Pregled, pojmovi i povijest kvantne fizike

Kvantna fizika je proučavanje ponašanja stvar i energija na molekularnoj, atomskoj, nuklearnoj, pa čak i manjoj mikroskopskoj razini. Početkom 20. stoljeća, znanstvenici su otkrili da zakoni koji upravljaju makroskopskim objektima ne funkcioniraju isto u tako malim oblastima.

"Quantum" dolazi od latinskog što znači "koliko". Odnosi se na diskretne jedinice materije i energije koje su predviđene i promatrane u kvantnoj fizici. Čak i prostor i vrijeme, koji se čine krajnje kontinuiranim, imaju najmanje moguće vrijednosti.

Dok su znanstvenici stekli tehnologiju za mjerenje s većom preciznošću, primijećene su čudne pojave. Rođenje kvantne fizike pripisuje se radu Maxa Plancka iz 1900. o zračenju crna tijela. Razvoj terena je radio Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger i druge svjetleće figure na terenu. Ironično je da je Albert Einstein imao ozbiljnih teorijskih problema s kvantnom mehanikom i pokušavao ga je dugi niz godina opovrgnuti ili izmijeniti.

U području kvantne fizike, promatranje nečega zapravo utječe na fizičke procese koji se odvijaju. Svjetlosni valovi djeluju poput čestica, a čestice se ponašaju poput valova (tzv dualnost valnih čestica). Materija može prelaziti s jednog mjesta na drugo bez kretanja kroz intervenirajući prostor (koji se naziva kvantnim tuneliranjem). Informacije se odmah kreću na velike udaljenosti. Zapravo u kvantnoj mehanici otkrivamo da je čitav svemir zapravo niz vjerojatnosti. Srećom pa se pokvari kad se radi s velikim predmetima, što pokazuje i Schrodingerova mačka misaoni eksperiment.

Jedan od ključnih koncepata je kvantno zapletanje, koja opisuje situaciju u kojoj je više čestica povezano na način da mjerenje kvantnog stanja jedne čestice također postavlja ograničenja za mjerenja ostalih čestica. To najbolje pokazuje primjer EPR paradoks. Iako je izvorno bio misaoni eksperiment, ovo je sada eksperimentalno potvrđeno testovima nečega što je poznato Bell-ova teorema.

Kvantna optika je grana kvantne fizike koja se usredotočuje prvenstveno na ponašanje svjetla, odnosno fotona. Na razini kvantne optike, ponašanje pojedinih fotona ima utjecaj na izlaznu svjetlost, za razliku od klasične optike, koju je razvio Sir Isaac Newton. Laseri su jedna aplikacija koja je izašla iz istraživanja kvantne optike.

Kvantna elektrodinamika (QED) je proučavanje interakcije elektrona i fotona. Razvili su ga kasnih četrdesetih godina prošlog stoljeća Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage i drugi. Predviđanja QED-a u pogledu rasipanja fotona i elektrona točna su na jedanaest decimalnih mjesta.

Jedinstvena teorija polja je zbirka istraživačkih staza kojima se pokušava pomiriti kvantna fizika Einsteinova teorija opće relativnosti, često pokušavajući konsolidirati temeljne sile fizike. Neke vrste objedinjenih teorija uključuju (s nekim preklapanjem):

• Kvantna gravitacija
• Kvantna gravitacija petlje
• Teorija struna / Superstring Theory / M-teorija
• Velika jedinstvena teorija
• supersimetrija
• Teorija svega

Kvantna fizika se ponekad naziva kvantna mehanika ili teorija kvantnog polja. Kao što je gore spomenuto, ona ima i različita potpolja, koja se ponekad naizmjenično koriste s kvantnom fizikom, iako je kvantna fizika zapravo širi pojam za sve ove discipline.

Najraniji nalazi

• Zračenje crnog tijela
• Fotoelektrični efekt

Dvojnost valova i čestica

• Mladi eksperiment s dvostrukim prorezom
• Hipoteza De Broglie

Učinak Comptona

Heisenbergovo načelo nesigurnosti

Uzročnost u kvantnoj fizici - misaoni eksperimenti i interpretacije

• Kopenhagenska interpretacija
• Schrodingerova mačka
• EPR paradoks
• Tumačenje mnogih svjetova