Kwantummechanica

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Kwantummechanica
{\Delta x}\, {\Delta p} \ge \frac{\hbar}{2}
Onzekerheidsrelatie
Algemene inleiding...
De Solvay-conferentie van 1927 in Brussel.

Kwantummechanica is een natuurkundige theorie[1] die het gedrag van materie en energie met interacties van kwanta op atomaire en subatomaire schaal beschrijft. De ontwikkeling ervan sinds het begin van de 20e eeuw kan, samen met die van de relativiteitstheorie, beschouwd worden als de overgang van de klassieke natuurkunde naar de moderne natuurkunde. Kwantummechanica kwam tot stand door de inspanningen van vele eminente geleerden.

Algemeen overzicht[bewerken]

In de kwantumtheorie wordt de werkelijkheid op een fundamenteel andere manier benaderd dan in de klassieke natuurkunde, waarin ervan wordt uitgegaan dat er een waarnemer-onafhankelijke werkelijkheid is en natuurkundige grootheden continue variabelen zijn, die in elke gewenste combinatie gemeten kunnen worden. Meetonnauwkeurigheden zijn in de klassieke natuurkunde een praktisch probleem. In de kwantumtheorie (althans in de breed aangehangen Kopenhaagse interpretatie van Niels Bohr en Werner Heisenberg) variëren natuurkundige grootheden stapsgewijs (met 1 kwantum tegelijk) en is er geen waarnemer-onafhankelijke werkelijkheid. Door dit tweede fundamentele verschil met de klassieke natuurkunde is het principieel uitgesloten om het effect van de waarneming uit te schakelen: de keuze die de waarnemer maakt bij het opzetten van zijn experiment bepaalt in belangrijke mate de uitkomst daarvan. Het product van de onnauwkeurigheden van de gelijktijdige metingen van twee grootheden (bijvoorbeeld plaats en impuls) heeft volgens de onzekerheidsrelatie van Heisenberg een minimale waarde. Is de ene grootheid met de grootst mogelijke nauwkeurigheid gemeten, dan is de andere onvermijdelijk geheel onbepaald en onbepaalbaar. Deze relatie is zelf echter wel nauwkeurig en objectief geformuleerd. Op macroscopische schaal is de invloed van kwantummechanische beperkingen op de nauwkeurigheid meestal niet meetbaar en gaat de kwantummechanica over in de klassieke natuurkunde: dat heet het correspondentieprincipe.

De kwantummechanica doet bovendien slechts statistische uitspraken over een reeks van waarnemingen. Dat heeft tot gevolg dat het gedrag van een individueel elementair deeltje slechts in termen van waarschijnlijkheid kan worden beschreven. Die waarschijnlijkheden worden beschreven door het modulus in het kwadraat van de complexwaardige golffuncties, die de kansdichtheid geven van het meten van een waarde van een fysische grootheid zoals bv. plaats, snelheid en spin, zoals de kwantummechanische versie van het impulsmoment genoemd wordt.

De beschrijving van systemen door middel van een golffunctie betekent dat deeltjes zich, afhankelijk van de manier waarop ze worden waargenomen, soms als een deeltje in klassieke zin, maar soms als een golfverschijnsel gedragen. Zo kunnen bijvoorbeeld elektronenbundels, net als lichtbundels, brekingsverschijnselen en interferentie en diffractie vertonen. Andersom kan licht ook beschouwd worden als bestaande uit kwanta, die in het geval van licht fotonen genoemd worden, met een energie E:

 E = h \nu \,

waarin  h de constante van Planck en  \nu (de Griekse letter nu) de frequentie van het licht.

