En la física, los mecánicos de quántum del son el estudio de la relación entre los quanta (radiación de la energía) y la materia, particularmente que entre los electrones de la cáscara de la valencia y los mecánicos de los fotones Quantum es una rama fundamental y necesaria de la física con usos amplios en el la física teórica experimental del y . La teoría de Quantum generaliza todas las teorías clásicas, incluyendo los mecánicos, el electromagnetismo (excepto la relatividad general ), y proporciona las descripciones exactas para muchos fenómenos previamente inexplicados tal como radiación de cuerpo negro y las órbitas estables del electrón los efectos de los mecánicos de quántum no son típicamente observables en escalas macroscópicas, sino se ponen de manifiesto en el nivel subatómico atómico de y .

Descripción

La palabra “quántum” (el latino, “ cuánto ") en mecánicos de quántum refiere a una unidad discreta que la teoría de quántum asigne a ciertas cantidades físicas, tales como la energía de un átomo en descanso (véase el cuadro 1, en la derecha). El descubrimiento que las ondas tienen paquetes discretos de la energía (llamados los quanta ) que se comporten de una forma similar a las partículas llevó a la rama de la física que se ocupa de los sistemas atómicos y subatómicos que hoy llamamos los mecánicos de quántum. Es el marco matemático subyacente de muchos campos de la física y de la química, incluyendo la física condensada de la materia, la física de estado sólido, la física atómica, la física molecular, la química de cómputo, la química de Quantum, la física de partícula, y la física nuclear . Las fundaciones de los mecánicos de quántum fueron establecidas durante la primera mitad del vigésimo siglo por el Albert Einstein, el Werner Heisenberg, el Planck máximo, el Louis de Broglie, el Niels Bohr, el Erwin Schrödinger, el llevado máximo, el John Von Neumann, el Paul Dirac, el Wolfgang Pauli, el Richard Feynman y el otros . Algunos aspectos fundamentales de la teoría todavía se estudian activamente.

Es actual necesario utilizar a mecánicos de quántum para entender el comportamiento de sistemas en las escalas atómicas de la longitud y más pequeño. Por ejemplo, si los mecánicos neutonianos gobernaran los funcionamientos de un átomo, los electrones viajarían rápido hacia y chocarían con el núcleo . Sin embargo, en el mundo natural los electrones permanecen normalmente en una trayectoria orbital desconocida alrededor del núcleo, desafiando electromagnetismo clásico.

Desarrollaron a los mecánicos de Quantum inicialmente para proporcionar una mejor explicación del átomo, especialmente los espectros de la luz emitida por la especie atómica de diverso . La teoría de quántum del átomo desarrollado como explicación para el electrón que permanece en su orbital, que no se podría explicar por las leyes del movimiento de Newton y por las leyes del maxwell del electromagnetismo clásico.

En el formalismo de los mecánicos de quántum, el estado de un sistema es descrito en un momento dado por una función de onda compleja (designado a veces orbitarios en el caso de electrones atómicos), y más generalmente, los elementos de un espacio de vector complejo . Este objeto matemático abstracto permite el cálculo de las probabilidades de resultados de experimentos concretos. Por ejemplo, permite que uno compute la probabilidad de encontrar un electrón en una región particular alrededor del núcleo en un rato particular. El contrario a los mecánicos clásicos, uno puede nunca hacer predicciones simultáneas de las variables de la conjugación, tal como posición y ímpetu, con exactitud arbitraria. Por ejemplo, los electrones se pueden considerar para ser situado en alguna parte dentro de una región de espacio, pero con sus posiciones exactas que son desconocidas. Los contornos de la probabilidad constante, designados a menudo las “nubes” se pueden dibujar alrededor del núcleo de un átomo para conceptuar donde el electrón se pudo situar con la mayoría de la probabilidad. Debe ser tensionado que el electrón sí mismo no está separado hacia fuera sobre tales regiones de la nube. Está o en una región particular de espacio, o no es necesario. El principio de incertidumbre de Heisenberg cuantifica la inhabilidad de establecer exacto la partícula.

