فیزیک کوانتوم با فیزیک هسته ای چه تفاوت و شباهت هایی دارد؟
فیزیک هسته‌ای
بایستی بین فیزیک اتمی و فیزیک هسته ای تفاوت قائل شد. فیزیک اتمی به بررسی ساختار اتم می‌پردازد و بیشتر اوقات می‌کوشد تا به آرایش الکترون‌ها پی ببرد و راهبردهای استفاده از الکترون به هر منظور را کشف و استفاده کند؛ ولیکن فیزیک هسته ای بر روی هسته اتم متمرکز است و سعی بر این دارد که از هسته که حاوی نوکلئون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌ها) و کوارک‌ها (ذرات کوچکتر درون پروتون‌ها و نوترون‌ها) است انرژی بدست آورد. البته کارهای دیگری نیز مانند تعیین نیمه عمر و … هستند که مخصوص فیزیکدانان هسته ای است. با این همه، اکثریت فیزیک اتمی و هسته ای را یکی می‌شمارند.
عرفان کوانتومی
استفاده از فیزیک کوانتوم برای اثبات مدعایی که هیچ ارتباطی به فیزیک کوانتوم ندارد. یا استفاده از قوانین عجیب و نامتعارف فیزیک کوانتوم که مختص جهان زیراتمی و فیزیک ذرات است برای ایجاد شک و تردید در قوانین پذیرفته شده جهان هستی. دنیای مرموز و عجیب فیزیک کوانتوم تبدیل شده است به دستاویزی مناسب برای علاقمندان به اداعاهای خرافی، ادعاهای عجیب مذهبی و عرفانی، شعور کیهانی، انرژی‌های عجیب و ادعاهای ابطال ناپذیر و یا حتی دلیلی برای رد یا اثبات خدا  مثال: نظریه اتمی
سپس ارنست رادرفورد نظریه اتم هسته دار را مطرح کرد. پس از آن نیلز بور نظریه اتمی ای را که در مورد موارد تک الکترونی صحبت می‌کرد را بیان کرد. این نظریه با وجود برتری نسبی در مقایسه با نظریه‌های پیش از خود، به دلیل تناقض با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و محدودیت در توصیف سیستم‌های چند الکترونی کنار گذاشته شد. سپس توسط شرودینگر نظریه کوانتومی بر مبنای مکانیک کوانتومی و با توجه به تابع سای در معادله شرودینگر مطرح شد که بر موجی رفتار کردن الکترون پایه شده بود. ایدهٔ این نظریه (نگاه موجی به ماده) برخلاف نظریهٔ موجود در زمینهٔ اثر فوتوالکتریک بود که به نور نگاه ماده‌گرایانه داشت. قضیه بل
علاوه بر فرض‌های نظری، برخی فرض‌های عملی نیز در نظر گرفته شده‌است. به عنوان مثال، ممکن است برخی هم‌زمانی‌های تصادفی، علاوه بر آنچه که مورد نظر ما است وجود داشته باشد. این‌طور فرض شده که هیچ عدم توازنی با کم کردن این اعداد تخمینی در دو طرف ایجاد نمی‌شود، اما هیچ کس درستی این فرض را بدیهی نمی‌داند. ممکن است برخی مشکلات هم‌زمانی (ابهام در ثبت جفت ها) وجود داشته باشد که ناشی از این حقیقت است که آن‌ها در عمل دقیقاً در یک زمان آشکار نمی‌شوند. برخلاف این ناکارآمدی‌ها در آزمایش‌های واقعی، یک واقعیت خردکننده ظاهر می‌شود: با تقریب بسیار خوبی نتایج موافق با پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی هستند. هنگامی که آزمایش‌های ناقص چنین موافقت فوق العاده‌ای با پیشگویی‌های کوانتوم به ما می‌دهند، بسیاری از فیزیکدانان کوانتومی با جان بل موافقند که اگر یک آزمون بل بی عیب انجام شود، نامساوی‌های بل همچنان نقض می‌شوند. این گرایش، منجر به ظهور یک زیر شاخه جدید در فیزیک شده که اکنون با عنوان تئوری اطلاعات کوانتومی شناخته می‌شود. یکی از دست آوردهای مهم این شاخه جدید فیزیک این است که نقض نامساوی‌های بل، به امکان انتقال مطمئن اطلاعات منجر می‌شود که از رمز نگاری کوانتومی استفاده می‌کند. (شامل حالتهای تنیدهٔ جفت ذرات) مکانیک کوانتومی
مکانیک کوانتومی شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیده‌های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سر و کار دارد. در این مقیاس، کُنِش‌های فیزیکی در حد و اندازهٔ ثابت پلانک هستند. مقدار عددی ثابت پلانک نیز بسیار کوچک و برابر است با ۶٫۶۲۶x۱۰ ژول-ثانیه. تفسیرهای مکانیک کوانتومی
کم و بیش همهٔ تعابیر از مکانیک کوانتومی در دو ویژگی اشتراک دارند: نخست اینکه آن‌ها تعابیر "فرمولاسیون" هستند، یعنی تعابیری از مجموعه‌ای از معادلات و فرمولها برای تولید نتایج و پیش‌بینی‌ها. دوم اینکه آن‌ها تعابیری از "پدیده‌شناسی" هستند، یعنی تعابیری از مجموعه‌ای از مشاهدات، که هم شامل مشاهداتی می‌شوند که از راه پژوهش تجربی به دست می‌آیند و هم مشاهدات "ذهنی" که رسمیت کمتری دارند (این حقیقت که انسانها همواره جهان را به صورت بدون ابهام می‌بینند در تعبیر مکانیک کوانتومی اهمیت دارد). ویژگی‌هایی که در میان تعابیر متفاوتند عبارتند از "هستی‌شناسی" و "معرفت‌شناسی". این مباحث با این موضوع ارتباط دارند که نظریهٔ تعبیر شده واقعاً در مورد چه چیزی است. یک پدیده ممکن است تحت یک تعبیر با دید هستی‌شناسی نگریسته شود و تحت تعبیر دیگر با دید معرفت‌شناسی. برای نمونه "اختیار" (در مقابل جبر) را می‌توان به وجود واقعی یک "شاید" در جهان (هستی‌شناسی)، یا به محدودیت دانسته‌ها و تواناییهای پیش‌بینی مشاهده‌گر (معرفت‌شناسی) نسبت داد. تعابیر را می‌توان به صورت کلی به دو دسته تقسیم کرد: آنهایی که بیشتر متمایل به هستی‌شناسی هستند (یعنی واقع‌گرایی") و آنهایی که به سمت ضد واقع‌گرایی تمایل دارند. بعضی از رهیافتها تمایل دارند که از ارائه هرگونه تعبیر از پدیده یا فرمولاسیون خودداری کنند. اینها را می‌توان به عنوان ابزارگرا توصیف کرد. رهیافتهای دیگر تغییراتی را در فرمولاسیون پیشنهاد می‌کنند و بنابراین به بیان دقیق، آن‌ها بیشتر نظریه‌های جایگزین هستند تا تعابیر. در برخی از موارد، مانند "مکانیک بوهمین"، می‌توان در این مورد بحث کرد که آیا یک رهیافت با یک فرمولاسیون استاندارد معادل است یا نه. انرژی نقطه صفر
انرژی نقطه صفر (ZPE) کم‌ترین انرژی ممکنی است که یک سیستم مکانیکی کوانتومی می‌تواند داشته باشد. برخلاف مکانیک کلاسیک، سیستم‌های کوانتومی دائماً در کمترین حالت انرژی خود بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در نوسان هستند (مثالی که درپاراگراف بعدی در ادامه مقاله آمده را برای فهم رابطه بین اصل عدم قطعیت و انرژی نقطه صفر مطالعه کنید). مانند اتمها و مولکولها، فضای خالی خلاء نیز این خصوصیات را دارد و مثلاً ذراتی مرتباً در آن ایجاد شده و از بین می‌روند که به این پدیده نوسان کوانتومی می‌گویند. طبق نظریه میدان‌های کوانتومی، می‌توان جهان را نه به عنوان ذرات جدا از هم، بلکه به عنوان میدان‌هایی که لحظه ای از نوسان نمی‌ایستند تصور کرد: میدان‌های ماده، که کوآنتای آنها فرمیون‌ها هستند (به عنوان مثال لپتون‌ها و کوارک‌ها) و میدان‌های نیرو که کوآنتای آنها بوزون‌ها هستند (مانند فوتون‌ها و گلئون‌ها). تمام این میدان‌ها انرژی صفرنقطه دارند. این میدان‌های نوسان نقطه صفر منجر به نوعی بازگشت به مفهوم اتر در فیزیک می‌شوند مفهومی که پس از آزمایش مایکلسون و مورلی کنار گذاشته شده بود. برخی سیستم‌ها می‌توانند وجود این انرژی را حتی در خلأ تشخیص دهند. با این حال این اتر را نمی‌توان به عنوان یک محیط فیزیکی تصور کرد که در این صورت هیچ گونه تضادی با نظریه نسبیت خاص انیشتین نخواهد داشت. اثر اشتارک
اثر اشتارک مشابه الکتریکی اثر زیمان است که به دلیل حضور میدان مغناطیس، خطوط طیفی به چندین جزء شکافته می‌شود. این اثر در سال ۱۹۱۳ توسط یوهانس اشتارک کشف و به نام او نامگذاری شد. در همان سال توسط فیزیکدان دیگری به نام آنتونینو لو سوردو که ایتالیایی بود، به‌طور مستقل کشف شد. به همین دلیل در ایتالیا گاهی این اثر را اثراشتارک-لو می‌نامند. کشف این اثر تأثیر بسیار مهمی در پیشرفت نظریهٔ کوانتوم داشت. بعد از کشف این اثر توسط دو فیزیکدان نام برده، هیچکدام توسعه فیزیک مدرن را نپذیرفتند و به برنامه‌های سیاسی و نژادی هیتلر و موسولینی پیوستند. بعدها ولدمر فویگت با الهام گرفتن از اثر زیمان، به خصوص توضیحات لورنتس دربارهٔ این اثر، محاسبات به روش مکانیک کلاسیک برای جهش کشسان الکترون‌های میدان الکتریکی را انجام داد. بدون در نظر گرفتن این پیشگویی، اشتارک عهده‌دار اندازه‌گیری‌هایی روی حالت‌های بر انگیخته اتم هیدروژن شد و سر انجام موفق شد شکافت‌ها را مشاهده کند. پائول اپشتین و کارل شوارتزشیلد با استفاده از نظریه بور زومرفلد توانستند به‌طور مستقل معادله‌های خطی و نمایی اثر اشتارک را در اتم هیدروژن بدست بیاورند. چهار سال بعد هندریک کرامرز فرمول‌های شدت نور گذارهای طبیعی را استخراج کرد. کرامر همچنین اثر ساختار ریز را که شامل تصحیح انرژی جنبشی و جفت شدگی بین الکترون و اوربیت است را محاسبه کرد. اولین عملیات مکانیک کوانتوم (در چارچوب مکانیک ماتریسی هایزنبرگ) توسط ولفگانگ پائولی بود. اروین شرودینگر در سومین مقاله خود در نظریه کوانتوم (که در آن نظریهٔ اختلال خود را معرفی کرد) در مورد اثر اشتارک هم به روش Epstein در سال ۱۹۱۶ و هم به روش اختلال مرتبه اول خودش به‌طور مفصل بحث کرد. سر انجام Epstein با دید نظریه کوانتومی جدی، در اثر اشتارک خطی و نمایی تجدید نظر کرد. او معادله شدت خط را نوشت که این اثر توسعه نتایج بدست آمده از نظریه کوانتوم قدیم توسط کرامر بود. نتایج اختلال مرتبه اول برای اثر اشتارک در هیدروژن با مدل بور-سامرفیلد و نظریه کوانتوم اتم‌ها سازگار است در حالی که نتایج مرتبه‌های بالاتر سازگار نیستند. به این ترتیب اندازه‌گیری‌های اثر اشتارک تحت شدت میدان‌های بالا، صحت نظریه کوانتوم دربارهٔ مدل بور را تأیید کرد. فرمول‌بندی ریاضی مکانیک کوانتم
در ۱۹۰۵, آلبرت اینشتین بخشی از خصوصیات اثر فوتوالکتریک را با استفاده از این فرض توضیح که این بخش‌های انرژی نور در واقع ذره هستند که بعدتر فوتون نام گرفتند. همه این توسعه‌ها پدیدارشناختی بودند و فیزیک کلاسیک را مورد چالش قرار دادند. بور مکانیک کلاسیک را به نحوی تغییر داد که بتواند مدل بور را از آن بسازد. وی پیشنهاد داد که یک مدار بسته در فضای فاز فقط مدارهایی که محیطش مضربی از عدد پلانک باشند مجاز است که کوانتش سامرفلد-ویلسن-ایشی‌وارا نامیده شد. این مدل قادر به توضیح اتم هیدروژن بود اما طیف اتم هلیوم (یک مسئله سه جسم لاینحل کلاسیک) قابل استفاده نبود. کوانتوم
formula_1 اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی
در مکانیک کوانتومی به تعریف دقیقی ازاندازه‌گیری نیاز است. در کوانتوم‌مکانیک، مشاهدهٔ یک شئ میکروسکوپی، منجر به تغییر عمده در حالت آن ذره می‌شود؛ بنابراین، اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی با اندازه‌گیری در مکانیک کلاسیک، که در آن، مشاهده و اندازه‌گیری تأثیر چندانی بر جسم ندارد متفاوت است. اندازه‌گیری در قلب مسئلهٔ تفسیر مکانیک کوانتومی قرار دارد، مسئله‌ای که هنوز توافقی بر سر آن وجود ندارد. فیزیک دیجیتال
