Bevezetés

Az atomi és szubatomi skálán lejátszódó folyamatokat csak a kvantummechanika segítségével tudjuk megérteni és leírni. Az elmúlt években több olyan jelenséget ismertünk meg, melyekben makroszkopikus méretek esetén is megnyilvánul a természet kvantumos viselkedése (pl. az elektromos ellenállás kvantáltsága, kvantum Hall jelenség, stb.). A mikrorészecskék viselkedésének, a mikrovilágban uralkodó törvények megértésében a fõ nehézséget az okozza, hogy nincs (és nem is lehet) közvetlen érzékszervi információnk az atomi és szubatomi részecskék mozgásáról, viselkedésérõl. A makroszkopikus testek viselkedésérõl szerezett tapasztalatainknak a mikrovilágra történõ extrapolálása nem járható út. A klasszikus mechanikai leírás csõdöt mond, olyan jól bevált fogalmak mint térben lokalizált tömegpont, trajektória, stb. nem használhatók. Ahhoz, hogy a rendszer állapotának idõbeli fejlõdését követni tudjuk, meg kell oldanunk a kvantummechanika mozgásegyenletét, az idõtõl függõ Schrödinger egyenletet. Analitikus megoldást azonban csupán néhány egyszerû feladatra kaphatunk; a kvantummechanika ugyanis nemcsak fogalmilag nehezebb a klasszikus mechanikánál, hanem a matematikai eszköztára is sokkal bonyolultabb. Nemrég a realisztikus kvantumrendszerek idõbeli fejlõdésének kiszámítása elég reménytelen feladatnak tûnt a hardware és software korlátok következtében. A jelenleg rendelkezésünkre álló processzorok viszonylag nagy sebessége és hatékony numerikus technikák kifejlesztése révén vált lehetõvé az, hogy idõfüggõ kvantumjelenségek vizsgálata ma az egyetemi oktatásnak is részét képezheti.

Itt jegyezzük meg, hogy az állapotfüggvény idõbeli változásának vizsgálata korszerû kutatások témája is. A kísérleti technika legkorszerûbb eszközei, mint pl. a rendkívül rövid, 10 fs (10-14 s) idõtartamú impulzusokat reprodukálhatóan kibocsátó lézerek lehetõvé teszik molekuláris rendszerek idõbeli fejlõdésének real-time vizsgálatát. A femtosecundumos idõskála alkalmas a kvantumvölgy félvezetõ eszközök elektron-állapotainak gerjesztésére is, és ezen állapotok idõbeli változása értékes információt szolgáltathat a mezoszkopikus eszközök transzport tulajdonságaira vonatkozóan.

A hallgatóktól a fogalomrendszer megértése, a kvantummechanikai világképben való gondolkodás nem csekély intellektuális erõfeszítést követel. Míg a hallgatót pl. a klasszikus mechanika tanulása során segíti mindennapi tapasztalata, a fogalmakkal kapcsolatos közvetlen kísérleteket végezhet és a törvények mûködését illusztráló számtalan feladat áll rendelkezésére, addig a kvantummechanika esetében ez távolról sincs így. A mikrorészecskékrõl közvetlen érzékszervi tapasztalatunk nincs, a valószínûségi amplitúdó közvetlenül nem mérhetõ, értékékét bonyolult szóráskisérletekben mért beütésszámokból, optikai spektrumokból, stb. számíthatjuk ki. Ráadásul a legtöbb nem triviális kvantummechanika feladat megoldása komoly matematikai apparátust, közelítõ, ill. numerikus módszerek felhasználását igényli.

Ezen nehézségek egy részén kíván segíteni a jelen multimédia program, mely a Kvantummechanika tárgy egy speciális, fontos részével, az idõfüggõ kvantumjelenségekkel foglalkozik és kihasználja a számítógép nyújtotta grafikus és egyéb lehetõségeket. Az anyagban tárgyalt idõfüggõ szórás folyamatának bemutatására hagyományos eszközökkel egyáltalán nincsen lehetõség.


Home