Mecanica cuantică fenomenologică
Authors:   Romanian Academy, Sfetcu Nicolae 
Published: March 2024

O introducere la nivel fenomenologic, cu un aparat matematic minimal, în mecanica cuantică. Un ghid pentru cine dorește să înțeleagă cea mai modernă, mai complexă și mai neconformă disciplină fizică, un domeniu care a schimbat fundamental percepțiile oamenilor de știință despre Lume. În 1900, Max Planck a introdus ideea că energia este cuantificată, pentru a obţine o formulă la energia emisă de un corp negru. În 1905, Einstein a explicat efectul fotoelectric postulând că energia luminii vine în cuante numite fotoni. In 1913, Bohr a explicat liniile spectrale ale atomului de hidrogen, din nou prin utilizarea de cuante. În 1924, Louis de Broglie a prezentat teoria sa a undelor de materie. Aceste teorii, deşi de succes, au fost strict fenomenologice: nu a existat nicio justificare riguroasă pentru cuantificare. Ele sunt denumite colectiv ca vechea teorie cuantică. Expresia "fizica cuantica" a fost folosită pentru prima dată în lucrarea lui Johnston: Universul lui Planck în lumina fizicii moderne. Mecanica cuantică modernă s-a născut în 1925, când Heisenberg a dezvoltat mecanica matriceală şi Schrödinger a inventat mecanica ondulatorie şi ecuaţia Schrödinger. Schrödinger a demonstrat ulterior că cele două abordări au fost echivalente. Heisenberg a formulat principiul său de incertitudine în 1927, iar interpretarea de la Copenhaga a apărut în aproximativ acelaşi timp. În 1927, Paul Dirac a unificat mecanica cuantică cu teoria relativităţii restrânse. De asemenea, el a utilizat printre primii teoria operatorilor, inclusiv notaţia influenţială bra-ket. În 1932, John von Neumann a formulat baza matematică riguroasă pentru mecanica cuantică, ca teoria operatorilor. În anii 1940, electrodinamica cuantică a fost dezvoltată de Feynman, Dyson, Schwinger, şi Tomonaga. Ea a servit ca model pentru teoriile ulterioare ale câmpului cuantic. Interpretarea multiplelor lumi a fost formulat de către Everett în 1956. Cromodinamica cuantică a avut o istorie lungă, de la începutul anilor 1960. Teoria aşa cum o ştim astăzi a fost formulată de către Polizter, Gross şi Wilzcek în 1975. Bazându-se pe munca de pionierat a lui Schwinger, Higgs, Goldstone şi alţii, Glashow, Weinberg şi Salam au demonstrat în mod independent cum că forţa nucleară slabă şi electrodinamica cuantică ar putea fi unite într-o singură forţă electroslabă. Încă de la începuturile sale, cele mai multe rezultate contra-intuitive ale mecanicii cuantice au provocat puternice dezbateri filozofice şi mai multe interpretări. Interpretarea de la Copenhaga, datorată în mare parte lui Niels Bohr, a fost interpretarea standard a mecanicii cuantice, atunci când a fost formulată pentru prima dată. În conformitate cu aceasta, natura probabilistică a predicţiilor mecanicii cuantice nu poate fi explicată în termeni ai altor teorii deterministe, şi nu reflectă pur şi simplu cunoştinţele noastre limitate. Mecanica cuantică oferă rezultate probabilistice deoarece universul fizic este în sine probabilistic, mai degrabă decât determinist. O mare parte a tehnologiei moderne funcţionează în conformitate cu principiile din mecanica cuantică. Exemplele includ laserul, microscopul electronic, şi imagistica prin rezonanţă magnetică. Cele mai multe dintre calculele efectuate în chimia computaţională se bazează pe mecanica cuantică.