kvantna mehanika

kvantna mehanika, grana kvantne fizike koja se bavi gibanjima i stacionarnim stanjima čestica u fizičkim sustavima najčešće atomskih dimenzija. U kvantnoj mehanici veličine poprimaju diskretne vrijednosti, a najmanja vrijednost neke veličine jest kvant.

Povijest

Max Planck je uveo kvantnu konstantu 1900. i omogućio razumijevanje dviju pojava koje nisu mogle biti objašnjene u okvirima klasične fizike: zračenja crnoga tijela (ultraljubičasta katastrofa, John William Strutt Rayleigh) i fotoelektričnog efekta. Korak dalje učinio je Albert Einstein 1905., spoznavši da kvantizirani oscilatori emitiraju zračenje koje također mora biti kvantizirano. Shvaćajući svjetlost kao roj čestica (fotona, određene energije E =  i impulsa p = h/λ), objasnio je fotoelektrični efekt. Pripisivanje čestičnih svojstava elektromagnetskom valu dovelo je do valno-čestičnoga dualizma. Iz dvaju smjerova, na kojima se pokušavao razriješiti taj problem, izrastao je matematički formalizam kvantne mehanike.

Prvi smjer rješavanja problema dualizma oslanjao se na čestična svojstva tvari. Niels Bohr, koji je u Kopenhagenu okupljao vrsne fizičare (Hendrik Anthony Kramers, John Clark Slater, Wolfgang Pauli, Werner Karl Heisenberg, Ernst Pascual Jordan), objasnio je 1913. opaženi spektar vodikova atoma uvođenjem postulata stacionarnih energijskih stanja u kojima borave elektroni. Pauli je formulirao načelo isključenja kao teorijski temelj periodnoga sustava elemenata. Otkriveno je načelo korespondencije, prema kojem u području velikih kvantnih brojeva vrijedi klasična mehanika. Prema Heisenbergov načelu neodređenosti iz 1927. nemoguće je istodobno točno mjeriti i impuls i položaj neke čestice, a prema Heisenbergovim relacijama neodređenosti maksimalna moguća točnost određena je Planckovom konstantom.

Drugu formulaciju kvantne mehanike dao je Erwin Schrödinger 1926. u obliku diferencijalne jednadžbe za valove materije prikazane valnom funkcijom. On je pokazao i ekvivalentnost toga pristupa s Heisenbergovom matričnom mehanikom. Schrödingerova jednadžba mogla se riješiti za neke jednostavnije fizikalne probleme, a uporabom računa smetnje obuhvaćen je golem broj problema materijalnoga svijeta.

Paul Adrien Maurice Dirac je 1928. spojio kvantnu mehaniku i specijalnu teoriju relativnosti u obliku kvantne elektrodinamike (relativističke kvantne mehanike), koja je predvidjela postojanje pozitrona, antičestice elektrona. Kvantna mehanika omogućila je otkrića novih temeljnih sila subatomskoga svijeta. Od 1925. do danas nije uočena nijedna pojava koja bi dovela u pitanje kvantnu mehaniku.

kvantna mehanika. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 19.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=34874>.