Bij het formuleren van de kwantummechanica in termen van golffuncties blijkt dat bepaalde fysische grootheden uitsluitend waarden kunnen aannemen uit een bepaalde verzameling, die van de situatie en de te meten grootheid afhangt. Een bekend voorbeeld is het feit dat elektronen in een atoom slechts bepaalde energieniveaus kunnen bezetten, wat aanleiding geeft tot spectraallijnen in het licht dat door het atoom wordt uitgezonden. Een ander opmerkelijk feit in de kwantummechanica is dat fysische grootheden van een systeem in sommige combinaties niet tegelijkertijd met willekeurige nauwkeurigheid bekend kunnen zijn. De belangrijkste voorbeelden hiervan zijn plaats x en impuls p, en tijd t en energie E. Dit feit staat bekend als de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. De onnauwkeurigheden Δ in deze grootheden zijn naar onder in grootte begrensd door de volgende ongelijkheden:

\Delta x\Delta p\ge \frac h{4\pi}
\Delta E\Delta t\ge \frac h{4\pi}

Dit volgt rechtstreeks uit de aanname van golfeigenschappen en uit de wiskundige eigenschap van de Fouriertransformatie. Er zijn nog tal van andere onzekerheidsrelaties tussen paren van fysische grootheden, die daarom niet-commuterend worden genoemd. In jargon zegt men dat bij meten (waarnemen) van een willekeurige variabele de golffunctie wordt geprojecteerd op een eigentoestand. Dit betekent dat alle andere informatie (over alle andere observabelen) verloren gaat. De onzekerheidsrelatie tussen twee willekeurige niet-commuterende grootheden wordt gegeven door:

\Delta A \, \Delta B \ge \frac{1}{2i} \left|\left\langle\left[{A},{B}\right]\right\rangle\right|

De kwantummechanica maakt onderscheid tussen twee typen deeltjes : bosonen en fermionen. Het onderscheid zit in de spin van het deeltje, een fundamentele eigenschap die alleen van het type deeltje afhangt en de waarden 0,\frac12,1,\frac32,\ldots kan aannemen. De deeltjes met heeltallige spin heten bosonen, de andere worden fermionen genoemd. Een belangrijk resultaat met betrekking tot dit onderscheid is het uitsluitingsprincipe van Pauli, dat zegt dat er geen twee fermionen naast elkaar in dezelfde toestand kunnen bestaan. Voor de bosonen is dat wel mogelijk.

Schrödingervergelijking[bewerken]

In de meest simpele vorm worden deeltjes in de kwantummechanica beschreven als oplossing van de Schrödingervergelijking. In de plaats-representatie is deze golffunctie \Psi(\vec{x},t) een oplossing van deze vorm van de Schrödingervergelijking:

i\hbar \frac{\partial \Psi}{\partial t} = -\frac{\hbar^2}{2m} \nabla^2 \Psi + V(\vec{x})\Psi

Die vergelijking heeft de wiskundige vorm van een golfvergelijking, dus volgen hieruit de golfeigenschappen. Hierin is i de imaginaire eenheid (met i²=–1), \partial / \partial t de partiële afgeleide naar de tijd, \hbar de constante van Dirac, m de massa, \nabla^2 de Laplaceoperator, V de potentiaal en \vec{x} de plaatsvector.

In een meer algemene vorm kan de tijdsafhankelijke Schrödingervergelijking geschreven worden als:

 i\hbar \frac{\partial \Psi}{\partial t} = H \Psi

Hierbij is H de hamiltoniaan, een operator die de totale energie weergeeft. Vaak wordt er voor gekozen om de tijdonafhankelijke Schrödingervergelijking op te lossen voor  \psi(\vec{x}) .

E \psi(\vec{x}) = H \psi(\vec{x})

De tijdsafhankelijke golffunctie wordt dan gegeven door: \Psi(\vec{x},t) = e^{-iEt / \hbar}\psi(\vec{x}).

Zie ook Impulsoperator.