El otro modelo que ése llevó a los mecánicos de quántum era el estudio de las ondas electromagnéticas tal como luz. Cuando fue encontrado en 1900 por Planck máximo que la energía de ondas se podría describir como consistir en los pequeños paquetes o los quanta, el Albert Einstein explotó esta idea de demostrar que una onda electromagnética tal como luz se podría describir por una partícula llamada el fotón con un dependiente discreto de la energía en su frecuencia. Esto llevó a una teoría de la unidad entre las partículas subatómicas y las ondas electromagnéticas llamó la dualidad de la Agitar-partícula en la cual las partículas y las ondas estaban ni una ni la otra, pero tenía ciertas características de ambos. Mientras que los mecánicos de quántum describen el mundo del muy pequeño, también es necesario explicar sistemas de quántum macroscópicos de cierto “ ” por ejemplo los superconductores y el Superfluids

Por lo general, los mecánicos de quántum incorporan cuatro clases de fenómenos que la física clásica no pueda explicar: (i) la cuantificación (discretización) de ciertas cantidades físicas, (ii) dualidad de la Agitar-partícula, (iii) el principio de incertidumbre, y (iv) enredo de Quantum. Cada uno de estos fenómenos se describe detalladamente en secciones subsecuentes.

Historia

considera también: Historia los mecánicos de quántum La historia del de los mecánicos de quántum comenzó esencialmente con el descubrimiento 1838 de los rayos catódicos por el Michael Faraday, la declaración 1859 del problema de la radiación de cuerpo negro por el Gustavo Kirchhoff, la sugerencia 1877 por el Luis Boltzmann que los estados de energía de un sistema físico podrían ser discretos, y la hipótesis de 1900 quanta por el Planck máximo que cualquier energía es irradiada y absorbida en las cantidades divisibles por ε `de los elementos discretos de la energía el' tales que cada uno de estos elementos de la energía es proporcional al ν del de la frecuencia con el cual él cada uno irradia individualmente la energía, según lo definido por el siguiente fórmula: $\backslash \; épsilon\; =\; h\; \backslash \; NU\; del\; \backslash ,$

donde está un valor el h numérico llamado constante de Planck. Aunque Planck insistiera que éste fuera simplemente un aspecto de la absorción y de la radiación de la energía y no tuviera nada hacer con la realidad física de la energía sí mismo, en 1905, explicar el efecto fotoeléctrico (1839), es decir que la luz brillante en ciertos materiales puede funcionar para expulsar electrones del material, Albert Einstein postulado, según lo basado en la hipótesis del quántum de Planck, que el ligero sí mismo consiste en los quanta individuales, que vinieron más adelante ser llamados los fotones (1926). De Einstein la postulación simple fue llevada una ráfaga de la discusión, de la teorización y de la prueba, y así, el campo entero de la física de Quantum .

Mecánicos de la relatividad y de quántum

El mundo moderno de la física se funda notablemente en dos probados y teorías demostrable sanas del &mdash de la relatividad general y de los mecánicos de quántum; teorías que aparecen contradecir uno otro. Los postulados de definición de la teoría de Einstein de la teoría de la relatividad y de quántum son apoyados incuestionable por evidencia empírica rigurosa y repetida. Sin embargo, mientras que no se contradicen directo teóricamente (por lo menos con respecto a demandas primarias), son resistentes a la incorporación dentro de un modelo cohesivo.

Einstein mismo es bien sabido para rechazar algunas de las demandas de los mecánicos de quántum. Mientras que claramente es inventivo en este campo, él no aceptó los corolario más exóticos de los mecánicos de quántum, tales como la carencia de la causalidad determinista y de la aserción que una sola partícula subatómica puede ocupar áreas numerosas del espacio contemporáneamente. Él también notó algunas de las consecuencias más exóticas del enredo y las utilizó para formular la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, en la esperanza de demostrar que los mecánicos de quántum tienen implicaciones inaceptables. La paradoja de Einstein-Podolsky Rosen demuestra que eso la medición del estado de una partícula puede instantáneamente cambiar el estado de su socio enredado, aunque las dos partículas puedan ser una distancia arbitraria aparte. Sin embargo, este efecto no viola la causalidad, puesto que no hay transferencia de la información posible.

