системот.
Принципите на квантната механика ги предизвикуваат нашите класични погледи на детерминизмот и локалитетот. Тие имаат длабоки импликации во различни области, вклучително и компјутери, криптографија и телепортација, преку технологии како што се квантните компјутери , квантното шифрирање и квантната телепортација . Овие достигнувања ветуваат дека ќе ја револуционизираат обработката на информациите, безбедноста и комуникацијата, искористувајќи ги својствата како суперпозиција и заплеткување за извршување на задачи кои моментално се незамисливи со класичните технологии.
Мерењето во квантната механика е уште еден аспект што го разликува од класичната физика. Кога се мери квантен систем, брановата функција се распаѓа до една состојба од сите можни состојби во кои била пред мерењето. Исходот од секое квантно мерење е фундаментално веројатен, а веројатноста за секој можен исход се одредува со квадратот на амплитудата на брановата функција. Ова води до копенхагенската интерпретација , една од основните концептуални рамки на квантната механика, која тврди дека квантната механика не обезбедува опис на објективната реалност, туку се занимава со веројатности за набљудување на одредени исходи.
Квантната механика не е само теорија, туку има практични апликации кои значително влијаеле на модерната технологија и наука. На пример, принципите на квантната механика се од суштинско значење за дизајнот и функционирањето на полупроводнички уреди како транзистори и диоди, кои се градежни блокови на модерната електроника и компјутери. Дополнително, квантната механика е клучна во областа на магнетната резонанца (МРИ) , ласерската технологија и во развојот на исклучително прецизни атомски часовници .
И покрај нејзиниот успех во објаснувањето на широк опсег на физички феномени, квантната механика исто така претставува предизвици. Едно од главните нерешени прашања е проблемот со мерењето , поврзан со колапсот на брановата функција и што претставува „мерење“. Понатаму, помирувањето на квантната механика со општата релативност , теоријата што ја опишува гравитацијата во рамките на класичната механика, е тековно поле на истражување, со теории како што се квантната гравитација и теоријата на струни кои се обидуваат да го премостат јазот меѓу двете.
Како заклучок, квантната механика е основна компонента на модерната физика која значително го прошири нашето разбирање за микро-светот и продолжува да ги поттикнува технолошките достигнувања и филозофските дебати. Неговите принципи ги предизвикуваат нашите класични интуиции за реалноста, нудејќи повеќе нијансирана и веројатноста рамка која го опишува универзумот во најмали размери.
