กลศาสตร์ควอนตัม
ทฤษฎีหนึ่งของฟิสิกส์ / From Wikipedia, the free encyclopedia
กลศาสตร์ควอนตัม (อังกฤษ: quantum mechanics) เป็นทฤษฎีพื้นฐานทฤษฎีหนึ่งในฟิสิกส์ที่อธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติในระดับอะตอมและเล็กกว่าอะตอม[1]: 1.1 ถือเป็นรากฐานของ ฟิสิกส์ควอนตัม (quantum physics) ทั้งหมด ซึ่งประกอบด้วย เคมีควอนตัม ทฤษฎีสนามควอนตัม เทคโนโลยีควอนตัม และวิทยาการสารสนเทศควอนตัม
ลิงก์ข้ามภาษาในบทความนี้ มีไว้ให้ผู้อ่านและผู้ร่วมแก้ไขบทความศึกษาเพิ่มเติมโดยสะดวก เนื่องจากวิกิพีเดียภาษาไทยยังไม่มีบทความดังกล่าว กระนั้น ควรรีบสร้างเป็นบทความโดยเร็วที่สุด |
กลศาสตร์ควอนตัมสามารถใช้อธิบายระบบมากมายที่ฟิสิกส์ดั้งเดิมไม่สามารถอธิบายได้ ฟิสิกส์ดั้งเดิมสามารถอธิบายลักษณะต่าง ๆ ของธรรมชาติได้ดีในมาตราส่วนปกติ กล่าวคือระดับมหทรรศน์ไปจนถึงจุลทรรศน์ที่ตามองเห็นได้ แต่ไม่เพียงพอเมื่อต้องการอธิบายธรรมชาติในมาตราส่วนที่เล็กกว่าจุลทรรศน์ กล่าวคือระดับอะตอมและเล็กกว่าอะตอม ทฤษฎีในฟิสิกส์ดั้งเดิมส่วนใหญ่สามารถสืบย้อนมาจากกลศาสตร์ควอนตัมได้ในฐานะค่าประมาณที่ใช้ได้สำหรับมาตราส่วนขนาดใหญ่[2]
ระบบควอนตัมมีสถานะจำกัดขอบเขต (bound states) ซึ่งถูกทำให้เป็นควอนตัมหรือ "แจงหน่วย" (quantized) กลายเป็นค่าที่ไม่ต่อเนื่อง (discrete values) ของปริมาณพลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัมเชิงมุม และปริมาณอื่น ๆ ตรงข้ามกับระบบฟิสิกส์ดั้งเดิมที่สามารถวัดค่าปริมาณเหล่านี้ได้โดยต่อเนื่อง การวัดปริมาณของระบบควอนตัมจะแสดงคุณสมบัติทั้งของอนุภาคและคลื่น (ทวิภาคคลื่น–อนุภาค) และยังมีข้อจำกัดเรื่องความแม่นยำของการทำนายค่าในปริมาณฟิสิกส์ก่อนการวัดเมื่อให้มีชุดเงื่อนไขเริ่มต้นที่สมบูรณ์ (หลักความไม่แน่นอน)
กลศาสตร์ควอนตัมถูกพัฒนาขึ้นเป็นลำดับจากทฤษฎีที่ใช้อธิบายค่าสังเกตที่ไม่สอดคล้องกับฟิสิกส์ดั้งเดิม เช่น วิธีการของมัคส์ พลังค์เพื่อแก้ปัญหาการแผ่รังสีของวัตถุดำในปี ค.ศ. 1900 ความสมนัยระหว่างพลังงานกับความถี่ในงานตีพิมพ์ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เมื่อปี ค.ศ. 1905 ซึ่งสามารถอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกได้ ทฤษฎีเหล่านี้ถือเป็นความพยายามแรก ๆ เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์ในโลกจุลทรรศน์ ที่ปัจจุบันเรียกว่าเป็น "ทฤษฎีควอนตัมเก่า" ซึ่งต่อมานำไปสู่การพัฒนากลศาสตร์ควอนตัมอย่างเต็มรูปแบบในช่วงกลางทศวรรษที่ 1920 โดยนักฟิสิกส์ นิลส์ โปร์, แอร์วีน ชเรอดิงเงอร์, แวร์เนอร์ ไฮเซินแบร์ค, มัคส์ บอร์น, พอล ดิแรก เป็นต้น ทฤษฎีควอนตัมใหม่ถูกจัดรูปแบบขึ้นโดยใช้รูปนัยนิยมทางคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษรูปแบบต่าง ๆ หนึ่งในนั้นคือ ฟังก์ชันคลื่น (wave function) ซึ่งแสดงข้อมูลในรูปของแอมพลิจูดของความน่าจะเป็นจากการวัดปริมาณพลังงาน โมเมนตัม และคุณสมบัติฟิสิกส์อื่น ๆ ที่อาจตรวจวัดได้ของอนุภาคใด ๆ