Kuantum mekaniği

Kuantum mekaniği

kuantum teorisi

Kuantum mekaniği; madde ve ışığın, atom ve atomaltı seviyelerdeki davranışlarını inceleyen bir bilim dalı. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır.

Kuantum teorisi, atom ve atom altı seviyedeki maddenin ve enerjinin doğasını ve davranışını açıklayan modern fizik teorik temelidir. Maddenin ve enerjinin bu seviyedeki doğası ve davranışı bazen kuantum fiziği ve kuantum mekaniği olarak adlandırılır.

14 Aralık 1900 tarihinde fizikçi Max Planck kuantum teorisini Alman Fizik Topluluğuna sundu. Planck, parlayan bir cisimden gelen radyasyonun, sıcaklığı arttıkça, kırmızıdan turuncuya ve nihayetinde maviye dönüştüğü nedenini keşfetmeye çalıştı. O'nun, enerjinin bireysel birimler içerisinde, maddenin yaptığı gibi, aynı elektromanyetik dalga olarak değil, önceden varsaydığı gibi var olduğunu ve dolayısıyla nicelleştirilebileceğini varsayarak, sorusunun cevabını bulabileceğini varsayar. Bu birimlerin varlığı, kuantum teorisinin ilk varsayımı haline geldi.

Max Planck, quanta olarak adlandırdığı bu bireysel enerji birimlerini temsil eden bir rakam içeren bir matematiksel denklik yazdı. Denklem fenomeni çok iyi açıkladı; Max Planck, belirli ayrı sıcaklık seviyelerinde (bir minimum minimum katın tam katları), parlayan bir cisimden gelen enerji, renk tayfının farklı alanlarını kaplayacağını bulmuştur. Max Planck, kuantum keşfinden henüz ortaya çıkmış bir teori olduğunu kabul etti; ancak bunların varlığı, doğa yasalarını tamamen yeni ve temel bir anlayışa işaret etti. Max Planck, 1918'de teorisi için Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı, ancak otuz yıllık bir süre boyunca çeşitli bilim adamları tarafından geliştirilen gelişmeler, modern kuantum teorisinin anlaşılmasına katkıda bulundu.

Kuantum Teorisinin Gelişimi;

• 1900'de Max Planck, enerjinin tek tek birimlerden veya nicelikten oluştuğu varsayımını yaptı.

• 1905'te Albert Einstein sadece enerji değil aynı zamanda radyasyonun kendisini de aynı şekilde niceleştirdi.

• Louis de Broglie, 1924'te, enerji ve maddenin oluşumunda ve davranışında temel bir farklılığın bulunmadığını ileri sürdü; Atom ve atom altı seviyede ya parçacıklardan ya da dalgalardan yapılmış gibi davranıyor olabilirler. Bu teori, dalga-parçacık çiftinin ilkesi olarak bilinir hale geldi: hem enerji hem de maddenin temel parçacıkları, koşullara bağlı olarak, ya partiküller ya da dalgalar gibi davranır.

• 1927'de Werner Heisenberg, iki atomlu parçacıkların konumu ve momentumu gibi birbirini tamamlayan iki değerin aynı anda ölçülmesinin mümkün olmadığını ileri sürdü. Klasik fizik ilkelerinin aksine, onların eşzamanlı ölçümleri kaçınılmaz olarak kusurludur; Daha doğrusu bir değer ölçülürse, diğer değerin ölçümü daha kusurlu olur. Bu teori Albert Einstein'ın ünlü yorumu olan 'Tanrı zar atmaz' uyaran belirsizlik ilkesi olarak biliniyordu.

Kopenhag Yorumu ve Çok Dünyalı Teori

Kuantum teorisinin gerçekliğin doğası üzerine etkilerinin iki büyük yorumu; Kopenhag yorumlanması ve çok dünyalı teori. Niels Bohr, bir parçacığın ölçülmüş olan her şey olduğu iddia eden kuantum teorisinin Kopenhag yorumunu önermişti, ancak ölçülene kadar belirli özelliklere sahip olduğu hatta var olduğu varsayılmaz. Kısaca, Niels Bohr nesnel gerçekliğin olmadığını söylüyordu. Bu, süperpozisyon olarak adlandırılan, herhangi bir nesnenin durumunun ne olduğunu bilmediğimiz halde, kontrol etmeye çalışmadığımız sürece aslında aynı anda mümkün olan herhangi bir durumda olduğunu iddia eden bir ilkeye çevirir.

Bu teoriyi açıklamak için, Erwin Schrödinger Kedisinin meşhur ve biraz acımasız benzetmesini kullanabiliriz. İlk olarak, yaşayan bir kedimiz var ve onu kalın bir kurşun kutuya yerleştiriyoruz. Bu aşamada, kedinin hayatta olduğu konusunda herhangi bir soru yok. Daha sonra bir şişe siyanür atıp kutuyu mühürleyelim. Kedi canlı mı yoksa siyanür kapsülü kırılmış mı ve kedi öldü bilmiyoruz. Kuantum yasasına göre, bilmediğimiz için kedi hem ölü hem de canlıdır (süperpozisyon durumu). Sadece kutuyu açtığımızda ve kedinin hangi koşulda kaybolduğunu ve kedinin canlı ya da ölü olması gerektiğini göreceğiz.