برخی تلاش می‌کنند ذرات فیزیکی مجرد را با بیت‌های ساده بشناسند. برای مثال اگر یک ذره، مثلاً یک الکترون، از یک حالت کوانتومی به حالت دیگری می‌رود، ممکن است با این حالت که یک بیت از یک مقدار (۱) به مقدار دیگر (۰) تغییر کند، یکی باشد. هیچ چیز بیشتری برای توضیح یک انتقال کوانتومی مجرد برای یک ذرهٔ موجود با یک تک بیت نیاز نیست؛ و اگر کائنات از ذرات بنیادی ساخته شده باشد و رفتارشان را بتوان به‌طور کامل با انتقال‌های کوانتومی که بر طبق آن عمل می‌کنند توضیح داد، به معنی آن است که کل کائنات می‌تواند با بیت‌ها توضیح داده شود. هر حالت اطلاعات است و هر تغییر یک تغییر در اطلاعات است (۱ یا یک عدد از جابجایی‌های بیت). عالم شناخته شده می‌تواند، به عنوان نتیجه، با یک رایانه که توانایی ذخیره کردن حدوداً ۱۰ بیت و جابجایی‌های آن را دارد، شبیه‌سازی شده باشد، یک شبیه‌سازی خیلی خوب. آیا به این صورت می‌تواند باشد؛ پس ابرمحاسبه باید غیرممکن باشد. گرانش کوآنتومی حلقه‌ای می‌تواند پشتیبانی برای فیزیک دیجیتال به‌شمار بیاید، که در آن فضا کوانتیده در نظر گرفته شده‌است. مکانیک کوانتومی
بنیادی‌ترین تفاوت مکانیک کوانتومی با مکانیک کلاسیک در این است که مکانیک کوانتومی توصیفی سازگار با آزمایش‌ها از ذرات در اندازه‌های اتمی و زیراتمی در اختیار می‌نهد، در حالی که مکانیک کلاسیک در قلمرو میکروسکوپی به نتایج نادرست می‌انجامد. در حقیقت، مکانیک کوانتومی بنیادی‌تر از مکانیک نیوتونی و الکترومغناطیس کلاسیک است؛ زیرا در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی که این نظریه‌ها با شکست مواجه می‌شوند، با دقت زیادی بسیاری از پدیده‌ها را توصیف می‌کند. مکانیک کوانتومی به همراه نسبیت پایه‌های فیزیک نوین را تشکیل می‌دهند. کوانتیزه‌کردن کانونیک
وقتی که روش کوانتیزه کردن کانونی در یک میدان، مانند میدان الکترو مغناطیسی، به کار برده شود، متغیرهای کلاسیکی "عملگرهای کوانتومی می‌شوند". بنابراین روش‌های عادی شامل دامنهٔ میدان کوانتیزه می‌شوند، و کوانتوم با ذرات منفرد یا متحرک تعریف می‌شود. برای مثال، کوانتوم میدان الکترو مغناطیسی با فوتون شناخته می‌شود. برخلاف کوانتیزه کردن اول، کوانتیزه کردن دوم متعارف، در اثر عملگر کاملاً واضح و بدون ابهام است. یک اشکال در کوانتیزه کردن کانونیک این است که با تکیه بر هامیلتونی برای تعیین وابستگی زمانی، تغییر ناپذیری نسبیتی واضح نیست حافظه کوانتومی
حافظه کوانتومی مبتنی بر تبادل کوانتومی برای ذخیره کیوبیت‌های فوتونی امکان‌پذیر است. کسل و مویسیفدر مورد ذخیره‌سازی کوانتوم در حالت فوتون منفرد در سال ۱۹۹۳ بحث کرده‌اند. این آزمایش در سال ۱۹۹۸ تجزیه و تحلیل شد و در سال ۲۰۰۳ نشان داده شد. اساساً، مطالعه ذخیره‌سازی کوانتوم در حالت فوتونی منفرد را می‌توان محصول فناوری ذخیره‌سازی اطلاعات نوری کلاسیک ارائه شده در سال ۱۹۷۹ و ۱۹۸۲ دانست. نه تنها این، بلکه ایده از تراکم بالای ذخیره‌سازی داده‌ها در اواسط دهه ۱۹۷۰ الهام گرفته شده‌است. ذخیره داده‌های نوری را می‌توان با استفاده از جاذب‌ها برای جذب فرکانس‌های مختلف نور، که سپس به نقاط فضای پرتو هدایت می‌شوند و ذخیره می‌شوند، به دست آورد. مکانیک کوانتومی
در ابعاد بسیار کوچک ماده (مثلاً در حد نانومتر) یا در انرژی‌های بسیار پایین، مکانیک کوانتومی اثرهایی را پیش‌بینی می‌کند که فیزیک کلاسیک از پیش‌بینی آن ناتوان است، ولی اگر ابعاد ماده یا میزان انرژی را افزایش دهیم، به حدی می‌رسیم که می‌توانیم قوانین فیزیک کلاسیک را بدون اینکه خطای فاحشی مرتکب شویم برای توصیف پدیده‌ها به کار ببریم. به این «حد» که در آن قوانین فیزیک کلاسیک را (که معمولاً ساده‌ترند) می‌توان به جای مکانیک کوانتومی در توصیف دقیقی از پدیده‌ها به کار برد حد کلاسیک گفته می‌شود. فیزیک نوین
در پایان سده نوزدهم میلادی تصور بر این بود که فیزیک کلاسیک می‌تواند با اطمینان تمام پدیده‌های فیزیکی را توجیه کند و حتی عقیده ماکس پلانک چنین بود که در زمینه فیزیک تمام کشفیات مهم انجام شده‌است؛ اما در آغاز سده بیستم دوره جالب و پرثمری در تاریخ دانش فیزیک پدید آمد؛ در این دوره، دانشمندان در شاخه‌های فیزیک اتمی و فیزیک هسته‌ای دستاوردهای قابل توجهی کسب کردند، که با استفاده از فیزیک کلاسیک توجیه پذیر نبود و معلوم شد که برای سازگار شدن رفتار الکترون‌ها و اتم‌ها با رفتار اشیای عادی اصول و مفاهیم کاملاً نوینی لازم است. نسبیت و مکانیک کوانتومی دو نظریه‌ای بودند که در آغاز سده بیستم از سوی آلبرت انیشتین، ورنر هایزنبرگ و دیگران ابراز شدند و بدین ترتیب، برای غلبه بر نارسایی‌های فیزیک کلاسیک در برخی زمینه‌ها فیزیک نوین به وجود آمد؛ فیزیک نوین در مباحث مربوط به پدیده‌های اتمی و هسته‌ای جانشین فیزیک کلاسیک شد، اما در مباحث مربوط به پدیده‌های ماکروسکوپی فیزیک کلاسیک هم چنان معتبر است و در واقع، حالت خاصی از دو نظریه جامع تر نسبیت و مکانیک کوانتومی است. فلسفه فیزیک
تولد و ظهور مکانیک کوانتومی در اواخر سده نوزدهم (م) بروز مباحثات، تناقضات، و پرسش‌های فراوانی را در بسیاری از زمینه‌های اساسی و بنیادین فیزیک و مکانیک کلاسیک باعث گردیده‌است: توپولوژی
در فیزیک، توپولوژی در چندین شاخه، مانند نظریه میدان‌های کوانتومی و کیهان‌شناسی کاربرد دارد. یک نظریهٔ میدان‌های کوانتومی توپولوژیکی (یا نظریه میدان‌های توپولوژیکی)، یک نظریه میدان‌های کوانتومی است که ویژگی‌های توپولوژیکی را محاسبه می‌کند؛ گرچه این شاخه توسط فیزیکدان‌ها به‌وجود آمده است؛ اما از علاقه‌مندی‌های ریاضی‌دانان نیز هست. نظریه گره‌ها و نظریه چهار برابری در توپولوژی جبری و نظریه فضاهای مدول در هندسه جبری. سیمون دونالسون، وان جونز، ادوارد ویتن. ماکسیم کانسویچ برای کار روی نظریه میدان‌های توپولوژیکی، مدال فیلدز برده‌اند. در کیهان‌شناسی، توپولوژی برای توصیف شکل کلی کیهان به‌کار می‌رود. این شاخه توپولوژی فضازمان نام دارد. هیدروژن
برای دریافت توضیح دقیق تری دربارهٔ اتم هیدروژن باید به رفتار آن در مکانیک کوانتوم نگاه کرد. با توجه به معادلهٔ شرودینگر و فرمول انتگرالی فاینمن می‌توان رفتار احتمالاتی الکترون به گِرد پروتون را محاسبه کرد. برپایهٔ مکانیک کوانتوم، الکترون در یک اتم هیدروژن در حالت تراز صفر، هیچگونه تکانهٔ زاویه‌ای ندارد، تفاوت میان همانندسازی گردش الکترون‌ها به منظومهٔ خورشیدی و آنچه در عمل رخ می‌دهد اینجا است. آشنایی با نسبیت عام
گرانش کوانتومی حلقه تلاش می‌کند تا با به‌کارگیری مفاهیم فضا و زمان از نسبیت عام در نظریه میدان کوانتومی به این هدف دست یابد. این نظریه به توصیفی "گسسته مانند" و "دانه‌ای" از فضا منجر می‌شود. به بیان دقیق‌تر، در این نظریه فضا دارای ساختاری شبکه‌مانند است و کمترین فاصله معنادار، برابر با یک طول پلانک است. یعنی این نظریه بیان می‌کند که فضا نیز همانند ماده ساختاری اتمی (دانه‌ای) دارد. نقطه کوانتومی
نقاط کوانتومی (QDs) نیمه هادی‌های کوچک و با اندازه زیر ۱۰ نانومتر هستند و دارای خواص الکترونیکی هستند که به دلیل مکانیک کوانتومی با ذرات بزرگتر تفاوت دارند. آنها موضوعی اصلی برای فناوری نانو هستند. هنگامی که نقاط کوانتومی توسط نور ماوراء بنفش روشن می‌شوند، یک الکترون در نقطه کوانتومی می‌تواند در حالت انرژی بالاتر برانگیخته شود. در مورد نقطه کوانتومی، این فرایند مربوط به انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به باند رسانش است. الکترون برانگیخته می‌تواند به نوار ظرفیت بازگردد و انرژی خود را با انتشار نور آزاد کند؛ که رنگ آن نور به اختلاف انرژی بین باند رسانش و باند ظرفیت بستگی دارد. کوانتش
کوانتش کانونیک در فیزیک یک رویه برای اندازه‌گیری یک نظریه کلاسیک است که سهمی در ساختار رسمی، مانند تناسب نظریه کلاسیک دارد. به‌طور تاریخی کوانتش کانونیک روش هایزنبرگ برای بدست آوردن مکانیک کوانتم نبود بلکه دیراک آن را در پایان‌نامه دکترای خود در سال۱۹۲۶ با عنوان روش کلاسیک برای کوانتش معرفی کرد و به شرح آن در متن کلاسیک خود پرداخت. کلمه کانونیک از نزدیک بودن هامیلتونی به مکانیک کلاسیک به وجود آمده که در آن حرکت‌های سیستم به وسیلهٔ براکت‌های پواسون کانونیک، ساختاری که فقط در کوانتش کانونیک حفظ می‌شود، ایجاد می‌گردد. این روش توسط دیراک در ساختار الکترو دینامیک کوانتمی بیشتر به معنی نظریه میدان کوانتمی استفاده می‌شد. در نظریه میدان، این روش همچنین کوانتش ثانویه نامیده می‌شود که در مقابل کوانتومش اولیه نیمه کلاسیک برای ذرات واحد است. پدیده‌های کوانتومی ماکروسکوپیک
به‌طور عادی، مکانیک کوانتوم در مقیاس اتمها و ذرات اتمی به کار می‌رود. با این حال، در دماهای پایین، پدیدههایی دیده شده‌است که نشانگر ظهور کوانتوم مکانیک در مقیاس ماکروسکوپیک هستند. شناخته‌شده‌ترین این پدیده‌ها ابرشارگی هلیوم و ابررسانایی هستند که هر دو رفتاری دیدنی به نمایش می‌گذارند. برای نمونه در هر دو حالت ماده می‌تواند با مقاومت صفر جریان یابد. در هلیوم چرخان پیچش‌های کوانتومی شکل می‌گیرند که همه به یک اندازه قوی هستند و می‌توانند در الگوهای زیبایی شکل گیرند. نظریه ارک-ار
بر خلاف مکانیک کلاسیکی، در مکانیک کوانتوم هیج راهی برای تعیین حالات واقعی جهان وجود ندارد. تابع موج که سیستم را توصیف می‌کند به صورت برهمنهی‌های بزرگتری از حالات ممکن متفاوت منتشر می‌شود. گربه شرودینگر بیانی خاص از این موضوع است. بعد از تعامل با سیستم کوانتومی، تابع موج گربه، آن را به صورت برهمنهی از حالات مرده وزنده توصیف می‌کند. به وسیلهٔ مکانیک کوانتوم قابل پیش‌بینی خواهد بود که یک مشاهده گر که در حال مشاهده برهمنهی کوانتومی است، برهمنهی را توصیف خواهد کرد که در آن مشاهده گران متفاوت، چیزهای متفاوت خواهند دید. دقیقاً مثل گربه شرودینگر، مشاهده گر تابع موجی خواهد داشت که همه حالات ممکن را توصیف می‌کند، با وجود این در یک تجربه واقعی، یک مشاهده گر هرگز یک برهمنهی را احساس نمی‌کند. بلکه اغلب چنین احساس می‌کند که یکی از حالات ممکن با قطعیت رخ داده‌است. این تعارض واضح بین توصیف یک تابع موج و تجارب کلاسیکی، مسئله مشاهده (The Problem of Observation) نامیده می‌شود. طرفداران نظریه کوانتوم از این مسئله آگاه بودند و هریک موضع خاصی در مورد آن اتخاذ کرده‌اند. فلسفه مکانیک کوانتم
