thumb|250px|Imaxe ilustrativa de la dualidá onda-partícula, nel que s'aprecia cómo un mesmu fenómenu puede ser percibíu de dos maneres distintos. La mecánica cuántica describe, nel so visión más ortodoxa, cómo en cualquier sistema físicu –y por tanto, en tol universu– esiste una diversa multiplicidá d'estaos, que siendo descritos por aciu ecuaciones matemátiques polos físicos, son denominaos estaos cuánticos. D'esta forma la mecánica cuántica puede esplicar la esistencia del átomu y revelar los misterios de la estructura atómica, tal como güei son entendíos; fenómenos que nun puede esplicar debidamente la física clásica o más puramente la mecánica clásica.

De forma específica, considérase tamién mecánica cuántica, a la parte d'ella mesma que nun incorpora la relatividá nel so formalismu, tan solo como añadíu por aciu la teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistes de manera formal y con diversos problemes, ye la mecánica cuántica relativista o yá, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (qu'inclúi de la mesma a la electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica y teoría electrodébil dientro del modelu estándar) y más xeneralmente, la teoría cuántica de campos n'espaciu-tiempu curvu. La única interacción que nun se pudo cuantificar foi la interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica ye'l fundamentu de los estudios del átomu, el so nucleu y les partícules elementales (siendo necesariu l'enfoque relativista). Tamién en teoría de la información, criptografía y química.

Contestu históricu La mecánica cuántica ye, cronológicamente, la postrera de les grandes cañes de la física. Formular a principios del sieglu XX, casi coles mesmes que la teoría de la relatividá, anque'l gruesu de la mecánica cuántica desenvolver a partir de 1920 (siendo la teoría de la relatividá especial de 1905 y la teoría xeneral de la relatividá de 1915).

Amás al advenimiento de la mecánica cuántica esistíen diversos problemes non resueltos nel electrodinámica clásica. El primeru d'estos problemes yera la emisión de radiación de cualquier oxetu n'equilibriu, llamada radiación térmico, que ye la que provién de la vibración microscópica de les partícules que la componen. Usando les ecuaciones de la electrodinámica clásica, la enerxía qu'emitía esta radiación térmico tendía al infinitu si suman toles frecuencies qu'emitía l'oxetu, con ilóxica resultáu pa los físicos. Tamién la estabilidá de los átomos nun podía ser esplicada pol electromagnetismu clásicu, y la noción de que l'electrón fuera o bien una partícula clásica puntual o bien un pulgu de dimensiones finitas resultaben igualmente problemátiques.

Radiación electromagnético El problema de la radiación electromagnético foi unu de los primeros problemes resueltos nel senu de la mecánica cuántica. Ye nel senu de la mecánica estadística onde surden les idees cuántiques en 1900. Al físicu alemán Max Planck asocedióse-y un artificiu matemáticu: si nel procesu aritméticu sustituyíase la integral d'eses frecuencies por una suma non continua, dexar de llograr infinitu como resultáu, colo que s'esaniciaba'l problema; amás, el resultáu llograda concordaba colo que dempués yera midíu.

Foi Max Planck quien entós enunció la hipótesis de que la radiación electromagnético ye absorbida y emitida pola materia en forma de «cuantos» de lluz o fotones d'enerxía por aciu una constante estadística, que se denominó constante de Planck. La so historia ye inherente al sieglu XX, una y bones la primer formulación cuántica d'un fenómenu foi dada a conocer pol mesmu Planck el 14 d'avientu de 1900 nuna sesión de la Sociedá Física de l'Academia de Ciencies de Berlín.

La idea de Planck quedaría munchos años namái como hipótesis si Albert Einstein nun la retomara, proponiendo que la lluz, en ciertes circunstancies, pórtase como partícules d'enerxía independientes (los cuantos de lluz o fotones). Foi Albert Einstein quien completó en 1905 les correspondientes lleis de movimientu nel so teoría especial de la relatividá, demostrando que l'electromagnetismu yera una teoría esencialmente non mecánica. Remataba asina lo que se dio en llamar física clásica, esto ye, la física non-cuántica.