Dirac-formalisme[bewerken]

De kwantummechanica is door de Britse fysicus Paul Dirac van een abstracte, naar hem genoemde bra-ket-notatie voorzien:

  1. De toestand van een fysisch systeem wordt gegeven door een vector  |\psi\rangle in een ruimte die geen hilbertruimte is (wat wel, bleef bij Dirac onduidelijk).
  2. Voor elke willekeurige toestandsvector  |\psi\rangle geldt:  \langle\psi|\psi\rangle=1 , waarbij  \langle\psi| de hermitisch geconjugeerde is van  |\psi\rangle .
  3. De kans dat een systeem met toestandsvector  |\Psi\rangle zich in toestand |\alpha\rangle bevindt wordt gegeven door P(\alpha,\Psi) = | \langle\alpha|\Psi\rangle | ^2
  4. Meetbare grootheden corresponderen met hermitische operatoren die de toestandsvector als argument hebben; deze bezitten reële eigenwaarden die de numerieke waarde van die meetbare grootheden aangeven.
  5. Elementaire deeltjes blijken een spin S te hebben. Dit is de kwantummechanische versie van het klassieke impulsmoment. Voor de drie componenten van deze vectorgrootheid  (S_x, S_y, S_z) gelden de commutatierelaties:
    1.  [S_x, S_y] = i \hbar S_z
    2.  [S_z, S_x] = i \hbar S_y
    3.  [S_y, S_z] = i \hbar S_x
  6. Elementaire deeltjes kunnen worden onderverdeeld in bosonen en fermionen. Bosonen hebben een golffunctie die 'even' is (symmetrisch in plaats en tijd); fermionen hebben een golffunctie die 'oneven' is (anti-symmetrisch in plaats en tijd). Dit verklaart waarom fermionen aan het pauli-verbod onderworpen zijn en bosonen niet.

Geschiedenis[bewerken]

"Oude" kwantumtheorie[bewerken]

Voorafgaand aan de theorie van de kwantummechanica werd de kwantumtheorie ontwikkeld, ook wel bekend als de "oude kwantumtheorie". Een eerste aanzet tot deze theorie begon met Max Planck in zijn studie gepubliceerd in 1900 Zur Theorie des Gesetzes der Energie-Verteilung im Normal-Spektrum. In dit artikel levert Planck een oplossing voor een tot dan toe onopgelost probleem, namelijk de gemeten intensiteitsverdeling van de straling afkomstig van een zwart lichaam. Pogingen om deze stralingsverdeling te verklaren met behulp van de klassieke natuurkunde mislukten volledig (stralingswet van Wien en wet van Rayleigh-Jeans). De door Planck ontwikkelde stralingsformule kon deze stralingsverdeling wel goed verklaren. Planck kwam tot deze formule, wanneer hij aannam dat de interactie van straling met materie altijd gaat in eindige energiepakketjes (kwanta). Later zou blijken dat de afleiding van Planck fysisch onjuist was, maar het eindresultaat ervan wel goed was. De juiste afleiding zou later door Einstein gegeven worden.

Einstein, die onafhankelijk van Planck werkte, kwam in 1905 met dezelfde formule op grond van statistische beschouwingen over entropie veranderingen van straling in een afgesloten ruimte. Hij ging daarbij wat verder dan Planck, door te stellen dat straling uit deeltjes (fotonen) bestaat en dat de reden is, dat de interactie van straling met materie in energiepakketjes gaat. Met zijn theorie kon Einstein vervolgens het foto-elektrisch effect verklaren.

Niels Bohr stelde in 1913, op grond van het werk van Einstein en Planck, een nieuw model op voor het atoom ter vervanging van het toen bekende atoommodel van Rutherford. In zijn model stelde hij dat elektron binnen een atoom een foton kan absorberen of uitzenden, waarbij het elektron van baan kan wisselen (kwantumsprong). Verder kwam hij tot de conclusie dat alleen bepaalde banen toegestaan waren voor de elektronen om een atoomkern, met andere woorden de elektronenbanen zijn gekwantiseerd. Een precieze verklaring hiervoor gaf hij niet, deze zou later worden gegeven door de Broglie. Ook voerde hij het eerste kwantumgetal in voor de baanschil van het elektron. Arnold Sommerfeld verfijnde een paar jaar later het baanmodel van Niels Bohr, door te stellen dat de elektronenbanen ellipsvormig waren in plaats van cirkelvormig. Hij voegde extra kwantumgetallen toe om ook impulsmoment en magnetisch moment van het elektron te beschrijven.