بور در طول شکل‌گیری فیزیک کوانتومی بی‌محابا از آن جانبداری می‌کرد. هر جا به بن‌بست می‌رسید یا توسط منتقدان فیزیک کوانتمی به چالش کشیده می‌شد با بنا نهادن یک اصل فلسفی از ایده کوانتومی دفاع می‌کرد. وقتی سال ۱۹۳۵ اروین شرودینگر آزمایش گربه را پیش کشید؛ و در آن مسئله تأثیر اندازه‌گیری بر یک سیستم و اینکه چگونه صرف مشاهده می‌تواند زندگی یا مرگ گربه را رقم بزند، تناقض موضوع فرایند اندازه‌گیری در فیزیک کوانتومی را با درک عمومی بر ملا ساخت ولی این ادعا که اندازه‌گیری بر روی یک سیستم کوانتومی تأثیرگذار است جزء لاینفک فیزیک کوانتومی است که تاکنون هیچ آزمایشی آن را نقض ننموده‌است ولی این موضوع که اندازه‌گیری خاصیتی از یک سیستم اطلاعات ما را در مورد سایر خواص آن سیستم از بین می‌برد. در ژوئیه ۲۰۰۴ با اعلام نتیجه آزمایشی که پروفسور افشار از دانشگاه روان انجام داد به چالش کشیده شد ایده ناتوانی در اندازه‌گیری همزمان متغیرهای مکمل که از اصل مکملیت بوهر استنتاج می‌شود به طرز جالبی توسط آزمایش افشار رد شده‌است. افشار طی انجام یک آزمایش به‌طور عملی موفق شد که همزمان ماهیت موجی و ذره‌ای نور را مورد اندازه‌گیری و مشاهده قرار دهد. نتیجه این آزمایش به‌طور آشکارا با اصل مکملیت در تناقض است بنابراین هواداران تعبیر کپنهاگی یا باید نتیجه این آزمایش را در قالب اصل مکملیت توجیه نمایند یا دست از حمایت از این اصل بردارند ولی آنگونه که مشخص است موضع دوم محتمل تر به نظر می‌آید. بر همین اساس تاریخ باردیگر در حال تکرار شدن است و نیمه اول قرن بیست ویکم همانند نیمه اول قرن بیستم شاهد جدل‌های تازه‌ای بین هواداران تعبیر کپنهاگی و هواداران واقعیت عینی (انیشتین نیز به واقعیت عینی معتقد بود و عقیده داشت که واقعیت‌ها مستقل از اندازه‌گیری هستند) خواهد بود. پیوند کووالانسی
پس از ارائه معادلات مربوط به مکانیک کوانتوم و پیدایش شیمی کوانتوم، نگاه تازه‌ای به پیوند کووالانسی شکل گرفت. طبق توصیف کوانتومی، پیوند کووالانسی نتیجه برهم‌کنش دو اوربیتال اتمی است که نتیجه‌اش ایجاد اوربیتال‌های مولکولی می‌باشد. بر این اساس، الکترون‌هایی که در اتم‌ها و درون اوربیتال مولکولی‌ها بوده‌اند؛ پس از برقراری پیوند هم باید درون اوربیتال‌هایی باشند که متعلق به کل مولکول هستند و بدین ترتیب الکترون‌های پیوندی در فضای گسترده‌ای اطراف دو یا چند هسته گردش می‌کنند و از این طریق، کل ساختار را به هم متصل نگه می‌دارند. فوتون
در مدل استاندارد در فیزیک ذرات، فوتون‌ها و سایر ذره‌های بنیادی به‌عنوان نتایج ضروری قوانین فیزیکی که دارای تقارن مشخص در هر نقطه از فضا-زمان هستند، توصیف می‌شوند. خواص ذاتی ذره‌هایی مانند بار الکتریکی، جرم و اسپین توسط نظریه پیمانه‌ای تعیین می‌شوند. مفهوم فوتون منجر به دستاوردهای بسیار مهمی در فیزیک نظری و تجربی گردید که از لیزرها، چگالش بوز-اینشتین، نظریه میدان‌های کوانتومی‌ و "دامنه احتمال" در مکانیک کوانتومی از جمله آن‌ها هستند. مفهوم فوتون همچنین در زمینه‌هایی مانند فتوشیمی، میکروسکوپ‌های دارای قدرت تفکیک بالا و اندازه‌گیری فواصل مولکولی استفاده شده‌است. اخیراً، فوتون‌ها به‌عنوان عناصر مورد استفاده در ساخت کامپیوترهای کوانتومی، کاربرد در تصویربرداری نوری و مخابرات نوری مانند رمزنگاری کوانتومی، مورد پژوهش قرار گرفته‌اند. تاریخ شیمی
کشف معادله شرودینگر توسط آروین شرودینگر و مقالهٔ والتر هایتلر و فریتز لندن که در سال ۱۹۲۷ منتشر شد، به عنوان سرآغاز شیمی کوانتومی شناخته‌می‌شود. به این ترتیب شیمی‌دانان توانستند پیوند اتمی را توجیه کنند. در دههٔ ۱۹۴۰ بسیاری از فیزیک‌دانان مانند روبرت اوپنهایمر و ادوارد تلر از مقیاس مولکولی و اتمی فیزیک به فیزیک هسته‌ای روی آوردند. در سال ۱۹۲۶ میلادی، شرودینگر بر مبنای رفتار دوگانهٔ ذره‌ای و موجی الکترون و با تأکید بر رفتار موجی آن، محدود کردن الکترون به یک مدار دایره شکل را درست ندانست و از حضور الکترون در یک محیط سه بعدی سخن گفت. او یک مدل کوانتومی برای اتم ارائه کرد. کلمنز روتان نیز در سال ۱۹۵۱ مقاله‌ای دربارهٔ معادلات روتان منتشر کرد. تفسیرهای مکانیک کوانتومی
جنبهٔ اساسی یک تعبیر این است که آیا عناصر I به عنوان واقعیت فیزیکی تعبیر می‌شوند یا نه. بنابراین، دیدگاه صرفاً ابزارگرایانه نسبت به مکانیک کوانتومی که در بخش قبل توضیح داده شد اصولاً یک تعبیر نیست. این به این دلیل است که این دیدگاه هیچ ادعایی دربارهٔ عناصر واقعیت فیزیکی ندارد. استفادهٔ کنونی از واقع‌گرایی و کامل بودن ریشه در مقالهٔ سال ۱۹۳۵ دارد که در آن، انیشتین و دیگران پارادوکس EPR را معرفی کردند. در آن مقاله، مؤلفان عنصر مفاهیم واقعیت و کامل بودن یک نظریهٔ فیزیکی را پیشنهاد کردند. آن‌ها عنصر واقعیت را به صورت کمیتی توصیف کردند که مقدار آن را می‌توان قبل از اندازه‌گیری یا ایجاد هرگونه اغتشاشی در آن، با قطعیت تعیین کرد. آن‌ها همچنین یک نظریهٔ کامل فیزیکی را نظریه‌ای تعریف کردند که در آن، هر عنصر واقعیت فیزیکی توسط نظریه در نظر گرفته شده‌است. در یک دیدگاه معنایی نسبت به تعبیر، یک تعبیر در صورتی کامل است که هر عنصر از ساختار تعبیرکننده در ریاضیات وجود داشته باشد. واقع‌گرایی نیز ویژگی هر یک از عناصر ریاضیات است. یک عنصر در صورتی واقعی است که با چیزی در ساختار تعبیرکننده تناظر داشته باشد. برای نمونه، در برخی از تعابیر مکانیک کوانتومی (مانند تعبیر دنیاهای متعدد) گفته می‌شود که بردار کت مربوط به حالت سیستم با عنصری از واقعیت فیزیکی متناظر است. این در حالی است که در سایر تعابیر اینگونه نیست. قطعیت یک ویژگی است که تغییرات حالت در نتیجهٔ گذر زمان را توصیف می‌کند. یعنی حالت در در یک لحظهٔ آینده تابعی از حالت در حال حاضر است. به دلیل امکان عدم وجود یک انتخاب واضح یک پارامتر زمانی، ممکن است همیشه کاملاً روشن نباشد که آیا یک تعبیر خاص قطعیتی است یا نه. به علاوه، یک نظریه ممکن است دو تعبیر داشته باشد که یکی از آن‌ها قطعیتی است و دیگری نیست. واقع‌گرایی موضعی دو جنبه دارد: "جان بل" یک فرمولاسیون دقیق واقع‌گرایی موضعی را بر حسب "نظریهٔ متغیر موضعی پنهان" ارائه کرد. ترکیب نظریهٔ بل با آزمایشهای تجربی، انواع ویژگی‌هایی را که یک نظریهٔ کوانتومی می‌تواند داشته باشد محدود می‌کند. برای نمونه، نظریهٔ بل اینگونه القا می‌کند که مکانیک کوانتومی نمی‌تواند هم واقع‌گرایی موضعی را اقناع کند و هم "قطعیت خلاف واقعیت" را. کیهان‌شناسی کوانتومی
در فیزیک نظری، کیهان‌شناسی کوانتومی حوزه‌ای است که تلاش دارد اثرات مکانیک کوانتومی را بر شکل‌گیری جهان و تحول اولیه اش به ویژه بعد از مهبانگ مطالعه کند. علی رغم تلاش‌های بسیار مانند معادلات ویلر-دویتگرانش کوانتومی است. یکی از مشکلات در این حوزه، مبدأ اطلاعات فیزیکی در جهان است. واقعیت کوانتومی
پس از ارائه خلاصه‌ای از برخی از آزمایش‌های ویران کننده در تاریخ فیزیک کلاسیک (مانند فاجعه ماوراء بنفش) که باعث ایجاد انگیزه برای توسعه نظریه‌ای جدید مانند نظریه کوانتومی شدند، هربرت چهار فرمول اصلی را برای نظریه کوانتومی ارائه می‌کند که عبارت‌اند از: مکانیک ماتریسی ورنر هایزنبرگ، مکانیک موجی اروین شرودینگر، نظریه تحول پل دیراک و فرمول فرمول‌بندی انتگرال مسیر ریچارد فاینمن. تفسیرهای مکانیک کوانتومی
یک تعبیر از مکانیک کوانتومی عبارت است از مجموعه‌ای از عبارات که تلاش دارند توضیح دهند که مکانیک کوانتومی چگونه ما را به درکی از طبیعت می‌رساند. اگرچه مفاهیم مکانیک کوانتومی با آزمایش های سخت‌گیرانه و دقیق مورد تأیید قرار گرفته‌اند، اما برای بسیاری از این آزمایشها می‌توان تعابیر متفاوتی ارائه کرد. مکاتب فکری رقیبی وجود دارند که از نظر مسائلی مانند اینکه: "آیا مکانیک کوانتومی به صورت پدیده‌ای قطعی (در مقابل تصادفی و احتمالاتی) قابل درک است؟" یا اینکه: "چه عناصری از مکانیک کوانتومی را می‌توان واقعی دانست؟" با هم اختلاف نظر دارند. با ادامه روند ابراز علاقهٔ شدید فیزیکدانها به این موضوع، این پرسش مورد توجه خاص متخصصان "فلسفهٔ فیزیک" قرار گرفته‌است. آن‌ها معمولاً با تعیین معنی فیزیکی نهادهای ریاضی تئوری، یک تعبیر از مکانیک کوانتومی را به عنوان تعبیری از بیان ریاضی مکانیک کوانتومی در نظر می‌گیرند. مزه (فیزیک ذره‌ای)
در فیزیک اتمی عدد کوانتومی اصلی یک الکترون نمایانگر آن لایه الکترونی است که آن الکترون در آن قرار دارد و تراز انرژی همهٔ اتم را در آنجا تعیین کرده‌است. به همین گونه، پنج عدد کوانتومی مزهٔ یک کوارک مشخص می‌کنند که کدام یک از شش مزه (u, d, s, c, b, t) را آن کوارک داراست، و زمانی که این کوارک‌ها در هم آمیخته شوند نتیجهٔ آن باریون‌ها و مزون‌های متفاوتی با جرم‌ها، بارهای الکتریکی، و حالت‌های فروپاشی متفاوت خواهد بود. شیمی کوانتومی
یکی از دو نظریه بنیادین مکانیک کوانتومی برای توصیف پیوند شیمیایی است. این نظریه، چگونگی درهم‌آمیزی اوربیتال‌های اتمی در یک اتم مجزا را در هنگام شکل‌گیری یک مولکول بیان می‌دارد. در مقابل، نظریه اوربیتال مولکولی اوربیتال‌ها را در سراسر یک مولکول تسری می‌دهد. مکانیک کوانتومی نسبیتی
در دانش فیزیک، منظور از مکانیک کوانتومی نسبیتی، هرگونه فرمولبندی هموردای پوانکاره‌ای از مکانیک کوانتومی است. این نظریه هم در مورد ذرات جرم‌داری که با هر سرعتی (حداکثر تا سرعتهای نزدیک به نور) منتشر می‌شوند صادق است و هم در مورد ذرات بدون جرم. این نظریه در فیزیک ذرات پرانرژی، فیزیک ذرات، فیزیک شتاب‌دهنده‌ها، فیزیک اتمی، شیمی و فیزیک ماده چگال کاربرد دارد. منظور از "مکانیک کوانتومی غیرنسبیتی، "شکلی از فرمولبندی ریاضی مکانیک کوانتومی است، که در چارچوب نسبیت گالیله‌ای ساخته می‌شود. به طور دقیق‌تر این فرمولبندی از کوانتیزه کردن (کمی‌سازی) معادلات مکانیک کلاسیک با استفاده از جایگزینی متغیرهای پویایی با عملگرهاست. "مکانیک کوانتومی نسبیتی،" مکانیک کوانتومی در چارچوب نسبیت خاص است و نه نسبیت عام. آمیزش نسبیت عام با نظریه کوانتومی موضوع گرانش کوانتومی است و از مسائل حل نشده فیزیک است. اگرچه چند نظریه مانند کالوزا-کلین پیشنهاد شده‌اند اما نااستوار و اثبات نشده هستند. اگر چه فرمولبندیهای قدیمی‌تری مانند تصویر شرودینگر و تصویر هایزنبرگ، ابتدا در چارچوب غیر نسبیتی فرمولبندی شده‌اند اما این تصویرهای مکانیک کوانتومی با نسبیت خاص هم به کار می‌آیند. نسبیت عام
نیاز به سازگاری بین یک توصیف کوانتومی از ماده و یک توصیف هندسی از فضا، و همچنین بروز تکینگی‌ها (در جاهایی که مقیاس طول خمش میکروسکوپیک می‌شود)، از جمله دلایل نیاز به وجود یک نظریه کامل گرانش کوانتومی هستند: برای توضیح کافی در مورد ساختار داخلی سیاه‌چاله‌ها و جهان بسیار جوان نخستین، یک نظریه مورد نیاز است که در آن گرانش و هندسه فضازمان مرتبط با آن به زبان فیزیک کوانتومی بیان گردند. با وجود تلاش‌های فراوان، هنوز هیچ نظریه کامل و سازگاری برای گرانش کوانتومی به دست نیامده است. اگرچه چند نامزد بالقوه برای چنین نظریه‌ای موجود است. تلاش‌ها برای تعمیم نظریه‌های میدان کوانتومی معمولی – که برای توصیف برهمکنش‌های بنیادی در فیزیک بنیادی کاربرد دارند –، از طریق گنجاندن گرانش در این نظریه‌ها با مشکلات جدی روبه رو شده‌اند. در انرژی‌های پایین این دیدگاه موفق است و این نظریه‌ها در این شرایط نظریه‌های میدانی مؤثری برای گرانش هستند. اما در انرژی‌های بالا نتایج دست‌یافته، مدل‌هایی هستند که فاقد هرگونه قدرت پیش‌بینی می‌باشند("غیرقابل بازبه‌هنجارسازی"). یکی از تلاش‌ها برای غلبه بر این محدودیت‌ها نظریه ریسمان است، یک نظریه کوانتومی که دربارهٔ ذرات نقطه‌ای نیست بلکه از اجسام یک بعدی دراز بسیار ریز سخن می‌گوید. این نظریه نوید آن را می‌دهد که می‌تواند یک توصیف یکپارچه برای همه ذرات و برهمکنش‌ها (از جمله گرانش) باشد. بهایی که باید در این راه پرداخت شود، پذیرش ویژگی‌های غیرمعمولی مانند شش بعد اضافی برای فضا در کنار سه بعد موجود است. درخلال دوران انقلاب دوم اَبَرریسمان گمان برآن رفت که نظریه ریسمان و یک نظریه دربارهٔ یکپارچه‌سازی نسبیت عام و اَبَرتقارن به نام اَبَرگرانش، هردو بخشی از یک مدل پیشنهادی یازده–بعدی به نام نظریه اِم هستند که سرانجام یک نظریه سازگار و از نظر تعریفی یکتا از گرانش کوانتومی را ارائه خواهد داد. رایانش کوانتومی
