Kvanttihyppy

Kvanttihyppy on nimitys, jota käytetään kvanttifysikaalisen systeemin äkillisestä, epäjatkuvasta siirtymisestä tilasta toiseen. Kvanttihypyssä systeemin tilaa kuvaavista kvanttiluvuista yhden tai useamman arvo muuttuu äkillisesti. Nimitys viittaa toteamukseen, että luonto ei näytä noudattavan periaatetta, jonka Isaac Newton ilmaisi lauseella "Natura non facit saltum" ("Luonto ei tee hyppäyksiä").

Kvanttihyppy atomissa 

Atomissa kvanttihyppy on elektronin yhtäkkinen siirtyminen energiatasolta toiselle. Siirtyminen on epäjatkuva ilmiö: elektronin energiatila muuttuu yhtäkkisesti. Tämä on vastoin klaissista fysiikkaa, jonka mukaan energia jakautuisi jatkuvasti. Kvanttihypyn tapahtuessa atomi luovuttaa tai vastaanottaa yhden sähkömagneettisen säteilyn kvantin eli fotonin, jonka energia vastaa energiatasojen erotusta.

Bohrin atomimallissa oli oletettava lisäksi, että tällöin elektroni myös siirtyisi äkillisesti ja epäjatkuvasti kiertoradalta toiselle ja siten paikasta toiseen. Sen sijaan uudemmissa kvanttimekaanisissa atomimalleissa elektroneilla ei ole kiinteitä kiertoratoja, vaan kutakin energiatasoa vastaa tietty Schrödingerin yhtälön mukainen aaltofunktio, joka ilmoittaa vain, millä todennäköisyydellä elektroni on milläkin alueella, ja eri energiatasoja vastaavat alueet, joissa elektroni voi jollakin todennäköisyydellä olla, ovat suurelta osin päällekkäisiä.

Todellisissa fysikaalisissa syteemeissä kvanttihyppy ei merkitse kovin suurta muutosta ja saattaa olla hyvinkin vähäinen. Hyvänä esimerkkinä voidaan mainita Bohrin mallin mukaiseksi ajateltu vetytomi jossa havaitut energiatason muutokset, joihin liittyy kuhunkin tietyn suuruinen energiaero, muodostavat suuren joukon, jossa kaikki energiaerot ovat pienempiä kuin se energia, joka tarvitaan perustilassa olevan elektronin poistamiseen atomista.

Aaltofunktion romahtaminen 

Aaltofunktion romahtamisella tarkoitetaan sattumanvaraista, ei-determinististä muutosta, joka tapahtuu kvanttimekaaniselle systeemille, kun siitä tehdään havainto. Tähän ilmiöön liittyvät teoreettiset vaikeudet tunnetaan keskiarvoprobleeman nimellä.

Nimityksen kuvaannollinen käyttö 

Kuvaannollisesti kvanttihyppy on tullut tarkoittamaan äkillistä suurta ja radikaalia muutosta. Nimitys on tullut käyttöön 1900-luvun alkupuolella pian kvanttifysiikan tultua tunnetuksi. Tämä ilmaisun kansanomainen käyttö muistuttaa sen tieteellistä merkitystä sikäli, että se tarkoittaa äkillistä, revolutiivista muutosta asteittaisen eli evolutiivisen muutoksen vastakohtana. Tavallisesti sillä kuitenkin tarkoitetaan nimenomaan suurta äkillistä muutosta, kun taas fysikaalisissa kvanttihypyissä on aina kysymys arkielämästä tuttuihin mittasuhteisiin nähden erittäin pienistä energian muutoksista.

Termin englanninkielisestä vastineesta Quantum leap johtuu myös Sinclair QL:n nimi.

Lähteet

Aiheesta muualla 

 

Kvanttimekaniikka