David Wallace, fizician și autor al acestui articol, susține „viziunea decoerentă” asupra mecanicii cuantice - unde la nivel fundamental nu există nici probabilitate, nici colaps al funcției de undă - și în forma ei cea mai pură, interpretarea universurilor multiple a lui Hugh Everett III.
Fizicienii privesc de mult timp cu suspiciune „problema măsurării cuantice”: presupusa enigmă a felului în care putem înțelege mecanica cuantică. Toată lumea este de acord (nu-i așa?) asupra formalismului mecanicii cuantice; orice discuție suplimentară privind interpretarea acelui formalism poate părea doar vorbe goale. Iar celebra „interpretare a universurilor multiple” a lui Hugh Everett III pare și mai dubioasă decât altele: nu doar vorbe inutile, ci și universuri inutile. Nu-ți pierde vremea cu vorbe sau lumi; taci și calculează.
În esență, fizicienii au păreri diferite cu privire la interpretarea corectă a mecanicii cuantice, teoria fizicii despre care Richard Feynman spunea că nimeni nu înțelege mecanica cuantică. După cum se observă, fizicienii moderni confirmă ce spunea Feynman la jumătătea secolului trecut :)
Revista Nature, la 100 de ani la nașterea teoriei mecanicii cuantice, a pus o serie de întrebări cu privire la mecanica cuantică unui grup de peste 15.000 de cercetători care au publicat recent lucrări în legătură cu mecanica cuantică. S-au primit peste 1.000 de răspunsuri, în special de la fizicieni.
Sinteza răspunsurilor acestora o puteți vedea în imaginea de mai jos.
Reprezentare cuantică a câmpurilor cuantice. Vibrația câmpului, când atinge o anume energie, devine ceea ce numim „particulă”
Într-un articol recent, faimosul fizician Carlo Rovelli vorbește despre patru interpretări ale mecanicii cuantice, una dintre aceste interpretări revenindu-i chiar acestuia. Pentru cei nefamiliarizați cu mecanica cuantică, puteți citi articolele noastre dedicate subiectului aici.
Iată pricipalele idei ale lui Rovelli:
Ce este cu adevărat spațiul gol? Probabil ai auzit unii fizicieni spunând că nici măcar spațiul gol nu este cu adevărat gol, că el conține ceva numit „fluctuații ale vidului” sau „energie a punctului zero” și că acestea au legătură cu constanta cosmologică.
Există și unii care cred că putem extrage această energie a vidului și că putem alimenta mașinării cu ea. Dar știi deja că asta nu funcționează – pentru că, dacă ar funcționa, cineva ar fi pus deja o taxă pe ea. Dar de ce, mai exact, nu funcționează?
În teoria prezentată în manualele de mecanică cuantică, o funcție de undă este atribuirea unui număr complex fiecărei configurații posibile a unui sistem.
Găurile albe sunt obiecte ipotetice în cosmologie care reprezintă inversul teoretic al găurilor negre. Dacă o gaură neagră atrage totul către interiorul său, inclusiv lumina, o gaură albă ar trebui să expulzeze totul și să nu permită niciunei particule să intre în aceasta. Aceste structuri, găurile albe, reprezintă soluții ale ecuațiilor relativității generale ale lui Einstein, dar nu au fost observate direct până în prezent.
Energia punctului zero este energia minimă pe care o poate avea un sistem cuantic. Aceasta nu înseamnă că sistemul este în repaus absolut, ci că se află în starea sa fundamentală, cea mai joasă energetic posibilă. Chiar și dacă un atom ar fi adus la cea mai mică temperatură posibilă, zero absolut, componentele sale nu ar putea fi în stare de repaus absolut, ci încă s-ar mișca, grației principiului incertitudinii al lui Heisenberg.
Experimentul cu două fante, cunoscut și ca experimentul lui Young, este un experiment fundamental din mecanica cuantică care demonstrează natura duală undă-particulă a luminii și a materiei. Realizat pentru prima dată de Thomas Young în 1801, experimentul a fost reinterpretat ulterior în contextul mecanicii cuantice, oferind o perspectivă fascinantă asupra lumii la scară microscopică.
Mecanica cuantică, născută din revoluția științifică a secolului XX, ne-a dezvăluit o lume bizară, guvernată de reguli ce sfidează intuiția noastră obișnuită. Unul dintre conceptele sale fundamentale, superpoziția cuantică, ne provoacă să reconsiderăm realitatea la scară microscopică, unde particulele pot exista simultan în mai multe stări și locații.