Existen las teorías de quántum que incorporan el relativity&mdash especial del ; por ejemplo, electrodinámica ( QED ) de Quantum, que es actual el &mdash físico lo más exactamente posible probado de la teoría; y éstos mienten en el mismo corazón de la física de partícula moderna . La gravedad es insignificante en muchas áreas de la física de partícula, de modo que la unificación entre la relatividad general y los mecánicos de quántum no sea una edición urgente en esos usos. Sin embargo, la carencia de una teoría correcta de la gravedad de Quantum es una edición importante en el cosmología .

Tentativas en una teoría unificada

considera también:

la gravedad de Quantum

Las inconsistencias se presentan cuando una intenta ensamblar las leyes de Quantum con relatividad general del, una descripción más elaborada del espacio-tiempo que incorpora la gravitación . La resolución de estas inconsistencias ha sido una meta importante vigésimos - y vigésimos primeros - la física del siglo. Muchos físicos prominentes, incluyendo el Stephen Hawking, han trabajado en la tentativa de descubrir un " " magnífico de la teoría de la unificación; ese combina no sólo diversos modelos de la física subatómica, pero también deriva las granes fuerzas de las fuerzas- del universo cuatro, el electromagnetismo, la fuerza débil, y la gravedad - de una sola fuerza o fenómeno.

Mecánicos de Quantum y la física clásica

Las predicciones de los mecánicos de quántum se han verificado experimental mismo a un alto nivel de exactitud. Así, la lógica actual del principio de correspondencia entre los mecánicos clásicos y de quántum es que todos los objetos obedecen leyes de los mecánicos de quántum, y los mecánicos clásicos son apenas mecánicos de un quántum de sistemas grandes (o mecánicos de un quántum estadísticos de una colección grande de partículas). Las leyes de mecánicos clásicos siguen así de leyes de los mecánicos de quántum en el límite de sistemas grandes o de grandes números de quántum.

Muchas características “macroscópicas” de sistemas “clásicos” son consecuencias directas del comportamiento del quántum de sus piezas. Por ejemplo, estabilidad de la materia a granel (que consiste en los átomos y las moléculas que se derrumbarían rápidamente bajo fuerzas eléctricas solamente), rigidez de estas características de la materia, mecánicas, termales, químicas, ópticas y magnéticas de este matter— son todos los resultados de la interacción de las cargas eléctricas bajo reglas de mecánicos de quántum.

Porque el comportamiento aparentemente exótico de la materia postulado por los mecánicos de quántum y la teoría de relatividad llegan a ser más evidentes al todavía ocuparse de las partículas extremadamente rápidas o extremadamente minúsculas, las leyes de la física “neutoniana” clásica seguir siendo exacto en predecir el comportamiento (“") del objects&mdash grande de alrededor; de la orden del tamaño de moléculas grandes y más grande.

A pesar de la oferta de muchas ideas nuevas, la unificación del mechanics&mdash del quántum; qué reinados en el dominio del mismo small— y relativity&mdash general; una descripción magnífica del mismo large— restos, tantalizingly, una posibilidad futura. (el considera la gravedad de Quantum, teoría de la secuencia. )

Teoría

Hay matemáticamente formulaciones equivalentes numerosas de los mecánicos de quántum. Una de las más viejas y más de uso general formulaciones es la teoría de transformación inventada por el teórico Paul Dirac del físico de Cambridge, que unifica y generaliza las dos formulaciones más tempranas de los mecánicos de quántum, de los mecánicos de matriz (inventado por el Werner Heisenberg ) y de los mecánicos de onda (inventados por el Erwin Schrödinger ).

En esta formulación, el estado instantáneo de un sistema de quántum codifica las probabilidades de sus características mensurables, o el " Quot de los Observables ;. Los ejemplos de observables incluyen la energía, la posición, el ímpetu, y el ímpetu angular . Los Observables pueden ser el continuo (e., la posición de una partícula) o el discreto (e., la energía de un electrón limitado a un átomo de hidrógeno).