تعریف سادهٔ نقطهٔ کوانتومی این است که یک ذره مادی کوچک، که افزایش یا کاهش یک الکترون خواص آن را به نحو ارزشمندی تغییر دهد. البته اتم‌ها نقطه کوانتومی محسوب می‌شوند، ولی توده‌های چندمولکولی نیز چنین‌اند. در زیست‌شیمی، نقاط کوانتومی گروه‌های اکسیداسیون-احیا خوانده می‌شوند. در نانوتکنولوژی به آن‌ها بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت گفته می‌شود. اندازه آن‌ها در حد چند نانومتر است و از انواع مواد همچون سلنید کادمیوم -که رنگ‌های مختلفی را تولید می‌کند- ساخته می‌شوند. کاربردهای بالقوه آن‌ها در مخابرات و اپتیک است. نانوذرات فلورسنت -که تا پیش از تابش ماوراءبنفش نامرئی هستند- ساختار نانوبلوری قادر به تغییر رنگ از دیگر تعاریف آنهاست. نقاط کوانتومی از دیگر مواد فلورسنت انعطاف بیشتری دارد؛ لذا استفاده از آن‌ها در ساخت رایانه‌های نانومقیاس بهره‌گیرنده از نور برای پردازش اطلاعات مناسب است. اطلاعات کوانتومی
موضوع مطالعهٔ مکانیک کوانتومی تغییرات دینامیکی سیستم‌های فیزیکی میکروسکوپی است. در حوزه نظریه اطلاعات کوانتومی، سیستم‌های کوانتومی مورد بررسی از همتای دنیای واقعی منتزع شده‌اند. یک کوبیت ممکن است در عمل یک فوتون در یک کامپیوتر کوانتومی نوری خطی، یک یون در یک کامپیوتر کوانتومی یون به دام افتاده، مجموعه ای بزرگ از اتم‌ها مانند یک کامپیوتر کوانتومی ابررسانا باشد. صرف نظر از پیاده‌سازی فیزیکی، محدودیت‌ها و ویژگی‌های کوبیت‌ها، که نتیجه نظریه اطلاعات کوانتومی است، در همهٔ این سیستم‌ها صادق است. زیرا توصیف ریاضی همهٔ این سیستم‌ها بر مبنای ماتریس‌های چگالی بر روی اعداد مختلط است. تفاوت مهم دیگر بین تئوری اطلاعات کوانتومی و مکانیک کوانتومی آن است که، در حالی که مکانیک کوانتومی اغلب به مطالعه سیستم‌های بی‌نهایت بعدی مانند یک نوسانگر هماهنگ می‌پردازد، تئوری اطلاعات کوانتومی در در جه اول به سیستم‌های با بعد محدود می‌پردازد. فرمول‌بندی ریاضی مکانیک کوانتم
علاوه بر دیگر خصوصیات ذره‌ها، آن‌ها خصوصیتی ذاتی به نام اسپین, یک "تکانه زاویه‌ای ذاتی" دارند. برخلاف نام، اسپین به این معنی نیست که ذرات حول محوری می‌چرخند (اسپین در زبان انگلیسی به معنی چرخیدن است). اسپین مکانیک کوانتمی هیچ معادلی در فیزیک کلاسیک ندارد. برای بیان اسپین، یک تابع موج بدون اسپین در موقعیت و زمان به عنوان متغیرهایی پیوسته به شکل روبه‌رو بیان می‌شود: , برای بیان حالت اسپین‌دار آن، متغیر گسسته‌ای برای اسپین اضافه می‌شود: , که حاوی مقادیر است; مزه (فیزیک ذره‌ای)
بر خلاف مکانیک کلاسیک، که در آن نیروها فقط اندازهٔ حرکت ذره یا جرم را دگرگون می‌کنند، در فیزیک کوانتومی، نیروی ضعیف می‌تواند ماهیت وجودی یک ذره، حتی یک ذرهٔ بنیادی را دیگر کند؛ بنابراین ذرات بنیادی ابدی نیستند، از یک کوارک می‌توان کوارک دیگری با جرم‌های مختلف و بار الکتریکی متفاوتی ساخت، و برای لپتون‌ها هم به همین گونه دگرگونی‌ها امکان‌پذیر است. از دیدگاه مکانیک کوانتومی، تغییر مزهٔ یک ذره توسط نیروی ضعیف در اصل هیچ تفاوتی با تغییر مسیر چرخش آن از طریق تعامل الکترومغناطیسی ندارد، و باید با عدد کوانتومی نیز توصیف شود. به‌طور خاص، حالت کوانتومی مزه ممکن است تحت تأثیر برهم‌نهی کوانتومی قرار گیرد. حافظه کوانتومی
تحول متقابل اطلاعات کوانتومی بین نور و ماده کانون انفورماتیک کوانتوم است. فعل و انفعال بین یک فوتون منفرد و یک کریستال خنک شده که با یونهای خاکی کمیاب دوپ شده‌است بررسی شده‌است. بلورهای دوپ شده با زمین کمیاب چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای در زمینه ذخیره‌سازی کوانتوم دارند زیرا سیستم کاربردی منحصر به فردی را فراهم می‌کنند. [۱۷] لی چنگفنگ از آزمایشگاه اطلاعات کوانتومی آکادمی علوم چین یک حافظه کوانتومی حالت جامد ایجاد کرد و فوتون را نشان داد. عملکرد محاسبات با استفاده از زمان و فرکانس. بر اساس این تحقیق، می‌توان با استفاده از ذخیره‌سازی و انسجام حالت‌های کوانتومی در سیستم مواد، یک شبکه کوانتومی در مقیاس بزرگ مبتنی بر تکرار کننده کوانتومی ایجاد کرد. محققان برای اولین بار در بلورهای دوپ شده یونی در زمین نادر نشان داده‌اند. با ترکیب فضای سه بعدی با زمان دو بعدی و طیف دو بعدی، نوعی حافظه ایجاد می‌شود که با حالت کلی متفاوت است. ظرفیت چند حالته دارد و همچنین می‌تواند به عنوان مبدل کوانتومی با قابلیت اطمینان بالا مورد استفاده قرار گیرد. نتایج تجربی نشان می‌دهد که در همه این عملیات، وفاداری حالت کوانتومی سه بعدی که توسط فوتون حمل می‌شود می‌تواند در حدود ۸۹٪ حفظ شود. [۱۸] مکانیک کوانتومی
تلاش‌ها برای تبیین تناقضات و ابداع رهیافت‌های جدید به تکوین ساختار جدیدی موسوم به مکانیک کوانتومی انجامید که دو فرمول‌بندی جداگانه دارد (بعداً معلوم شد که این دو هم‌ارزند): مکانیک ماتریسی (عمدتاً به کوشش هایزنبرگ) و مکانیک موجی (بیشتر به همت شرودینگر). به‌طور مثال، ایدهٔ توصیف ذرات با امواج مولّد ابداع مفهوم بسته‌های موج شد، و در نهایت نیز تلاش برای یافتن معادلات حاکم بر تحول زمانی این بسته‌های موج به معادلهٔ موج یا معادلهٔ شرودینگر منتهی شد. جهان موازی
در کوتاه مدت، فیزیکدانان حوزه کوانتوم پدیده‌های عجیبی در مورد جهان ما مشاهده کرده‌اند. برای مثال ذرات در این سطح خودسرانه رفتار می‌کنند. به عنوان مثال، دانشمندان متوجه شده‌اند که فوتون‌ها (بسته‌های کوچک نور) مانند ذرات و امواج رفتار می‌کنند! حتی یک فوتون منفرد نیز این تغییر حالت را انجام می‌دهد. (این مبحث از آزمایشی به نام آزمایش دوشکاف یا آزمایش یانگ نتیجه‌گیری شده‌است که در طی آن نور (فوتون‌ها) می‌توانند هم مانند ذره رفتار کنند و هم مانند موج اما باید دقت شود که نمی‌توانند به صورت همزمان به هردو شکل رفتار کنند). تصور کنید که وقتی دوستی به شما نگاه می‌کند، مانند یک انسان محکم ظاهر می‌شوید و رفتار می‌کنید، اما وقتی دوباره به سمت شما برگشت، شما تبدیل به گاز شده‌اید! نظریه میدان‌های کوانتومی
برهم‌کنش‌ها در نظریه میدان‌های کوانتومی ذاتاً بسیار شبیه به برهم‌کنش‌های میان بار و میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در معادلات ماکسول هستند، با این تفاوت که بر خلاف میدان‌های کلاسیک نظریه ماکسول، میدان‌ها در نظریه میدان‌های کوانتومی، معمولاً در برهم‌نهی‌های کوانتومی وجود دارند و از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی می‌کنند. ذره در جعبه
در مکانیک کوانتوم، مدل ذره در یک جعبه (همچنین به عنوان چاه پتانسیل بی‌پایان شناخته می‌شود) به توصیف یک ذره به حرکت در یک فضای کوچک احاطه شده توسط موانع غیرقابل نفوذ می‌پردازد. این مدل عمدتاً به عنوان یک مثال فرضی برای نشان دادن تفاوت بین سیستم‌های کلاسیک و کوانتومی استفاده می‌شود. در سیستم‌های کلاسیک برای مثال یک توپ به دام افتاده در داخل یک جعبه بزرگ ذره می‌تواند در هر سرعتی در درون جعبه حرکت کند و احتمال پیدا کردنش در هر نقطه برابر است. اما زمانی که چاه بسیار باریک (در مقیاس چند نانومتر) می‌شود، و اثرات کوانتومی مهم می‌شوند. ذره ممکن است تنها تعدادی سطح انرژی مثبت اشغال کند. به همین ترتیب نمی‌تواند هرگز انرژی صفر داشته باشد که به این معنی است که ذره هرگز نمی‌تواند «بنشیند». علاوه بر این، احتمال یافتن ذره نامساوی توزیع می‌شود که این توزیع احتمال بسته به انرژی ذره دارد. ذره ممکن است در موقعیت‌های خاص اصلاً پیدا نشود که به عنوان گره فضایی شناخته می‌شود عرفان کوانتومی
ادعا گردیده که این دیدگاه با دیدگاه‌های ارائه شده در برخی مکاتب عرفانی فلسفی شرق، همانند هندوگرایی، تائوئیسم، و بودیسم همخوانی دارد. این موضوع یکی از ارکان کتب پرفروش The Dancing Wu Li Masters و نیز The Tao of Physics بوده، و مورد توجه جنبش تفکر نیوایج نیز بوده‌است. در رسانه‌ها نیز می‌توان به فیلم ما چه می‌دانیم؟! و "راز" اشاره کرد. فرمول‌بندی انتگرال مسیر
تفاوت بین کلاسیک و کوانتوم در این است که در کلاسیک فقط یک مسیر معرف حرکت ذره است در حالیکه در کوانتوم تمام مسیرها برای ذره در نظر گرفته می‌شود، حتی مسیرهایی که به مسیر کلاسیک شباهت دارد ولی اکر ثابت پلانک را به صفر میل دهیم، باید به مسیر کلاسیکی برسیم. کوانتوم
در فیزیک تعداد کمیت‌های کوانتیدهٔ شناخته شده محدود می باشند. بار الکتریکی کوانتیده بودن این کمیت در سال ۱۹۱۱ توسط رابرت میلیکان و هاروی فلچر طی آزمایش قطره روغن مشاهده شد. در نظریهٔ الکترومغناطیس کلاسیک، قانونی مشخصی وجود ندارد که کوانتیده بودن بار الکتریکی را ایجاب نکند. بلکه بار الکتریکی پیوسته فرض می‌شود و می‌توان هر مقدار دلخواه از آن را جدا کرد. پاول دیراک نشان داده‌است که در صورت یافت شدن تک قطبی‌های مغناطیسی در طبیعت -که تاکنون دیده نشده‌اند- می‌توان کوانتیده بودن بار الکتریکی را توجیه کرد. به همین دلیل هنوز در شتاب دهنده‌ها جستجو برای یافتن بارهای مغناطیسی ادامه دارد. رسانندگی الکتریکی یک مثال دیگر از کمیت‌های کوانتیده در فیزیک کوانتومی رسانایی است که بر اساس تعریف، نسبت جریان الکتریکی به ولتاژ الکتریکی می‌باشد. در بعضی از مواد و در شرایطی خاص، جریان الکتریکی با تغییر ولتاژ الکتریکی به‌طور پیوسته تغییر نمی‌کند، بلکه به صورت پله‌ای افزایش می‌یابد؛ بنابراین در اینجا رسانایی فقط می‌تواند ضرایب صحیحی از یک "کوانتوم" رسانایی را اختیار کند. در اثر کوانتومی هال و نیز در یک اتصال نقطه‌ای کوانتومی این پدیده مشاهده می‌شود. انرژی در مکانیک کوانتومی انرژی به عنوان مشتق زمانی تابع موج و به صورت عملگر انرژی تعریف می‌شود. معادله شرودینگر عملگر انرژی را با انرژی کل یک ذره یا سامانه برابر قرار می‌دهد. پاسخ این معادله تنها می‌تواند مقادیری گسسته اختیار کند. انرژی یک الکترونِ متعلق به یک اتم کمیتی کوانتیده است و این پدیده عامل پایداری اتم و در نهایت ماده می‌باشد. سطوح انرژی یک الکترون در اتم گسسته‌است. همچنین پاسخ این معادله برای هر نوسانگر و نیز امواج الکترومغناطیسی مقادیری گسسته اختیار می‌کند. در این موارد انرژی مضربی از ثابت پلانک و بسامد نوسان خواهد بود: اثر اشتارک
