Cześć!
To mój pierwszy artykuł na forum, proszę więc o wyrozumiałość i sugestię co do ewentualnych korekt. Jestem ciekaw czy widzicie potrzebę rozwijania tego tematu szerzej, bo nie wiem czy mam audytorium dla którego mógłbym temat rozwijać. Parę słów wstępu poniżej.
Mechanika kwantowa jest jedną z nowszych dziedzin fizyki, postęp jaki poczyniła ludzkość w XX i XXI wieku pozwoliła na odkrycie i potwierdzenie wielu nowych praw rządzących materią. W mechanice kwantowej "zaglądamy" do świata cząstek elementarnych z których zbudowana jest nie tylko materia, ale i antymateria. Poziom abstrakcji jakim cechuje się mechanika kwantowa nadał jej miano synonimu rzeczy trudnej - niepojętej; ma to w sobie ziarno prawdy, jednak poczyniliśmy w tej dziedzinie spore postępy i rzeczy nieodgadnione, mimo że trudne, udało nam się zbadać, a nawet potwierdzić w praktyce.
A zatem zacznijmy swoją krótką i wyboistą drogę do zrozumienia mechaniki kwantowej, a tym samym praw rządzących w mikroskali.
Dobrym początkiem byłoby uzasadnienie po co nam ta mechanika kwantowa? Przecież Newton i jego prawo powszechnego ciążenia świetnie opisuje to co się dzieje na powierzchni Ziemi w środowisku czyli stosunkowo małych energii i małych mas, a tym samym w stosunkowo niskiej grawitacji. Ogólna teoria względności z dużą precyzją opisuje zjawiska czasoprzestrzenne i grawitacyjne w makroskali, gdzie teoria Newtona nie ma już zastosowania (załamuje się).
A jak to się dzieje w mikroskali? W atomach? W atomach nie sprawdza się ani ogólna teoria względności, ani powszechne prawo ciążenia (wyniki nie zgadzają się z obserwacjami). Jak to możliwe, że świetnie sprawdzające się teorie zawodzą w określonych warunkach? Wydaje się, że mechanika kwantowa jest jedną z części odpowiedzi na to pytanie, tak - jedną z części, ponieważ aby w pełni zrozumieć te zależności potrzebujemy kwantowej teorii grawitacji - wielkiej układanki, do której nie znaleźliśmy jeszcze wszystkich klocków.
W 1900 roku Max Planck badając rozbieżności w promieniowaniu ciał doskonale czarnych stwierdził, że m.in. energia nie jest emitowana w dowolnie ciągłych ilościach, można stwierdzić, że nie możemy "zatrzymać filmu w dowolnym momencie, ale np. co 5 sekund co trochę przypomina skokowe przewijanie w dzisiejszych odtwarzaczach". Stwierdzenie to zrewolucjonizowało świat nauki i niesie ogromne implikacje dla naszej wiedzy dotyczącej wszechświata. Najmniejszą porcję energii, jaką może wyemitować ciało Planck nazwał kwantem, liczbę tą nazywamy dzisiaj stałą Plancka.
Dawniej sądzono, że znając położenie i prędkość danej cząstki jesteśmy w stanie przewidzieć co się z nią działo przed pomiarem i co się z nią stanie po pomiarze. Mówiąc inaczej bylibyśmy w stanie spojrzeć w przyszłość i w przeszłość z dużą dokładnością (jeśli nawet byśmy dysponowali odpowiednią mocą obliczeniową). W fizyce klasycznej możemy mierzyć prędkości z dużą dokładnością, w miarę precyzyjnie jesteśmy w stanie określić położenie, mówi się, że dokładność pomiaru jest zdeterminowana jakością urządzeń pomiarowych oraz nie ma teoretycznych ograniczeń na dokładność z jaką mogą być wykonane pomiary. W mechanice kwantowej im lepiej wyznaczamy prędkość tym bardziej nam umyka położenie cząstki i odwrotnie. Mówiąc inaczej te dwie wielkości są do siebie odwrotnie proporcjonalne.
Zasadę tą nazywamy zasadą nieoznaczoności Heisenberga i jest ona fundamentalnym pojęciem mechaniki kwantowej.
Badania Plancka i Heisenberga stoją w sprzeczności z przewidywaniami Einsteina, który twierdził, że "Bóg nie grywa w kości"; Einstein nie dopuszczał myśli o możliwym losowym elemencie, który wykreował wszechświat. Tymczasem badania Plancka i Heisenberga wyraźnie dowodzą, że nie tylko emitowana energia nie jest emitowana w sposób ciągły, ale nie możemy określić prędkości i położenia z tą samą dokładnością, co w naturalny sposób prowadzi nas do zdarzeń jedynie mniej lub bardziej prawdopodobnych, co jest wyraźnym elementem losowości. Wydaje się, że prawa fizyki klasycznej nie obowiązują w mikroskali, a tym samym nie są takie uniwersalne jak mogłoby się nam jeszcze niedawno wydawać...