Câmp cuantic (reprezentare grafică). Vibrația câmpului, când atinge o anume energie, devine ceea ce numim „particulă”
Concepția modernă cu privire la natura particulelor elementare, precum electronul sau quarcurile (vezi toate particulele elementare aici), este aceea că sunt, în fapt, vibrații ale unor câmpuri cuantice fundamentale, prezente în tot universul, având anumite valori în fiecare punct din spațiu-timp.
Dar electronul sau quarcurile au masă. Dacă ele sunt parte din câmpul cuantic electronic, respectiv din câmpul cuantic al quarcurilor, au și câmpurile cuantice masă?
Potrivit titlurilor de presă, Premiul Nobel pentru fizică de anul trecut a fost acordat pentru că fizicienii au arătat că universul nu este real la nivel local. Sau pentru „comportament cuantic bizar”, „acțiune la distanță bizară” sau pentru „explorarea ciudățeniei lumii cuantice”.
Ce vrea sa însemne asta? Este universul într-adevăr nereal la nivel local? Ne vom uita mai întâi la ce înseamnă a fi „local”, vom vorbi despre mecanica cuantică și apoi le vom combina pe amândouă.
Invenții precum tranzistorul și laserul au schimbat lumea. Ce schimbări va aduce a doua revoluție cuantică?
Pentru fizicienii care încearcau să valorifice puterea electricității, niciun instrument nu era mai important decât tubul cu vid. Acest dispozitiv asemănător unui bec controla fluxul de electricitate și putea amplifica semnalele. La începutul secolului al XX-lea, tuburile cu vid erau folosite în radiouri, televizoare și rețele de telefonie la distanță lungă.
Dar tuburile cu vid aveau dezavantaje semnificative: generau căldură; erau voluminoase; și aveau tendința de a se arde. Fizicienii de la Bell Labs au fost interesați să găsească un înlocuitor. Aplicând cunoștințele despre mecanica cuantică – în special modul în care electronii se deplasează între materialele cu conductivitate electrică – au găsit o modalitate de a imita funcția tuburilor cu vid fără aceste deficiențe.
Inventaseră tranzistorul. La acea vreme, invenția nu se afla pe prima pagină a niciunei publicații de știri importante. Nici chiar oamenii de știință nu apreciau cât de important era dispozitivul lor.
Dimensiuni suplimentare / teoria stringurilor (concepție artist)
O teorie a gravitației cuantice va încerca să descrie gravitația în funcție de principiile cuantice, dar există dificultăți care, până în prezent, nu au putut fi depășite. Întrebarea este dacă vom reuși vreodată să depășim aceste dificultăți... Teoria cuantică asigură cadrul general pentru toate teoriile care descriu interacțiunile dintre particule. Cu o excepție: interacțiunea gravitațională.
Teoria care explică interacțiunile dintre particulele elementare este denumită „teoria modelului standard al particulelor elementare”. Cum spuneam, aceasta nu încorporează gravitația.
Problema cu mecanica cuantică nu este aceea că este stranie. Problema este... haosul.
Hyperion (imagine obținută în august 2016 de misiunea Cassini a NASA de la distanța de 326,000 kilometri)
Hyperion este unul dintre cei 82 de sateliți naturali ai planetei Saturn și are un diametru de circa 200 km. Orientarea acest corp cosmic în orbita în jurul lui Saturn, care durează circa 5 zile pământești, este haotică, în sens tehnic. Ce înseamnă asta? Că este imposibil să stabilești exact orientarea satelitului peste, să zicem, un an de zile, chiar dacă măsuri cu precizie maximă poziția și orientarea acestuia la un moment dat.
Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite. Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea). Credit: wikipedia.org
Mecanica cuantică este ramura fizicii moderne încearcă să desluşească legile „universului” subatomic, dorind să explice comportamentul electronilor şi al celorlalte constituente fundamentale ale materiei. Teoria cuantică a avut un impact major asupra modului în care înţelegem realitatea. Universul subatomic are însă mecanisme care scapă în parte înţelegerii umane, iar când se supune totuşi teoriilor fizicienilor, o face într-un mod contraintuitiv, paradoxal, ce îi lasă perplecşi pe filozofii moderni ai ştiinţei.
Dacă apreciezi articolele SCIENTIA, sprijină site-ul cu o donație! |
Cumpără un exemplar printat!
Clic pe imagine pt. detalii.