Scientia

Fie că vorbim despre roci, stele, oameni ori microbi, toată materia obişnuită din Univers este alcătuită din electroni şi alte două particule minuscule numite quarcuri. Cum obţii o personalitate atât de complexă ca Leonardo Da Vinci doar amestecând trei tipuri diferite de particule? (video inclus)

 CUPRINS

Preambul
Scurtă introducere
Particulele fundamentale
Mecanica cuantică
...mergi direct la videoclip

PREAMBUL

Realizatorii mini-documentarului pe care Scientia vi-l prezintă în continuare au ales să îmbrace ideile ştiinţifice prezentate într-o poveste ştiinţifico-fantastică - intitulată "ÎN SENS INVERS" - despre călătoria accidentală în viitor a lui Kevin şi a Dianei, doi oameni de ştiinţă pe care un savant misterios pe nume Chaucer încearcă să îi ajute să revină în prezent.

Discuţiile dintre ei sunt pe diverse teme ştiinţifice din zone precum complexitatea (tema acestui film documentar), teoria evoluţiei, genetica, teoria relativităţii ori mecanica cuantică (domenii abordate în cadrul altor serii de scurte videoclipuri, unele deja prezentate pe scientia.ro, iar altele care vor apărea în viitorul apropiat) şi, deşi episoadele acestei mini-serii, în număr de 6, pot fi urmărite şi înţelese independent unele de altele, vă recomandăm să vedeţi toate părţile, în ordinea apariţiei lor pe scientia.ro, pentru a putea ţine pasul cu evoluţia ideilor din acest domeniu extraordinar al ştiinţei moderne.

DESPRE COMPLEXITATE. SCURTĂ INTRODUCERE

Fie că vorbim despre câini staruri de cinema sau despre constelaţiile câini, diamante ori crotali cu spatele de diamant, toată materia obişnuită din Univers este alcătuită din electroni şi alte două particule minuscule numite quarcuri. Punând suficient de mulţi reprezentanţi ai celor trei particule fundamentale laolaltă şi lăsându-i să interacţioneze se obţine întreaga şi incredibila complexitate care face din Univers un loc atât de interesant.

Dar cum se întâmplă acest lucru?

Cum obţii o personalitate atât de complexă ca Leonardo Da Vinci doar amestecând trei tipuri diferite de particule ? Cum se ajunge de la o asemenea simplitate la un grad incredibil de complexitate? Seria de articole care urmează încearcă să ofere un răspuns la această întrebare. Pe parcursul drumului nostru vom analiza viaţa, conştiinţa, mecanismul intern de funcţionare a creierului uman şi vom avea parte şi de câteva surprize.

LUMEA PARTICULELOR FUNDAMENTALE

Vom începe călătoria noastră în lumea particulelor elementare. Acestea au dimensiuni extrem de mici. Pentru multă vreme oamenii au considerat că aceste particule au dimensiuni nule. Dar apoi a apărut mecanica cuantică care demonstrează că este imposibil ca ceva material, real, să aibă o dimensiune egală cu zero.

Ştim în prezent că particulele fundamentale sunt caracterizate de o mărime nenulă, numită lungimea Planck, botezată astfel în cinstea celebrului fizician Max Planck. Lungimea Planck are un ordin de mărime atât de mic încât este foarte greu de imaginat, vizualizat ori descris. Dar asta nu ne va opri de la a încerca. De pildă, dacă lungimea Planck ar fi egală cu dimensiunea unui fir de nisip, atunci un proton ar avea mărimea egală cu a planetei noastre, un atom ar fi cât orbita lui Jupiter şi, mai mult, acel bob de nisip ar fi aproape la fel de mare cât galaxia Calea Lactee! Lungimea Planck nu are valoarea aproximativ egală cu 10^-33 centimetri.

Câteva grăunţe de sare arată toate identic pentru ochiul liber, dar privite la microscop, diferenţele dintre ele ies foarte uşor în evidenţă. În schimb, fiecare electron din Univers este absolut identic cu oricare alt electron. Dacă am putea cumva, ca prin farmec, să înlocuim fiecare dintre electronii din corpul d-voastră cu alţi electroni, nu ar apărea nicio modificare... aţi continua să fiţi d-voastră înşivă.

MECANICA CUANTICĂ

Când se încearcă descrierea comportamentului obiectelor la scări atât de mici, este nevoie de accesul la o zonă foarte aparte a fizicii moderne: mecanica cuantică. O serie de savanţi au marcat la început de secol XX istoria ştiinţei, punând bazele şi dezvoltând ulterior această ramură a fizicii. Aceştia au demonstrat foarte clar faptul că aceste particule fundamentale nu se comportă întotdeauna aşa cum intuiţia ne-ar indica normal să o facă. Descrierea comportamentului unui electron seamănă cu descrierea mişcării unui zar pe o masă de barbut. Sunt 50% şanse ca electronul să ajungă undeva şi 50% şanse ca el să ajungă altundeva.

În 1927 Werner Heisenberg introducea câteva idei noi cu privire la incertitudinea din lumea cuantică. El a afirmat că: “Pe măsură ce determinăm mai precis poziţia unui electron, precizia de determinare a vitezei sale scade şi viceversa.” Einstein credea că este o idee nebunească, dar pe măsură ce oamenii de ştiinţă au aprofundat aceste idei ei au ajuns la concluzia că particulele subatomice pot dispărea pentru a reapărea într-un alt punct al spaţiului. Şi pot face asta fără a exista în spaţiul dintre cele două puncte. Când un electron este parte a unui atom, locurile de unde poate dispărea şi cele în care poate reapărea sunt doar anumite zone din jurul nucleului.

Şi asta creează aparenţa unui "înveliş", aşa-zisul orbital electronic.

Particulele elementare pot exista, de asemeni, în mai mult de un punct în acelaşi timp, cu condiţia ca timpul să fie extrem de scurt. Un electron poate călători dintr-un loc în altul parcurgând toate drumurile posibile simultan. Şi, încă mai şocant, aceste particule pot apărea din NIMIC, pentru a exista pentru un timp foarte scurt şi a dispărea, la fel, în neant. Oamenii de ştiinţă le-au numit particule virtuale. Deşi virtuale, ele generează efecte "foarte" reale. Toate aceste manifestări uimitoare fac ca descrierea particulelor subatomice să fie extrem de dificilă şi inexactă, dar existenţa însăşi este inexactă la scară cuantică. Şi, mai mult, nici timpul nu e tocmai exact la scară cuantică. Dar despre asta, în episodul viitor...

Notă: articolul de mai sus este adaptarea textului folosit în film.
Traducerea şi adaptarea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com