Generalmente, los mecánicos de quántum no asignan valores definidos a los observables. En lugar, hace las predicciones sobre las distribuciones de probabilidad es decir, la probabilidad de obtener cada uno de los resultados posibles de medir un observable. Naturalmente, estas probabilidades dependerán del estado de quántum en instante de la medida. Hay, sin embargo, ciertos estados que se asocian a un valor definido de un observable particular. Éstos se conocen como " eigenstates" del observable (" eigen" puede ser traducido áspero alemán como inherente o como característica). En el mundo diario, es natural e intuitiva pensar en todo que está en un eigenstate de cada observable. Todo aparece tener una posición definida, un ímpetu definido, y un rato definido de la ocurrencia. Sin embargo, los mecánicos de quántum no establecen claramente los valores exactos para la posición o el ímpetu de cierta partícula en un espacio dado en un rato finito; algo, proporciona solamente una gama de probabilidades de donde esa partícula pudo estar. Por lo tanto, llegó a ser necesario utilizar diversas palabras para (a) el estado algo que tenía una relación de la incertidumbre y (b) un estado que tiene un valor definido. Este 3ultimo se llama el " eigenstate" de la característica que es medida.

Por ejemplo, considerar un la partícula libre . En mecánicos de quántum, hay la dualidad de la Agitar-partícula así que las características de la partícula se pueden describir como onda. Por lo tanto, su estado de Quantum se puede representar como onda, de la forma arbitraria y de extender sobre todo el espacio, llamado un wavefunction . La posición y el ímpetu de la partícula son observables. El principio de incertidumbre de mecánicos de quántum indica que la posición y el ímpetu no se pueden saber simultáneamente con la precisión infinita al mismo tiempo. Sin embargo, uno puede medir apenas la posición solamente de una partícula libre móvil que crea un eigenstate de la posición con un wavefunction que sea el muy grande en un particular x de la posición, y cero por todas partes otro. Si uno realiza una medida de la posición en tal wavefunction, el x del resultado será obtenido con la probabilidad 100%. Es decir la posición de la partícula libre será sabida. Esto se llama un eigenstate de la posición. Si la partícula está en un eigenstate de la posición entonces su ímpetu es totalmente desconocido. Un eigenstate del ímpetu, por una parte, tiene la forma de una onda plana . Puede ser demostrado que la longitud de onda es igual al h/p, donde está el h constante y el p de Planck es el ímpetu Eigenstate . Si la partícula está en un eigenstate del ímpetu entonces su posición se empaña totalmente hacia fuera.

Generalmente, un sistema no estará en un eigenstate de en cualquier observable estamos interesados. Sin embargo, si uno mide el observable, el wavefunction será instantáneamente un eigenstate de ese observable. Este proceso se conoce como derrumbamiento de Wavefunction. Implica el ampliar del sistema bajo estudio para incluir el dispositivo de la medida, de modo que un cálculo detallado del quántum fuera no más factible y una descripción clásica deba ser utilizada. Si uno sabe el wavefunction en instante antes de la medida, uno podrá computar la probabilidad de derrumbarse en cada uno de los eigenstates posibles. Por ejemplo, la partícula libre en el ejemplo anterior tendrá generalmente un wavefunction que sea un paquete de onda centrado alrededor de un cierto malo x ₀ de la posición, ni un eigenstate de la posición ni del ímpetu. Cuando uno mide la posición de la partícula, es imposible predecir con certeza el resultado que obtendremos. Es probable, pero no cierto, que será el cercano x ₀, donde está grande la amplitud del wavefunction. Después de que se realice la medida, obteniendo un cierto x del resultado, el wavefunction se derrumba en un eigenstate de la posición centrado en el x .

Las funciones de onda pueden cambiar mientras que progresa el tiempo. Una ecuación conocida como la ecuación de Schrödinger describe cómo cambio de funciones de onda a tiempo, un papel similar a la ley de Newton en segundo lugar en mecánicos clásicos. La ecuación de Schrödinger, aplicada al ejemplo ya mencionado de la partícula libre, predice que el centro de un paquete de onda se moverá a través de espacio en una velocidad constante, como una partícula clásica sin las fuerzas que actúan en ella. Sin embargo, el paquete de onda también se separará hacia fuera como progresa el tiempo, así que significa que la posición llega a ser más incierta. Esto también tiene el efecto de dar vuelta los eigenstates de la posición (en los cuales puede ser pensado como paquetes de onda infinitamente aguda) en los paquetes de onda ensanchados que son no más eigenstates de la posición.