Usó esti puntu de vista llamáu por él «heurísticu», pa desenvolver el so teoría del efeutu fotoeléctricu, publicando esta hipótesis en 1905, lo que-y valió'l Premiu Nobel de Física de 1921. Esta hipótesis foi aplicada tamién pa proponer una teoría sobre'l calor específico, esto ye, la que resuelve cuál ye la cantidá de calor necesario p'aumentar nuna unidá la temperatura de la unidá de masa d'un cuerpu.

El siguiente pasu importante dar escontra 1925, cuando Louis De Broglie propunxo que cada partícula material tien una llonxitú d'onda acomuñada, inversamente proporcional a la so masa, y dada pola so velocidá. Poco tiempu dempués Erwin Schrödinger formuló una ecuación de movimientu pa les ondes de materia», que la so esistencia propunxera De Broglie y dellos esperimentos suxeríen que yeren reales.

La mecánica cuántica introduz una serie de fechos contraintuitivos que nun apaecíen nos paradigmes físicos anteriores; con ella afayar que'l mundu atómicu nun se porta como esperaríamos. Los conceutos d'incertidume o cuantización son introducíos per primer vegada equí. Amás la mecánica cuántica ye la teoría científica qu'apurrió les predicciones esperimentales más exactes hasta'l momentu, a pesar de tar suxeta a les probabilidaes.

Inestabilidá de los átomos clásicos El segundu problema importante que la mecánica cuántica resolvió al traviés del modelu de Bohr, foi'l de la estabilidá de los átomos. Acordies cola teoría clásica un electrón orbitando alredor d'un nucleu cargáu positivamente tendría d'emitir enerxía electromagnética perdiendo asina velocidá hasta cayer sobre'l nucleu. La evidencia empírica yera qu'esto nun asocedía, y sería la mecánica cuántica quien resolvería esti fechu primeru por aciu postulaos ad hoc formulaos por Bohr y más tarde por aciu modelos como'l modelu atómicu de Schrödinger basaos en supuestos más xenerales. De siguío esplícase'l fracasu del modelu clásicu.

En mecánica clásica, un átomu d'hidróxenu ye un tipu de problema de los dos cuerpos en que'l protón sería'l primer cuerpu que tien más del 99% de la masa del sistema y l'electrón ye'l segundu cuerpu que ye muncho más llixeru. Pa resolver el problema de los dos cuerpos ye conveniente faer la descripción del sistema, asitiando l'orixe del sistema de referencia nel centru de masa de la partícula de mayor masa, esta descripción ye correuta considerando como masa de la otra partícula la masa amenorgada que vien dada por

Siendo la masa del protón y la masa del electrón. Nesi casu'l problema del átomu d'hidróxenu paez almitir una solución simple na que l'electrón mover n'órbites elíptiques alredor del nucleu atómicu. Sicasí, esiste un problema cola solución clásica, acordies coles predicciones d'electromagnetismu una partícula llétrica que sigue un movimientu aceleráu, como asocedería al describir una elipse tendría d'emitir radiación electromagnético, y por tanto perder enerxía cinética, la cantidá d'enerxía radiada sería de fechu:

Esi procesu acabaría col colapsu del átomu sobre'l nucleu nun tiempu bien curtiu daes les grandes aceleraciones esistentes. A partir de los datos de la ecuación anterior el tiempu de colapsu sería de 10-8 s, esto ye, acordies cola física clásica los átomos d'hidróxenu nun seríen estables y nun podríen esistir más d'una cienmillonésima de segundu.

Esa incompatibilidá ente les predicciones del modelu clásicu y la realidá reparada llevó a buscar un modelu qu'esplicara fenomenológicamente l'átomu. El modelu atómicu de Bohr yera un modelu fenomenolóxicu qu'esplicaba satisfactoriamente dellos datos, como l'orde de magnitú del radiu atómicu y los espectros d'absorción del átomu, pero nun esplicaba cómo yera posible que l'electrón nun emitiera radiación perdiendo enerxía. La busca d'un modelu más fayadizu llevó a la formulación del modelu atómicu de Schrödinger nel cual puede probase que'l valor esperáu de la acelaración ye nulu, y sobre esa base puede dicise que la enerxía electromagnética emitida tendría de ser tamién nula. Sicasí, la representación cuántica de Schrödinger ye malo d'entender en términos intuitivos.

