Ang quantum mechanics ay isang pangunahing teorya sa pisika na naglalarawan ng mga pisikal na katangian ng kalikasan sa sukat ng mga atomo at subatomic na mga particle. Ito ang pundasyon ng lahat ng quantum physics, kabilang ang quantum chemistry, quantum field theory, quantum technology, at quantum information science.
Sa klasikal na pisika, ang mga alon at mga particle ay itinuturing bilang magkakaibang mga entity. Gayunpaman, ipinakilala ng quantum mechanics ang konsepto ng wave-particle duality , kung saan ang mga particle ay nagpapakita ng parehong wave-like at particle-like properties. Ang duality na ito ay pinakamahusay na kinakatawan ng liwanag , na maaaring ilarawan bilang parehong wave at particle (photon).
Ang double-slit na eksperimento ay nagpapakita ng wave-particle duality ng liwanag at mga electron. Kapag ang isang sinag ng liwanag o isang stream ng mga electron ay nakadirekta sa pamamagitan ng dalawang magkadikit na slits at papunta sa isang screen, isang pattern ng interference ang lalabas, na katangian ng pag-uugali ng alon. Gayunpaman, kapag ang mga particle ay sinusunod, lumilitaw ang mga ito na dumaan sa isang hiwa o sa isa pa, tulad ng mga particle. Ipinapakita ng eksperimentong ito na ang pag-uugali ng mga particle ay maaaring magbago batay sa kung sila ay sinusunod o hindi, na nagpapakilala sa konsepto ng quantum superposition , kung saan ang isang particle ay umiiral sa lahat ng posibleng estado nang sabay-sabay hanggang sa masukat.
Ang quantum superposition ay isang pangunahing prinsipyo na nagsasaad na, hindi tulad ng klasikal na pisika, ang mga quantum system ay maaaring umiral sa maraming estado nang sabay-sabay hanggang sa masusukat ang mga ito. Ang quantum entanglement ay isa pang nakakaintriga na phenomenon kung saan ang mga particle ay nagiging interconnected upang ang estado ng isang particle ay agad na nakakaimpluwensya sa estado ng isa pa, anuman ang distansya na naghihiwalay sa kanila. Naipakita ito sa pamamagitan ng mga eksperimento ng Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) , na hinahamon ang aming pag-unawa sa lokalidad at sanhi.
Ang isa pang pangunahing prinsipyo ng quantum mechanics ay ang Heisenberg Uncertainty Principle , na nagsasaad na imposibleng sabay na malaman ang eksaktong posisyon at ang eksaktong bilis ng isang particle. Kung mas tumpak na sinusukat ang isang ari-arian, mas hindi gaanong makokontrol o kilala ang isa pa. Ito ay kinakatawan ng equation: \( \Delta x \Delta p \geq \frac{\hbar}{2} \) kung saan ang \(\Delta x\) ay ang kawalan ng katiyakan sa posisyon, \(\Delta p\) ay ang kawalan ng katiyakan sa momentum, at \(\hbar\) ay ang pinababang pare-pareho ng Planck.
Ang pag-uugali ng mga quantum system ay kadalasang inilalarawan gamit ang Schrödinger's equation , isang pangunahing equation ng quantum mechanics. Para sa isang non-relativistic particle, ang time-independent na anyo ng Schrödinger's equation ay: \( -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\psi + V\psi = E\psi \) Dito, \(\psi\) ay ang wavefunction ng system, \(V\) ay ang potensyal na enerhiya, \(E\) ay ang enerhiya ng particle, \(m\) ay ang masa, at \(\nabla^2\) ay ang Laplacian operator na kumakatawan sa kabuuan ng pangalawang spatial derivatives. Ang wavefunction \(\psi\) ay naglalaman ng lahat ng probabilistikong impormasyon tungkol sa mga posibleng estado ng system.
Hinahamon ng mga prinsipyo ng quantum mechanics ang ating mga klasikal na pananaw sa determinismo at lokalidad. Mayroon silang malalim na implikasyon sa iba't ibang larangan, kabilang ang computing, cryptography, at teleportation, sa pamamagitan ng mga teknolohiya tulad ng quantum computers , quantum encryption , at quantum teleportation . Nangangako ang mga pagsulong na ito na babaguhin ang pagpoproseso ng impormasyon, seguridad, at komunikasyon, na gumagamit ng mga katangian tulad ng superposisyon at pagkagambala upang maisagawa ang mga gawain na kasalukuyang hindi maisip sa mga klasikal na teknolohiya.
Ang pagsukat sa quantum mechanics ay isa pang aspeto na nagpapaiba dito sa classical physics. Kapag ang isang quantum system ay sinusukat, ang wavefunction ay bumagsak sa isang estado mula sa lahat ng posibleng mga estado na ito ay nasa bago ang pagsukat. Ang kinalabasan ng anumang pagsukat ng quantum ay pangunahing probabilistiko, at ang posibilidad ng bawat posibleng resulta ay tinutukoy ng parisukat ng amplitude ng wavefunction. Ito ay humahantong sa interpretasyon ng Copenhagen , isa sa mga pundasyong konseptwal na balangkas ng quantum mechanics, na nagsasaad na ang quantum mechanics ay hindi nagbibigay ng isang paglalarawan ng isang layunin na katotohanan ngunit sa halip ay tumatalakay sa mga probabilidad ng pagmamasid sa ilang mga resulta.
Ang quantum mechanics ay hindi lamang isang teorya ngunit may mga praktikal na aplikasyon na may malaking epekto sa modernong teknolohiya at agham. Halimbawa, ang mga prinsipyo ng quantum mechanics ay mahalaga para sa disenyo at paggana ng mga semiconductor device tulad ng transistors at diodes, na siyang mga building blocks ng modernong electronics at computer. Bukod pa rito, mahalaga ang quantum mechanics sa mga larangan ng magnetic resonance imaging (MRI) , teknolohiya ng laser , at sa pagbuo ng mga napakatumpak na atomic na orasan .
Sa kabila ng tagumpay nito sa pagpapaliwanag ng malawak na hanay ng mga pisikal na phenomena, ang quantum mechanics ay nagpapakita rin ng mga hamon. Ang isa sa mga pangunahing hindi nalutas na tanong ay ang problema sa pagsukat , na nauugnay sa pagbagsak ng wavefunction at kung ano ang bumubuo sa isang "pagsukat". Higit pa rito, ang pagkakasundo ng quantum mechanics na may pangkalahatang relativity , ang teoryang naglalarawan ng gravitation sa balangkas ng classical mechanics, ay isang patuloy na larangan ng pananaliksik, na may mga teorya tulad ng quantum gravity at string theory na nagtatangkang tulay ang agwat sa pagitan ng dalawa.
Sa konklusyon, ang quantum mechanics ay isang pangunahing bahagi ng modernong pisika na lubos na nagpalawak ng ating pang-unawa sa micro-world at patuloy na nagpapalakas ng mga teknolohikal na pagsulong at pilosopikal na debate. Hinahamon ng mga prinsipyo nito ang aming mga klasikal na intuwisyon tungkol sa realidad, na nag-aalok ng mas nuanced at probabilistikong balangkas na naglalarawan sa uniberso sa pinakamaliit na sukat.
