Fisica quantistica

La meccanica quantistica (anche detta fisica quantistica) è una teoria della fisica moderna che descrive il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni, con particolare riguardo ai fenomeni tipici delle scale di lunghezze o di energie atomiche e subatomiche.

L'inconsistenza e l'impossibilità della meccanica classica di rappresentare la realtà sperimentale, in particolare della luce e dell'elettrone, furono le motivazioni principali che portarono allo sviluppo della meccanica quantistica nella prima metà del XX secolo. Il nome "teoria dei quanti", introdotto da Max Planck agli inizi del Novecento,si basa sul fatto che alcune quantità o grandezze di certi sistemi fisici a livello microscopico, come l'energia o il momento angolare, possono variare soltanto di valori discreti e non continui, detti anche "quanti".

Come caratteristica fondamentale, la meccanica quantistica descrive la radiazione e la materia sia come un fenomeno ondulatorio che allo stesso tempo come entità particellari, al contrario della meccanica classica dove per esempio la luce è descritta solo come un'onda o l'elettrone solo come una particella. Questa inaspettata e contro intuitiva proprietà, chiamata dualismo onda-particella, è la principale ragione del fallimento di tutte le teorie classiche sviluppate fino al XIX secolo. La relazione fra la natura ondulatoria e quella corpuscolare delle particelle è formulata nel principio di indeterminazione di Heisenberg e dichiarata all'interno del principio di complementarità.
fisico tedesco Max Planck (1858-1947) fu il primo a introdurre il concetto di "quanto" nel suo lavoro del 1900 "Ueber die Elementarquanta der Materie und der Elektrizität" (Sui quanti elementari della materia e dell'elettricità)

In parole povere La meccanica quantistica (QM, noto anche come la fisica quantistica o la teoria quantistica) è un ramo fondamentale della fisica che si occupa di fenomeni fisici a scale nanoscopiche in cui l'azione è dell'ordine della costante di Planck. Si parte dalla meccanica classica principalmente al regno quantico di scale di lunghezza atomiche e subatomiche. La meccanica quantistica fornisce una descrizione matematica di gran parte del comportamento delle particelle dual-like e ondulato e interazioni di energia e materia. La meccanica quantistica fornisce un quadro sostanzialmente utile per molte caratteristiche della moderna tavola periodica degli elementi, tra cui il comportamento degli atomi durante il legame chimico e ha svolto un ruolo importante nello sviluppo di molte tecnologie moderne.

In argomenti avanzati di meccanica quantistica, alcuni di questi comportamenti sono macroscopico (vedi fenomeni quantistici macroscopici) ed emergono ad energie o temperature (come nell'uso dei magneti superconduttori) solo estreme (cioè molto basso o molto alto). Nel contesto della meccanica quantistica, il dualismo onda-particella di energia e materia e il principio di indeterminazione di fornire una visione unificata del comportamento dei fotoni, elettroni, e altri oggetti su scala atomica.

Le formulazioni matematiche della meccanica quantistica sono astratti. Una funzione matematica, la funzione d'onda, fornisce informazioni sulla probabilità di ampiezza di posizione, quantità di moto, e altre proprietà fisiche di una particella. Manipolazioni matematiche della funzione d'onda di solito comportano la notazione bra-ket, che richiede una comprensione di numeri complessi e funzionali lineari. La formulazione funzione d'onda considera la particella come un oscillatore armonico quantistico, e la matematica è simile a quella che descrive risonanza acustica. Molti dei risultati della meccanica quantistica non sono facilmente visualizzati in termini di meccanica classica. Per esempio, in un modello meccanico quantistico lo stato più basso di energia di un sistema, lo stato fondamentale, è diverso da zero rispetto ad una più stato fondamentale "tradizionale" con energia cinetica zero (tutte le particelle a riposo). Invece di un tradizionale statico, immutabile stato di energia pari a zero, la meccanica quantistica permette di gran lunga più dinamico, possibilità caotiche, secondo John Wheeler.

Le prime versioni della meccanica quantistica sono state formulate nel primo decennio del 20 ° secolo. A proposito di questo tempo, la teoria atomica e la teoria corpuscolare della luce (come aggiornato da Einstein) [1] primo è venuto a essere ampiamente accettata come un fatto scientifico; queste ultime teorie possono essere viste come teorie quantistiche della materia e radiazione elettromagnetica, rispettivamente. Teoria quantistica precoce è stata riformulata in modo significativo a metà degli anni 1920 da Werner Heisenberg, Max Born e Pascual Jordan, (meccanica delle matrici); Louis de Broglie e Erwin Schrödinger (meccanica ondulatoria); e Wolfgang Pauli e Satyendra Nath Bose (statistiche di particelle subatomiche). Inoltre, l'interpretazione di Copenaghen del Niels Bohr è stato ampiamente accettato. Nel 1930, la meccanica quantistica era stato ulteriormente unificata e formalizzata dal lavoro di David Hilbert, Paul Dirac e John von Neumann [2] con una maggiore enfasi posta sulla misura in meccanica quantistica, la natura statistica della nostra conoscenza della realtà, e la speculazione filosofica sul ruolo dell'osservatore. La meccanica quantistica in quanto ha permeato tutto molti aspetti della fisica del 20 ° secolo e di altre discipline, tra cui chimica quantistica, l'elettronica quantistica, ottica quantistica e informazione quantistica scienza. Gran parte della fisica del 19 ° secolo è stato rivalutato come il "limite classico" della meccanica quantistica e dei suoi sviluppi più avanzati in termini di teoria quantistica di campo, la teoria delle stringhe, e speculative teorie di gravità quantistica.

La meccanica quantistica nome deriva dalla constatazione che alcune grandezze fisiche possono cambiare solo in quantità discrete (quanti latino), e non in un (cfr analogico) modo continuo.