Desenvolvimientu históricu

La teoría cuántica foi desenvuelta na so forma básica a lo llargo de la primer metá del sieglu XX. El fechu de que la enerxía intercambiar de forma discreta poner de relieve por fechos esperimentales como los siguientes, inesplicables coles ferramientes teóriques anteriores de la mecánica clásica o la electrodinámica:

300px|thumb|Fig. 1: La función d'onda del electrón d'un átomu d'hidróxenu tien niveles d'enerxía definíos y discretos denotados por un númberu cuánticu n=1, 2, 3,... y valores definíos de momentu angular carauterizaos pola notación: s, p, d,... Les árees brilloses na figura correspuenden a densidaes elevaes de probabilidá d'atopar l'electrón en dicha posición.

Espectru de la radiación del cuerpu prietu, resueltu por Max Planck cola cuantización de la enerxía. La enerxía total del cuerpu prietu resultó que tomaba valores discretos más que continuos. Esti fenómenu llamóse cuantización, y los intervalos posibles más pequeños ente los valores discretos son llamaos quanta (singular: quantum, de la pallabra llatina pa «cantidá», d'ende'l nome de mecánica cuántica). La magnitú d'un cuanto ye un valor fixu llamáu constante de Planck, y que vale: 6.626 ×10-34 xulios per segundu. So ciertes condiciones esperimentales, los oxetos microscópicos como los átomos o los electrones exhiben un comportamientu ondulatoriu, como na interferencia. So otres condiciones, les mesmes especies d'oxetos exhiben un comportamientu corpuscular, de partícula, («partícula» quier dicir un oxetu que puede ser alcontráu nuna rexón concreta del espaciu), como na dispersión de partícules. Esti fenómenu conozse como dualidá onda-partícula. Les propiedaes físiques d'oxetos con histories acomuñaes pueden ser correllacionaes, nuna amplitú prohibida pa cualquier teoría clásica, namái pueden ser descritos con precisión si fai referencia a dambos al empar. Esti fenómenu ye llamáu entrelazamiento cuánticu y la desigualdá de Bell describe la so diferencia cola correllación ordinaria. Les midíes de les violaciones de la desigualdá de Bell fueron dalgunes de les mayores comprobaciones de la mecánica cuántica. Esplicación del efeutu fotoeléctricu, dada por Albert Einstein, en que volvió apaecer esa "misteriosa" necesidá de cuantizar la enerxía. Efeutu Compton.

El desenvolvimientu formal de la teoría foi obra de los esfuercios conxuntos de dellos físicos y matemáticos de la dómina como Schrödinger, Heisenberg, Einstein, Dirac, Bohr y Von Neumann ente otros (la llista ye llarga). Dalgunos de los aspeutos fundamentales de la teoría tán siendo entá estudiaos viviegamente. La mecánica cuántica foi tamién adoptada como la teoría subxacente a munchos campos de la física y la química, incluyendo la física de la materia entestada, la química cuántica y la física de partícules.

La rexón d'orixe de la mecánica cuántica puede alcontrase na Europa central, n'Alemaña y Austria, y nel contestu históricu del primer terciu del sieglu XX.

Camientos más importantes

Los camientos más importantes d'esta teoría son les siguientes: Al ser imposible afitar al empar la posición y el momentu d'una partícula, arrenunciar al conceutu de trayeutoria, vital en mecánica clásica. En cuenta de eso, el movimientu d'una partícula 'puede ser esplicáu por una función matemática qu'asigna, a cada puntu del espaciu y a cada poco, la probabilidá de que la partícula descrita topar en tal posición nesi intre (siquier, na interpretación de la Mecánica cuántica más avezada, la probabilística o interpretación de Copenhague). A partir d'esa función, o función d'ondes, estrayer teóricamente toles magnitúes del movimientu necesaries.