Algunas funciones de onda producen las distribuciones de probabilidad que son constantes a tiempo. Muchos sistemas que se tratan dinámicamente en mecánicos clásicos son descritos por tal " static" funciones de onda. Por ejemplo, un solo electrón en un átomo inexcitado se representa clásico como partícula que se mueve en una trayectoria circular alrededor del núcleo atómico, mientras que en mecánicos de quántum es descrito por parásitos atmosféricos, wavefunction simétrico esférico que rodea el núcleo (fig. (La nota que solamente el ímpetu angular más bajo indica, etiquetada el s, es esférico simétrica).

La evolución del tiempo de las funciones de onda es el determinista en el sentido que, dado un wavefunction en un rato inicial, tiene una predicción definida de cuáles será el wavefunction en cualquier hora posterior. Durante una medida, el cambio del wavefunction en otro es no determinista, sino algo imprevisible, es decir, el al azar.

La naturaleza de probabilidad de los mecánicos de quántum proviene así el acto de la medida. Éste es uno de los aspectos más difíciles de los sistemas de quántum a entender. Era el asunto central en los discusiones famosos de Bohr-Einstein, en los cuales los dos científicos frustrados para aclarar estos principios fundamentales por pensamiento experimentan. En las décadas después de la formulación de los mecánicos de quántum, la cuestión de qué constituye un " measurement" se ha estudiado extensivamente. Las interpretaciones de los mecánicos de quántum se han formulado para eliminar el concepto de " collapse" del wavefunction; ; ver, por ejemplo, la interpretación relativa del estado. La idea básica es que cuando un sistema de quántum obra recíprocamente con un aparato para medir, sus wavefunctions respectivos se convierten en enredados, de modo que el sistema de quántum original deje de existir como entidad independiente. Para los detalles, ver el artículo sobre la medida en los mecánicos de quántum .

Formulación matemática

considera también: Formulación matemática los mecánicos de quántum Lógica de Quantum

En la formulación matemáticamente rigurosa de los mecánicos de quántum, desarrollada por el Paul Dirac y el John Von Neumann, los estados posibles de un sistema mecánico del quántum son representados por los vectores de unidad (llamados " vectors" del estado;) residencia en un espacio de Hilbert separable complejo (vario llamado el " space" del estado; o el " space" asociado de Hilbert; del sistema) bien definido hasta un número complejo de la norma 1 (el factor de fase). Es decir los estados posibles son puntos en el projectivization de un espacio de Hilbert. La naturaleza exacta de este espacio de Hilbert es dependiente en el sistema; por ejemplo, el espacio de estado para la posición y los estados del ímpetu es el espacio de las funciones Cuadrado-integrables, mientras que el espacio de estado para la vuelta de un solo protón es apenas el producto de dos planos complejos. Cada uno observable es representada por un operador linear hermitiano denso definido (o el uno mismo-adjoint ) que actúa en el espacio de estado. Cada eigenstate de un observable corresponde a un vector propio del operador, y el valor propio asociado corresponde al valor del observable en ese eigenstate. Si el espectro del operador es discreto, el observable puede lograr solamente esos valores propios discretos.

La evolución del tiempo de un estado de quántum es descrita por la ecuación de Schrödinger, en la cual el hamiltoniano, el operador que corresponde a la energía total del sistema, genera la evolución del tiempo.

El producto interno entre dos vectores de estado es un número complejo conocido como amplitud de la probabilidad. Durante una medida, la probabilidad que un sistema se derrumba de un estado inicial dado a un eigenstate particular es dada por el cuadrado del valor absoluto de las amplitudes de la probabilidad entre los estados iniciales y finales. Los resultados posibles de una medida son los valores propios del operador - que explica la opción de los operadores hermitianos del, para quienes todos los valores propios son verdaderos. Podemos encontrar la distribución de probabilidad de un observable en un estado dado computando la descomposición espectral del operador correspondiente. El principio de incertidumbre de Heisenberg es representado por la declaración que los operadores que corresponden a ciertos observables no conmutan .

