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.

Uvod 
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.

Teorija 
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)  i talasnu mehaniku (koju je formulisao Ervin Šredinger).

Primene 
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.

Filozofske posledice 
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.

Istorija 
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.

Hronologija utemeljivačkih eksperimenata 
 ~ 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 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.

Vidi još 
 Polarizacija fotona
 Kvantna hemija
 Kvantni računari
 Kvantna elektronika
 Kvantna teorija polja
 Teorijska hemija

Beleške

Literatura 

 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. . 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 
 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), 
 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. 
 Hagen Kleinert, Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets, 3th edition, World Scientific (Singapore, 2004) (also available online here)
 George Mackey (2004). The mathematical foundations of quantum mechanics. Dover Publications. .
 
 
 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) 
 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. 
 Slobodan Macura, Jelena Radić-Perić, ATOMISTIKA, Fakultet za fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu/Službeni list, Beograd, 2004. (stara kvantna teorija i većina utemeljivaćkih eksperimentata).

Eksterni linkovi 

Opšte:
 A history of quantum mechanics
 A Lazy Layman's Guide to Quantum Physics 
 Introduction to Quantum Theory at Quantiki 
 Quantum Physics Made Relatively Simple: three video lectures by Hans Bethe
 Decoherence by Erich Joos
 Getting Started with Quantum  an Essay for the Uninitiated
 This Quantum World  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 
 A short FAQ on quantum resonances 

Media:
 Everything you wanted to know about the quantum world — archive of articles from New Scientist magazine.
 Quantum Physics Research From ScienceDaily
 
 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 
 "Quantum Physics Quackery"  by Victor Stenger, Skeptical Inquirer (January/February 1997).
 Crank Dot Net's quantum physics page  — "cranks, crackpots, kooks & loons on the net"
 Hinduism & Quantum Physics
 Invariantology and Quantum Physics 
 "Hidden Variables in Quantum Theory: The Hidden Cultural Variables of their Rejection."  Online article.

 
Mehanika
Fizika elementarnih čestica
Teorijska fizika