Mecànica quàntica

M. Planck

Dirac

A. Einstein

Werner Heisenberg

Ciència fundada en els anys vint del nostre segle a partir de la mecànica ondulatòria de Louis de Broglie i de la mecànica matricial de Werner Heisenberg (amb les aportacions fonamentals d'Erwin Schrödinger, Max Born, Jordan, Dirac i altres científics), a partir dels resultats obtinguts per Max Planck i Albert Einstein sobre la quantificació de l'energia de la radiació.

La primitiva mecànica ondulatòria permetia obtenir una teoria sintètica de les ones i els corpuscles, en la qual el corpuscle apareixia com un accident incorporat a l'estructura d'una ona i estava guiat per la propagació d'aquesta. En 1927 Schrödinger va plantejar l'equació general que satisfà l'ona de Louis de Broglie, i va demostrar que la mecànica ondulatòria i la mecànica matricial són equivalents. En endavant, juntament amb les aportacions d'altres científics, com Dirac, per exemple, formarien una única mecànica quàntica. No obstant això, encara que s'hagués demostrat que el formalisme de la mecànica matricial podia considerar-se com una mera transposició algebraica del de la mecànica ondulatòria, i encara que, com hem dit, aquestes dues teories s'unifiquessin, partien de tendències oposades quant a la interpretació epistemològica. Així, mentre que de Broglie intentava obtenir una representació dels fenòmens microfísicos en el marc de l'espai i el temps, oferint una imatge de l'associació de les ones i els corpuscles en un esquema epistemològic descriptivista, la interpretació impulsada per Heisenberg i l'anomenada escola de Copenhaguen insistia més aviat que la teoria és un pur formalisme matemàtic capaç d'explicar els fenòmens, però sense atribuir a la teoria el rang de descripció del real. Segons aquesta interpretació, que va influir en els filòsofs del Cercle de Viena, en la física quàntica no hi ha més que lleis purament probabilístiques sense mecanismes causals ocults. Així, una ona és considerada solament com la solució d'una determinada equació, mentre que el corpuscle, segons les relacions d'incertesa o principi d'indeterminació de Heisenberg, no pot, tampoc, ser localitzat en l'espai de manera precisa, sinó que està present en estat potencial en una regió de l'espai distribuït estadísticament entre diversos estats de moviment.

A més de la síntesi establerta entre la mecànica ondulatòria i la matricial, la nova mecànica quàntica va sorgir com una òptica mecànica generalitzada dels feixos de corpuscles (a qualsevol feix de corpuscles s'associa una longitud d'ona determinada per la constant h de Planck). Schrödinger va ampliar la nova mecànica als corpuscles subatòmics sotmesos a una interacció elèctrica, va abandonar el terreny merament òptic i va elaborar una autèntica dinàmica microfísica i subatòmica capaç d'explicar el fenomen de la quantificació dels moviments corpusculars, és a dir, el fenomen de la discontinuïtat microfísica de fenòmens que en magnituds físiques habituals o macrofísicas apareixen com a continus (l'energia, per exemple), i segons el qual un corpuscle només pot adoptar un tipus de moviment dins d'una sèrie discreta de classes de moviments (que s'expressen per l'estat quàntic i el nombre quàntic).

Posteriorment, Dirac va fundar una altra part de la mecànica quàntica, en unir-la en certs casos amb la teoria de la relativitat, donant lloc a la mecànica quàntica relativista, i elaborant una funció d'ona de quatre components, un per a cada dimensió espacial i una cambra per al temps, donant lloc a la noció de spin. La mecànica quàntica és fonamentalment probabilística, de manera que el moviment dels corpuscles manifesta un cert atzar, com ho expressa el principi d'incertesa d'Heisenberg. Aquest principi d'incertesa o d'indeterminació ha estat interpretat, especialment a partir de la ja esmentada Escola de Copenhaguen, com el fonament d'una concepció indeterminista que qüestiona el principi de causalitat en la naturalesa. Aquesta interpretació, no obstant això, no és compartida per tots els físics i filòsofs que s'han ocupat d'aquesta qüestió.

Veure atomisme científic contemporani.