La ecuación de Schrödinger actúa en la amplitud entera de la probabilidad, no simplemente su valor absoluto. Considerando que el valor absoluto de la amplitud de la probabilidad codifica la información sobre probabilidades, su fase codifica la información sobre la interferencia entre los estados de quántum. Esto da lugar al comportamiento ondulado de los estados de quántum.

Resulta que las soluciones analíticas de la ecuación de Schrödinger están solamente disponibles para el una pequeña cantidad de Hamiltonians modelo, cuyo el oscilador armónico de Quantum, la partícula en una caja, el ion hidrógeno-molecular y el átomo de hidrógeno son los representantes más importantes. Incluso el átomo del helio, que contiene apenas un más electrón que el hidrógeno, desafía todas las tentativas en un tratamiento completamente analítico. Existen varias técnicas para generar soluciones aproximadas. Por ejemplo, en el método conocido como teoría de perturbación uno utiliza los resultados analíticos para que un modelo mecánico del quántum simple genere los resultados para un modelo más complicado relacionado con el modelo simple cerca, por ejemplo, la adición de una energía potencial débil. Otro método es el " ecuación semiclásica del motion" acercarse, que se aplica a los sistemas para los cuales los mecánicos de quántum producen desviaciones débiles de comportamiento clásico. Las desviaciones se pueden calcular basaron en el movimiento clásico. Este acercamiento es importante para el campo del caos de Quantum.

Una formulación alternativa de los mecánicos de quántum es formulación integral de la trayectoria de s de Feynman la ', en la cual una amplitud quántum-mecánica se considera como suma sobre historias entre los estados iniciales y finales; ésta es las contrapartes quántum-mecánicas de los principios de la acción en mecánicos clásicos.

Interacciones con otras teorías científicas

Las reglas fundamentales de mecánicos de quántum son muy amplias. Afirman que el espacio de estado de un sistema es un espacio de Hilbert y los observables son los operadores hermitianos que actúan en ese espacio, pero no nos dicen qué espacio de Hilbert o qué operadores, o si incluso existe. Éstos se deben elegir apropiadamente para obtener una descripción cuantitativa de un sistema de quántum. Una guía importante para tomar estas decisiones es el principio de correspondencia, que indica que las predicciones de los mecánicos de quántum reducen a las de la física clásica cuando un sistema se mueve a energías más altas o equivalente, números más grandes de quántum. Es decir los mecánicos clásicos son simplemente mecánicos de un quántum de sistemas grandes. Este " alto energy" el límite se conoce como el el límite clásico de la correspondencia de o del . Uno puede por lo tanto empezar con un modelo clásico establecido de un sistema particular, e intenta conjeturar el modelo subyacente del quántum que da lugar al modelo clásico en el límite de la correspondencia

Cuando formularon a los mecánicos de quántum original, fue aplicado a los modelos cuyo el límite de la correspondencia era los mecánicos clásicos no relativista. Por ejemplo, el modelo bien conocido del oscilador armónico de Quantum utiliza una expresión explícitamente no relativista para la energía cinética del oscilador, y es así una versión del quántum del oscilador armónico clásico .

Las tentativas tempranas de combinar a mecánicos de quántum con la relatividad especial implicaron el reemplazo de la ecuación de Schrödinger con una ecuación de la covariante tal como la ecuación de Klein-Gordon o la ecuación de Dirac. Mientras que estas teorías eran acertadas en la explicación de muchos resultados experimentales, tenían ciertas calidades insatisfactorias el provenir de su negligencia de la creación y de la aniquilación relativistas de partículas. Una teoría de quántum completamente relativista requirió el desarrollo de la teoría de campo de Quantum, que aplica la cuantificación a un campo algo que un sistema fijo de partículas. La primera teoría de campo completa de quántum, electrodinámica de Quantum, proporciona completamente una descripción del quántum de la interacción electromágnetica .

