Mekanikang quantum: Pagkakaiba sa mga binago

 

May ilang magkakatumbas sa balangkas matematika ng kwantum mekaniks. Isa sa pinakamatanda at gamiting balangkas na ito ay ang hinua ng transpormasyon na inimbento ni Paul Dirac na nagsanib at nagpaliwanag ng dalawang naunang balangkas ng kwantum mekaniks, mekanikang matrix (imbento ni Werner Heisenberg) at mekanikang onda (inimbento ni Erwin Schrödinger).

Kaya ang malamang ''(probabilistic)'' na likas ng kwantum mekaniks ay galing sa pagsukat nito. Ito ang pinakamahirap na aspeto ng sistema kwantiko na mahirap ding unawain. Ito ang pinakapunong paksa ng bantog na debate ni Bohr at Einstein na kung saan ang dalawang bantog na siyentipiko ay sumubok na linawin ang mga pundamental na prinsipyo sa pamamagitan ng mga kaisipang eksperimento. Sa maraming dekada matapos ang pagbalangkas ng kwantum mekaniks, masusing pinag-aralan kung ano ba talaga ang “isang pag-sukat”. Ang interpretasyon ng kwantum mekaniks ay binalangkas na nagwawangki sa konsepto ng “pagkagibâ ng punsyong-onda”. Ang ugat na ideya rito ay ang pagbubuhol-buhol ng kanya-kanyang punsiyong-onda kapag nakipagniig na ang isang sistema kwantika sa aparatong sumusukat rito at dahil dito ang paghinto sa pag-inog ng orihinal na sistema kwantika bilang isang independyenteng entidad.

 

 

Gagaya ng nabanggit sa simula pa man, maraming klase ng kababalaghan sa loob ng kwantum mekaniks ang walang kagaya sa klasikong pisika. Ito ay minsang tinatawag na mga “kwantikong epekto”.

Ang isa pang kwantikong epekto ay ang kwantikong pagkakabuhol-buhol. Sa ilang kaso, ang punsiyong-onda ng isang sistema ay binubuo ng maraming partikula ang hindi mapaghihiwalay sa kanya-kanyang punsyong-onda. Sa kasong ito, sinasabing nagkabuhol-buhol ang mga partikula. Kung tama ang kwantum mekaniks, ang isang nabuhol ng partikula ay maaring magpakita ng kanyang kamangha-manghang katangiang na labag sa takbo ng isip. Halimbawa, ang pagsukat sa isang partikula ay nagdudulot ng pagkagibâ ng kabuuang punsyong-onda nito, na isang saglit na epekto sa ibang partikula kung saan nabuhol ito kahit magkalayo sila. (Ito ay di-laban sa espesyal na hinua ng pagkakaugnay-ugnay dahil sa ang impormasyon ay di maipadadala sa paraang ito.)

 

 

Sa masalimuot na balangkas matematika na dinebelop ni P.A.M. Dirac at John von Neumann, ang mga posibleng estado ng isang sistema kwantiko ay ipinakikita sa pamamagitan ng mga yunit vector (na tinatawag na estadong vector) na nanahan sa isang mapaghihiwalay na lugar ni ''Hilbert complex'' (tinatawag na lugar ng estado o asosyadong lugar ni Hilbert ng isang sistema). Ang tunay na naturalesa ng lugar ito ay depende sa sistema. Halimbawa, ang lugar ng estado para sa mga estado ng posisyon at momento ay ang lugar ng mga punsiyon ng square-integrable; habang ang lugar ng estado para sa ikot ng isang elektron ay resulta ng dalawang kumplikadong kapatagan ''(complex planes)''. Ang bawat eigen-estado ng isang natutunghayan ay may katugong eigenvector ng operador, at ang kasangkot na eigenvalue ay may katugon na halaga ng natutunghayan sa eigen-estadong iyon. Kung ang spectrum ng operador ay hiwalay at malinaw, hanggang dito lamang nito maaabot ng natutunghayang hiwalay at malinaw na mga eigenvalues.

