Otevřít hlavní menu

Změny

Odebráno 290 bajtů ,  před 2 lety
m
- spam
[[Soubor:HAtomOrbitals.png|thumb|275px| Obrázek udává hustoty pravděpodobnosti odpovídající vlnové funkci [[elektron]]u v [[atom]]u [[vodík]]u s konečnou energií (dolů se zvyšuje: ' n ' = 1, 2, 3, ...) a [[moment hybnosti]] (rovně se zvyšuje: ' s'', ' p'', ' d'',...). Světlejší oblasti odpovídají vyšší hustotě pravděpodobnosti pro měřené polohy. Vlnové funkce jako tyto, jsou srovnatelné se zvukovým chvěním v klasické fyzice. [[Moment hybnosti]] a [[energie]] jsou kvantované, a proto jsou diskrétní. Proto je obraz stejný jako pro [[rezonanční frekvence]] v [[akustika|akustice]]).]]
 
'''Kvantová mechanika''' je vedle [[kvantová teorie pole|kvantové teorie pole]] součástí [[kvantová teorie|kvantové teorie]], což je základní [[fyzikální teorie]], která zobecnila a rozšířila [[klasická mechanika|klasickou mechaniku]], zejména na [[atom]]ové a subatomové úrovni. Od klasické mechaniky se odlišuje především popisem stavu fyzikálních objektů. Stav [[mikročástice|mikročástic]] v kvantové mechanice není popsán jejich polohou a [[hybnost]]í, jak je tomu v klasické mechanice, ale [[vlnová funkce|vlnovou funkcí]], obdobně jako je postupná [[elektromagnetická vlna]] popsána [[harmonická funkce|harmonickou funkcí]]. Při přesně definovaných vnějších podmínkách pak lze pomocí kvantové mechaniky vypočítat pomocí [[Schrödingerova rovnice|Schrödingerovy rovnice]] vlnovou funkci v libovolném časovém okamžiku.<br />
 
Vlnová rovnice popisuje [[De Broglieova vlna|de Broglieovu vlnu]] částice a čtverec absolutní hodnoty vlnové funkce udává [[hustota pravděpodobnosti|hustotu pravděpodobnosti]] výskytu mikročástice. Jednodušeji lze toto říci, že se daná částice nachází v čase '' t'' na místě udaném souřadnicemi x, y, z s určitou pravděpodobností.<br />
 
Hlavním rysem [[interpretace kvantové mechaniky]] je [[teorie pravděpodobnosti|pravděpodobnostní]] popis.<ref>JAMMER, Max, ''The Conceptual Development of Quantum Mechanics''. New York: McGraw-Hill, 1966.</ref><ref>FEYNMAN Richard Philip, Leighton, Sands: ''Feynmanovy přednášky z fyziky. 3 díl'' ISBN 80-7200-421-2.</ref><ref>DIRAC, Pual Adrien Maurice, ''The Principles of Quantum Mechanics''. Oxford Univ. Press, Oxford, 1958.</ref><ref>LANDAU, Lev Davidovič, LIFŠIC, Jevgenij Michailovič, ''Kvantovaja mechanika - Nerelativističeskaja těorija.'' Kurs těoretičeskoj fyziky, Tom 3, Moskva : Nauka, 1974.</ref><ref>BORN, Max, ''Nobel Price Lecture''. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1954/born-lecture.pdf</ref> Dalším typickým rysem je tzv. [[kvantování]], [[diskrétnost]] a [[nespojitost]] některých veličin, které v klasické mechanice bývají spojité. Rysem kvantové mechaniky je taktéž výskyt veličin a jevů, které nemají na úrovni klasické mechaniky přímou analogii: např. [[spin]] částic, [[Kvantové provázání|provázanost]] (zapletení) stavů, [[relace neurčitosti]], atp. (ale tyto analogie mohou mít)<ref>https://www.quora.com/How-does-the-uncertainty-principle-relate-to-Fourier-transforms - How does the uncertainty principle relate to Fourier transforms?</ref>
 
<br />
Klasická mechanika se dá získat z kvantové limitním přechodem, kdy lze považovat za dostatečně malé elementární kvantum [[akce (fyzika)|akce]], tzv. [[Planckova konstanta|Planckovu konstantu]]. To je podobné např. limitnímu přechodu od relativistické mechaniky ke klasické, který odpovídá limitě pro rychlosti malé vzhledem k rychlosti světla. Naproti tomu je zapotřebí zdůraznit, že ''kvantový popis není nikterak omezen jen na oblast [[mikroskopický]]ch systémů''. Existuje i řada [[makroskopický]]ch systémů, kde se projevují kvantové rysy - např. makroskopická [[supravodivost]], [[supratekutost]], atp. Kvantově-mechanický popis lze uplatnit dokonce i pro jevy v astronomickém měřítku.
 