Kuantum teorisinin ikinci yorumu, birçok dünyada (veya çok kutuplu teori), herhangi bir nesnenin her durumda olması potansiyeli varsa, o nesnenin evreni, sayıya eşit sayıda paralel evrenlere dönüşür Nesnelerin eşsiz tek bir olası durumunu içeren her evrenin bulunduğu olası durumlardan bahsedebiliriz. Ayrıca, bu evrenler arasında etkileşim kurarak her şekilde tüm ülkelere bir şekilde erişilmesini sağlayan bir mekanizma vardır Stephen Hawking ve Richard Feynman, çok-dünyalı teori tercih ettiklerini bildiren bilim insanları arasındadır.

Kuantum Teorisinin Etkisi

Geçtiğimiz yüzyıl boyunca bilim adamları, kuantum teorisinin etkilerinden vazgeçseler de, bilim adamları onları çürütmeye çalışsalar dahi sürekli olarak deneylerle desteklenmiştir. Kuantum teorisi ve Einstein'ın görelilik teorisi modern fizik için temel oluşturur. Kuantum fiziğinin prensipleri, kuantum optiği, kuantum kimyası, kuantum hesaplama ve kuantum kriptografisi gibi daha birçok alanda uygulanmaktadır.

EK AÇIKLAMA

Kuantum mekaniği (QM - kuantum fiziği veya kuantum teorisi olarak da bilinir), fizikte, eylemin Planck sabitinin düzeninde olduğu nanoskopik ölçeklerde fiziksel fenomenlerle ilgilenen bir dalıdır. Atomik ve atom altı uzunlukta ölçeklerin kuantum alanındaki klasik mekanikten yola çıkıyor. Kuantum mekaniği, ikili partikül benzeri ve dalga benzeri davranışların ve enerjinin ve maddenin etkileşimlerinin çoğunun matematiksel bir tarifi sağlar. Kuantum mekaniği kimyasal bağları, atomların davranışı da dahil olmak üzere modern periyodik tablo elemanlarının birçoğu için oldukça kullanışlı bir çerçeve sunar ve birçok modern teknolojinin geliştirilmesinde önemli rol oynamıştır.

Kuantum mekaniğinin gelişmiş konularında, bu davranışların bazıları makroskopiktir sadece aşırı (yani çok düşük veya çok yüksek) enerjiler veya sıcaklıklarda (süper iletken mıknatısların kullanımı gibi) ortaya çıkar. Örneğin, bir atomun veya molekülün bağlı olduğu bir elektronun açısal momentumu nicelenir. Buna karşılık, bağlanmamış bir elektronun açısal momentumu nicelenmez. Kuantum mekaniği bağlamında, enerji ve maddenin dalga parçacığı ikiliği ve belirsizlik ilkesi fotonların, elektronların ve diğer atomik ölçekli nesnelerin davranışının birleşik bir görünümü sağlar.

Kuantum mekaniğinin matematiksel formülasyonları soyuttur. Bir matematiksel fonksiyon, dalga fonksiyonu, bir parçacığın konum, momentum ve diğer fiziksel özelliklerinin olasılık genliği hakkında bilgi sağlar. Dalga fonksiyonunun matematiksel manipülasyonları genellikle karmaşık sayıların ve doğrusal fonksiyonellerin anlaşılmasını gerektiren braket gösterimini içerir. Dalga fonksiyonu formülasyonu, parçacığı bir kuantum harmonik osilatör olarak ele alır ve matematik akustik rezonansı tanımlayan formülle benzerdir. Kuantum mekaniğinin sonuçlarının birçoğu klasik mekanik açısından kolayca görsel değildir. Örneğin, bir kuantum mekanik modelde, sıfır kinetik enerjiye sahip daha 'geleneksel' bir temel durumuna karşıt olarak, bir sistemin en düşük enerji durumu, taban durumu, sıfır değildir. John Wheeler'e göre, geleneksel statik, değişmeyen sıfır enerji durumu yerine, kuantum mekaniği, çok daha dinamik, kaotik olasılıklara olanak tanıyor.

20. yüzyılın ilk on yılında, kuantum mekaniğinin en eski versiyonları oluşturuldu. Bu zaman zarfında, atom teorisi ve ışığın tanecik teorisi ilk önce bilimsel bir gerçek olarak kabul gördü; Bu son kuramlar sırasıyla maddenin kuantum teorileri ve elektromanyetik radyasyon olarak görülebilir. Erken kuantum teorisi 1920'lerin ortalarında Werner Heisenberg, Max Born ve Pascual Jordan tarafından (matris mekaniği) belirgin biçimde yeniden formüle edildi; Louis de Broglie ve Erwin Schrödinger (dalga mekaniği); Ve Wolfgang Pauli ve Satyendra Nath Bose (atom altı parçacıkların istatistiği). Dahası, Niels Bohr'un Kopenhag yorumlaması yaygın bir şekilde kabul gördü. 1930'da, kuantum mekaniğindeki ölçüme, gerçeklik bilgisinin istatistiksel doğasına ve felsefi spekülasyona ağırlık verilerek, kuantum mekaniği David Hilbert, Paul Dirac ve John von Neumann'ın çalışmalarıyla daha da birleştirildi ve biçimlendirildi.

Kuantum mekaniği, 20. yüzyıl fiziğinin ve kuantum kimyası, kuantum elektroniği, kuantum optiği ve kuantum bilinci bilimi gibi diğer disiplinlerin birçok yönüne nüfuz etmiştir. 19. Yüzyılın pek çok fiziği, kuantum mekaniğinin klasik limiti ve kuantum alanı teorisi, sicim teorisi ve spekülatif kuantum çekim teorisi açısından daha ileri gelişmeler olarak yeniden değerlendirildi.