Kvantna mehanika
Kvantna mehanika je fundamentalna grana teorijske fizike kojom su zamenjene klasična mehanika i klasična elektrodinamika pri opisivanju atomskih i subatomskih pojava. Ona predstavlja teorijsku podlogu mnogih disciplina fizike i hemije kao što su fizika kondenzovane materije, atomska fizika, molekulska fizika, fizička hemija, kvantna hemija, fizika čestica i nuklearna fizika. Zajedno sa Opštom teorijom relativnosti Kvantna mehanika predstavlja jedan od stubova savremene fizike.
Izraz kvant (od latinskog quantum (množina quanta) = količina, mnoštvo, svota, iznos, deo) odnosi se na diskretne jedinice koje teorija pripisuje izvesnim fizičkim veličinama kao što su energija i moment impulsa (ugaoni moment) atoma kao što je pokazano na slici. Otkriće da talasi mogu da se prostiru kao čestice, u malim energijskim paketima koji se nazivaju kvanti dovelo je do pojave nove grane fizike koja se bavi atomskim i subatomskim sistemima a koju danas nazivamo Kvantna mehanika. Temelje kvantnoj mehanici položili su u prvoj polovini dvadesetog veka Verner Hajzenberg, Maks Plank, Luj de Broj, Nils Bor, Ervin Šredinger, Maks Born, Džon fon Nojman, Pol Dirak, Albert Ajnštajn, Volfgang Pauli i brojni drugi poznati fizičari 20. veka. Neki bazični aspekti kvantne mehanike još uvek se aktivno izučavaju.
Postoje brojne matematički ekvivalentne formulacije kvantne mehanike. Jedna od najstarijih i najčešće korišćenih je transformaciona teorija koju je predložio Pol Dirak a koja ujedinjuje i uopštava dve ranije formulacije, matričnu mehaniku (koju je uveo Verner Hajzenberg) [1] i talasnu mehaniku (koju je formulisao Ervin Šredinger).
Kvantna mehanika uspeva izvanredno uspešno da objasni brojen fizičke pojave u prirodi. Na primer osobine subatomskih čestica od kojih su sačinjeni svi oblici materije mogu biti potpuno objašnjene preko kvantne mehanike. Isto, kombinovanje atoma u stvaranju molekula i viših oblika organizacije materije može se dosledno objasniti primenom kvantne mehanike iz čega je izrasla kvantna hemija, jedna od disciplina fizičke hemije. Relativistička kvantna mehanika, u principu, može da objasni skoro celokupnu hemiju. Drugim rečima, nema pojave u hemiji koja ne može da bude objašnjena kvantnomehaničkom teorijom.
Zbog brojnih rezultata koji protivureče intuiciji kvantna mehanika je od samog zasnivanja inicirala brojne filozofske debate i tumačenja. Protekle su decenije pre nego što su bili prihvaćeni i neki od temelja kvantne mehanike poput Bornovog tumačenja amplitude verovatnoće.
Da bi objasnio spektar zračenja koje emituje crno telo Maks Plank je 1900. godine uveo ideju o diskretnoj, dakle, kvantnoj prirodi energije. Da bi objasnio fotoelektrični efekat Ajnštajn je postulirao da se svetlosna energija prenosi u kvantima koji se danas nazivaju fotonima. Ideja da se energija zračenja prenosi u porcijama (kvantima) predstavlja izvanerdno dostignuće jer je time Plankova formula zračenja crnog tela dobila konačno i svoje fizičko objašnjenje. Godine 1913. Bor je objasnio spektar vodonikovog atoma, opet koristeći kvantizaciju ovog puta i ugaonog momenta. Na sličan način je Luj de Broj 1924. godine izložio teoriju o talasima materije tvrdeći da čestice imaju talasnu prirodu, upotpunjujući Ajnštajnovu sliku o čestičnoj prirodi talasa.