In 1924 kwam Louis-Victor de Broglie met het idee dat deeltjes ook als golven gezien kunnen worden (dualiteit van golven en deeltjes), wat later experimenteel bevestigd werd. Hij paste zijn ideeën toe op het atoommodel van Bohr en stelde de elektronen rondom de atoomkern voor als staande golven. Hij ontdekte dat een staande golf alleen bij bepaalde elektronenbanen kon ontstaan, namelijk bij de toegestane elektronenbanen zoals beschreven door Bohr.

In 1924 bedacht Wolfgang Pauli het uitsluitingsbeginsel voor de elektronen op grond van beschouwingen over de kwantumgetallen. Hij bedacht hierbij ook het concept van de spin voor elektronen.

Ontwikkeling kwantummechanica[bewerken]

Later kwamen Heisenberg en Schrödinger elk apart met een theorie voor de kwantummechanica. De theorie van Heisenberg is gebaseerd op het gebruik van matrices en staat dan ook bekend als matrixmechanica, terwijl die van Schrödinger gebruik maakt van een golfvergelijking en daarom bekendstaat als golfmechanica.

In 1925 werkte Heisenberg, voortbordurend op het werk van Bohr, aan een code voor het koppelen van kwantumgetallen aan energietoestanden van het atoom aan de hand van experimenteel bepaalde frequenties en intensiteit van lichtspectra. Heisenberg kwam uit op een vergelijking waarbij voor bepaalde grootheden de commutatieve eigenschap blijkbaar niet geldig is. Max Born herkende hier matrices in en zette de vergelijking van Heisenberg om naar de matrix notatie. Max Born is ook de bedenker van de naam 'kwantummechanica'. Later in 1927 leidde Heisenberg uit zijn vergelijking zijn beroemde onzekerheidsrelatie af.

In hetzelfde jaar 1925 stelde Schrödinger, op grond van de materiegolven van de Broglie, zijn golfvergelijking op. De oplossing van deze vergelijking leverde de golffunctie op, waarmee hij het kwantumaspect van een systeem kon beschrijven. De vraag rees hoe men nu de golffunctie fysisch moest interpreteren. Max Born kwam in 1926 met de verklaring dat, de golffunctie voor de waarschijnlijkheidsamplitude staat, waarmee men de waarschijnlijkheid van het voorkomen van een bepaalde kwantumtoestand kan berekenen. Volgens Born had de golffunctie zelf verder geen fysische realiteit. Dit was een geheel nieuw concept. Volgens Born waren in de atoomtheorie geen exacte antwoorden meer mogelijk en kon men alleen nog maar spreken over waarschijnlijkheden.

Dat er toen twee alternatieve versies van de kwantummechanica waren ontwikkeld, vormde een probleem. In 1926 lukte Paul Dirac het om aan te tonen dat theorieën van Heisenberg en Schrödinger equivalent waren en dat ze in feite verschillende benaderingen waren van de kwantummechanica. Hierbij kan theorie van Heisenberg gekarakteriseerd worden als een deeltjesbenadering en de theorie van Schrödinger als een golfbenadering. Paul Dirac en John von Neumann vatten de twee theorieën axiomatisch samen en breidden ze verder uit. Hun methode is bekend onder de naam kwantum algebra.

In 1927 hielden Bohr en Heisenberg zich bezig met de vraag hoe nu de kwantummechanica te interpreteren. Hun ideeën hierover vatten zij samen in wat nu bekend staat als de Kopenhaagse interpretatie.

