Mekanik kuantum

Mekanik kuantum - kadangkalanya disebut teori kuantum, mekanik gelombang, atau fizik kuantum - ialah satu teori fizik yang membincangkan perihal bahan di peringkat atom dan sub-atom. Konsep asasnya telah dikaji dan ditemui sejak tahun 1925 sehingga 1935 oleh Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger, Max Born, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac, John von Neumann dan ahli-ahli fizik lain.
Teori ini merupakan cabang utama fizik zaman moden dan asas bagi pelbagai bidang lain seperti fizik atom, fizik jasad pejal, fizik nuklear dan zarah selain kimia kuantum dan biologi kuantum. Oleh kerana fizik klasik kurang sesuai untuk digunakan bagi membincangkan sifat-sifat sesebuah sistem yang kecil, teori mekanik kuantum pula berupaya untuk memberikan kiraan yang tepat bagi ciri-ciri fizikal atom-atom, molekul-molekul, jasad-jasad pejal bahkan sistem biologi.
Mekanik kuantum berbeza bukan sahaja dari segi struktur matematik, malah turut bertentangan dengan beberapa konsep asas fizik klasik. Bagi menjelaskan teori ini, beberapa interpretasi telah dibangunkan. Cabang-cabang fizik seperti mekanik, gelombang, sifat bahan, termodinamik, dan elektrik dan elektromagnet adalah berasaskan konsep mekanik yang diasaskan oleh Isaac Newton manakala mekanik kuantum adalah berasaskan prinsip-prinsip yang berbeza. Mekanik yang dibawa oleh Newton dapat digunakan untuk menerang banyak konsep dan pemerhatian kepada objek-objek yang besar dan bergerak dengan laju yang sederhana. Bagi kajian tentang objek yang bergerak dengan halaju yang tinggi, teori relativiti yang dikemukan oleh Albert Einstein perlu digunakan manakala bagi kajian tentang objek yang kecil seperti atom dan elektron, mekanik kuantum perlu digunakan. Mekanik yang dihasilkan oleh Newton juga dikenali sebagai "mekanik Newton" atau"mekanik klasik".

Sejarah mekanik kuantum

Pada penghujung abad ke-19, ramai ahli sains berpendapat bahawa subjek fizik telah mencapai kemuncaknya. Kerja-kerja yang tinggal hanyalah menggunakan fizik untuk menerang pemerhatian dalam kimia, menentukan pemalar fizik kepada nilai yang lebih jitu, dan menyelesaikan tiga masalah penting yang bakal melahirkan bidang mekanik kuantum. Masalah keempat juga terbentuk dalam proses kelahiran mekanik kuantum.

Masalah keempat

Masalah keempat berlaku apabila J. J. Thomson dan Ernest Rutherford, masing-masing telah menemui elektron dan nukleus yang bercas positif. Mengikut teori dalam mekanik, apabila elektron bergerak mengelilingi nukleus yang bercas positif, elektron itu sedang mengalami pecutan dan jesteru, mengikut teori elektromagnet klasik, satu zarah bercas yang sedang memecut akan menghasilkan gelombang elektromagnet. Dengan kata lain, elektron dalam atom akan sentiasa menghasilkan gelombang elektromagnet tetapi tenaga keupayaan yang dimiliki oleh elektron perlu dikorbankan untuk tujuan itu (mengikut Prinsip Keabadian Tenaga). Maka, elektron akan menghampiri nukleus dan lama-kelamaan, keseluruhan atom itu akan musnah tetapi fenomena ini tidak pernah diperhatikan.

Postulat mekanik kuantum

Terdapat lima postulat dalam mekanik kuantum.

Postulat pertama

Keadaan satu sistem kuantum mekanik dapat diterangkan sepenuhnya dengan satu fungsi  yang bergantung kepada koordinat zarah itu dan masa. Fungsi ini dipanggil fungsi gelombang atau fungsi keadaan dan mempunyai satu sifat yang penting iaitu kebarangkalian zarah itu berada dalam ruang  di sekitar kedudukan  dan pada masa  diberi oleh .