حال به مکانیک کوانتوم برمی گردیم. یک اتم یا مولکول را به عنوان مجموعه‌ای از بارهای نقطه‌ای می‌بینیم(الکترون و هسته)، در نتیجه تعریف دوم دوقطبی بکار می‌رود. برهمکنش اتم‌ها یا مولکول‌ها با یک میدان خارجی یکنواخت به صورت زیر تعریف می‌شود: formula_6 فیزیک اتمی
فیزیک اتمی در درجهٔ نخست، اتم‌های منفرد را مد نظر قرار می‌دهد. مدل‌های اتمی یک هسته و چند الکترون در اطراف آن را شامل می‌شوند. در این مدل‌ها یونیزه شدن یا برانگیختگی توسط فوتون‌ها یا برخورد با ذرات اتمی بررسی می‌شود. تشکیل مولکول‌ها یا وضعیت اتم‌ها در حالت جامد یا مادهٔ چگال در فیزیک اتمی نمی‌گنجد. اوربیتال اتمی
بلافاصله پس از هایزنبرگ رابطه عدم قطعیت که توسط بور موجودیت یافته بود فرمول بندی شد، که در هر نوع بسته موجی دلالت بر عدم قطعیت در فرکانس و طول موج بود، از آن به بعد انتشار فرکانس‌ها منوط به ایجاد یک بسته برای خود شده بود. در مکانیک کوانتومی، ممان تمام ذرات به امواج وابسته هستند، در شکل‌گیری چنین بسته موجی از متمرکز کردن ذرات موجود در فضا برای یک موج استفاده می‌شود. در هر جای مکانیک کوانتومی ذرات محدود به ویژه حالتها هستند، که باید در یک بسته موج متمرکز شوند، و وجود بسته‌ها و اندازه می‌نیمم آن‌ها دلالت برانتشار و مقدار حداقلی آن در طول موج ذرات است، و همچنین با تکانه و انرژی با مقدار حداقلی طول موج ذرات در ارتباط است. در مکانیک کوانتومی، ذراتی که در یک منطقه کوچکی از فضا محدود هستند، در متراکم بودن و وابستگی بستهٔ موج نیاز به گسترهٔ بزرگی از ممان است که بنابراین آن همان بزرگی انرژی جنبشی است؛ بنابراین انرژی بستگی که حاوی یا ذراتی که در ناحیهٔ کوچک از فضا گیرانداخته شده‌اند بدون محدودیت افزایش می‌یابند و این رشد کمتر آن ناحیه را دربردارد. ذرات نمی‌توانند در یک نقطه هندسی محصور باشند. چونکه بی‌نهایت ذره داریم.در شیمی افرادی مانند شرودینگر، پاولی، میلیکان و دیگران اشاره به این کردند که در رابطه هایزنبرگ الکترون به عنوان بسته موج، نمی‌تواند در یک مکان دقیق در اوربیتال در نظر گرفته شود. ماکس بورن پیشنهاد کرد که موقعیت الکترون را می‌توان با یک توزیع احتمال توصیف کرد که برای پیدا کردن الکترون باید به تعداد زیادی از نقطه‌ها متوسل شد که وابستگی بسته موج با تابع موج توضیح داده می‌شود. در مکانیک کوانتومی جدید نتیجه دقیقی به ما نمی‌دهد، اما این تنها احتمالات است که وقوع نتایج گوناگونی را ممکن کرده‌است. هایزنبرگ می‌انگاشت که مسیر حرکت الکترون معنی ندارد اگر ما نتوانیم آن را مشاهده کنیم همچنان که با الکترون‌های یک اتم نمی‌توانیم.در اثر کوانتومی هایزنبرگ، شرودینگر و دیگران عدد اتمی بور ("n") برای هر اوربیتال شناخته شده و کرهٔ در یک اتم سه بعدی و اثر انرژی متوسط بر احتمال، می‌تواند الکترون‌های بستهٔ موج یک اتم را احاطه کنند.اگرچه هایزنبرگ برای موقعیت الکترون از بی‌نهایت مجموعه برای ماتریس اش استفاده کرد، این به این معنی نبود که الکترون نمی‌تواند در هیچ جای جهان باشد. بلکه این قوانین نشان می‌دهد که الکترون باید در توزیع احتمال متمرکز شود. در یک الکترون توصیف انرژی آن با مکانیک ماتریسی حساب می‌شود. از اینرو، الکترون در یک کره معین با یک گستره معین به انرژی مربوط به هسته وابسته‌است که محدود به این مکان است. فیزیک
دسته‌ای سردمدار پایه‌گذاری فیزیکی جدید، که در آن اشکالات و کاستی‌های فیزیک کلاسیک جبران شده باشد، بودند و دسته‌ای سر سرسختانه در مقابل هر گونه تغییر مقاومت می‌کردند و می‌کوشیدند که پدیده‌های جدید را با همان فیزیک کلاسیک (یا نیوتنی) توضیح دهند. سرانجام ماکس پلانک بر پایه تلاش‌های دانشمندان قبل از خود همچون رابرت هوک، کریستیان هویگنس، توماس یانگ و لئونارد اویلر توانست نظریه مکانیک کوانتومی را ارائه دهد و همین‌طور آلبرت اینشتین توانست نظریهٔ نسبیت را ارائه و با موفقیت از آن دفاع کند. در همین سال‌ها بود که فیزیک‌دانان پذیرفتند، با وجود اینکه فیزیک کلاسیک در حوزه مورد بحث خود (که عموماً پدیده‌هایی آزمایش پذیر بودند) خالی از هرگونه خطا است، اما نیاز به ایجاد شاخه‌ای جدید در علم فیزیک با نام فیزیک نوین است. پس از آلبرت اینشتین، تئوری مکانیک کوانتومی و همچنین فیزیک اتمی با تلاش دانشمندان بزرگی چون ورنر کارل هایزنبرگ، آروین شرودینگر، ولفگانگ پائولی و پل دیراک هر روز کامل تر شد و این تکامل روزافزون علم فیزیک، تا به امروز در ده‌ها گرایش و شاخه ادامه دارد. در علم فیزیک، ما با سامانه‌های بسیار متفاوتی رو به رو هستیم، اما نظریه‌های اصلی که در هسته علم فیزیک قرار دارند، توسط همهٔ فیزیک‌دانان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فیزیک کلاسیک، ما با نظریه‌هایی سروکار داریم که حرکت اشیاء که ابعاد و سرعت‌هایی که قابل تصور و عموماً آزمایش پذیرند را، پیش‌بینی و تحلیل می‌کنند. زمانی که صحبت از ابعاد قابل تصور برای عموم مردم می‌شود، منظور از ابعادی فرااتمی و فرامولکولی شروع می‌شود و تا ابعاد سیارات را در بر می‌گیرد و سرعت قابل تصور، عموماً سرعتی کمتر از سرعت نور است. اما هنگامی که سیستم‌های مورد بررسی ما، ابعادی فراتر از حد تصور ما به خود می‌گیرند، مثل منظومه‌ها، کهکشان‌ها و دیگر سیستم‌های عظیم ستاره‌ای و آسمانی یا ابعادی بسیار کوچک، مثل ابعادی زیر اتمی و حتی کوچکتر، فیزیک و مکانیک کلاسیک از خود ضعف نشان می‌دهد و دیگر قدرت پیش‌بینی و درک صحیح واقعیات را ندارد. به همین دلیل تئوری‌هایی که اینگونه سیستم‌ها را تحلیل می‌کنند، در حوزهٔ فیزیک جدید صورت‌بندی می‌شود. البته کاملاً بدیهی است، این تعاریفی که در اینجا ارائه می‌شود کاملاً شکلی عمومی دارند و در علم فیزیک، مرز واضحی میان فیزیک کلاسیک و فیزیک جدید به هیج وجه وجود ندارد. به صورتی که برخی از فیزیک دانان، فیزیک جدید را شکل تکامل یافته و تصحیح شده فیزیک کلاسیک می‌دانند، اما برخی از فیزیک‌دانان که مهم‌ترین آن‌ها ورنر کارل هایزنبرگ بوده‌است، همان‌طور که در کتاب خود "جز و کل" می‌گوید، فیزیک کلاسیک یک مقوله کاملاً جدا، فرمول‌بندی‌شده، بدون ایراد و کامل است اما در حوزهٔ سیستم‌های مورد بررسی خودش و نمی‌توان فیزیک جدید را شکل تکامل‌یافتهٔ فیزیک کلاسیک دانست. عرفان کوانتومی
«سم» چیزی درباره‌ی فیزیک کوانتوم نمی‌داند، بنابراین نمی‌تواند جواب درستی به این ادعا بدهد. اما «دیپاک» هم ابدا درباره شواهدی که قرار است این ادعا را ثابت کند صحبتی نکرد و صرفا یک ادعا کرد. آزمایش دو شکاف
در مکانیک کوانتومی، آزمایش دو شکاف آزمایشی است که نشان می‌دهد ماهیت ذره‌ای و موجی نور و دیگر ذرات کوانتومی از هم جدایی‌ناپذیرند. در این آزمایش یک باریکهٔ همدوس نور را به صفحه‌ای که دو شکاف باریک رویش دارد می‌تابانیم، و نور پس از گذشتن از صفحه روی پرده‌ای که در پشت است می‌افتد. ماهیت موجی نور باعث می‌شود که نورهایی که از دو شکاف می‌گذرند با هم تداخل کنند و یک الگوی تداخلی (نوارهای تاریک و روشن) بسازند؛ ولی اگر روی پرده نور را با آشکارساز بسنجیم، می‌بینیم که نور همیشه به شکل ذره (فوتون) جذب می‌شود. تاریخ مکانیک کوانتومی
تاریخ مکانیک کوانتومی از بخش‌های بنیادی تاریخ فیزیک نوین است. تاریخچه مکانیک کوانتومی که با تاریخ شیمی کوانتومی در هم آمیخته‌است، اساساً با تعدادی کشف علمی آغاز شد: کشف پرتوهای کاتدی در سال ۱۸۳۸ توسط مایکل فاراده؛ اعلامیه زمستانی ۶۰-۱۸۵۹ مسئله تابش جسم سیاه توسط گوستاو کیرشهوف؛ پیشنهاد لودویگ بولتزمن در سال ۱۸۷۷ که حالتهای انرژی یک سامانه فیزیکی ممکن است "گسسته "باشند؛ کشف اثر فوتوالکتریک توسط هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۷؛ و فرضیه کوانتومی ۱۹۰۰ ماکس پلانک که هر سامانه اتمی که انرژی تابش می‌کند را می‌توان از لحاظ نظری به شماری از عناصر انرژی گسسته "ε "(اپسیلون) تقسیم نمود، به گونه‌ای که هر یک از این عناصر انرژی متناسب بابسامد "ν "است که هر یک از آن‌ها تحت آن انرژی تابش می‌کنند که توسط فرمول زیر تعریف می‌شود: که h یک مقدار عددی به نام ثابت پلانک است. الکترودینامیک کوانتومی
الکترودینامیک کوانتومی یا QED مخفف ساده‌ترین نظریهٔ میدان کوانتومی است که در طبیعت یافت می‌شود و برای توضیح نیروی الکترومغناطیس به کار می‌رود. این نظریه یک نظریه پیمانه‌ای آبلی و گروه پیمانهٔ آن اصطلاحاً (U(۱ است. در این نظریه میدان پیمانه formula_1با فرمیون دیراک formula_2 جفت می‌شود. کنش آن به صورت زیر است: حافظه کوانتومی
اثر متقابل تابش کوانتوم با ذرات متعدد طی دهه گذشته موجب جلب توجه علمی شده‌است. حافظه کوانتومی یکی از این زمینه‌هایی است که حالت کوانتومی نور را بر روی گروهی از اتمها نقشه‌برداری می‌کند و سپس آن را به شکل اصلی خود بازمی‌گرداند. حافظه کوانتوم یک عنصر اصلی در پردازش اطلاعات، مانند محاسبات کوانتومی نوری و ارتباطات کوانتومی است، در حالی که راه جدیدی را برای پایه‌گذاری تعامل نور و اتم باز می‌کند. همان‌طور که همه ما می‌دانیم، بازیابی حالت کوانتومی نور کار ساده ای نیست. در حالی که پیشرفت چشمگیری در این زمینه حاصل شده‌است، محققان هنوز در تلاشند تا آن را محقق کنند. فیزیک اتمی
یکی از اولین قدم‌ها به سوی فیزیک اتمی، تشخیص تشکیل ماده بود. از "اتم ها". این بخشی از متون نوشته شده در قرن ششم قبل از میلاد تا قرن دوم قبل از میلاد است، مانند متون دموکریتس یا ساتورا نوشته کاناد. این نظریه بعداً به معنای امروزی واحد اساسی یک عنصر شیمیایی توسط شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی جان دالتون در قرن 18 توسعه یافت. در این مرحله، مشخص نبود که اتم‌ها چه هستند، اگرچه می‌توان آن‌ها را بر اساس ویژگی‌هایشان (به صورت عمده) توصیف و طبقه‌بندی کرد. اختراع سیستم تناوبی عناصر توسط مندلیف گام بزرگ دیگری به جلو بود. آغاز واقعی فیزیک اتمی با کشف خط طیفیها و تلاش برای توصیف این پدیده مشخص شده است،. مطالعه این خطوط منجر به مدل اتم بور و تولد مکانیک کوانتومی شد. در تلاش برای توضیح طیف های اتمی، یک مدل ریاضی کاملاً جدید از ماده آشکار شد. تا آنجا که به اتم‌ها و لایه‌های الکترونی آنها مربوط می‌شود، این نه تنها توصیف کلی بهتری داشت، یعنی مدل مداری اتمی، بلکه مبنای نظری جدیدی برای شیمی (شیمی کوانتومی) و طیف‌سنجی. از زمان جنگ جهانی دوم، هر دو زمینه نظری و تجربی با سرعتی سریع پیشرفت کردند. این را می توان به پیشرفت در فناوری محاسبات نسبت داد، که به مدل های بزرگتر و پیچیده تر از ساختار اتمی و فرآیندهای برخورد مرتبط اجازه داده است. پیشرفت‌های فن‌آوری مشابه در شتاب‌دهنده‌ها، آشکارسازها، تولید میدان مغناطیسی و لیزر به کارهای تجربی کمک زیادی کرده است. تولیدکننده شماره تصادفی سخت‌افزار