Kritiek[bewerken]

De kwantummechanica is een intuïtief moeilijk te doorgronden theorie, waardoor die in de beginperiode op veel weerstand stuitte.

In het begin had Max Planck bezwaar tegen Einsteins idee, dat straling uit deeltjes bestaat. Planck zag zijn eigen oplossing meer als een wiskundige truc om zo tot de juiste oplossing te komen, maar hij vond dat geen realiteit aan die wiskunde gekoppeld moet worden. Verder meende Planck dat 'zijn' kwantumtheorie later vervangen zou worden door een meer deterministische theorie zonder 'vage' statistische eigenschappen. Experimenteel fysicus Robert Millikan was ook tegen Einsteins ideeën en hij probeerde tevergeefs tien jaar lang door middel van experimenten Einsteins theorie te weerleggen. Millikan voerde zijn experimenten dermate nauwkeurig uit, dat het uiteindelijk hem onbedoeld de Nobelprijs opleverde.

Louis-Victor de Broglie had er bezwaar tegen dat zijn materiegolven, zoals beschreven in golfvergelijking van Schrödinger, werden opgevat als dat ze alleen de waarschijnlijkheid van een kwantumsysteem beschreven en dus dat de materiegolven zelf niet reëel waren. De Broglie werkte vervolgens zelf aan een theorie van reële materiegolven. Zijn werk werd voortgezet door David Bohm, wat in 1952 leidde tot de Broglie–Bohm theorie. Deze theorie is een alternatieve beschrijving van de kwantummechanica, die later onhoudbaar bleek.

Albert Einstein had later bezwaar tegen de kansverdeling van deeltjes. Een bekende uitspraak van hem hierover luidt: "God dobbelt niet". Hij geloofde dat de onzekerheden van de kwantummechanica niet reëel waren, maar dat er 'verborgen variabelen' waren, die we nog niet kennen, die alsnog de theorie deterministisch zouden maken. Hij formuleerde enkele ferme bezwaren tegen de kwantummechanica. Niels Bohr ging de discussie met Einstein hierover aan en hij wist de bezwaren van Einstein te ontkrachten. In 1935 probeerde Einstein het opnieuw en samen met Boris Podolski en Nathan Rosen bedacht hij de EPR-paradox, een gedachte-experiment, om het ongelijk van de Kopenhaagse interpretatie van de kwantummechanica aan te tonen. In 1964 formuleerde John Bell in zijn stelling van Bell, wat de randvoorwaarden zijn voor het bestaan van een verborgen variabelen-theorie in de EPR-paradox. Experimenten hieromtrent, uitgevoerd door Alain Aspect in 1982, ontkrachtten de verborgen variabelen-theorie. Verder werd hierbij de kwantumverstrengeling, een bizar fenomeen van de kwantummechanica, experimenteel bevestigd.

Latere ontwikkelingen[bewerken]

In 1928 stelde Dirac voor het elektron een versie van de Schrödingervergelijking op, waarbij de totale energie relativistisch weergegeven wordt. Deze vergelijking is bekend als de diracvergelijking. Hiermee postuleerde Dirac het bestaan van antimaterie, wat later experimenteel bevestigd werd. Diracs werk werd vervolgens voortgezet door Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger en Shinichiro Tomonaga, die de theorie van de kwantumelektrodynamica ontwikkelden. Andere wetenschappers ontwikkelden de kwantumchromodynamica en later de theorie van de elektrozwakke wisselwerking, waarna het duidelijk werd, dat er één model was, dat al deze theorieën beschreef. Dit werd het standaardmodel genoemd.

