Kvantna mehanika

Kvantna mehanika jedna je od najvažnijih i najplodonosnijih grana moderne fizike. Kvantna mehanika proučava ponašanje elektrona i ostalih elementarnih čestica u atomima, molekulama i kristalima, nuklearnim jezgrama.^[1]

Historija

Historijski gledano, razvoj osnova kvantne mehanike ostvario se kroz nekoliko koraka.

U prvom periodu, krajem devetnaestog i početkom dvadesetog vijeka postojalo je nekoliko eksperimentalno prikupljenih saznanja koja se ni na koji način nisu mogla objasniti u okviru do tada poznate klasične fizike.^[2] Zapravo je bio vrlo mali broj ovakvih problema koji nisu bili do kraja teorijski shvaćeni i objašnjeni. Stoga su neki tadašnji naučnici smatrali da će uskoro biti dosegnut kraj razvoja fizike. Ali ništa nije moglo biti više pogrešno od takvog razmišljanja. Tačno objašnjenje ovih problema pokazalo se kao "tvrdi orah", koji je uporno izmicao dotadašnjoj ljudskoj slici i tumačenju svijeta.

To je prvenstveno bio problem zračenja crnog tijela i fotoelektrični efekt. Kako bi zadovoljavajuće objasnili ove fenomene, Max Planck (za zračenje crnog tijela, 1900. godine) i Albert Einstein (za fotoelektrični efekt, 1905. ) pretpostavili su da svjetlost, osim talasne prirode pokazuje i čestična (korpuskularna) svojstva.

Eksperimenti s raspršenjem alfa čestica, ostvareni od strane Rutherforda, doveli su do osnove Bohrove polu-klasične teorije atoma, koja predstavlja drugi veliki korak u razvoju kvantne mehanike.

Treći korak započeo je putem mnogih eksperimentalnih zapažanja (difrakcija i interferencija snopova elektrona) koja su ukazivala na dualnu (talasno-čestičnu) prirodu elektrona. Razvoj teorije u ovom smjeru ostvarili su Werner Heisenberg 1925. godine, razvojem matrične formulacije kvantne mehanike, te Erwin Schrödinger 1926. godine, putem svoje čuvene jednačine.

Time su udareni temelji nove nauke, ali njen razvoj time nije završen. Tokom godina daljeg razvoja, postavke kvantne mehanike potvrđene su kroz mnoštvo eksperimentalnih rezultata, dok je teorija razmatrala mnoga nova područja: postojanje spina, uticaj relativističkih efekata, ponašanje mnoštva čestica itd.

Kvantna mehanika je imala ogroman uspjeh u objašnjavanju mnogih karakteristika našeg svemira, s obzirom na male i diskretne količine i interakcije koje se ne mogu objasniti klasičnim metodama.^[3] Kvantna mehanika je često jedina teorija koja može otkriti individualno ponašanje subatomskih čestica koje čine sve oblike materije (elektroni, protoni, neutroni, fotoni i drugi). Fizika čvrstog stanja i nauka o materijalima zavise od kvantne mehanike.^[4]

U mnogim aspektima, moderna tehnologija djeluje na razmjeramai na kojima su kvantni efekti značajni. Važne primjene kvantne teorije uključuju kvantnu hemiju, kvantnu optiku, kvantno računanje, superprovodljive magnete, diode koje emituju svjetlost, optičko pojačalo i laser, tranzistor i poluprovodnike kao što su mikroprocesor, medicinske i istraživačke slike kao što su magnetsko rezonantno snimanje i mikroskopija.^[5] Objašnjenja mnogih bioloških i fizičkih fenomena su ukorijenjena u prirodi hemijske veze, a posebno u DNK makromolekulama.