<br />
Kvantová mechanika se obvykle zabývá soustavami obsahujícími konečný počet bodových částic s nenulovou klidovou hmotností. Společně s [[teorie relativity|teorií relativity]] je považována za pilíř [[moderní fyzika|moderní fyziky]], přestože spolu v některých situacích netvoří konzistentní celek. Zatímco teorie relativity, ať již [[speciální teorie relativity|speciální]], či [[obecná teorie relativity|obecná]], nachází uplatnění zejména pro velké [[rychlost]]i, [[rozměr]]y a [[hmotnost]]i, kvantová mechanika se nejčastěji projeví u malých (subatomárních) rozměrů, což jsou například [[elektron]]y, [[neutron]]y, [[atom]]y, [[molekula|molekuly]], [[foton]]y atd. Speciální teorie relativity má ovšem zásadní význam i pro kvantovou mechaniku - např. v [[Paul Dirac|Diracově]] modelu [[atom vodíku|atomu vodíku]] a [[standardní model|standardním modelu]] fyziky elementárních částic. Na rozdíl od [[kvantová teorie pole|kvantové teorie pole]] zůstává v rámci kvantové mechaniky typ a počet částic fixován. Kvantová mechanika tvoří výchozí teoretický rámec v mnoha dalších oblastech [[fyzika|fyziky]] a [[chemie]], např. v [[teorie pevných látek|teorii pevných látek]] či v [[kvantová chemie|kvantové chemii]].
 
=== Stará kvantová mechanika (1900 až 1925) ===
[[Soubor:Max planck.jpg|thumb|150px|Max Planck]]
Obdobím staré kvantové mechaniky (též první kvantová éra) se nazývá období v letech 1900 až 1925, v němž byly kvantové jevy vysvětlovány v rámci klasické fyziky, do níž byly přidávány dodatečné principy. Stará kvantová mechanika tedy neměla vlastní matematicky aparát a byla součástí klasické fyziky.<br />
 
Kvantová mechanika dostala jméno podle myšlenky naznačené [[Max Planck|Maxem Planckem]] v roce [[1900]], podle níž [[energie]] [[elektromagnetické záření|elektromagnetického záření]] je přenášena po nepatrných, ale konečně velkých, '''[[kvantum|kvantech]]''' (z [[latina|latinského]] „quantus“, kolik) <math>E=h\nu</math>, kde <math>h</math> je [[Planckova konstanta]] a <math>\nu</math> je frekvence záření. Díky této kvantové hypotéze se Planckovi podařilo beze zbytku vysvětlit záření černého tělesa odvozením [[Planckův vyzařovací zákon|Planckova vyzařovacího zákona]]<ref>PLANCK, Max, ''Über eine Verbesserung der Wien'schen Spektralgleichung'', Verh. D. Phys. Ges. 2, 1900, s. 202-204.</ref>, za který dostal v roce [[1918]] Nobelovu cenu za fyziku<ref>The Nobel Foundation, The Nobel Prize in Physics 1918, http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1918/</ref>. Planck je za tento první výsledek kvantové fyziky považován za zakladatele kvantové mechaniky.<br />
 
V roce [[1905]] použil kvantovou hypotézu [[Albert Einstein]] a vysvětlil [[fotoelektrický jev]]<ref>EINSTEIN, Albert, ''Über einen die Enzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt'', Ann. Physik 17, 1905, s. 132-148.</ref>, za což mu byla udělena [[Nobelova cena]] za rok [[1921]]. Dalším důležitým krokem pro další vývoj kvantové teorie byl [[Bohrův model atomu]] z roku [[1913]]<ref>BOHR, Niels, ''On the Constitution of Atoms and Molecules'', Philosophical Magazine '''26''', 1913, s. 1-24; Philosophical Magazine '''26''', 1913, s. 476-502; Philosophical Magazine '''26''', 1913, s. 857-875.</ref>, který vysvětloval rozložení spektrálních čar vodíku pomocí předpokladu, že [[moment hybnosti]] elektronu nemůže nabývat libovolných hodnot, ale je vždy celistvým násobkem Planckovy konstanty. Mezi další základní myšlenky staré kvantové mechaniky patřila [[de Broglieho hypotéza]] (též [[korpuskulárně-vlnový dualismus]] [[1923]]<ref>de BROGLIE, Louis, Nature '''112''', 1923, s. 540; de BROGLIE, Louis, Comptes Rendus, '''177''', 1923, s. 507.</ref>), uvažující u veškeré látky dvojí podstatu, vlnovou a částicovou. Tato hypotéza pomáhala interpretaci interferenčních jevů při rozptylu částic, v té době především elektronů (např. [[Youngův experiment]] prováděný s různými typy částic).<br />
 
V počátku dvacátých let 20. století bylo již zřejmé, že do té doby nesystematicky a do značné míry libovolně aplikovaná pravidla kvantování, přidávaná ke klasické mechanice pro vysvětlení některých mikroskopických jevů, budou vyžadovat vytvoření nové konzistentní fyzikální teorie, značně odlišné od dosavadní fyziky. Tou se později stala moderní kvantová mechanika.
 
