ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ

Η Κβαντική Μηχανική αποτελεί θεμελιώδη κλάδο της Φυσικής, αφιερωμένο στην ερμηνεία της φύσης του μικροκόσμου και του μακροκόσμου. Η οικοδόμησή της, στις απαρχές του εικοστού αιώνα, συνδέεται ευθέως με τη διακριτή δομή των ατομικών κελυφών και με την κυματοσωματική δυϊκότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Με τη γένεση της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου, ως αυτοσυνεπούς θεωρίας των σχετικιστικών κβαντικών συστημάτων, άνοιξε η προοπτική κατανόησης των αλληλεπιδράσεων στοιχειωδών σωματιδίων και των ιδιοτήτων του χωροχρόνου.
Η δημιουργία της Κβαντικής Μηχανικής επεβλήθη από την αναγκαιότητα κατανόησης της φύσης των διαδικασιών στον μικρόκοσμο, οι οποίες παρατηρούνται πειραματικώς αλλά δεν επιδέχονται εξήγηση στο πλαίσιο της Κλασικής Μηχανικής. Η βασική της αρχή είναι η διασύνδεση της φυσικής κατάστασης ενός κβαντικού σωματιδίου με τη μαθηματική της παράσταση, ως κυματοσυνάρτηση σε χώρο του Hilbert.
Η κυματοσυνάρτηση επιτρέπει τον υπολογισμό των πιθανοτήτων για καταστάσεις κβαντωμένων επιπέδων και η εξέλιξη της Χαμιλτονιανής της κατάστασης του συστήματος αποδίδεται πλήρως από την εξίσωση του Schrödinger.
Μια τέτοια προσέγγιση, συμπληρωμένη από τις βασικές αρχές που διέπουν συστήματα ενός ή πολλών σωματιδίων (φερμιονίων ή μποζονίων) και από τα κατάλληλα μαθηματικά εργαλεία για την παράσταση των διαδικασιών στον μικρόκοσμο, υιοθετείται στην κλασική μονογραφία του νομπελίστα Λ. Ντ. Λαντάου και του μαθητή του, στενού συνεργάτη και φίλου του Ε. Μ. Λίφσιτς «Κβαντική Μηχανική, μη σχετικιστική θεωρία» (τρίτος από τους δέκα τόμους των θεμελιωδών Μαθημάτων Θεωρητικής Φυσικής). Η εν λόγω σειρά των δύο παγκοσμίως αναγνωρισμένων εκλεκτών επιστημόνων έχει μεταφρασθεί σε άνω των είκοσι γλώσσες. Όπως όλοι οι άλλοι, ο τόμος 3 διακρίνεται για την πληρότητα, την έξοχη δόμησή του και τη σαφήνεια της παρουσίασης πολυπλόκων κβαντομηχανικών προβλημάτων, που τον διαχωρίζουν από πολλά βιβλία και εγχειρίδια άλλων συγγραφέων. Με βάση την παραδοσιακής προσέγγιση, στόχος των συγγραφέων ήταν η διατύπωση του κβαντομηχανικού φορμαλισμού στην πλέον κατανοητή μορφή· η έκθεση των γενικών αρχών αποσκοπεί να αποκαλύψει σαφώς τη φυσική ουσία της θεωρίας, ώστε, επ’ αυτής, να οικοδομηθεί η απαραίτητη μαθηματική εργαλειοθήκη. Εκτός από τα θεωρητικά θεμέλια της Κβαντικής Μηχανικής, το βιβλίο περιέχει επίσης πολλά παραδείγματα εφαρμογής της σε συγκεκριμένα προβλήματα με τις λύσεις τους, κάτι που διευκολύνει την αφομοίωση και στοχεύει στην εκπαίδευση νέων γενεών φυσικών.
Το βιβλίο δεν επεκτείνεται σε θέματα σχετιζόμενα με την Κβαντική Θεωρία Πεδίου, τα οποία θίγονται στον επόμενο, τέταρτο τόμο της σειράς («Κβαντική Ηλεκτροδυναμική»). Θέματα Σχετικιστικής Κβαντικής Μηχανικής και Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου έχουν άμεση σύνδεση με τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του A. Einstein και συνιστούν τη βάση των θεμελιωδών συγχρόνων παραστάσεων της προέλευσης και της εξέλιξης του σύμπαντος, της Κοσμολογίας: από τις πρωταρχικές κβαντικές διακυμάνσεις στην υφή του χωροχρόνου, συνοδευόμενες από διαστολή και φαινόμενα συνδεδεμένα με τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang). Από τη σκοπιά της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου, επιχειρούνται απόπειρες εξήγησης της επιταχυνομένης διαστολής του σύμπαντος και ταύτισης της κοσμολογικής σταθεράς με την πελώρια ενέργεια του κενού, διεισδύοντας έτσι στη μυστηριώδη φύση της σκοτεινής ενεργείας. Ένα πρότυπο κβαντικού βαρυτικού νέφους αποσκοπεί να εκτιμήσει την εντροπία των μελανών οπών και του σύμπαντος, η επιφάνεια των οποίων μπορεί να έχει περίπλοκη μορφοκλασματική δομή από τον κοσμολογικό ορίζοντα έως αυθαιρέτως μικρές διαστάσεις (της τάξης του μήκους του Planck), θεωρώντας την εντροπική δύναμη το ανάλογο της σκοτεινής ενεργείας.
Η Κβαντική Μηχανική εισβάλλει όλο και περισσότερο στη ζωή μας. Αρκεί να υπενθυμίσουμε το φαινόμενο σήραγγας, μέιζερ και λέιζερ, μηχανές φωτονίων, κβαντικούς υπολογιστές. Ο κόσμος μας αποκαλύπτεται με αυξανόμενη πληρότητα, η βαθύτερη δομή του και ιδιότητές του είναι όλο και πιο καταληπτές. Η χρήση συσκευών βασισμένων σε ποικίλους βαθμούς στις αρχές της Κβαντικής Μηχανικής επεκτείνεται διαρκώς και συνεισφέρει σημαντικά στο εθνικό εισόδημα των προηγμένων οικονομιών. Στο παρόν πλαίσιο, η κλασική πλέον μονογραφία των Λαντάου-Λίφσιτς επί του θέματος διατηρεί όλη τη σημασία της και μετά χαράς εκφράζω την ικανοποίησή μου για τη μετάφραση στα ελληνικά του εξαιρετικού αυτού έργου.
Михаил Маров, ακαδημαϊκός
Российская Академия Наук (Ρωσική Ακαδημία Επιστημών)
Μόσχα, Ιανουάριος 2022