Квант механик нь атом болон субатомын тоосонцрын масштабаар байгалийн физик шинж чанарыг тодорхойлдог физикийн үндсэн онол юм. Энэ нь квант хими, квант талбайн онол, квант технологи, квант мэдээллийн шинжлэх ухаан зэрэг бүх квант физикийн үндэс суурь юм.
Сонгодог физикт долгион ба бөөмсийг өөр өөр биет гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч квант механик нь бөөмс долгион ба бөөмстэй төстэй шинж чанарыг харуулдаг долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын тухай ойлголтыг нэвтрүүлдэг. Энэ хоёрдмол байдлыг долгион ба бөөмс (фотон) гэж тодорхойлж болох гэрлээр хамгийн сайн илэрхийлэгддэг.
Давхар ангарлын туршилт нь гэрэл ба электронуудын долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлыг харуулж байна. Гэрлийн туяа эсвэл электрон урсгалыг хоёр ойр зайтай ангархайгаар дамжуулж дэлгэц рүү чиглүүлэх үед интерференцийн загвар гарч ирдэг бөгөөд энэ нь долгионы үйл ажиллагааны онцлог юм. Гэсэн хэдий ч бөөмсийг ажиглах үед тэдгээр нь бөөмс шиг нэг ангархай эсвэл нөгөөгөөр дамждаг. Энэхүү туршилт нь бөөмсийн төлөв байдал нь ажиглагдсан эсэхээс үл хамааран өөрчлөгдөж болохыг харуулж байгаа бөгөөд квант суперпозиция гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлж, бөөмс хэмжилт хийх хүртэл бүх боломжит төлөвт нэгэн зэрэг оршдог.
Квантын суперпозиция нь сонгодог физикээс ялгаатай нь квант систем нь хэмжигдэх хүртэл олон төлөвт нэгэн зэрэг оршин тогтнох боломжтой гэсэн үндсэн зарчим юм. Квант орооцолдох нь бөөмсүүд хоорондоо холбогдож, нэг бөөмийн төлөв байдал нь нөгөө бөөмийн төлөв байдалд шууд нөлөөлж, тэдгээрийг тусгаарлах зайнаас үл хамааран өөр нэг сонирхолтой үзэгдэл юм. Үүнийг Эйнштейн-Подольский-Розены (EPR) туршилтаар нотолсон нь бидний нутаг дэвсгэр ба учир шалтгааны талаарх ойлголтыг сорьсон юм.
Квант механикийн өөр нэг гол зарчим бол бөөмийн яг байрлал, хурдыг нэгэн зэрэг мэдэх боломжгүй гэсэн Хэйзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим юм. Нэг шинж чанарыг илүү нарийвчлалтай хэмжих тусам нөгөөг нь хянах эсвэл мэдэх боломжгүй болно. Үүнийг тэгшитгэлээр илэрхийлнэ: \( \Delta x \Delta p \geq \frac{\hbar}{2} \) энд \(\Delta x\) нь байрлал дахь тодорхойгүй байдал, \(\Delta p\) импульсийн тодорхойгүй байдал ба \(\hbar\) нь бууруулсан Планкийн тогтмол юм.
Квантын механикийн үндсэн тэгшитгэл болох Шредингерийн тэгшитгэлийг ашиглан квант системийн зан төлөвийг ихэвчлэн тодорхойлдог. Харьцангуй бус бөөмийн хувьд Шредингерийн тэгшитгэлийн цаг хугацаанаас хамааралгүй хэлбэр нь: \( -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\psi + V\psi = E\psi \) Энд, \(\psi\) нь системийн долгионы функц, \(V\) нь боломжит энерги, \(E\) нь бөөмийн энерги, \(m\) нь масс, \(\nabla^2\) ) юм. \(\nabla^2\) нь хоёр дахь орон зайн деривативуудын нийлбэрийг илэрхийлдэг Лаплацийн оператор юм. Долгионы функц нь \(\psi\) системийн боломжит төлөвүүдийн талаархи бүх магадлалыг агуулдаг.
Квант механикийн зарчмууд нь детерминизм ба орон нутгийн талаарх бидний сонгодог үзлийг эсэргүүцдэг. Эдгээр нь квант компьютер , квант шифрлэлт , квант телепортац зэрэг технологиор дамжуулан тооцоолох, криптографи, телепортац зэрэг янз бүрийн салбарт гүн гүнзгий нөлөө үзүүлдэг. Эдгээр дэвшилтүүд нь мэдээллийн боловсруулалт, аюулгүй байдал, харилцаа холбооны салбарт хувьсгал хийж, суперпозиция, орооцолдох зэрэг шинж чанаруудыг ашиглан сонгодог технологид одоохондоо төсөөлшгүй ажлуудыг гүйцэтгэхийг амлаж байна.
Квантын механик дахь хэмжилт нь түүнийг сонгодог физикээс ялгах өөр нэг тал юм. Квантын системийг хэмжихэд долгионы функц нь хэмжилт хийхээс өмнө байсан бүх боломжит төлөвүүдээс нэг төлөв рүү унадаг . Аливаа квант хэмжилтийн үр дүн нь үндсэндээ магадлал бөгөөд боломжит үр дүн бүрийн магадлалыг долгионы функцийн далайцын квадратаар тодорхойлно. Энэ нь квант механик нь объектив бодит байдлын тайлбарыг өгдөггүй, харин тодорхой үр дүнг ажиглах магадлалыг авч үздэг гэж үздэг квант механикийн үндсэн ойлголтуудын нэг болох Копенгагены тайлбарт хүргэдэг.
Квантын механик нь зөвхөн онол төдийгүй орчин үеийн технологи, шинжлэх ухаанд ихээхэн нөлөөлсөн практик хэрэглээтэй. Жишээлбэл, квант механикийн зарчмууд нь орчин үеийн электроник, компьютерийн барилгын материал болох транзистор, диод зэрэг хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн дизайн, үйл ажиллагаанд зайлшгүй шаардлагатай. Нэмж дурдахад квант механик нь соронзон резонансын дүрслэл (MRI) , лазер технологи , маш нарийн атомын цагийг боловсруулахад чухал ач холбогдолтой юм.
Өргөн хүрээний физик үзэгдлүүдийг тайлбарлахдаа амжилтанд хүрсэн ч квант механик нь сорилтуудыг дагуулдаг. Шийдэгдээгүй гол асуултуудын нэг бол долгионы функцийн уналт болон "хэмжилт" гэж юу болохтой холбоотой хэмжилтийн асуудал юм. Цаашилбал, квант механикийг харьцангуйн ерөнхий онолтой эвлэрүүлэх нь сонгодог механикийн хүрээнд таталцлыг дүрсэлсэн онол нь үргэлжилсэн судалгааны талбар бөгөөд квант таталцал , утсан онол зэрэг онолууд хоёрын хоорондын ялгааг арилгахыг оролддог.
Эцэст нь хэлэхэд квант механик нь орчин үеийн физикийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд бичил ертөнцийн талаарх бидний ойлголтыг ихээхэн өргөжүүлж, технологийн дэвшил, гүн ухааны мэтгэлцээнийг өдөөсөн хэвээр байна. Түүний зарчмууд нь бодит байдлын талаарх бидний сонгодог зөн совиныг сорьж, орчлон ертөнцийг хамгийн бага хэмжээгээр дүрсэлсэн илүү нарийн, магадлалын хүрээг санал болгодог.
