125 vuotta kvanttimekaniikkaa: Heisenbergin läpimurto muuttaa fysiikan!

125 vuotta kvanttimekaniikkaa: Heisenbergin läpimurto muuttaa fysiikan!

Vuonna 2025 kvanttimekaniikka täyttää 100 vuotta, virstanpylväs, jonka aloitti Werner Heisenbergin uraauurtava artikkeli "Kinemaattisten ja mekaanisten suhteiden kvantiteoreettisesta uudelleentulkinnasta" 29. heinäkuuta 1925 "Magazine for Physics" -lehdessä. Heisenberg, tuolloin vain 23-vuotias ja Göttingenin teoreettisen fysiikan instituutin assistentti, mullisti atomimaailman ymmärtämisen. Saksalaisen fyysisen seuran (DPG) mukaan tämä työ oli ensimmäinen askel kohti johdonmukaista teoriaa, joka muuttaisi perusteellisesti tietämyksemme aineen pienimmistä rakennuspalikoista, samalla kun klassiset lait epäonnistuivat yhä useammin. DPG korostaa, että kvanttimekaniikka on "salaperäinen prosessi" tieteen historiassa, koska se ei perustu yhteen havaintoon, vaan se oli yhteisten ponnistelujen tulos.

Kvanttimekaniikan syntyminen

Heisenbergin kehittämä teoria ei ollut heti ymmärrettävissä. Vertailu jalkapallopeliin tekee tämän selväksi: Normaalissa pelissä pallon virtaus näkyy, mutta Heisenbergin lähestymistavalla jää epäselväksi, kuinka pallo pääsee maaliin. Hänen teoriansa ohitti klassisen mekaniikan peruskäsitteet ja keskittyi mitattavissa oleviin suureisiin, kuten spektriviivojen taajuuteen ja intensiteettiin, mikä on ratkaisevan tärkeää kvanttifysiikan kannalta. Yhdessä kollegojensa Max Bornin ja Pascual Jordanin kanssa Heisenberg muotoili monimutkaisen matemaattisen rakenteen kuuluisassa "kolmen miehen työssä", joka muodosti kvanttimekaniikan perustan.

Heisenbergin aloittamat teoriat saivat muut erinomaiset fyysikot, kuten Albert Einsteinin ja Niels Bohrin, reagoimaan. Kun Einstein puhui "muurauksesta" kritisoidakseen Heisenbergin lähestymistavan monimutkaisuutta ja perusteettomuutta, Louis de Broglie esitteli aaltohypoteesinsa, joka mullisti elektronin luonteen. Myös seuraavina vuosina saavutettiin merkittävää edistystä, kuten Schrödingerin yhtälö, joka perusti aaltomekaniikan ja vahvisti kvanttimekaniikan matemaattisen soveltuvuuden.

Heisenbergin opetuksella on edelleen merkittävä vaikutus nykyaikaisen fysiikan perusteisiin, vaikka kvanttimekaniikkaa pidetään edelleen luonteeltaan mystisenä. Fyysikot ympäri maailmaa rakentavat kvanttimekaniikan käsitteitä ja käyttävät niitä sellaisilla aloilla kuin kvanttilaskenta ja kryptografia, joita kutsutaan toiseksi kvanttivallankumoukseksi. Näillä kvanttimekaniikan sääntöihin perustuvilla tekniikoilla on potentiaalia saada aikaan yhteiskunnallisia muutoksia, jotka ovat verrattavissa ensimmäisen kvanttivallankumouksen tapahtumiin transistorien ja lasereiden kehityksen myötä. äänekäs Luonto Kvanttimekaniikka on edelleen yksi fysiikan testatuimmista ja samalla arvoituksellisimmista teorioista.