دو منبع اساسی عملی وجود دارد مکانیک کوانتومی تصادفی فیزیکی: مکانیک کوانتومی در اتمی یا زیر اتمی سطح و نویز حرارتی (که برخی از آنها است مکانیک کوانتومی در اصل). مکانیک کوانتومی پیش‌بینی می‌کند که برخی پدیده‌های فیزیکی، مانند پوسیدگی هسته ای اتم‌ها، اساساً تصادفی و در اصل نمی‌توانند پیش‌بینی شوند (برای بحث در مورد بررسی تجربی عدم پیش‌بینی پذیری کوانتومی، به آزمایش‌های تست بل مراجعه کنید). و از آنجا که جهان در دمای بالاتر از صفر مطلق وجود دارد، هر سیستم تغییراتی تصادفی در حالت خود دارد. به عنوان مثال، مولکولهای گازهایی که هوا را تشکیل می‌دهند دائماً به صورت تصادفی در حال پرش از یکدیگر هستند (مکانیک آماری را "ببینید" .) این تصادفی یک پدیده کوانتومی نیز هست ("به" فونون "مراجعه کنید"). فیزیک اتمی، مولکولی و نوری
"فیزیک مولکولی" دانش بررسی مولکول‌ها و پیوندهای شیمیایی بین اتم‌های است که آن‌ها را به هم می‌چسباند. مهمترین روش بررسی آزمایشگاهی آن زیرروش‌های گوناگون طیف‌نمایی است. این زیرشاخهٔ فیزیک رابطهٔ نزدیکی با فیزیک اتمی دارد و همپوشانی بسیاری با فیزیک نظری، فیزیک‌شیمی (physical chemistry) و شیمی‌فیزیک (chemical physics) دارد. تفسیرهای مکانیک کوانتومی
یک پاسخ مسئلهٔ تعبیر، شامل ایجاد گونه‌ای از تصویر قابل درک، با حلّ گونهٔ دوم تبدیل است. از راه راه‌حلهای صرفاً ریاضی می‌توان به این هدف رسید، مانند آنچه که به وسیلهٔ تعابیر "دنیاهای متعدد" و "تاریخهای سازگار" ارائه می‌شود. علاوه بر ویژگی‌های غیر قابل پیش‌بینی و برگشت‌ناپذیر بودن فرایندهای اندازه‌گیری، عناصر دیگری از مکانیک کوانتومی وجود دارند که آن را به روشنی از فیزیک کلاسیک متمایز می‌کنند و در هیچ نظریهٔ کلاسیکی حضور ندارند. یکی از اینها، پدیدهٔ "گرفتاری" است، آنگونه که در پارادوکس EPR نشان داده شده‌است، که ظاهراً "اصول علت و معلولی موضعی" را نقض می‌کند. مانع دیگری برای تعبیر، پدیدهٔ "مکمل بودن" است که به نظر می‌رسد اصول اولیهٔ "منطق گزاره‌ای" را نقض می‌کند. مکمل بودن می‌گوید که هیچ تصویری منطقی وجود ندارد (که از منطق گزاره‌ای کلاسیک پیروی کند و) که به صورت هم‌زمان بتوان از آن برای توصیف و تحلیل همهٔ ویژگی‌های یک سیستم کوانتومی S استفاده کرد. این امر معمولاً به این صورت بیان می‌شود: "گزاره‌های مکمل A و B وجود دارند که هر یک می‌توانند S را توصیف کنند، ولی نه به صورت همزمان. مثالهایی از A و B عبارتند از گزاره‌هایی که از یک توصیف موجی S استفاده می‌کنند و گزاره‌هایی که از یک توصیف ذره‌ای S استفاده می‌کنند. عبارت آخر، بخشی از فرمولاسیون اصلی "نیلز بوهر" است، که غالباً با خود اصل مکمل بودن معادل در نظر گرفته می‌شود. مکمل بودن معمولاً این نکته را الغا نمی‌کند که منطق کلاسیک اشتباه می‌کند (اگرچه "هیلاری پوتنام" در مقالهٔ خود "آیا منطق، تجربی است؟" این نظر را دارد). بلکه مکمل بودن به این معنی است که ترکیب ویژگی‌های فیزیکی S (مانند موقعیت و ممان، که هر دو دارای مقادیر در محدوده‌های مشخصی هستند) با استفاده از پیوندهای گزاره‌ای، از قوانین منطق گزاره‌ای کلاسیک پیروی نمی‌کند. آنگونه که امروزه به خوبی دانسته شده‌است، منشأ مکمل بودن در جابجایی‌ناپذیر بودن عملگرهاییست که ذرات قابل مشاهده را در مکانیک کوانتومی توصیف می‌کنند. از آنجا که پیچیدگی یک سیستم کوانتومی با افزایش درجه‌های آزادی آن به صورت نمایی بالا می‌رود، این امکان وجود ندارد که توصیفهای کوانتومی و کلاسیک را با هم تداخل داد تا فهمید که تقریبهای کلاسیک چگونه زده می‌شوند. مکانیک کوانتومی
مکانیک کوانتومی یا نظریهٔ کوانتومی شامل نظریه‌ای دربارهٔ ماده و تابش الکترومغناطیسی و برهمکنش میان ماده و این تابش است. کوانتیزه‌کردن کانونیک
کوانتوم مکانیک در توصیف سیستم‌های غیر نسبیتی همراه تعداد ثابتی از ذرات موفق بود، اما چارچوب جدیدی نیاز بود برای توصیف این که ذرات می‌توانند تولید شده یا نابود شوند، برای مثال، میدان الکترومغناطیسی، مانند مجموعه‌ای از فوتون‌ها در نظر گرفته شده‌است. بنابراین دریافت شد که نسبیت خاص مغایر با یک ذره مکانیک کوانتوم بود، اکنون توصیف نسبیتی ذرات توسط میدان‌های کوانتومی انجام می‌شود. نیروی هسته‌ای قوی
نیروی قوی هسته ای، یکی از چهار نیروی پایه در فیزیک است، که نقش آن کنارهم قرار دادن، کوارک‌ها و ذرات تشکیل‌شده از آن‌ها (مانند نوترون‌ها و پروتون‌ها) در هسته اتم‌ها است. به این معنی که "نیروی هسته‌ای" نیز نام‌گذاری می‌شود. این نیرو به همین خاطر، از نیروی الکترومغناطیسی بسیار قوی‌تر است و می‌تواند هستهٔ اتم‌ها را، با وجود نیروی دافعه بین پروتون‌های آن (با بار الکتریکی مثبت) پایدار نگه دارد. نظریه میدان‌های کوانتومی
در نظریهٔ میدان‌های کوانتومی، فوتون‌ها به صورت کوانتاهای میدان پنداشته می‌شوند و نه مانند توپ‌های کوچک بیلیارد! یعنی امواج پکیده‌ای که در میدان به صورت ذرات به نظر می‌آیند. همچنین فرمیون‌ها -مانند الکترون- را نیز می‌توان به صورت امواج در میدان توصیف کرد، و این در حالی‌ست که هر نوع فرمیون میدان خاص خودش را دارد. به‌طور خلاصه، تصویر کلاسیکی از" همه چیز به شکل ذرات و میدان هاست"، در نظریهٔ میدان‌های کوانتومی به صورت" همه چیز ذره است" یا در نهایت "همه چیز میدان است" در می‌آید. رایانش کوانتومی
گرچه همیشه تکنولوژی چندین گام بزرگ از نظریه عقب است، بسیاری از دانشمندان در زمینه‌های مختلف به فکر رفع این مشکل تا زمان رشد فناوری به حد مورد نظر افتادند. به این ترتیب بود که برای نخستین بار در سال ۱۹۸۲ «ریچارد فاینمن» معلم بزرگ فیزیک و برنده جایزه نوبل، پیشنهاد کرد که باید محاسبات را از دنیای دیجیتال وارد دنیای جدیدی به نام کوانتوم کرد که بسیار متفاوت از قبلی است و نه تنها مشکلات گذشته و محدودیت‌های موجود را بر طرف می‌سازد، بلکه افق‌های جدیدی را نیز به این مجموعه اضافه می‌کند. این پیشنهاد تا اوایل دهه ۹۰ میلادی مورد توجه جدی قرار نگرفت تا بالاخره در ۱۹۹۴ «پیتر شور» از آزمایشگاه AT&T در آمریکا نخستین گام را برای محقق کردن این آرزو برداشت. به این ترتیب ارتباط نوینی بین نظریه اطلاعات و مکانیک کوانتومی شروع به شکل‌گیری کرد که امروز آن را محاسبات کوانتومی یا محاسبات نانومتری (nano computing) می‌نامیم. در واقع هدف محاسبات کوانتومی یافتن روش‌هایی برای طراحی مجدد ادوات شناخته شده محاسبات (مانند گیت‌ها و ترانزیستورها) به گونه ایست که بتوانند تحت اثرات کوانتومی، که در محدوده ابعاد نانومتری و کوچکتر بروز می‌کنند، کار کنند. شیمی کوانتومی نسبیتی
شیمی کوانتومی نسبیتی زیرشاخه‌ای از شیمی و فیزیک است که با اِعمال روش‌های نسبیتی به شیمی کوانتومی سعی در توضیح مشخصات و ساختار عناصر شیمیایی به خصوص عناصر سنگین‌تر با عدد اتمی بالاتر در جدول تناوبی دارد. اوربیتال اتمی
در مکانیک کوانتومی، حالت یک اتم، یعنی حالت‌های انرژی با هامیلتونی آن اتم، گسترش می‌یابد (که توسعه آن با کاربرد جبر خطی پایه‌است) که حاصل ترکیبات خطی پاد متقارن توابع تک الکترونی (دترمینان اسلیتر) است. قسمت فضایی تابع تک الکترونی را اوربیتال اتمی می‌نامند.در فیزیک اتمی، خطوط طیفی اتم با انتقال (پراش کوانتومی) بین ویژه حالتهای یک اتم ایجاد می‌شود. این حالتها توسط یک مجموعه از اعداد کوانتومی برچسب‌گذاری می‌شود، خلاصه از نماد کوتاهی که برای آرایش الکترونی که شکل آن برای نمونه برای اتم نئون به صورت (۱"s" ۲"s" ۲"p")است استفاده می‌شود.معمولاً در این نماد خصوصیات ظاهری وشکل تداخلی توضیح داده می‌شود. مفهوم اوربیتال اتمی از یک تجسم برای یک فرایند مربوط به تحریک به حالت‌گذار است. به عنوان مثال، با تحریک کردن یک الکترون از یک اوربیتال به یک اوربیتال خالی فرایندگذار انجام می‌شود. باید به این نکته توجه داشت که برای الکترون‌های فرمیون اصل طرد پاولی بر آن‌ها حاکم است؛ و نمی‌توان آن‌ها را از سایر اکترون‌های اتم متمایز کرد. علاوه بر این، ممکن است بعضی وقتها اتفاق بافتد که نتوان از شکل تداخلی برای تعیین یک تابع موج ساده صحبت کرد که این مورد برای ارتباط الکترونی بزرگ است. اساساً تابع موج برای سیستم تک الکترونی است برای سیستم‌های چند الکترونی ما برای این مورد از یک تقریب سیستم تک الکترونی استفاده می‌کنیم. برای این تقریب ما از تقریب (Hartree–Fock) استفاده می‌کنیم که این تقریب پیچیدگی‌های تئوری اوربیتال مولکولی را نیز کاهش می‌دهد. ورنر هایزنبرگ
وِرنِر کارل هایزِنبرگ ، فیزیک‌دان نامدار آلمانی و برندهٔ جایزه نوبل فیزیک و یکی از بنیان‌گذاران فیزیک کوانتومی بود. او یکی از تأثیرگذارترین دانشمندان در فیزیک نوین به‌شمار می‌رود. فیزیک نوین
فیزیک نوین (فیزیک جدید یا فیزیک مدرن) به تحولاتی گفته می‌شود که با نظریه‌های نسبیت و فیزیک کوانتومی و کاربرد آنها در درک اتم، هسته اتم و ذرات تشکیل دهنده آن، آرایش اتم‌ها در مولکول‌ها و جامدات و در مقیاس کیهانی، منشأ و تحول عالم شروع شد؛ و در مقابل فیزیک کلاسیک قرار دارد که بر پایه نظریه‌های مکانیک نیوتونی و الکترومغناطیس ماکسولی می‌باشد. هرچه زمان پیش می‌رود، به نظر می‌رسد واژه نوین یا مدرن برای نظریه‌هایی که پایه آن‌ها در سال‌های آغازین سده بیستم میلادی بنا شده‌است، کمتر درخور و سزاوار است. به هر حال، کاربرد این واژه هنوز هم ادامه دارد. نظریه میدان‌های کوانتومی
میدان گرانشی و میدان الکترومغناطیسی تنها میدان‌های بنیادی در طبیعت هستند که برد بی‌نهایت و یک حد انرژی پایین کلاسیک متناظر دارند که برانگیختگی‌های ذره‌مانند آن‌ها را بسیار کاهش می‌دهد و پنهان می‌سازد. آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵، ویژگی "کوانتای میدانی"، یعنی تبادل‌های گسسته و "ذره‌مانند" مومنتا و انرژی را به میدان الکترومغناطیس نسبت داد. ابتدا انگیزه اصلی وی این بود که ترمودینامیک تابش را توضیح دهد. اگرچه اثر فوتوالکتریک و اثر کامپتون قویا دلالت بر وجود فوتون می‌کنند، می‌توان آن را صرفاً با کوانتزه‌سازی انتشار هم توضیح داد . شواهد محکم‌تر از ماهیت کوانتومی تابش امروزه در نورشناخت کوانتومی نوین (مانند اثر پاددسته‌بندی) یافت می‌شود. فلسفه مکانیک کوانتم