Ang ekwasyong Schrödinger ay gumaganap sa amplitud ng probabilidad hindi lamang sa kanyang absolutong halaga. Kung saan ang absolutong halaga ng amplitud ng probabilidad ang naglalagay ng impormasyon tungkol sa mga probabilidad; ang kanyang katayuan ang nagbibigay ng impormasyon tungkol sa hadlang sa pagitan ng mga kalagayang kwatiko. Ito ang nagdudulot sa para-bang ondang ugali sa katayuang kwantiko.

 

 

Napakalawak ang panuntunang pundamental ng kwantum mekaniks. Sinasabi rito na ang lugar na estado ng isang sistema ay isang Hilbert space at ang natutunghayan ay mga Hermitian operators na gumaganap sa lugar na ito ngunit hindi sinasabi kung aling Hilbert space o aling operador. Kailangang piliin ito nang maayos para makuha ang nasusukat na paliwanag na isang sistemang kwantiko. Ang isang mahalagang gabay sa pagpili rito ay ang prinsipsyo ng karampatan ''(correspondence principle)'' na nagsasaad na ang ang prediksyon ng kwantum mekaniks ay patungo sa klasikong pisika habang lumalawak ang isang sistema. Ang limistasyon ng “malawak na sistema” ay tinatawag na klasikong limitasyon o karampatang limitasyon,. Sa gayon, ang isa ay makapagsisimula sa isang klasikong estabilisadong modelo ng isang partikular na sistema, at ang anumang pagsubok na humula sa modelong kwantiko na pumapailalim rito na nagbubunga sa modelong klasiko na may karampat na limitasyon.

Tunay na mahirap buuin ang modelong kwantiko ng grabedad (balani), ang naiiwang pwersang pundamental. Ang semi-klasikong pagtatanya ay magagamit at nagbunga sa paghula katulad ng radyasyon ni Hawking. Alalaungbaga, ang pagbalangkas sa kumpletong hinua ng kwantikong grabedad sa hindi magka-angkop sa pagitan ng panglahatang hinua ng pagkakaugnay-ugnay, ang pinakatumpak na hinua ng grabedad at ilang pundamental na pakiwari ng hinua ng hinuang kwantika. Ang paglutas sa hindi pagkaka-angkop nila ay sakop ng mga pananaliksik ngayon at ang hinua tulad ng hinua na pisi (string theory) ay posibleng kandidato sa hinua sa kinabukasan ng kwantikong grabedad.

 

Matagumpay na ipinaliwag ng kwantum mekaniks ang mga pakita ng ating daigdig. Ang ugali ng mga mikroskopyong partikula na bumubuo sa lahat ng porma ng materya – ang elektron, proton, neutron at iba pa – ay maipaliliwanag lamang sa paggamit ng kwantum mekaniks.

Mahalaga ang kwantum mekaniks upang maunawaan kung papaano nagniniig ang bawat atomo upang makabuo ng isang kimika. Ang aplikasyon ng kwantum mekaniks sa kimika ay tinatawag ng kimika kwantika. Nagpapakita ang kwantum mekaniks sa mga prosesong ng pagkakawing (bonding) ng isang kimika upang ipakita kung aling molekula ang mas paborable kaysa iba at kung gaano. Karamihan sa kalkulasyong ginagawa sa kimika ng komputasyon ay umaasa sa kwantum mekaniks

Ang mga mananaliksik ay kasalukuyang naghahanap nang makisig ng pamamaraan upang masupil ang kwatikong kalagayan ''(quantum states)''. May nagbubuhos ng pagnanaliksik upang makabuo ng ''quantum cryptography'' (kwantikong kriptograpiya) upang magarantiyahan ang seguridad ng trasmisyon ng mga impormasyong elektronika. Isang mithiin din ang makabuo ng mga kwantikong kompyuter na tinatayang mabilis nang maraming beses sa mga klasikong kompyuter. Ang isa pang masusing pinagbubuhusan ng atensyon ay ang quantum teleportation (kwantikong telehatid) kung saan ihahatid ang kwantikong kalagayang mula sa isang lugar papunta sa ibang lugar.

