Kuantum mekaniği tarihi

Ardından, 1905 yılında, Albert Einstein daha önce 1887 yılında Heinrich Hertz tarafından raporlanan fotoelektrik etkiyi açıklamak için, devamlı olarak Max Planck’ın ışığın kendisinin ayrı kuantum parçacıklarından oluştuğu hipotezini doğru saymıştır ve 1926 yılında Gilbert N. Lewis tarafından foton olarak adlandırılmıştır. Fotoelektrik etkisi metal gibi belirli maddelerin üzerinde belirli dalgaboylarının parlayan ışığı şeklinde gözlemlenir ve bu durum sadece ışık kuantum enerjisi metal yüzeyinin iş fonksiyonunden daha büyükse elektronların bu maddelerden fırtatılmasına sebep olur.

“Kuantum mekaniği” (Almanca; "quantenmechanik") ifadesi Max Born, Werner Heisenberg, ve Wolfgang Paulil’nin aralarında bulunduğu birkaç fizikçi tarafından Göttingen Üniversitesinde 1920’lerin başında üretilmiştir, ve ilk olarak Born’un 1924 tarihli"Zur Quantenmechanik"makalesinde kullanılmıştır. İlerleyen yıllarda bu teorik temel yavaş yavaş kimyasal yapı, reaktiflik ve bağlanma üzerinde uygulanmaya başlamıştır.

Ludwig Boltzmann 1877 yılında molekül gibi fiziksel sistemlerinin enerji seviyelerinin farklı olabileceğin önerdi. Kendisi, matematikçiler Gustav von Estcherich ve Emil Müller ile birlikte Avusturya Matematik Topluluğu’nun kurucusuydu. Boltzmann’ın iyot gazında olduğu gibi moleküllerdeki farklı enerji seviyelerinin varlığına dair gösterdiği gerekçesinin kökleri istatistiksel termodinamik ve istatistik mekanik teorilerindedir ve matematiksel argümanlar ve 20 yıl sonra Max Planck tarafından ileri sürülen ilk kuantum teorisiyle desteklenmiştir.

Dahası, Planck’in kuantum teorisinin elektrona uygulanması 1911-1913'te Ştefan Procopiu’nun ardından 1913'te Niels Bohr’un, daha sonraları “magneton” şeklinde adlandırılan, elektronun manyetik momentini hesaplamasına zemin hazırladı. Benzer fakat sayı olarak oldukça farklı değerlerde olan kuantum hesaplamaları, daha sonraları, manyetiğin elektrondan daha küçük olan 3 parçası protonun ve nötronun manyetik momenti için de mümkün kılındı.

Bu ifade bir 20. Yüzyıl fizikçisi tarafından yazılan en devrimsel cümle olarak görülmüştür. Bu enerji miktarları daha sonra 1926 yılında Gilbert N. Lewis tarafından "foton" olarak adlandırılmıştır. Her fotonun nicesel olarak enerji barındırması fikri kayda değer bir başarıydı; bu sayede teorik olarak ışığın sadece dalga olarak görülmesi yüzünden ortaya çıkan sonsuz enerjiye erişen siyah cisim radyasyonu problemi çözülmüştür. 1913 yılında Bohr, On the Constitution of Atoms and Molecules makalesinde kuantumlama kullanarak hidrojen atomunun tayf çizgilerini açıkladı.

Bu teoriler başarılı olmalarına rağmen oldukça görüngüseldi. O tarihte, Henri Poincare’in 1912 tarihli Planck’ın teorisini masaya yatırdığı makalesi Sur la théorie des quanta dışında nicemlemeyi kanıtlayacak kesin kanıtlar yoktu. Hepsi "eski kuantum teorisi" olarak anılıyordu.