Kwantummechanica is echter nog geen goede beschrijving van alle natuurkundige verschijnselen. Het belangrijkste probleem is dat er nog geen kwantumtheorie van de zwaartekracht bestaat. Een combinatie van de kwantummechanica met de algemene relativiteitstheorie wordt al ettelijke decennia gezocht, maar er is nog geen bevredigende oplossing. In de jaren 90 werden supersnaren als de meest veelbelovende theorie beschouwd; tegenwoordig lijkt de snaartheorie onderdeel te zijn van een algemenere M-theorie, waarover echter nog weinig bekend is. Een theorie die tracht de fundamentele natuurkrachten te verenigen, staat in de natuurkunde bekend als de theorie van alles.

Filosofische consequenties[bewerken]

De gevolgen die de onzekerheidsrelatie van Heisenberg met zich mee brengt, zijn niet alleen natuurkundig maar ook filosofisch enorm. Als eerste de natuurkundige gevolgen: in de kwantummechanica beschrijven we het deeltje, zoals gezegd, met een golffunctie en die functie hangt af van de omgeving waarin het zich bevindt. Zowel de positie als impuls (snelheid) van het elektron worden bepaald via de golffunctie. De onzekerheidsrelatie stelt dat de onzekerheid in de bepaling van de plaats, vermenigvuldigd met de onzekerheid in bepaling van de impuls nooit kleiner kan zijn dan een bepaalde waarde. Wordt de onzekerheid van de een kleiner, dan wordt de onzekerheid van de ander per definitie evenredig groter. Dit is een enorme natuurkundige consequentie. Waar de klassieke natuurkunde, die van voor de kwantummechanica, stelde dat we alles in het universum exact kunnen weten als we maar genoeg metingen doen en de metingen nauwkeurig genoeg zijn, daar stelt de kwantummechanica dat we alleen de waarschijnlijkheid kunnen bepalen en dat de onzekerheid in het bepalen van die waarschijnlijkheid gekoppeld is aan andere onzekerheden. Als de een kleiner wordt gemaakt, dan wordt de ander groter. Deze onzekerheid ontstaat niet door onnauwkeurigheid van de gebruikte apparatuur, maar is fundamenteel.

Er zijn verschijnselen die tot nu toe alleen verklaard kunnen worden als we de onzekerheidsrelatie gebruiken. De filosofische implicatie daarvan zou zijn dat processen in de natuur plaatsvinden niet ondanks, maar dankzij de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. De filosofische implicatie die de kwantummechanica met zich meebrengt is dat we moeten spreken over 'de waarschijnlijkheid van de positie van een elektron', in plaats van 'de positie van een elektron'. De Heisenberg-relatie stelt bovendien dat er een minimum onzekerheid is in de bepaling. Een filosofische interpretatie van die onzekerheid is 'willekeur' en in die interpretatie zou dus de kwantummechanica dicteren dat er een fundamentele willekeur in de natuur om ons heen is. Dit in contrast met de klassieke, deterministische natuurkunde voordien, die wel een fundamentele willekeur uitsloot. Dit stoorde dan ook ten zeerste de natuurkundigen die hun denkbeelden in de 19e eeuw hadden opgedaan zoals Einstein en Planck. De meesten van deze 'oudere' natuurkundigen hebben de kwantummechanica daarom ook nooit volledig aanvaard.

Volgens een bepaalde zienswijze binnen de kwantummechanica bestaan ten gevolge van het onzekerheidsprincipe deeltjes niet eens totdat er een waarneming plaatsvindt. Schrödinger was door deze zienswijze dermate ontstemd dat hij het beroemde voorbeeld van de kat beschreef, die door dit effect tegelijkertijd zowel dood als levend was. Schrödinger hoopte met dit onmogelijke voorbeeld te laten zien dat deze filosofie belachelijk was en dat men dit denkbeeld maar snel moest laten vallen. Tot zijn verdriet is bijna het tegenovergestelde gebeurd en is Schrödingers kat een geheel eigen leven gaan leiden.

