Η Κβαντική Μηχανική είναι ένα πεδίο της Φυσικής που θεμελιώθηκε τον 20ό αιώνα και μελετάει γενικά σώματα πολύ μικρά, της τάξης μεγέθους του ατόμου ή μικρότερα.
Τι εννοούμε όταν λέμε «κβαντική μηχανική»;
Κατ’ αρχάς, ο όρος «κβάντο» (quantum) συνδέεται γενικά με μια μικρή, διάκριτη ποσότητα. Είναι το μικρότερο κομμάτι από «κάτι». Για παράδειγμα μπορούμε να θεωρήσουμε ότι η άμμος αποτελείται από μικρούς διάκριτους κόκκους. Επομένως θα μπορούσαμε να πούμε ότι ένας κόκκος είναι ένα «κβάντο άμμου».
Ο όρος «μηχανική» συνδέεται με την κίνηση και τη συμπεριφορά (αλληλεπίδραση) των σωμάτων.
Η Κβαντική Μηχανική λοιπόν μελετάει την κίνηση και αλληλεπίδραση μικρών, διάκριτων σωματιδίων του μικρόκοσμου, δηλαδή σωματιδίων με μέγεθος μικρότερο γενικά του ατόμου.
Η πρώτη επαφή αυτών που αρχίζουν τη μελέτη της κβαντικής μηχανικής είναι η συμπεριφορά των φωτονίων, των κβαντικών σωματιδίων του φωτός, και των ηλεκτρονίων που κινούνται γύρω από τους πυρήνες των ατόμων.
Ο άνθρωπος που εισήγαγε για πρώτη φορά την έννοια του «κβάντου» ήταν ο γερμανός φυσικός Μαξ Πλανκ, όταν στην προσπάθειά του να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος υπέθεσε ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, άρα και το φως, δεν εκπέμπεται από ένα σώμα με συνεχή τρόπο, αλλά σε «πακετάκια» ενέργειας τα οποία ονόμασε «κβάντα».
Στον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων καθοριστικό ρόλο για τη μελέτη και την εξήγηση της κίνησης και συμπεριφοράς τους, παίζει ρόλο μια μαθηματική συνάρτηση που λέγεται «κυματοσυνάρτηση».
Αν πάρουμε το τετράγωνο του μέτρου της κυματοσυνάρτησης θα μας δείξει πού μπορούμε να βρούμε το σωματίδιο και με τι πυκνότητα πιθανότητας.
Όταν όμως εντοπίζουμε κάπου το σωματίδιο, όταν το παρατηρούμε, τότε λέμε ότι «η κυματοσυνάρτηση καταρρέει».
Λέγοντας αυτό εννοούμε ότι ενώ πριν την παρατήρηση το σωματίδιο ήταν πιθανό να βρίσκεται σε πάρα πολλές περιοχές (με την αντίστοιχη πιθανότητα), τώρα από όλες αυτές τις θέσεις υπάρχει μόνο μία, αυτή που παρατηρήσαμε.
Η κυματοσυνάρτηση Ψ προτάθηκε το 1926 από τον αυστριακό φυσικό Έρβιν Σρέντινγκερ, ο οποίος ανακάλυψε επίσης την πιο σημαντική ίσως εξίσωση στην ιστορία της επιστήμης, τη διάσημη εξίσωση Σρέντινγκερ. Είναι μια εξίσωση που αντιστοιχεί σε ένα κινούμενο σωματίδιο, με τη βοήθεια της οποίας μπορούμε να μελετήσουμε την κίνησή του. Έτσι, η εξίσωση Σρέντινγκερ αντικατέστησε την εξίσωση του Νεύτωνα και είναι αυτή που χρειάζεται για τη σωστή περιγραφή της κίνησης των σωματιδίων του μικρόκοσμου.
Το περίεργο βέβαια της όλης υπόθεσης είναι ότι δεν μπορούμε να πούμε για αυτήν την κυματοσυνάρτηση τι φυσική σημασία έχει. Ενώ τη χρησιμοποιούμε για να κάνουμε ακριβείς προβλέψεις στον μικρόκοσμο, δεν έχουμε ακόμα καταλάβει τι ακριβώς αντιπροσωπεύει η ίδια η κυματοσυνάρτηση και τι ακριβώς γίνεται όταν αυτή «καταρρέει».
Ίσως στο μέλλον βρεθεί κάποια εξήγηση και μας πάει παραπέρα στην κατανόηση του παράξενου κβαντικού βασιλείου.