 

Mula sa kanyang simula, marami sa resulta ng kwantum mekaniks na labag sa inaasahang resultang kaisipan ay masigasig na pumukaw ng debateng pangpilosopika at maraming interpretasyon. Kahit na ang mga pundamental na isyu tulad ng panuntunan tungkol sa probabilidad ng amplitud at probabilidad ni Max Born ay inabot nang ilang dekadang taon bago ito mapahalagahan.

 

Ang maraming-daigdig ''(many-worlds)'' na interpretasyon na binalangkas ni Everett noong 1956 ay nagbibigay ng mga posibilidad na ipinakikita ng hinuang kwantika na magkakasabay na nagyayari sa magkakasabay na “''multiverse''” (maraming libutan). Kahit na ang “''multiverse''” ay deteministiko, atin lamang nararamdaman ang ugaling di-deterministiko na pinamamahalaan ng mga probabilidad dahil ating lamang natutunghayan ang sanlibutang ating tinitirhan.

 

Noong 1900, iminungkahi ni Max Planck ang ideya na kwantisado ang enerhiya para kanyang mahalaw ang pormula nang kanyang natunghayan ang pagiging dependyente ng prekwensya ng enerhiyang ibinubuga ng isang katawang itim. Noong 1905, ipinaliwanag naman ni Einstein ang epektong fotoelektriko nang kanyang imungkahi na ang enerhiya ng liwanag ay dumarating bilang kwanto na tinatawag na mga fotons. Noong 1913, ipinaliwanag ni Bohr ang mga linyang espektral na atomo ng hidroheno na gumagamit din ng kwantisasyon. Noong 1924, iminunkahi ni Louis de Broglie ang kanyang hinua ang ondang materya.

 

Unang binalangkas noong simula 1960 ang hinua ng kwantikong kromodinamika na ngayon ay alam natin na binalangkas ni Politzer, Gross at Wilzcek noong 1975. Binuo buhat sa unang gawa sa kanya-kanyang gawa nina Schwinger, Higgs, Goldstone, Glashow, Weinberg at Salam ipinakita kung papaano mapasasama upang maging isang pwersang mahinang elektroniko ang mahinang pwersang nukleyar at ang kwantikong elekrodinamika.

 

• Ekperimento ng double-slit (dalwahing-hiwa) ni Thomas Young na nagpakita ng ondang (alon) likas ng liwanag (c 1805)

 

• Kinumpirma ni Clyde L. Cowan at Frederick Reines ang pag-inog ng neutrino sa kanilang neutrino experiment. (1955)

 

*''kwantum mekaniks''<ref name="ReferenceA"/>

*''mekanikang/pisikang kwantiko'' (batay sa baybay katawagan sa [[Wikang Kastila|Kastila]] na isina-[[Wikang Filipino|Filipino]])

 

{{Commons|category:Quantum mechanics}}

{{reflist}}

 

*Richard P. Feynman, Robert B. Leighton and Matthew Sands (1965). The Feynman Lectures on Physics, Addison-Wesley.

*Albert Messiah, Quantum Mechanics, English translation by G. M. Temmer of Mécanique Quantique, 1966, John Wiley and Sons, vol. I, chapter IV, section III.

*P. A. M. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics (1930) -- the beginning chapters provide a very clear and comprehensible introduction

*Richard P. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter—a popular science book about quantum mechanics and quantum field theory that contains many enlightening insights that are interesting for the expert as well

 

[[als:Quantenmechanik]]

[[ar:ميكانيكا الكم]]

[[bat-smg:Kvantėnė mekanėka]]