Een ander curieus gevolg van het onzekerheidsprincipe is dat elk deeltje dat zich van A naar B verplaatst elk mogelijk pad tussen A en B daarvoor gebruikt. Voor iedere waarnemer is het echter duidelijk dat dit zeker op het niveau van de klassieke natuurkunde niet is waar te nemen. Theoretici hebben hiermee geworsteld totdat Richard Feynman aantoonde dat alle paden tegen elkaar wegvallen op één na (padintegraalmethode); Feynman kreeg voor deze ontdekking een Nobelprijs.

Praktische toepassingen[bewerken]

Hoe controversieel de theorie in het begin ook was, veel experimenten hebben inmiddels aangetoond dat de kwantummechanica de werkelijkheid zeer nauwkeurig beschrijft. De kwantummechanica is zo een van de succesvolste natuurkundige theorieën aller tijden geworden. Ze heeft dan ook veel toepassingen; de werking van veel moderne technologieën berust op eigenschappen van de materie die niet op de klassieke wijze te beschrijven zijn. Als de natuur volledig beschreven zou kunnen worden met de 19de eeuwse klassieke deterministische natuurkunde zouden hedendaagse technologieën en verschijnselen als kernenergie, radioactiviteit, alle halfgeleidertechnologie en dus de transistor, de MRI-scan, supergeleiding, elektronenmicroscopie, nanotechnologie en de laser onmogelijk zijn. Deze technologieën hebben op hun beurt geleid tot de ontwikkeling van computers, mobiele telefoons, internet en platte beeldschermen. Voorts is geen enkele chemische reactie verklaarbaar zonder de kwantummechanica. Kwantummechanica heeft geheel nieuwe vakgebieden doen ontstaan, onder meer de kwantumchemie en de kwantumoptica.

Ontwikkelingen op het gebied van praktische toepassingen van de kwantummechanica zijn tegenwoordig volop aan de gang. Zo hoopt men in de toekomst een kwantumcomputer te ontwikkelen die hedendaagse computers ver zal overtreffen in mogelijkheden en snelheid. Andere (waarschijnlijke) toekomstige toepassingen zijn kwantumcryptografie en kwantumteleportatie.

Kwantumchemie[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Kwantumchemie, Computationele chemie en Theoretische chemie voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

In de kwantumchemie wordt kwantummechanica toegepast op chemische verschijnselen. Hiermee kan het gehele periodiek systeem der elementen verklaard worden en waarom sommige chemische elementen zich kunnen verbinden met bepaalde andere chemische elementen, hoeveel energie daarbij vrijkomt of juist geabsorbeerd wordt.

Kwantummechanica in biologische systemen[bewerken]

Recentelijk komen er steeds meer aanwijzingen dat kwantumeffecten zoals verstrengeling en coherentie op moleculaire schaal een rol spelen in biologische organismen. Zo maken planten bij fotosynthese (de omzetting van licht in chemische energie) gebruik van verstrengeling.[2]

Zie ook[bewerken]

Externe link[bewerken]

Noten[bewerken]

  1. De termen kwantummechanica en kwantumfysica worden soms verward. In het algemeen kan men zeggen dat kwantummechanica de onderliggende theorie is, en kwantumfysica de toepassing in de natuurkunde, net zoals kwantumchemie de toepassing in de scheikunde is. In de praktijk worden de beide termen nogal eens door elkaar gebruikt, echter met een vooral onder natuurwetenschappers sterke voorkeur voor kwantummechanica.
    De kwantummechanica is nauwelijks goed uit te leggen zonder uitgebreide voorbeelden. Die voorbeelden worden gewoonlijk aan de natuurkunde ontleend, waardoor het verschil tussen kwantummechanica en kwantumfysica in de (onderwijs)praktijk soms wat vervaagt.
  2. http://www.sciencemag.org/content/340/6139/1448 Quantum Coherent Energy Transfer over Varying Pathways in Single Light-Harvesting Complexes
Wikibooks Wikibooks heeft een studieboek over dit onderwerp: In mensentaal: Kwantummechanica.