1924 yılında, Fransız fizikçi Louis de Broglie parçacıkların dalga özellikleri dalgaların da parça özellikleri gösterebileceğini belirterek, madde dalga teorisini ileri sürdü. Bu teori bir parçacık içindi ve Özel görelilik teorisinden geliyordu. Modern kuantum mekaniği 1925 yılında Alman fizikçi Werner Heisenberg, Max Born ve Pascual Jordan matris mekaniğini geliştirmesiyle ve Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger dalga mekaniğini ve de Broglie’nin teorisini genelleştiren göresiz Schrödinger denklemini keşfetmesiyle Borglie’nin yaklaşımı üzerine kurulmuştur. Daha sonra Schrödinger iki yaklaşımın da aynı olduğunu göstermiştir.

Heisenberg 1927 yılında belirsizlik ilkesini formüle etti, aynı zamanda da Kopenhag yorumu şekillenmeye başladı. 1927 yılında Paul Dirac kuantum mekaniğini özel görelilikle birleştirme çalışmalarına, elektron için Dirac denklemini öne sürerek başladı. Dirac denklemi, Schrödinger’in elde edemediği, bir elektronun dalga işlevinin göreli tasvirini elde etmeyi başardı. Bu elektronun dönüşünü hesapladı ve Dirac’ı pozitronun varlığını tahmin etmeye itti. Ayrıca bra-ket gösterimi ile birlikte 1930 tarihli ünlü ders kitabında tarif ettiği operatör teorisine öncülük etti. Aynı tarihlerde, Macar bilgin John von Neumann 1932 tarihli ünlü ders kitabında tarif ettiği gibi, Hilbert boşlukları üzerine doğrusal operatörler teorisinde kuantum mekaniği için kesin matematiksel temeli formüle etti. Bunlar gibi, kuruluş zamanından beri birçok çalışma hala duruyor ve sıklıkla kullanılıyor.

Kuantum kimyası alanına fizikçi Walter Heitler ve 1927 yılında hidrojen molekülünün kovalent bağ ile ilgili bir çalışma yayımlayan Fritz London tarafından öncülük edilmektedir. Kuantum kimyası daha sonraları Caltech’den Amerikan kuramsal kimyacı Linus Pauling ve John C. Slater’ın molekül orbital kuramı ya da değerlik kuramı gibi çeşitli teorileriyle birçok uzman tarafından geliştirildi.

1927’den itibaren araştırmacılar kuantumu parçacıklar yerine alanlara uygulama girişimlerinde bulundu ve bu da kuantum alanı kuramlarının ortaya çıkmasına sebep oldu. P.A.M. Dirac, W. Pauli, V. Weisskopf, ve P. Jordan bu alandaki ilk araştırmacılardandır. Bu araştırma alanı kuantum elektrodinamiğinin R.P. Feynman, F. Dyson, J. Schwinger, ve S.I. Tomonaga tarafından 1940’larda formüle edilmesiyle en üst noktasına ulaştı. Kuantum elektrodinamiği elektronların, pozitronların ve elektromanyetik alanın Kuantum alan teorisini tanımlamıştır ve daha sonraki kuantum alan kuramı için model olarak alınmıştır.

Kuantum renk dinamiği teorisi 1960’ların başında formüle edilmeye başlanmıştır. Bugünkü haliyle bildiğimiz teori Politzer, Gross ve Wilczek tarafından 1975 yılında formüle edilmiştir.

Schwinger, Higgs ve Goldstone’un öncü çalışması üzerine ekleme yapma kaydı ile, fizikçiler Glashow ve Salam zayıf nükleer gücün ve kuantum elektrodinamiğinin tek bir elektrozayıf kuvvette birleştirilebileceğini gösterdi ve bu sayede 1979 yılında ]]Nobel Fizik Ödülünü}} aldı.

Klaus von Klitzing tarafından 1980 yılında keşfedilen Kuantum Hall Olgusu. Hall Olgusunun nicemselleşmiş hali elektrik ve ince yapı sabitesi için aşırı isabetli bir saptama ortaya çıkardı.