Od 1930. kvantnu mehaniku su dalje objedinjavali i formalizirali David Hilbert, Paul Dirac i John von Neumann^[6] s većim naglaskom na mjerenju, statističkoj prirodi našeg znanja o stvarnosti i filozofskim spekulacijama o 'posmatraču'. Od tada je prožeo mnoge discipline, uključujući kvantnu hemiju, kvantnu elektroniku, kvantnu optiku i kvantnu informatiku . Takođe pruža koristan okvir za mnoge karakteristike modernog periodnog sistema elemenata, i opisuje ponašanje atoma tokom hemijskog povezivanja i protoka elektrona u kompjuterskim poluprovodnicima, te stoga igra ključnu ulogu u mnogim modernim tehnologijama. Dok je kvantna mehanika konstruirana da opiše svijet vrlo malog, potrebno je objasniti i neke makroskopske fenomene kao što su superprovodnici ^[7] i superfluidi.^[8]

Reference

^ "Quantum Behavior". https://www.feynmanlectures.caltech.edu/III_copyright.html. Vanjski link u parametru |publisher= (pomoć)
^ "KVANTNA MEHANIKA I Univerzitet u Sarajevu Prirodno-matematicki fakultet Odsjek za fiziku" (PDF).
^ See, for example, the Feynman Lectures on Physics for some of the technological applications which use quantum mechanics, e.g., transistors (vol III, pp. 14–11 ff), integrated circuits, which are follow-on technology in solid-state physics (vol II, pp. 8–6), and lasers (vol III, pp. 9–13).
^ Cohen, Marvin L. (2008). "Essay: Fifty Years of Condensed Matter Physics". Physical Review Letters. 101 (25): 250001. Bibcode:2008PhRvL.101y0001C. doi:10.1103/PhysRevLett.101.250001. PMID 19113681. Pristupljeno 31 March 2012.
^ Matson, John. "What Is Quantum Mechanics Good for?". Scientific American. Pristupljeno 18 May 2016.
^ Van Hove, Leon (1958). "Von Neumann's contributions to quantum mechanics" (PDF). Bulletin of the American Mathematical Society. 64 (3): Part 2:95–99. doi:10.1090/s0002-9904-1958-10206-2. Arhivirano s originala (PDF), Jan 20, 2024.
^ Feynman, Richard. "The Feynman Lectures on Physics Vol. III Ch. 21: The Schrödinger Equation in a Classical Context: A Seminar on Superconductivity, 21-4". California Institute of Technology. Arhivirano s originala, 15 Dec 2016. Pristupljeno 24 November 2015. ...dugo se vjerovalo da valna funkcija Schrödingerove jednadžbe nikada neće imati makroskopski prikaz analogan makroskopskom prikazu amplitude za fotone. S druge strane, sada se uviđa da nam fenomen superprovodljivosti predstavlja upravo ovu situaciju. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)
^ Packard, Richard (2006). "Berkeley Experiments on Superfluid Macroscopic Quantum Effects" (PDF). Physics Department, University of California, Berkeley. Arhivirano s originala (PDF), 25 November 2015. Pristupljeno 24 November 2015.

Vanjski linkovi

Nauka 50: Kvant (RTS Obrazovno-naučni program - Zvanični kanal)
3D animacije, primjene i istraživanje bazičnih kvantnih efekata (animacije također dostupne na commons.wikimedia.org (Université paris Sud) (fr)
Quantum Cook Book autor: R. Shankar, Open Yale PHYS 201 material (4pp)
A foundation approach to quantum Theory that does not rely on wave-particle duality.
The Modern Revolution in Physics - online udžbenik.
J. O'Connor and E. F. Robertson: Historija kvantne mehanike.
Uvod u Kvantnu teoriju na Quantiki, arhivirana stranica.
Quantum Physics Made Relatively Simple: tri video predavanja, autor: Hans Bethe
H is for h-bar.
Quantum Mechanics Books Collection: Kolekcija besplatnih knjiga