=== Moderní kvantová mechanika (od 1925) ===
Obdobím moderní kvantové mechaniky (též druhá kvantová éra) se nazývá období od roku [[1925]] do současnosti. V tomto období má kvantová mechanika vlastní matematický aparát odlišný od klasické fyziky. Klasická fyzika se podle [[Princip korespondence|principu korespondence]] považuje za limitní případ kvantové mechaniky.<br />
 
První kvantovou mechanikou v moderním slova smyslu byla [[Werner Heisenberg|Heisenbergova]] [[maticová kvantová mechanika]] z roku [[1925]], která umožnila zobecnit v klasické mechanice používané [[Hamiltonovy rovnice]] tak, aby byly použitelné pro novou teorii. V této nové teorii Heisenberg popisoval systém [[stavovým vektorem]] a měřitelné veličiny nekonečně-rozměrnými maticemi<ref>HIESENBERG, Werner, Zeitschrift für Physik '''33''', 1925, s. 879.</ref>.<br />
 
O necelý rok později, v roce [[1926]], publikoval [[Erwin Schrödinger]], [[Vlnová kvantová mechanika|vlnovou kvantovou mechaniku]], kde systém popsal komplexní [[Vlnová funkce|vlnovou funkcí]] a měřitelné veličiny [[Lineární operátor|lineárními operátory]].<ref>SCHRÖDINGER, Erwin, Ann. der Phys. '''79''', 1926, s. 361; Ann. der Phys. '''79''', 1926, s. 489; Ann. der Phys. '''80''', 1926, s. 437; Ann. der Phys. '''81''', 1926, s. 109.</ref>. Součástí vlnové kvantové mechaniky uveřejnil Schrödinger i vlnovou rovnici, [[Schrödingerova rovnice|Schrödingerovu rovnici]], umožňující popsat vývoj vlnové funkce v čase.<br />
 
Schrödinger brzy rozpoznal, že jeho vlnová kvantová mechanika je ekvivalentní Heisenbergově maticové kvantové mechanice (vlnová funkce odpovídá stavovému vektoru, lineární operátory odpovídají nekonečně-rozměrným maticím, atd.) a že obě teorie předpovídají stejné výsledky.<ref>SCHRÖDINGER, Erwin, Ann. der. Phys., '''79''', 1926, s. 734.</ref> V dnešní době se pro výpočty z praktických důvodů používá častěji vlnová kvantová mechanika, protože výpočty s nekonečně rozměrnými maticemi zpravidla nejsou triviální. Terminologie obou formulací kvantové mechaniky se používá dodnes.<br />
 
Kvantová mechanika se pak velmi rychle stala akceptovanou díky vynikající shodě předpovědí s experimentálně získanými daty, ovšem v oblasti interpretace zůstávala spornou (viz níže).
[[Soubor:Niels Bohr Albert Einstein by Ehrenfest.jpg|thumb|right|[[Niels Bohr]] s [[Albert Einstein|Albertem Einsteinem]] v domě [[Paul Ehrenfest|Paula Ehrenfesta]] v Leiden (prosinec 1925)]]
 
Kvantovou mechaniku nezřídka doprovázejí různá tvrzení o podivuhodných záhadách kvantových systémů. Bývají však téměř bez výjimky způsobena již chybnými představami o podstatě [[teorie pravděpodobnosti]].<ref>JAYNES, E. T.: ''Probability in Quantum Theory''. In: Complexity, Entropy, and the Physics of Information, W. H. Zurek (ed.), Addison-Wesley, Redwood City, CA, 1990, p. 381, http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.75.1143&rep=rep1&type=pdf</ref><ref>JAYNES, E. T., ''Clearing up Mysteries - The Original Goal''. http://bayes.wustl.edu/etj/articles/cmystery.pdf</ref><br />
 
Od počátku výzkumu kvantových jevů se často vyskytovaly výsledky, které odporovaly intuici ([[selský rozum|selskému rozumu]]). Vyprovokovaly mnoho filozofických debat a nejroztodivnějších výkladů vědeckých výsledků. Dokonce i základní poučky jako například [[Max Born|Bornovo]] základní pravidlo vztahující se k [[Amplituda pravděpodobnosti|amplitudě pravděpodobnosti]] a [[rozdělení pravděpodobnosti]], nebyly celá desetiletí všeobecně přijaty ani vědeckou obcí, natož veřejností.<br /> Ale i podle současných poznatků [[Bornovo pravidlo]] a [[princip superpozice stavů]] také vykazují nutnost revize.<ref>http://phys.org/news/2014-10-superposition-revisited-resolution-double-slit-paradox.html - Superposition revisited: Proposed resolution of double-slit experiment paradox using Feynman path integral formalism</ref>
 