در بسط و توسعه‌هایی که طی سال‌های اخیر در نظریه کوانتوم، به سمت قلمروهای هسته ای و مادون هسته ای حاصل شده‌است، خصلت احتمالی نظریه اولیه کوانتوم، همچنان محفوظ، مانده‌است. نظریه میدان کوانتومی، تعمیمی است از نظریه کوانتوم که با نظریه نسبیت خاص، هماهنگ و منسجم است. از این نظریه با موفقیت بسیار در برهم کنشهای الکترومغناطیس و برهم کنش‌های مادون هسته ای و نظریه الکتروضعیف، بهره‌برداری شده‌است. اجازه دهید چالشی را که نظریه کوانتوم در قبال اصالت واقع ابراز کرده‌است، دنبال کنیم. نیلز بور از به‌کارگیری مدل‌های موج و ذره و دیگر زوج‌ها از مجموعه‌های مفاهیم متضاد، حمایت می‌کرد. بحث بور دربارهٔ آنچه او آن را اصل مکملیت نامید، چند موضوع را شامل شد. بور تأکید داشت که سخن ما دربارهٔ یک سیستم اتمی باید همواره به یک آرایش آزمایشگاهی مربوط باشد؛ ما هرگز نمی‌توانیم دربارهٔ یک سیستم اتمی به تنهایی و فی نفسه و عین معلوم را در هر آزمایشی مد نظر قرار دهیم. نمی‌توان هیچ خط فاصل دقیقی بین روند مشاهده و شیء مشاهده شده، رسم کرد. در صحنه آزمایش، ما بازیگریم نه صرفاً تماشاچی و ابزار آزمایشی مورد استفاده را خود برمی‌گزینیم. بور اظهار داشت که آنچه باید به حساب آید، روند تعاملی (کنشی - واکنشی) مشاهد است، نه ذهن یا شعور مشاهده گر. آشوب کوانتومی
آشوب کوانتومی () شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی چگونگی توصیف سیستم‌های پویای آشفتهٔ کلاسیک در چارچوب نظریه کوانتوم می‌پردازد. نخستین پرسشی که آشوب کوانتومی می‌خواهد به آن پاسخ دهد این است که چه رابطه‌ای میان آشوب کلاسیک و مکانیک کوانتومی وجود دارد. مشخصه‌های یک سیستم کوانتومی که بازتاب کنندهٔ رفتار کلاسیک یک سیستم آشوبناک است چیست؟ پاسخی که برای این پرسش موجود است، این است که مکانیک کوانتومی جایی برای آشوب ندارد. یک سیستم کوانتومی، گونه‌ای از سیستم محدود در جعبه است. برآیند توابع موج یک سیستم، ماهیتی متناوب به آن می‌دهد. در آشوب اما، حرکت‌های متناوب نیستند؛ بنابراین با چنین فرضی مکانیک کوانتومی در توجیه آشوب کلاسیک ناتوان است. فیزیک‌دانان بر این باورند که فیزیک کوانتوم دربرگیرندهٔ فیزیک کلاسیک است و با نتیجه مذکور منافات دارد. برای پاسخ به پرسش‌های مطروحه در مورد چگونگی توجیه آشوب کوانتومی، روش‌هایی وجود دارد: اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی
از دیگر تفاوت‌های اندازه‌گیریِ کلاسیک و اندازه‌گیری کوانتوم مکانیکی، هنگامی که چند ویژگی جسم را اندازه‌گیری می‌کنیم آشکار می‌شود. در مورد کلاسیک، اندازه‌گیری‌های متعددِ ویژگی‌های مختلف شئ بر یکدیگر اثرگذار نیستند، اهمیتی ندارد که ابتدا طول جسم را اندازه بگیریم و بعد عرضش را، یا به عکس، اول عرض و بعد طول را و بعد هم جرم آن را اندازه‌گیری کنیم. یعنی یکی از فرضیاتِ اندازه‌گیریِ کلاسیک این است که اندازه‌گیری کمیت‌های گوناگون جسم اثری بر نتایج یکدیگر (با در نظر داشتن محدودهٔ دقت ابزار اندازه‌گیری) ندارند. اما در حوزهٔ اندازه‌گیری کوانتوم مکانیکی، این فرض "واضح" نیز برقرار نیست. برای مثال، در مورد اندازه‌گیری مکان و تکانه خطی یک ذره، اندازه‌گیری کمیت‌های گوناگون برهم اثرگذارند و اولین اندازه‌گیری بر نتیجه آزمایش دوم نیز اثر خواهد گذاشت. در این‌جا این تأثیر به وسیله اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مشخص می‌شود. فرمول‌بندی ریاضی مکانیک کوانتم
فرمول‌بندی ریاضی مکانیک کوانتم فرمول‌بندی‌های ریاضی هستند که امکان تشریح دقیق مکانیک کوانتومی را می‌دهند. چنین فرمول‌بندی متمایز ریاضی برای نظریه‌ها پیش از اوایل ده اول سده بیستم اولیه با استفاده از ساخت‌های انتزاعی ریاضی مانند فضاهای هیلبرت و اپراتورها ساخته شده بود. بسیاری از این ساخت‌ها از آنالیز تابعی که یک بخش در ریاضیات محض است، استفاده می‌کنند که بخشی از آن بعداً تحت تأثیر مکانیک کوانتومی قرار گرفت. به‌طور خلاصه مقادیر فیزیکی مشاهده‌پذیرها مانند انرژی و تکانه که قبلاً عنوان مقداری از توابع در فضای فاز در نظر گرفته می‌شدند، در این فرمول‌بندی به عنوان ویژه‌مقادیر; یا دقیق تر به عنوان مقادیر طیف اپراتورهای خطی در فضای هیلبرت در نظر گرفته شدند. تابع موج
دیراک با تعریف و نمادگذاری فضاهای برا (bra) و کت (ket) فرمول‌نویسی و پیکربندی مکانیک کوانتومی را آسان نمود. تابع موج الکترون یا هر ذره اتمی به تنهایی بیان‌کننده چیزیی نیست و مفهومی ندارد. به علت اصل عدم قطعیت به‌طور دقیق نمی‌توان مکان الکترون، انرژی و… را مشخص کرد. در مکانیک کوانتومی تنها می‌توان از احتمال یک پدیده صحبت کرد. احتمال حضور الکترون در یک مکان خاص، احتمال بودن در تراز انرژی مخصوص، احتمال‌گذار از یک تراز به تراز دیگر و… بر خلاف تئوری‌های پیشین دربارهٔ اتم که آن را به صورت یک هسته که الکترون‌ها و پروتون‌ها در اطراف آن چرخش می‌کردند فرض می‌کردند، در مکانیک کوانتومی الکترون در اطراف هسته قرار دارد، ولی نمی‌توان گفت که در کجا و در چه فاصله‌ای و در چه ترازی قرار دارد. بلکه با استفاده از پتانسیلی که الکترون در آن قرار دارد و حل معادله شرودینگر برای الکترون و بدست آوردن تابع موج حاکم بر رفتار الکترون، می‌توان بررسی کرد که احتمال حضور الکترون در فاصله به خصوصی از هسته و تراز انرژی آن جه قدر است؛ بنابراین باید تابع احتمال را بدست آورد. تابع احتمال در مکانیک کوانتومی از ضرب تابع موج در مختلط همان تابع بدست می‌آید. به عبارت بهتر باید بر روی تابع موج عمل مجذور مختلط انجام داد. نظریه میدان‌های کوانتومی
در نظریه میدان‌های کوانتومی، برهم‌کنشهای مکانیک کوانتومی بین ذرات بر حسب برهم‌کنش‌های میان میدان‌های پس‌زمینه متناظر بیان می‌شوند. شیمی هسته‌ای
شیمی هسته‌ای یکی از شاخه‌های فناوری هسته‌ای است. در این زمینه واکنش‌ها و موارد شیمیایی فرایند‌های هسته‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرند. شیمی هسته‌ای، جزئیات ماهیت پیوندی (نیرویی) که پروتون‌ها و نوترون‌ها را به یکدیگر نگه می‌دارد و خواص هسته از قبیل رادیواکتیویته، تغییرات و تبدیلات مصنوعی، شکست هسته و ذوب هسته‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد. اشعه ایکس، پرتوهای آلفا و بتا و گاما و ساختارهای اتمی از جمله موارد مورد بررسی شیمی هسته‌ای هستند. سرعت نور
در فیزیک نوین، میدان الکترومغناطیسی توسط نظریه الکترودینامیک کوانتومی توصیف می شود. در این نظریه، نور توسط تحریک بنیادی (یا کوانتای) میدان الکترومغناطیسی، که فوتون نامیده میشود، توصیف می شود. در نظریه الکترودینامیک کوانتومی، فوتون ها ذرات بدون جرمی هستند که بنابر نسبیت خاص، با سرعت نور در خلا حرکت می کنند. فلسفه مکانیک کوانتم
با وجود آنکه غالب فیزیکدانان بر سر این مسئله اتفاق نظر دارند که تئوری کوانتومی پاسخگوی امور است و نتایجی را پیشگویی می‌کند که مطابقت خوبی با تجربه دارند، اما همواره بحث‌های زیادی پیرامون بنیادهای فلسفی آن در جریان بوده‌است. یکی از رایج‌ترین تعابیر فلسفی مکانیک کوانتومی به تعبیر کپنهاگی شهرت دارد که از سوی مبدعان اصلی و پیشگامان مکانیک کوانتومی بوهر و هایزنبرگ ارائه شده‌است. هایزنبرگ و بوهر با شور و حرارت از این تعبیر دفاع می‌کردند و سعی می‌کردند آن را به قلمروهایی جز فیزیک نیز تعمیم بدهند و از آن یک فلسفه تمام عیار برای حل یا دست کم برای بیان درست همه مسائل و مشکلات فکری بسازند. مباحثات بوهر و اینشتین که از منتقدان اصلی این تعبیر بود بخش گیرایی از تاریخ فیزیک را تشکیل می‌دهد. اگرچه اینشتین سرانجام سازگاری منطقی نظریه و توافق آن با حقایق تجربی را پذیرفت اما هرگز قانع نشد که نظریه کوانتومی حقیقت غایی را نشان می‌دهد. جمله مشهور اینشتین که «خداوند در خلقت جهان طاس نمی‌ریزد» به وضوح به ناخشنودی وی از کنار گذاردن علیت و رویدادهای منفرد به سود یک تعبیر صرفاً آماری اشاره دارد. فیزیک اتمی، مولکولی و نوری
فیزیک اتمی، مولکولی و نوری دانش بررسی اندرکنش ماده با ماده یا نور با ماده در مقیاس تک اتمی یا ساختارهای دربردارندهٔ چند اتم است. این سه زیرشاخه به خاطر رابطهٔ نزدیکشان، تشابه روش‌های مورد استفاده در مطالعهٔ آن‌ها و نزدیکی انرژی‌ها در یک گروه قرار می‌گیرند. هر سه زیرشاخه ممکن است در مقیاس بزرگ یا کوانتم بررسی شوند. کوانتیزه‌کردن کانونیک
در مقابل در مکانیک کوانتم همهٔ ویژگی‌های مهم ذرات در حالتformula_1, قرار می‌گیرندکه حالت کوانتمی نامیده می‌شود. ویژگی‌های قابل مشاهده توسط عملگرهایی که بر فضای هیبریت حالت هی کوانتم عمل می‌کنند بیان می‌شود. مقدار یک عملگر بر روی یکی از ویژه حالت‌های خود که مقدار قابل اندازه‌گیری بر روی ذرات را بیان می‌کنند، عمل می‌کند. برای مثال انرژی توسط عملگر هامیلتونی formula_2 که بر روی حالت formula_3,عمل می‌کند، نشان داده می‌شود. حاصل formula_4, جایی که، formula_5 انرژی مشخصه است که به ویژه حالت انرژی بیان شود. به عنوان مثال، formula_6, که در آن "a" ثابت است. نظریه ریسمان
در فیزیک، نظریه ریسمان یک چهارچوب نظری فراهم می‌آورد که در آن ذرات نقطه‌ای فیزیک ذرات با اشیاء یک بعدی به نام ریسمان‌ها جایگزین شده‌اند. این نظریه به توصیف این می‌پردازد که چگونه ریسمان‌ها در فضا منتشر شده و با همدیگر برهم‌کنش می‌کنند. در مقیاس های بزرگتر از ابعاد ریسمان‌ها، ریسمان‌ها شبیه ذرات نقطه‌ای هستند که جرم، بار، و دیگر خواص آنها توسط وضعیت ارتعاشی هر ریسمان مشخص می‌شود. در نظریه ریسمان، یکی از حالت های متعدد ارتعاشی متناظر با گراویتون است؛ ذره ای در مکانیک کوانتومی که نیروی گرانش را حمل می‌کند. لذا نظریه ریسمان به نوعی نظریه گرانشی کوانتوم هم می‌باشد. تاریخ مکانیک کوانتومی
برپایه کارهای جولیان شوینگر، پیتر هیگز و جفری گلداستون، فیزیکدانانی به نام‌های شلدون لی گلاشو، استیون واینبرگ و عبدالسلام به‌طور جداگانه نشان دادند که نیروی هسته‌ای ضعیف و الکترودینامیک کوانتومی را می‌توان باهم در یک نیرو به نام نیروی الکتروضعیف ادغام نمود و به همین دلیل موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۷۹ شدند. جسم فیزیکی
یک جسم را می‌شود با نظریه‌های مکانیک کلاسیک یا مکانیک کوانتومی توصیف کرد. این توصیف شامل یافتن اطلاعات در مورد مکان جسم است. در فیزیک کلاسیک یک جسم فیزیک نه تنها دارای انرژی ٬ بلکه دارای جرم است٬ سه بعد دارد٬ مسیر آن در فضا مشخص است و برای مدت مشخصی از زمان وجود دارد. اما در مکانیک کوانتومی و کیهان‌شناسی ٬ نظریاتی مبتنی بر اینکه ذرات بنیادی جسم نیستند و فقط یک نقطه بدون گستردگی در سه‌بعد در فضا در فضازمان هستند یا اینکه در حداقل یک بعد در فضا٬ گسترده هستند (مانند نظریه ریسمان) وجود دارد. نظریه ارک-ار
مکانیک کوانتومی به صورت چشمگیری وضعیت مشاهده گر و اندازه‌گیری‌ها را در توصیف پدیده‌ها دگرگون کرد. مسئله اندازه‌گیری چگونگی حضور یک مشاهده گر کلاسیکی را در جهان کوانتومی مطالعه می‌کند. جهان کوانتومی برهمنهی حالات متفاوت بسیاری را توصیف می‌کند، اما ادراک ما از آن برهمنهی، به صورت حالت کلاسیکی در جهان ماکروسکوپیک است، بدین معنی که همان زیر مجموعه کوچکی از حالات مختلف که با توجه به اصول مکانیک کوانتوم، اجازه برهمنهی دارند، تعداد کم اما مشخص از خصوصیاتی کلاسیکی مثل موقعیت و تکانه خواهند داشت. از این رو این سؤال که چگونه و چرا تجارب پدیداری ما به صورت جهان کلاسیکی، از درون مکانیک کوانتومی حاصل می‌شود، از مسائل اساسی و بنیادین تئوری کوانتوم می‌باشد. مکان (فیزیک)
