آشنایی با مکانیک کوانتومی

مکانیک کوانتومی علم بسیار کمی است. این رفتار ماده و اثر متقابل آن با انرژی در مقیاس اتمها و ذرات زیر اتمی را توضیح می دهد. در مقابل ، فیزیک کلاسیک ماده و انرژی را فقط در مقیاس آشنا با تجربه انسان ، از جمله رفتار اجسام نجومی مانند ماه ، توضیح می دهد. فیزیک کلاسیک هنوز هم در بیشتر علوم و فن آوری های مدرن مورد استفاده قرار می گیرد.   اما ، در اواخر قرن نوزدهم ، دانشمندان پدیده هایی را در دنیای بزرگ (کلان) و کوچک (خرد) کشف کردند که فیزیک کلاسیک قادر به توضیح آنها نیست.  تمایل به رفع ناسازگاری بین پدیده های مشاهده شده و نظریه کلاسیک منجر به دو انقلاب اساسی در فیزیک شد که در پارادایم علمی اصلی تغییر ایجاد کرد: نظریه نسبیت و توسعه مکانیک کوانتومی. این مقاله توضیح می دهد که چگونه فیزیکدانان محدودیت های فیزیک کلاسیک را کشف کردند و مفاهیم اصلی نظریه کوانتومی را که جایگزین آن در دهه های ابتدایی قرن بیستم بود ، تهیه کردند. این مفاهیم را تقریباً به روشی که در آن برای اولین بار کشف شد ، توصیف می کند. برای تاریخچه کامل تر موضوع ، به تاریخچه مکانیک کوانتومی مراجعه کنید.

نور از جنبه هایی مانند ذرات و از جنبه های دیگر مانند موج رفتار می کند. ماده - ماده "جهان" که از ذراتی مانند الکترون و اتم تشکیل شده است ، رفتار موجکی نیز دارد. برخی از منابع نور ، مانند چراغ های نئون ، فقط فرکانس خاصی از نور را خاموش می کنند. مکانیک کوانتومی نشان می دهد که نور به همراه سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی در واحدهای گسسته ای به نام فوتون ها قرار می گیرد و انرژی ، رنگ و شدت طیف آن را پیش بینی می کند. یک فوتون واحد یک مقدار کوانتومی یا کمترین مقدار قابل مشاهده از میدان الکترومغناطیسی است زیرا هرگز یک فوتون جزئی مشاهده نشده است. به طور گسترده تر ، مکانیک کوانتومی نشان می دهد که مقادیر زیادی ، مانند حرکت زاویه ای ، که به طور مداوم در نمای بزرگنمایی مکانیک کلاسیک ظاهر می شوند ، به نظر می رسد (در مقیاس کوچک ، بزرگنمایی در مکانیک کوانتومی) کمیت می شوند. حرکت زاویه ای برای گرفتن یکی از مجموعه مقادیر مجاز گسسته لازم است و از آنجا که فاصله بین این مقادیر بسیار دقیقه است ، ناپیوستگی فقط در سطح اتمی آشکار می شود.

بسیاری از جنبه های مکانیک کوانتومی ضد انعطاف پذیر هستند [3] و ممکن است متناقض به نظر برسند ، زیرا آنها رفتاری کاملاً متفاوت از آنچه در مقیاس های بزرگتر مشاهده می شود را توصیف می کنند. به گفته فیزیکدان کوانتوم ریچارد فاینمن ، مکانیک کوانتومی با "طبیعت همانطور که هست - پوچ است" سروکار دارد. [4] به عنوان مثال ، اصل عدم اطمینان مکانیک کوانتومی بدین معناست که هرچه یک اندازه گیری از نزدیک نزدیک تر شود (مانند موقعیت یک ذره) ، اندازه گیری دیگر دقیق تر مربوط به همان ذره (مانند حرکت آن) می شود.