El aparato lleno de la teoría de campo de quántum es a menudo innecesario para describir sistemas electrodinámicos. Un acercamiento más simple, uno empleó desde el inicio de los mecánicos de quántum, es tratar partículas cargadas como los objetos mecánicos del quántum que eran actuados encendido por un campo electromagnético clásico. Por ejemplo, elemental quántum modelo de hidrógeno átomo describe eléctrico campo de hidrógeno átomo usar clásico $-\; \backslash \; frac\; \{e^2\}\; \{\backslash \; \backslash \; epsilon\_0\; \backslash \}\; \backslash \; frac\; \{1\}\; de\; 4\; \backslash \; pi\; \{r\}\; potencial\; del\; culombio\; de$. Este " semi-classical" el acercamiento falla si las fluctuaciones del quántum en el campo electromagnético desempeñan un papel importante, por ejemplo en la emisión de los fotones por las partículas cargadas.

Las teorías de campo de Quantum para la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil se han desarrollado. La teoría de campo de quántum de la fuerza nuclear fuerte se llama el chromodynamics de Quantum, y describe las interacciones de las partículas subnuclear: Los Quarks y los Gluons la fuerza nuclear débil y la fuerza electromágnetica fueron unificados, en sus formas quantized, en una sola teoría de campo de quántum conocida como teoría del electroweak.

Ha probado difícil construir modelos del quántum de la gravedad, la fuerza fundamental restante. Las aproximaciones semiclásicas son realizables, y han llevado a las predicciones tales como radiación Hawking . Sin embargo, la formulación de una teoría completa de la gravedad de Quantum es obstaculizada por incompatibilidades evidentes entre la relatividad general, la teoría más exacta de la gravedad sabida actual, y algo de las asunciones fundamentales de la teoría de quántum. La resolución de estas incompatibilidades es un área de la investigación activa, y las teorías tales como teoría de la secuencia están entre los candidatos posibles a una teoría futura de la gravedad de quántum.

Usos

Los mecánicos de Quantum han tenido éxito enorme en la explicación de muchas de las características de nuestro mundo. El comportamiento individual de las partículas subatómicas que componen todas las formas de la materia - fotones de los neutrones de los protones de los electrones y otro-se pueden describir a menudo solamente satisfactoriamente usar mecánicos de quántum. Los mecánicos de Quantum han influenciado fuerte la teoría, candidato de la secuencia a una teoría todo (véase el reducionismo ). También se relaciona con los mecánicos estadísticos .

Los mecánicos de Quantum son importantes para entender cómo los átomos individuales combinan covalente para formar los productos químicos o las moléculas. El uso de los mecánicos de quántum a la química se conoce como química de Quantum. Los mecánicos de quántum (relativistas) pueden en principio describir matemáticamente la mayor parte de química. Los mecánicos de Quantum pueden proporcionar la penetración cuantitativa en procesos iónicos y covalentes de la vinculación explícitamente demostrando qué moléculas son enérgio favorables a cuál otros, y por aproximadamente cuánto. La mayor parte de los cálculos se realizaron en que la química de cómputo confía en mecánicos de quántum.

Mucha de la tecnología moderna funciona en una escala donde están significativos los efectos de quántum. Los ejemplos incluyen el laser, el transistor, el microscopio electrónico, y proyección de imagen de resonancia magnética . El estudio de los semiconductores llevó a la invención del diodo y del transistor, que son imprescindibles para la electrónica moderna .

Los investigadores están buscando actual métodos robustos directo de manipular estados de quántum. Se están haciendo esfuerzos para desarrollar la criptografía de Quantum, que permitirá la transmisión segura garantizada de la información . Una meta más distante es el desarrollo de las computadoras de Quantum que se espera que realicen ciertas tareas de cómputo exponencial más rápidamente que clásico asunto de investigación activo de las computadoras otro es el teleportation de Quantum, que se ocupa de técnicas para transmitir estados de quántum sobre distancias arbitrarias.

En muchos dispositivos, incluso el interruptor ligero, Quantum simple que hace un túnel es vital, como los electrones en la corriente eléctrica no podrían penetrar de otra manera la barrera potencial compuesta, en el caso del interruptor ligero, de una capa de óxido.

Consecuencias filosóficas artículo principal del del del
de

: Interpretación de los mecánicos de quántum

Desde su inicio, los muchos resultados antiintuitivos de los mecánicos de quántum han provocado el discusión filosófico y muchas interpretaciones fuerte . Incluso las ediciones fundamentales tales como reglas básicas de s llevado máximo las 'referentes las amplitudes de la probabilidad y a las distribuciones de probabilidad tardaron las décadas que se apreciarán.

