125 aastat kvantmehaanikat: Heisenbergi läbimurre muudab füüsikat!

125 aastat kvantmehaanikat: Heisenbergi läbimurre muudab füüsikat!

2025. aastal saab kvantmehaanika 100-aastaseks. See verstapost sai alguse Werner Heisenbergi murrangulisest artiklist "Kinemaatiliste ja mehaaniliste suhete kvantteoreetilisest ümbertõlgendusest" 29. juulil 1925 ajakirjas "Füüsika". Heisenberg, kes oli siis vaid 23-aastane ja Göttingeni Teoreetilise Füüsika Instituudi assistent, muutis aatomimaailma mõistmise pöörde. Saksa Füüsika Seltsi (DPG) sõnul oli see töö esimene samm järjepideva teooria poole, mis muudaks põhjalikult meie teadmisi aine väikseimatest ehitusplokkidest, samas kui klassikalised seadused ebaõnnestusid üha enam. DPG rõhutab, et kvantmehaanika on teaduse ajaloos "salapärane protsess", kuna see ei põhine ühel avastusel, vaid oli ühiste jõupingutuste tulemus.

Kvantmehaanika tekkimine

Heisenbergi väljatöötatud teooria polnud kohe arusaadav. Võrdlus jalgpallimänguga teeb selle selgeks: kui tavalises mängus on pallivool näha, siis Heisenbergi lähenemise puhul jääb ebaselgeks, kuidas pall väravasse jõuab. Tema teooria läks mööda klassikalise mehaanika põhikontseptsioonidest ja keskendus mõõdetavatele suurustele, nagu spektrijoonte sagedus ja intensiivsus, mis on kvantfüüsika jaoks ülioluline. Koos oma kolleegide Max Borni ja Pascual Jordaniga sõnastas Heisenberg kuulsas "kolme mehe töös" keeruka matemaatilise struktuuri, mis pani aluse kvantmehaanikale.

Heisenbergi algatatud teooriad panid teisi silmapaistvaid füüsikuid, nagu Albert Einstein ja Niels Bohr, vastama. Kui Einstein rääkis "müüritisest", et kritiseerida Heisenbergi lähenemisviisi keerukust ja alusetust, siis Louis de Broglie tutvustas oma lainehüpoteesi, mis muutis elektroni olemuse. Ka järgnevatel aastatel tehti olulisi edusamme, näiteks Schrödingeri võrrand, mis pani aluse lainemehaanikale ja kinnitas kvantmehaanika matemaatilist rakendatavust.

Heisenbergi õpetustel on tänapäeva füüsika alustele märkimisväärne mõju, kuigi kvantmehaanikat peetakse endiselt oma olemuselt salapäraseks. Füüsikud kogu maailmas tuginevad kvantmehaanika kontseptsioonidele ja kasutavad neid sellistes valdkondades nagu kvantarvutamine ja krüptograafia, mida nimetatakse teiseks kvantrevolutsiooniks. Need kvantmehaanika reeglitel põhinevad tehnoloogiad võivad transistoride ja laserite väljatöötamisega tuua kaasa sotsiaalseid muutusi, mis on võrreldavad esimese kvantrevolutsiooni omadega. Valju Loodus Kvantmehaanika on endiselt üks enim testitud ja samal ajal kõige mõistatuslikumaid füüsikateooriaid.