مکان و موقعیت دو مفهوم به ظاهر مشابه اما در واقع متفاوت از یکدیگرند. مکان اجسام را می‌توان دقیقا تعیین کرد اما موقعیت ذره‌های اتمی را نمی‌توان به‌طور دقیق تعیین کرد. به این دلیل مکان کمیتی قابل تعیین در فیزیک کلاسیک اما موقعیت کمیتی قابل تخمین در فیزیک کوانتوم است. فیزیک اتمی
با آنکه در زبان رایج دو اصطلاح «فیزیک اتمی» و «فیزیک هسته‌ای» مترادف شمرده می‌شوند، اما فیزیک‌دانان اصطلاح «فیزیک اتمی» را برای بررسی اتم به عنوان یک سیستم منفرد و «فیزیک هسته‌ای» را برای بررسی ساختمان هستهٔ اتم بکار می‌برند. اتم‌ها داری موادریزی به نام الکترون هستند اتم‌ها پروتون هم دارند. هر اتم مقدار کمی جرم دارد. طبق نظریه مافی فیزیک اتمی مرتبط به پروتون‌های اتم است.امیر محمد مافی معتقد است سرعت شاخه ای هر الکترون برابر با ۱۲۰۰ کیلومتر برثانیه میباشد.اتم های تازه کشف شده همچون پلوتونیوم و رادرفوردونیوم این قابلیت رو دارند.در جدول مندلیف ما ۱۱۸ عنصر داریم که تعداد ۹۰ تای آن عناصر طبیعی میباشد .در عناصر غیر طبیعی مثل اینیشتنیوم هم قابلیت دو سر اتمی وجود دارد این نظریه را رادرفورد مطرح کرد ومافی انرا تایید کرد. تابع موج
تناقض‌هایی که بین آزمایش‌ها در حوزه فیزیک اتمی و زیر اتمی و قوانین فیزیک کلاسیک وجود داشت باعث روآوری فیزیک دانان به مکانیک کوانتومی شد. در حقیقت آزمایش با تئوری سازگاری نداشت و فیزیک کلاسیک نمی‌توانست بسیای از پدیده‌های حوزه اتم را پیش‌بینی کند. از طرف دیگر دوگانگی در رفتار نور و الکترون‌ها که در آزمایش دو شکاف یانگ به وجود آمد علت اساسی تعریف تابع موج برای حرکت‌های اتمی شد. بدین معنا که رفتار الکترون‌ها را به وسیلهٔ تابع موج گونه توضیح می‌دهیم. آنجائیکه الکترون رفتار ذره‌ای دارد، می‌گوییم تابع موج آن جایگزیده است و آنجا که رفتار موج گونه دارد، تابع موج آن گسترده و پخش شده‌است. باید دقت کرد که حرکت الکترون به صورت موج نیست یا خودش نیز موج نیست بلکه ذره است. اما می‌توان رفتار و خصوصیات آن مانند انرژی، حضور در یک مکان و … را به وسیلهٔ تابع موج توضیح داد. فیزیک اتمی
فیزیک اتمی شاخه‌ای از دانش فیزیک است که به بررسی اتم به‌عنوان یک سیستم منفرد و متشکل از الکترون‌ها و هسته می‌پردازد. مافی معتقد است که مقولهٔ اصلی این شاخه از علم فیزیک آرایش الکترون‌ها اطراف هسته و فرآیندهایی‌ست که این آرایش را تغییر می‌دهند. اصل همیلتون
کنش اگرچه در مکانیک کلاسیک با قوانین نیوتن معادل است ، اما اصل کنش برای تعمیم مناسب تر است و نقش مهمی در فیزیک مدرن دارد. در واقع ، این اصل یکی از اصول کلی در علوم فیزیکی است. بویژه، این اصل در مکانیک کوانتومی بهتر درک می شود. فرمول انتگرال مسیر ریچارد فاینمن از مکانیک کوانتومی مبتنی بر یک اصل کنش ثابت با استفاده از انتگرال مسیر است. معادلات ماکسول را می توان به عنوان شرایط کنش ثابت به دست آورد. شیمی کوانتومی
شیمی کوانتومی رشته‌ای از شیمی است که تمرکز اولیه آن بر روی کاربرد مکانیک کوانتومی در مدل‌های فیزیکی و آزمایش‌های سیستم‌های شیمیایی می‌باشد. در اواخر قرن ۱۷ میلادی، نیوتن قوانین مکانیک کلاسیک برای حرکت اجسام ماکروسکوپی را کشف کرد. در اوایل قرن بیستم میلادی فیزیکدانان دریافتند که حرکت ذرات کوچک مثل هستهٔ اتم‌ها و الکترون‌ها را نمی‌توان با قوانین مکانیک کلاسیک توجیه کرد و از این رو توجیه حرکت این ذرات با مجموعه‌ای از قوانین به نام مکانیک کوانتومی انجام پذیرفت. شیمی کوانتومی قوانین مکانیک کوانتومی را در مسایل مربوط به شیمی مورد استفاده قرار می‌دهد. تأثیرات شیمی کوانتومی در تمامی زیرشاخه‌های شیمی محسوس است. البته لازم به ذکر است رشته‌ای به نام «شیمی کوانتم» به شکل مستقل وجود ندارد ودرحقیقت این عنوان،یک گرایش رسمی درگروه شیمی نیست بلکه یک مبحث از رشته اصلی «فیزیک کوانتمی» می‌باشد. طیف اتمی
طبق توصیف کوانتوم مکانیک از الکترون، که مفهوم «دوگانگی موج-ذره» (Wave-Particle Duality) را بیان می‌کند، اگرچه پدیده الکترومغناطیس در نور را تحت عنوان موج می‌شناسند، اما در مواردی به این پدیده هم‌چون ذره نیز نگاه می‌شود. شیمی کوانتومی
شیمی‌فیزیکدانان از شیمی‌کوانتومی (به همراه ترمودینامیک آماری) برای محاسبهٔ خواص ترمودینامیکی گازها، توضیح طیف‌های مولکولی و نیز بدست آوردن تجربی برخی از خواص مولکول (مانند طول و زاویه پیوندها، ممان دوقطبی، تفاوت انرژی در صورتبندی‌های متفاوت و…) استفاده می‌کنند.ودرحقیقت فیزیکدان کوانتمی محسوب میشوند.شیمی‌آلی دانان از این علم به منظور تعیین پایداری مولکول‌ها، محاسبهٔ حد واسط واکنش‌ها، تحقیق مکانیزم انجام واکنش‌ها، پیش‌بینی خواص آروماتیکی ترکیبات و توجیه طیف‌های NMR استفاده می‌کنند. شیمی‌تجزیه‌دانان به‌طور گسترده از روش‌های طیف‌بینی استفاده می‌کنند. فرکانس‌ها و شدت خطوط طیفی به سادگی می‌توانند با شیمی‌کوانتومی درک و توجیه شوند. موارد استفادهٔ دیگر برای آن‌ها توضیح مکانیزم واکنش‌های الکتروشیمیایی است. شیمی‌معدنی‌دان‌ها از نظریه میدان لیگاند، و روش‌های تقریبی مکانیک کوانتومی برای توجیه خواص و انتقالات الکترونی در کمپلکس‌های فلزات واسطه استفاده می‌کنند. تاریخ فیزیک
نظریهٔ اتم کوانتیزه در دهه دوم میلادی مبدل به یک نظریهٔ مجزا و مهمی گردید که به مکانیک کوانتمی معروف شد. تا آن زمان نظریهٔ کوانتمی صرفاً متکی بر «اصل توافق» بود که بیان می‌دارد نتایج فیزیک کلاسیک باید به صورت حالات حدی نتایج مکانیک کوانتمی دربرگرفته شوند. اما این نظریه زمانی روی دور افتاد که اثر کامپتون نشان داد که نور اندازه حرکت داشته و از روی ذرات قابلیت پراشیدگی دارد، و نیز زمانی که لویی دوبروی مدعی شد که همانطوری‌که امواج الکترومعناطیس رفتار ذره گونه از خود نشان می‌دهد، ماده نیز از خود رفتار موجی می‌تواند نشان دهد، که این مفهوم بنیادی را امروزه با نام دوگانگی موج-ذره بیان می‌کنند. این اصول جدید کوانتیکی در سال ۱۹۲۵ میلادی توسط ورنر کارل هایزنبرگ، ماکس بورن، و پاسکوال جردن به صورت مکانیک ماتریسی فرمول بندی شدند. این توصیف بر اساس روابط احتمالاتی بین حالات «گسسته» ذرات بیان می‌گردید و با مفهوم علیت در تضاد قرار داشت. اما یک سال بعد در سال ۱۹۲۶ اروین شرودینگر نظریهٔ کوانتمی معادلی ارائه داد که این بار بر اساس مبانی موج بنا نهاده شده بود و توصیفی دلپذیرتر برای طرفداران فیزیک کلاسیک عرضه می‌کرد. لیکن اصل عدم قطعیت هایزنبرگ که در سال ۱۹۲۷ ارائه گردید اذعان داشت که اندازه‌گیری دقیق و هم‌زمان موقعیت و تکانه یک ذره غیرممکن است، و علاوه بر این نیز تفسیر کپنهاکی (که به افتخار شهر نیلز بوهر نامگذاری گردیده‌است) کماکان با مفهوم علیت از خود تضاد نشان می‌داد، تا جاییکه انیشتین خود اغلب از این خاصیت نظریه کوانتمی ابراز نارضایتی می‌کرد و می‌گفت: «خدا در اداره جهان تاس نمی‌اندازد». فلسفه مکانیک کوانتم
در قرن نوزدهم، نظریه پردازان برای تشریح گروه متفاوتی از پدیده‌ها که متضمن نور و الکترومغناطیس بودند، از مدل اساسی دیگری استفاده کردند که عبارت بود از: انتشار امواج درمحیط‌های میانجی پیوسته؛ ولی در اوایل قرن حاضر به نظر می‌رسید که چند آزمایش حیرت‌انگیز، استفاده از هر دو مدل موج و ذره را برای هر دو نوع از پدیده‌ها ایجاب می‌کند. از یک طرف، معادله انیشتین دربارهٔ اثر فتوالکتریک و کار کامپتون بر روی پراکندگی فوتون نشان داد که نور در بسته‌های مجزا و منفصل، با انرژی و اندازه حرکت معین، گسیل می‌گردد و بسیار شبیه به جریانی از ذرات عمل می‌کند، و از طرف دیگر و در مقابل آن، الکترون‌ها که همواره به صورت ذرات تصویر می‌شدند، آثار تداخل انتشار را که از ویژگی‌های امواج است، از خود نشان دادند. امواج، پیوسته و گسترده‌اند و به موجب فاز بر یکدیگر تأثیر متقابل دارند؛ اما ذرات، گسسته و به مکانی خاص محدودند و تأثیر متقابل آن‌ها براساس اندازه حرکت است. به نظرمی رسد هیچ راهی برای تلفیق این دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد. مکانیک کوانتومی
واژهٔ لاتین کوانتوم در مکانیک کوانتومی از این‌جا می‌آید که این نظریه به بعضی از کمیت‌های فیزیکی (مانند انرژی اتم ساکن) در شرایط خاص مقدارهای گسسته‌ای نسبت می‌دهد. پایه‌های مکانیک کوانتومی در نیمهٔ اول قرن بیستم به کوشش ورنر هایزنبرگ، ماکس پلانک، آلبرت اینشتین، لویی دو بروی، نیلز بور، اروین شرودینگر، ماکس برن، جان فون نویمان، پل دیراک، ولفگانگ پاولی، ریچارد فاینمن و دیگران ساخته شد. بعضی از جنبه‌های بنیادی این نظریه هنوز هم در حال پیشرفت است. مناظرات بور-اینشتین
"آزمایش دوشکاف" در مکانیک کوانتومی، آزمایشی است که نشان می‌دهد ماهیت ذره‌ای و موجی نور و دیگر ذرات کوانتومی از هم جدایی‌ناپذیرند. بر این باور که هر ذره از نور (فوتون) علاوه بر اینکه یک موج است، همزمان یک کوانتوم (واحد) حامل انرژی نیز هست و از هر دو خاصیت موجی-ذره‌ای به‌شکل همزمان بهره می‌برد. در این آزمایش یک باریکهٔ همدوس نور را به صفحه‌ای که دو شکاف باریک رویش دارد می‌تابانیم، و نور پس از گذشتن از صفحه روی پرده‌ای که در پشت است می‌افتد. ماهیت موجی نور باعث می‌شود که نورهایی که از دو شکاف می‌گذرند با هم تداخل کنند و یک الگوی تداخلی (نوارهای تاریک و روشن) بسازند؛ ولی اگر روی پرده نور را با آشکارساز بسنجیم، می‌بینیم که نور همیشه به شکل ذره (فوتون) جذب می‌شود. فیزیک
بعدها با پیدا شدن دو برهمکنش دیگر (برهمکنش هسته‌ای قوی و برهمکنش هسته‌ای ضعیف) برای فرمول‌بندی آن‌ها هم اقدام شد و از نسبیت خاص برای تمام نظریه‌ها استفاده شد و کل نظریه‌ها عبارت شدند از: ۵-نظریهٔ ضعیف کوانتومی (برهمکنش هسته‌ای ضعیف و دینامیک کوانتومی بعداً با تلفیق با الکترودینامیک نظریه الکترو ضعیف کوانتومی را ساخت) کوانتش
در فیزیک کوانتش یا کوانتومش روند گذار از درک کلاسیکی از پدیده‌های فیزیکی به درک جدیدتر شناخته شده به عنوان مکانیک کوانتوم است. این روش برای ساختار نظریه میدان‌های کوانتومی بر مبنای تئوری میدان (فیزیک) است. در کل این روش برای ساخت مکانیک کوانتوم بر مبنای مکانیک کلاسیک بود. کوانتشِ میدانی فرایند کوانتیدن یا کوانتومیدن میدان الکترومغناطیسی است که در این فرایند فوتون‌ها کوانتم میدانی هستند. این فرایند مبنای تئوری‌هایی چون فیزیک ذرات، فیزیک هسته‌ای، فیزیک ماده چگال و نورشناخت کوانتومی است. کوانتومش، میدان کلاسیک را به حالت کوانتومی تبدیل می‌کند که در آن حالت خلاء کم‌ترین حالت انرژی است. از بارزترین نیازها برای انجام روند کوانتومش استفاده از بازبه‌هنجارسازی است. یکی از نخستین روش‌ها که برای کوانتیدن، کوانتش کانونیک بود گرچه روش‌های دیگری نیز وجود دارند که در بیشتر شرایط برای محاسبهٔ دامنه‌های کوانتومی بیشتری مورد استفاده واقع می‌شوند.