La interpretación, deuda de Copenhague en gran parte al teórico danés Niels Bohr del físico, es la interpretación de los mecánicos de quántum aceptados lo más extensamente posible entre físicos. Según ella, la naturaleza de probabilidad de las predicciones de los mecánicos de quántum no se puede explicar en términos de cierta otra teoría determinista, y no refleja simplemente nuestro conocimiento limitado. Los mecánicos de Quantum proporcionan resultados de probabilidad porque el universo físico es sí mismo de probabilidad algo que el determinista.

El Albert Einstein, sí mismo uno de los fundadores de la teoría de quántum, tuvo aversión esta pérdida de determinismo en la medida. (Por lo tanto su " famoso de la cotización; Dios no juega dados con el universe.") Él sostuvo que debe haber mecánicos de un quántum subyacentes variables ocultados locales de la teoría y por lo tanto la actual teoría era incompleta. Él produjo una serie de objeciones a la teoría, el más famoso cuyo se ha conocido como la paradoja del EPR. El Juan Bell demostró que la paradoja del EPR llevó a las diferencias experimental comprobables entre los mecánicos de quántum y las teorías locales. Los experimentos se han tomado como confirmando que los mecánicos de quántum están correctos y el mundo real se debe describir en términos de teorías nonlocal. Lewis del escritor vio a mecánicos de quántum como incompletos, porque las nociones del indeterminism no convinieron con la suya creencia religiosa. Lewis, profesor del inglés, era de la opinión que el principio de incertidumbre de Heisenberg era más de una limitación epistemic que una indicación del indeterminacy ontológico, y a este respecto creído semejantemente a muchos abogados de las teorías ocultadas de las variables. Los discusiones de Bohr-Einstein proporcionan una crítica vibrante de la interpretación de Copenhague desde un punto de vista epistemológico.

La interpretación de los mucho-mundos de Everett, formulada en 1956, sostiene que todas las posibilidades descritas por teoría de quántum ocurren simultáneamente en un " multiverse " integrado por sobre todo los universos paralelos de la independiente. Esto no es lograda introduciendo un cierto nuevo axioma a los mecánicos de quántum, sino en el contrario por el que quita el axioma del derrumbamiento del paquete de onda: Todos los estados constantes posibles del sistema medido y del aparato para medir (observador incluyendo) están presentes en una superposición física verdadera de Quantum (no apenas formalmente matemático, como en otras interpretaciones). (Tal superposición de las combinaciones constantes del estado de diversos sistemas se llama un estado enredado .) Mientras que el multiverse es determinista, percibimos el comportamiento no determinista gobernado por probabilidades, porque podemos observar solamente el universo, es decir la contribución constante del estado a la superposición mencionada, habitamos. La interpretación de Everett es perfectamente constante con experimentos de s de Bell Juan los 'y lo hace intuitivo comprensible. Sin embargo, según la teoría del decoherence de Quantum, los universos paralelos nunca serán accesibles para nosotros, haciéndolos físicamente sin setido. Esta inaccesibilidad puede ser entendida como sigue: una vez que se hace una medida, el sistema medido se convierte en enredado con el físico que midió lo y un gran número de otras partículas, algo cuyo está el vuelo de los fotones lejos hacia el otro extremo del universo; para probar que no se derrumbó la función de onda uno tendría que traer todas estas partículas detrás y medirlas otra vez, junto con el sistema que fue medido original. Esto es totalmente impráctico, pero incluso si uno puede hacer teóricamente esto, destruiría cualquier evidencia que ocurrió la medida original (memoria incluyendo del físico).

Ver también

style=" del
Interpretación de los mecánicos de quántum
interpretación de los Mucho-mundos
Medida en los mecánicos de quántum
La dinámica del fotón en doble-rajó el experimento
Polarización del fotón
Electroquímica de Quantum
Chromodynamics de Quantum
Química de Quantum
Computadoras de Quantum * electrónica de Quantum
Teoría de campo de Quantum
Información de Quantum
Mente de Quantum
Termodinámica de Quantum
Justificación teórica y experimental para la ecuación de Schrödinger
Química teórica
el Cuasi-fijó la teoría
La óptica de Quantum