Ale i podle současných poznatků [[Bornovo pravidlo]] a [[princip superpozice stavů]] také vykazují nutnost revize.<ref>http://phys.org/news/2014-10-superposition-revisited-resolution-double-slit-paradox.html - Superposition revisited: Proposed resolution of double-slit experiment paradox using Feynman path integral formalism</ref>
 
[[Kodaňský výklad]] je, především díky teoretickému fyziku [[Niels Bohr|Nielsi Bohrovi]], výkladem kvantové mechaniky, který je nejvíce rozšířen mezi fyziky. Podle tohoto výkladu nemůže být pravděpodobnostní povaha kvantově mechanických předpovědí vysvětlena v rámci nějaké další deterministické teorie, a složitě odráží naše omezené znalosti. Kvantová mechanika poskytuje pravděpodobnostní výsledky, protože [[vesmír]] je sám pravděpodobnostní spíše než deterministický. [http://nielsbohr.webnode.cz/kodanska-interpretace/ Bohrova filosofie vědy] však není zaměnitelná s kodaňskou interpretací.<br />
 
=== Oponenti kvantové mechaniky ===
Se stavem v jakém byla kvantová mechanika, nebyli spokojeni nejen ostatní fyzikální odborná veřejnost, ale také osobnosti, které se na kvantové mechanice přímo sami podíleli.
Nejznámějším oponentem moderní kvantové mechaniky byl jeden ze spoluautorů staré kvantové mechaniky, [[Albert Einstein]]. Einstein je v souvislosti s oponenturou kvantové mechaniky znám především jako autor citátu: ''„Bůh nehraje v kostky“'', kterým vyjádřil svůj postoj k pravděpodobnostnímu charakteru kvantové mechaniky. Dále je Einstein znám jako spoluautor jednoho z nejcitovanějších fyzikálních článků vůbec<ref>SCHWEBER, Silvan S., ''Einstein and Oppenheimer: The Meaning of Genius'', Hardvard Univesity Press, 2008, s. 8.</ref>, [[EPR článek|EPR článku]], který souvisí s kvantovou provázaností (entanglementem) částic.<ref>EINSTEIN, Albert, PODOLSKY, Boris, ROSEN, Nathan, ''Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?'' Phys. Rev. '''47''', 1935, s. 777–780.</ref> To, že byl Einstein přesvědčen, že kvantová mechanika je neúplnou teorií, nemění nic na faktu, že se v dlouhých diskusích s Bohrem v letech 1925–1935 ([http://nielsbohr.webnode.cz/bohr-einstein-diskuse/ Bohr-Einstein diskuse]) zasloužil o upevnění ([[Kodaňská interpretace|Kodaňské interpretace]]) kvantové mechaniky, byť byl jejím odpůrcem. Bohr o jeho zásluhách řekl: ''„Měl jsem tu čest diskutovat s Einsteinem [[Epistemologie|epistemologické]] problémy, které vyvolal moderní vývoj atomové fyziky..., a ačkoliv [mezi námi] nebylo dosud dosaženo úplné shody, jsou pro mne tyto diskuse neocenitelné a podnětné.“''<ref>WHEELER, John Archibald, ZUREK, Wojcech Hubert, ''Quantum Theory And Measurement'', New Jersey: Princeton University Press, 1983, s. 9; Původní text: ''"I had the privilege to discuss with Einstein epistemological problems raised by the modern development of atomic physics ..., these discussions which, even if no complete concord has so far been obtained, have been of greatest value and stimulus to me."''</ref>
 
Mezi další známé osobnosti, které nebyly spokojeny se stavem kvantové mechaniky, patřil Erwin Schrödinger. Ten jednou v rozhovoru s Bohrem prohlásil: ''„Jestli se musí dál pokračovat s těmito zatracenými kvantovými skoky, pak lituji, že jsem kdy začal pracovat na atomové teorii.“'' Načež Bohr odvětil: ''„Ale my ostatní jsme Vám velmi vděčni, že jste tím posunul atomovou fyziku o rozhodující krok vpřed.“''<ref>WHEELER, ZUREK, s. 56; Původní text: Once Schrödinger burst out almost desperately, ''"If one has to go on with these damned quantum jumps, then I'm sorry that I ever started to work on atomic theory." To which Bohr answered, "But the rest of us are so grateful that you did, for you have thus brought atomic physics a decisive step forward."''</ref>