Kvanttiteoria

Kvanttiteoria on jo pitkään tunnettu fysiikan teoria, jossa käytetään apuna Planckin vakiota. Planckin vakio liittyy useampiin hiukkas- ja atomimaailman tavallisimpiin ilmiöihin, jonka arvon perusteella voidaan todeta kuinka huomattavina kvantteina energia esiintyy. Planckin arvo juontaa juurensa saksalaisesta fyysikko Max Planckista, jota energian kvanttiluonnetta koskevien tutkimusten ansiosta pidetään kvanttimekaniikan löytäjänä. Kvanttimekaniikkaan olennaisesti kuuluvat kvanttistatistiikka ja kvanttikenttäteoria.

Kvanttifysiikkaa kutsutaan kvanttimekaanikaksi

Kvanttimekaniikka tunnetaan fysiikan perusteoriana, johon klassinen mekaniikka ei kuulu kuin niin sanottuna rajatapauksena. Kvanttimekaniikka tarkoittaa todennäköisyyteen pohjautuvaa luonnon perusteoriaa, joka kokonaisuudessaan hylkää klassisen mekaniikan edustaman deterministisen käsityksen maailmasta. Kvanttimekaniikka tuo esiin erilaisia matemaattisia laskusääntöjä, joita käytetään yleisesti monien tilastollisten ennustusten laatimiseen eikä siksi koskaan tarjoa tyhjentävää vastausta kysymykseen, että miksi luonto käyttäytyy juuri sillä tavalla kuin sen on huomattu aina käyttäytyvän.

Kvanttimekaniikan avulla todellisuutta voidaan kuvata erittäin hyvin huolimatta edelleen avoimesta tieteenfilosofisesta tulkinnasta. Kvanttimekaniikkaa pidetään monen tieteenalan perustana, kuten

kvanttikemian, nanoteknologian, hiukkasfysiikan, elektroniikan, tiiviin aineen fysiikan ja laskennallinen biologian. Kvanttimekaniikka tarkoittaa yleisemmän kvanttifysiikan osa-aluetta, johon kuuluvat muun muassa kvanttistatistiikka, kvanttigravitaatio ja kvanttikenttäteoria.

Kvanttimekaniikan historiaa

1900-luvun vaihteessa ymmärrettiin etteivät sähkömagnetismi ja klassinen mekaniikka riitä ollenkaan luonnon kokonaisvaltaiseen kuvaamiseen ja ymmärtämiseen. Valosähköisen ilmiön, mustan kappaleen säteilyn, atomien vakauden, atomien diskreettisen säteilyspektrin ja Comptonin sironnan havaintoja kehittyi selittämään uutena teoriana esiin tullut kvanttimekaniikka. Kvanttimekaniikan kehitykseen ovat osallistuneet monet tunnetut fyysikot, kuten Niels Bohr, Albert Einstein, Max Planck, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie, Max Born, Werner Heisenberg, Paul Dirac ja Wolfgang Pauli.

Kvantittuminen

Kvantittumisella tarkoitetaan fysikaalisten suureiden diskreettejä arvoja, eli

mitattavien arvojen jakauma on epäjatkuva. Kvanttimekaniikassa tärkeitä ovat kulmaliikemäärä ja hiukkasen energia.

Vetyatomin energian avulla saadaan aikaan siis vain diskreettejä arvoja, ja vetyatomin säteilyn spektrin tehtävänä on kuvata aina diskreettien energiatilojen aikaansaamia muutoksia. Kvanttisysteemeissä kaikki sallitut arvot tulevat vaihtelemaan aina tapauskohtaisesti ja riippuvat jatkuvasti kyseiseen systeemiin liittyvästä oskillaatiosta, kuten tunnetun harmoniseen värähtelijään kohdistuvassa tapauksessa. Kvanttimekaanisen harmonisen värähtelijän kvanttimekaanisella systeemillä kuvataan potentiaalienergiaa, joka on suoraan täysin verrannollinen aina selkeästä tasapainoasemasta mitatun etäisyyden neliöön.