- ~ 1805: Tomas Jungov eksperiment sa dvostrukim prorezom kojim je demonstrirana talasna priroda svetlosti.
- 1896: Anri Bekerelov pronalazak radioaktivnosti.
- 1897: Džozef Džon Tomsonovo otkriće elektrona i njegovog negativnog naeletrisanja u eksperimentima sa katodnom cevi.
- 1850-1900: Ispitivanje zračenja crnog tela koje nije moglo da se objasni bez kvantnog koncepta.
- 1905: Fotoelektrični efekat: Ajnštajnovo objašnjenje efekta (za šta je i dobio Nobelovu nagradu za fiziku) uvođenjem koncepta fotona, čestice svetlosti sa kvantiranom energijom.
- 1909: Robert Milikenov eksperiment sa kapljicama ulja koji je pokazao da je eletrično naeletrisanje javlja u diskretnim (kvantiranim) porcijama.
- 1911: Raderfordov ogled sa rasejanjem alfa čestica na zlatnoj foliji kojim je napušten atomski model "pudinga od šljiva" u kojem je sugerisano da su masa i naeletrisanje atoma uniformno raspoređeni po zapremini atoma.
- 1920: Štern-Gerlahov eksperiment kojim je demonstrirana kvantna priroda spina čestice.
- 1927: Devison (Clinton Davisson) i Džermer (Lester Germer) pokazuju talasnu prirodu elektrona[2] in the Electron diffraction experiment.
- 1955: Kovan (Clyde L. Cowan) i Reines (Frederick Reines) potvrđuju postojanje neutrina u neutrinskom eksperimentu.
- 1961: Jensonov (Claus Jönsson) eksperiment sa rasejanjem elektrona na na dvostrukom prorezu.
- 1980: Klaus fon Klicingovo (Klaus von Klitzing) otkriće kvantnog Halovog efekta. Kvantna verzija Halovog efekta omogućila je definiciju novog standarda za električni otpor i vrlo precizno nezavisno određivanje vrednosti konstante fine strukture.
- Polarizacija fotona
- Kvantna hemija
- Kvantni računari
- Kvantna elektronika
- Kvantna teorija polja
- Teorijska hemija
- ↑ Nakon što je 1932. godine Hajzenberg dobio Nobelovu nagradu za stvaranje kvantne mehanike uloga Maksa Borna u tome bila je umanjena. Biografija Maksa Borna iz 2005. detaljno opisuje njegovu ulogu u stvaranju matrične mehanike. To je i sam Hajzenberg priznao 1950. godine u radu posvećenom Maksu Planku. Videti: Nancy Thorndike Greenspan, “The End of the Certain World: The Life and Science of Max Born (Basic Books, 2005), pp. 124 - 128, and 285 - 286.
- ↑ The Davisson-Germer experiment, which demonstrates the wave nature of the electron
- P. A. M. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics (1930) -- the beginning chapters provide a very clear and comprehensible introduction
- David J. Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics, Prentice Hall, 1995. ISBN 0-13-111892-7. A standard undergraduate level text written in an accessible style.
- Richard P. Feynman, Robert B. Leighton and Matthew Sands (1965). The Feynman Lectures on Physics, Addison-Wesley. Richard Feynman's original lectures (given at Caltech in early 1962) can also be downloaded as an MP3 file from www.audible.com [1]
- Hugh Everett, Relative State Formulation of Quantum Mechanics, Reviews of Modern Physics vol 29, (1957) pp 454–462.
- Bryce DeWitt, R. Neill Graham, eds, The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton Series in Physics, Princeton University Press (1973), ISBN 0-691-08131-X
- Albert Messiah, Quantum Mechanics, English translation by G. M. Temmer of Mécanique Quantique, 1966, John Wiley and Sons, vol. I, chapter IV, section III.
