Kvantmehaanika
Kvantmehaanika on füüsikateooria, mis arvestab mikroosakeste käitumise eripärasid. Selle tänapäevane kuju arendati välja aastatel 1925–1935 ning selle põhiautorid on Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac ja John von Neumann. Kvantmehaanika on tänapäeva füüsika üks alussambaid ning on aluseks paljudele füüsikaharudele, sealhulgas aatomifüüsikale, tahkisefüüsikale, tuumafüüsikale ja elementaarosakeste füüsikale ning samuti näiteks kvantkeemiale. Kui klassikaline füüsika osutus mikromaailma süsteemide kirjeldamiseks ebasobivaks, siis kvantmehaanika abil on võimalik täpselt arvutada aatomite, molekulide, tahkiste ja lihtsate bioloogiliste süsteemide (kvantbioloogia) omadusi. Kvantmehaanika matemaatiline formalism erineb tunduvalt klassikalise füüsika matemaatilisest formalismist. Kvantmehaanika sai alguse Max Plancki 1900. aastal tehtud tähelepanekust, et musta keha kiirguse spektri seletamiseks peaks valgus tekkima ja neelduma diskreetsete "energiaportsjonitena" – kvantidena, mis erinevad üksteisest Plancki konstandi ja sageduse kordarvu võrra. Kvantmehaanikas kohtab teisigi füüsikalisi suurusi, mis võtavad diskreetseid väärtusi, kuigi klassikalise mehaanika järgi muutuvad need suurused pidevalt. Selliseks suuruseks on näiteks impulsimoment. Kvantmehaanikas vaadeldavate mikroobjektide märkimisväärsemaid iseärasusi on veel lainelis-korpuskulaarne dualism, mis ütleb, et kvantobjektid käituvad korraga nagu lained ja osakesed, ja sellega kaudselt seotud määramatuse relatsioonid, mis keelavad teatud füüsikaliste suuruste paaridel samaaegselt kindlat väärtust omada. Selliseks paariks on näiteks impulss ja asukoht: näiteks elektronile lainepikkuse omistamine ja tema asukoha sidumine seisulaine maksimumidega tähendab, et asukoht on määratav parimal juhul lainepikkuse täpsusega; sarnaselt on seotud ka aeg ja energia. Kvantmehaanikas kirjeldatakse füüsikalisi objekte ja nende omadusi statistiliselt. Mikroosakese oleku määrab tema lainefunktsioon Ψ (Ψ2 – tõenäosuse tihedus), mille argumendid on osakeste koordinaadid ja aeg. Lainefunktsioon leitakse Schrödingeri võrrandist, kvantmehaanika põhivõrrandist, mis kirjeldab süsteemi käitumist ajas ja ruumis.