125 lat mechaniki kwantowej: przełom Heisenberga zmienia fizykę!

125 lat mechaniki kwantowej: przełom Heisenberga zmienia fizykę!

W 2025 roku mechanika kwantowa będzie obchodzić 100-lecie, co zapoczątkował przełomowy artykuł Wernera Heisenberga „O kwantowej teoretycznej reinterpretacji zależności kinematycznych i mechanicznych” z 29 lipca 1925 roku w „Magazynie Fizyki”. Heisenberg, wówczas zaledwie 23-letni asystent w Instytucie Fizyki Teoretycznej w Getyndze, zrewolucjonizował rozumienie świata atomowego. Według Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego (DPG) praca ta stanowiła pierwszy krok w kierunku spójnej teorii, która zasadniczo zmieniłaby naszą wiedzę o najmniejszych cegiełkach materii, podczas gdy klasyczne prawa coraz częściej zawodziły. DPG podkreśla, że ​​mechanika kwantowa jest „tajemniczym procesem” w historii nauki, ponieważ nie opiera się na pojedynczym odkryciu, ale jest efektem zbiorowych wysiłków.

Pojawienie się mechaniki kwantowej

Teoria opracowana przez Heisenberga nie była od razu zrozumiała. Porównanie z meczem piłki nożnej pokazuje to jasno: podczas gdy w normalnej grze przepływ piłki jest widoczny, w podejściu Heisenberga nie jest jasne, w jaki sposób piłka trafia do bramki. Jego teoria omijała podstawowe pojęcia mechaniki klasycznej i skupiała się na wielkościach mierzalnych, takich jak częstotliwość i intensywność linii widmowych, co jest kluczowe dla fizyki kwantowej. Wraz ze swoimi kolegami Maxem Bornem i Pascualem Jordanem Heisenberg sformułował złożoną strukturę matematyczną w słynnej „pracy trzyosobowej”, która stała się podstawą mechaniki kwantowej.

Teorie zapoczątkowane przez Heisenberga spowodowały reakcję innych wybitnych fizyków, takich jak Albert Einstein i Niels Bohr. Podczas gdy Einstein mówił o „murowaniu”, krytykując złożoność i bezpodstawność podejścia Heisenberga, Louis de Broglie przedstawił swoją hipotezę falową, która zrewolucjonizowała naturę elektronu. Znaczący postęp nastąpił także w kolejnych latach, jak np. równanie Schrödingera, które stanowiło podstawę mechaniki falowej i potwierdziło matematyczną przydatność mechaniki kwantowej.

Nauki Heisenberga nadal mają znaczący wpływ na podstawy współczesnej fizyki, mimo że mechanika kwantowa jest nadal uważana za tajemniczą z natury. Fizycy na całym świecie czerpią z koncepcji mechaniki kwantowej i wykorzystują je w takich dziedzinach jak informatyka kwantowa i kryptografia, określanych jako druga rewolucja kwantowa. Technologie te, bazujące na zasadach mechaniki kwantowej, mają potencjał doprowadzenia do przemian społecznych porównywalnych z pierwszą rewolucją kwantową wraz z rozwojem tranzystorów i laserów. Głośny Natura Mechanika kwantowa pozostaje jedną z najbardziej sprawdzonych i jednocześnie najbardziej zagadkowych teorii w fizyce.