Teori mekanika kuantum

There are numerous mathematically equivalent formulations of quantum mechanics. Ada banyak setara formulasi matematis mekanika kuantum. Salah satu yang tertua dan paling umum digunakan adalah rumusan teori transformasi yang diusulkan oleh Cambridge fisikawan Paul Dirac, yang menyatukan dan kedua awal generalizes formulasi mekanika kuantum, mekanika matriks (ditemukan oleh Werner Heisenberg dan gelombang mekanik (diciptakan oleh Erwin Schrödinger

Dalam rumusan ini, yang seketika keadaan sistem kuantum encode probabilitas dari sifat terukur, atau "diamati". Contoh diamati meliputi energi, posisi, momentum, dan momentum sudut. Diamati dapat dilakukan secara kontinu (misalnya, posisi partikel) atau diskrit (misalnya, energi dari sebuah elektron terikat pada atom hidrogen).

Secara umum, mekanika kuantum tidak menetapkan nilai yang pasti untuk diamati. Sebaliknya, itu membuat prediksi menggunakan distribusi probabilitas, yaitu probabilitas memperoleh kemungkinan hasil dari pengukuran yang diamati. Sering kali hasil ini dipengaruhi oleh banyak sebab, seperti rapat probabilitas awan atau negara kuantum tarik nuklir. Tentu saja, probabilitas ini akan tergantung pada negara kuantum di "instan" pengukuran. Oleh karena itu, ketidakpastian yang terlibat dalam nilai. Terdapat Namun, negara-negara tertentu yang berhubungan dengan nilai tertentu diamati tertentu. Ini dikenal sebagai "eigenstates" dari diamati ( "eigen" secara kasar dapat diterjemahkan dari Jerman sebagai melekat atau sebagai karakteristik Dalam dunia sehari-hari, wajar dan intuitif untuk memikirkan segala sesuatu (setiap diamati) sebagai berada di sebuah eigenstate. Segala sesuatu tampaknya memiliki posisi yang pasti, yang pasti momentum, yang pasti energi, dan waktu pasti kejadian. Namun, mekanika kuantum tidak menentukan nilai-nilai yang tepat untuk sebuah posisi partikel dan momentum (karena mereka adalah pasangan konjugasi) atau tenaga dan waktu (karena mereka juga merupakan pasangan konjugasi), melainkan hanya menyediakan berbagai probabilitas di mana partikel mungkin diberikan momentum dan momentum probabilitas. Oleh karena itu, akan sangat membantu untuk menggunakan kata-kata yang berbeda untuk menggambarkan negara-negara yang memiliki ketidakpastian nilai-nilai dan negara-negara yang memiliki nilai-nilai tertentu (eigenstate).

Dalam mekanika kuantum, ada dualitas gelombang-partikel sehingga sifat-sifat partikel dapat digambarkan sebagai sifat-sifat gelombang. Oleh karena itu, para negara kuantum dapat direpresentasikan sebagai gelombang yang sewenang-wenang memperluas bentuk dan ruang angkasa sebagai fungsi gelombang. Para Prinsip Ketidakpastian menyatakan bahwa baik posisi dan momentum secara simultan tidak dapat diukur dengan ketepatan yang penuh pada waktu yang sama. Namun, orang dapat mengukur posisi saja dari partikel yang bergerak bebas menciptakan posisi eigenstate dengan fungsi gelombang yang sangat besar (a Dirac delta) di posisi tertentu x dan nol di tempat lain. Jika seseorang melakukan pengukuran posisi yang demikian fungsi gelombang, hasilnya x akan dapat diperoleh dengan 100% probabilitas (penuh kepastian). Ini disebut posisi eigenstate (matematis lebih tepat: eigenstate posisi generalized (eigendistribution). Jika partikel ini dalam posisi eigenstate maka momentum benar-benar diketahui. Di sisi lain, jika partikel dalam momentum eigenstate maka posisinya benar-benar diketahui. Dalam sebuah momentum eigenstate memiliki gelombang pesawat formulir, dapat ditunjukkan bahwa panjang gelombang sama dengan h / p, di mana h adalah konstanta Planck dan p adalah momentum eigenstate.

