125 gadi kvantu mehānikas: Heizenberga izrāviens maina fiziku!

125 gadi kvantu mehānikas: Heizenberga izrāviens maina fiziku!

2025. gadā kvantu mehānikai apritēs 100 gadu — tas ir pagrieziena punkts, ko aizsāka Vernera Heizenberga 1925. gada 29. jūlijā publicētais revolucionārais raksts “Par kvantu teorētisko kinemātisko un mehānisko attiecību reinterpretāciju” žurnālā “Fizika”. Heisenbergs, kurš tolaik bija tikai 23 gadus vecs un Getingenes Teorētiskās fizikas institūta asistents, radīja apvērsumu atomu pasaules izpratnē. Saskaņā ar Vācijas Fizikas biedrības (DPG) teikto, šis darbs bija pirmais solis ceļā uz konsekventu teoriju, kas būtiski mainītu mūsu zināšanas par mazākajiem matērijas elementiem, savukārt klasiskie likumi arvien vairāk cieta neveiksmi. DPG uzsver, ka kvantu mehānika ir "noslēpumains process" zinātnes vēsturē, jo tā nav balstīta uz vienu atklājumu, bet gan bija kolektīvu centienu rezultāts.

Kvantu mehānikas rašanās

Heizenberga izstrādātā teorija nebija uzreiz saprotama. Salīdzinājums ar futbola spēli skaidri parāda: ja parastā spēlē ir redzama bumbas plūsma, tad ar Heizenberga pieeju paliek neskaidrs, kā bumba nokļūst vārtos. Viņa teorija apieta klasiskās mehānikas pamatjēdzienus un koncentrējās uz izmērāmiem lielumiem, piemēram, spektrālo līniju frekvenci un intensitāti, kas ir ļoti svarīgi kvantu fizikā. Kopā ar saviem kolēģiem Maksu Bornu un Paskālu Džordanu Heizenbergs formulēja sarežģītu matemātisko struktūru slavenajā "trīs cilvēku darbā", kas veidoja kvantu mehānikas pamatu.

Heisenberga ierosinātās teorijas lika atsaukties citiem izciliem fiziķiem, piemēram, Albertam Einšteinam un Nīlam Boram. Kamēr Einšteins runāja par "mūrniecību", lai kritizētu Heizenberga pieejas sarežģītību un nepamatotību, Luiss de Broglis iepazīstināja ar savu viļņu hipotēzi, kas mainīja elektrona būtību. Arī turpmākajos gados tika panākts ievērojams progress, piemēram, Šrēdingera vienādojums, kas pamatoja viļņu mehāniku un apstiprināja kvantu mehānikas matemātisko pielietojamību.

Heisenberga mācības joprojām būtiski ietekmē mūsdienu fizikas pamatus, lai gan kvantu mehānika joprojām tiek uzskatīta par noslēpumainu. Fiziķi visā pasaulē balstās uz kvantu mehānikas jēdzieniem un izmanto tos tādās jomās kā kvantu skaitļošana un kriptogrāfija, ko dēvē par otro kvantu revolūciju. Šīm tehnoloģijām, kuru pamatā ir kvantu mehānikas noteikumi, ir potenciāls radīt sociālās pārmaiņas, kas ir salīdzināmas ar pirmajām kvantu revolūcijām, attīstot tranzistorus un lāzerus. Skaļi Daba Kvantu mehānika joprojām ir viena no visvairāk pārbaudītajām un tajā pašā laikā mīklainākajām teorijām fizikā.