- Richard P. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter – a popular science book about quantum mechanics and quantum field theory that contains many enlightening insights that are interesting for the expert as well
- Marvin Chester, Primer of Quantum Mechanics, 1987, John Wiley, N.Y. ISBN 0-486-42878-8
- Hagen Kleinert, Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets, 3th edition, World Scientific (Singapore, 2004) Arhivirano 2006-11-09 na Wayback Machine-u(also available online here)
- George Mackey (2004). The mathematical foundations of quantum mechanics. Dover Publications. ISBN 0-486-43517-2.
- Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X.
- Omnes, Roland (1999). Understanding Quantum Mechanics. Princeton University Press. ISBN 0-691-00435-8.
- J. von Neumann, Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, Princeton University Press, 1955.
- H. Weyl, The Theory of Groups and Quantum Mechanics, Dover Publications 1950.
- Max Jammer, "The Conceptual Development of Quantum Mechanics" (McGraw Hill Book Co., 1966)
- Gunther Ludwig, "Wave Mechanics" (Pergamon Press, 1968) ISBN 0-08-203204-1
- Albert Messiah, Quantum Mechanics (Vol. I), English translation from French by G. M. Temmer, fourth printing 1966, North Holland, John Wiley & Sons.
- Eric R. Scerri, The Periodic Table: Its Story and Its Significance, Oxford University Press, 2006. Considers the extent to which chemistry and especially the periodic system has been reduced to quantum mechanics. ISBN 0-19-530573-6
- Slobodan Macura, Jelena Radić-Perić, ATOMISTIKA, Fakultet za fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu/Službeni list, Beograd, 2004. (stara kvantna teorija i većina utemeljivaćkih eksperimentata).
Opšte:
- A history of quantum mechanics
- A Lazy Layman's Guide to Quantum Physics Arhivirano 2006-12-13 na Wayback Machine-u
- Introduction to Quantum Theory at Quantiki Arhivirano 2006-05-31 na Wayback Machine-u
- Quantum Physics Made Relatively Simple: three video lectures by Hans Bethe
- Decoherence by Erich Joos
- Getting Started with Quantum Arhivirano 2006-10-10 na Wayback Machine-u an Essay for the Uninitiated
- This Quantum World Arhivirano 2011-03-22 na Wayback Machine-u What is quantum mechanics trying to tell us about the nature of Nature?
Materijal za kurs:
- MIT OpenCourseWare: Chemistry. See 5.61, 5.73, and 5.74
- MIT OpenCourseWare: Physics. See 8.04, 8.05, and 8.06.
- Imperial College Quantum Mechanics Course to Download
- Spark Notes - Quantum Physics
Često postavljana pitanja:
- Many-worlds or relative-state interpretation
- Measurement in Quantum mechanics Arhivirano 2011-07-17 na Wayback Machine-u
- A short FAQ on quantum resonances Arhivirano 2005-05-03 na Wayback Machine-u
Media:
- Everything you wanted to know about the quantum world — archive of articles from New Scientist magazine.
- Quantum Physics Research From ScienceDaily
- „Quantum Trickery: Testing Einstein's Strangest Theory”. The New York Times. December 27, 2005.
- DARPA eyes quantum mechanics for sensor applications Jane's Defence Weekly, 6 October 2006
Filozofija:
- Quantum Mechanics (Stanford Encyclopedia of Philosophy)
- David Mermin on the future directions of physics Arhivirano 2006-12-12 na Wayback Machine-u
- "Quantum Physics Quackery" Arhivirano 2008-09-16 na Wayback Machine-u by Victor Stenger, Skeptical Inquirer (January/February 1997).
- Crank Dot Net's quantum physics page Arhivirano 2006-12-08 na Wayback Machine-u — "cranks, crackpots, kooks & loons on the net"
- Hinduism & Quantum Physics
- Invariantology and Quantum Physics Arhivirano 2007-06-26 na Wayback Machine-u
- "Hidden Variables in Quantum Theory: The Hidden Cultural Variables of their Rejection." Arhivirano 2007-05-20 na Wayback Machine-u Online article.