Biasanya, sebuah sistem tidak akan di eigenstate dari diamati kita tertarik Namun, jika orang mengukur diamati, fungsi gelombang akan seketika menjadi eigenstate (atau umum eigenstate) dari yang diamati. Proses ini dikenal sebagai keruntuhan fungsi gelombang, proses yang diperdebatkan. Ini melibatkan memperluas sistem studi di bawah untuk menyertakan perangkat pengukuran. Jika ada yang tahu fungsi gelombang yang sesuai pada saat sebelum pengukuran, orang akan dapat menghitung probabilitas runtuh ke masing-masing yang mungkin eigenstates. Sebagai contoh, ensiklopedia partikel pada contoh sebelumnya akan biasanya memiliki fungsi gelombang yang merupakan paket gelombang yang berpusat di sekitar beberapa berarti posisi x 0, bukan merupakan eigenstate posisi maupun momentum. Ketika seseorang mengukur posisi partikel, adalah mustahil untuk memprediksi dengan pasti hasil. Hal ini mungkin, tapi tidak yakin, bahwa itu akan berada di dekat x 0, di mana amplitudo fungsi gelombang besar. Setelah pengukuran dilakukan, setelah diperoleh beberapa hasil x, fungsi gelombang runtuh ke posisi eigenstate berpusat di x.

Gelombang fungsi dapat berubah sejalan dengan waktu berlangsung. Suatu persamaan yang dikenal sebagai persamaan Schrödinger menggambarkan bagaimana fungsi-fungsi gelombang perubahan waktu, peran yang mirip dengan hukum kedua Newton pada mekanika klasik. Persamaan Schrödinger, diterapkan pada contoh tersebut bebas partikel, memprediksi bahwa pusat sebuah paket gelombang akan bergerak melalui angkasa pada kecepatan konstan, seperti partikel klasik dengan tidak ada gaya yang bekerja padanya. Namun, paket gelombang juga akan menyebar keluar sebagai waktu berlangsung, yang berarti bahwa posisi menjadi lebih pasti. Hal ini juga memiliki efek mengubah eigenstates posisi (yang dapat dianggap sebagai gelombang tajam tak terhingga paket) ke dalam gelombang diperluas paket-paket yang tidak lagi posisi eigenstates. Beberapa fungsi gelombang menghasilkan distribusi probabilitas yang konstan atau tidak tergantung pada waktu, seperti seperti ketika dalam keadaan stasioner energi konstan, waktu tetes keluar dari mutlak kuadrat dari fungsi gelombang. Banyak sistem yang diperlakukan secara dinamis dalam mekanika klasik seperti dijelaskan oleh "statis" fungsi gelombang. Sebagai contoh, sebuah elektron dalam sebuah unexcited atom klasik digambarkan sebagai sebuah partikel bergerak dalam lintasan melingkar di sekitar inti atom, sedangkan dalam mekanika kuantum itu digambarkan oleh seorang statis, bola simetris yang mengelilingi nukleus fungsi gelombang. (Perhatikan bahwa hanya momentum sudut terendah menyatakan, berlabel s, adalah bola simetris).

The time evolusi dari fungsi gelombang adalah deterministik dalam arti bahwa, diberi fungsi gelombang pada waktu awal, itu membuat prediksi yang pasti apa fungsi gelombang akan berada pada waktu berikutnya. Selama pengukuran, perubahan dari fungsi gelombang ke lain tidak deterministik, tetapi tidak bisa ditebak, yaitu, acak. Ada waktu-evolusi simulasi dapat dilihat di sini.

Yang probabilistik mekanika kuantum alam demikian berasal dari tindakan pengukuran. Ini adalah salah satu aspek yang paling sulit sistem kuantum untuk memahami. Ini adalah topik sentral dalam terkenal debat Bohr-Einstein, di mana dua ilmuwan mencoba untuk menjelaskan prinsip-prinsip fundamental ini cara berpikir eksperimen. Dalam dekade setelah formulasi mekanika kuantum, pertanyaan mengenai apa yang disebut sebagai "pengukuran" telah secara ekstensif dipelajari. Interpretasi mekanika kuantum telah dirumuskan untuk membunuh dengan konsep "runtuhnya fungsi gelombang"; lihat, misalnya, relatif interpretasi negara. Ide dasarnya adalah bahwa ketika sebuah sistem kuantum berinteraksi dengan alat pengukur, wavefunctions masing-masing menjadi terbelit, sehingga sistem kuantum yang asli akan hilang sebagai suatu Untuk rincian, lihat artikel tentang pengukuran dalam mekanika kuantum.

BACA JUGA ARTIKEL LAINNYA