Nastavni materijal

Doron Cohen: Lecture notes in Quantum Mechanics (obiman, sa naprednim temama).
MIT OpenCourseWare: hemija Arhivirano 5. 5. 2010. na Wayback Machine.
MIT OpenCourseWare: Physics Arhivirano 5. 5. 2010. na Wayback Machine. See 8.04 Arhivirano 28. 5. 2010. na Wayback Machine
Stanford Continuing Education PHY 25: Quantum Mechanics autor: Leonard Susskind, pogledati course description^{[mrtav link]} Fall 2007
5½ Examples in Quantum Mechanics
Imperial College Quantum Mechanics Course. Arhivirano 10. 8. 2011. na Wayback Machine
Spark Notes - Kvantna fizika. Arhivirano 5. 6. 2019. na Wayback Machine
Quantum Physics Online : interactive introduction to quantum mechanics (RS applets).
Experiments to the foundations of quantum physics with single photons. Arhivirano 25. 10. 2012. na Wayback Machine
AQME : Advancing Quantum Mechanics for Engineers — autor: T.Barzso, D.Vasileska and G.Klimeck online learning resource with simulation tools on nanohub
Quantum Mechanics autor: Martin Plenio
Quantum Mechanics autor: Richard Fitzpatrick
Online course na Quantum Transport

ČPP

Many-worlds or relative-state interpretation.
Mjerenja u kvantnoj mehanici. Arhivirano 17. 7. 2011. na Wayback Machine

Mediji

PHYS 201: Fundamentals of Physics II autor: Ramamurti Shankar, Open Yale Course
Predavanja o kvantnoj mehanici autor: Leonard Susskind
Everything you wanted to know about the quantum world — arhiva članaka iz New Scientist.
Istraživanje u kvantnoj fizici iz Science Daily
Overbye, Dennis (27. 12. 2005). "Quantum Trickery: Testing Einstein's Strangest Theory". The New York Times. Pristupljeno 12. 4. 2010.
Audio: Astronomy Cast Quantum Mechanics — Juni 2009. Fraser Cain razgovori Pamela L. Gay.

Filozofija

"Quantum Mechanics" autor natuknice je Jenann Ismael u Stanford Encyclopedia of Philosophy
"Measurement in Quantum Theory" autor natuknice je Henry Krips u Stanford Encyclopedia of Philosophy

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Kvantna mehanika

[1] "Quantum Behavior". https://www.feynmanlectures.caltech.edu/III_copyright.html. Vanjski link u parametru |publisher= (pomoć)

[2] "KVANTNA MEHANIKA I Univerzitet u Sarajevu Prirodno-matematicki fakultet Odsjek za fiziku" (PDF).

[3] See, for example, the Feynman Lectures on Physics for some of the technological applications which use quantum mechanics, e.g., transistors (vol III, pp. 14–11 ff), integrated circuits, which are follow-on technology in solid-state physics (vol II, pp. 8–6), and lasers (vol III, pp. 9–13).

[marvincohen2008-4] Cohen, Marvin L. (2008). "Essay: Fifty Years of Condensed Matter Physics". Physical Review Letters. 101 (25): 250001. Bibcode:2008PhRvL.101y0001C. doi:10.1103/PhysRevLett.101.250001. PMID 19113681. Pristupljeno 31 March 2012.

[5] Matson, John. "What Is Quantum Mechanics Good for?". Scientific American. Pristupljeno 18 May 2016.

[6] Van Hove, Leon (1958). "Von Neumann's contributions to quantum mechanics" (PDF). Bulletin of the American Mathematical Society. 64 (3): Part 2:95–99. doi:10.1090/s0002-9904-1958-10206-2. Arhivirano s originala (PDF), Jan 20, 2024.

[feynman2015-7] Feynman, Richard. "The Feynman Lectures on Physics Vol. III Ch. 21: The Schrödinger Equation in a Classical Context: A Seminar on Superconductivity, 21-4". California Institute of Technology. Arhivirano s originala, 15 Dec 2016. Pristupljeno 24 November 2015. ...dugo se vjerovalo da valna funkcija Schrödingerove jednadžbe nikada neće imati makroskopski prikaz analogan makroskopskom prikazu amplitude za fotone. S druge strane, sada se uviđa da nam fenomen superprovodljivosti predstavlja upravo ovu situaciju. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)

[8] Packard, Richard (2006). "Berkeley Experiments on Superfluid Macroscopic Quantum Effects" (PDF). Physics Department, University of California, Berkeley. Arhivirano s originala (PDF), 25 November 2015. Pristupljeno 24 November 2015.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]