Fizica nu constă în diversele opinii ale fizicienilor, fie ei şi celebri, ci în rezultate obţinute pe cale experimentală. În a doua parte dedicată mecanicii cuantice, aflaţi câteva puncte de vedere ale unor mari fizicieni faţă de teoria cuantică şi citiţi o interpretare a celebrului experiment cu două fante.
Mecanica cuantică: o analogie cu Newton, partea 1
PROBLEMA MECANICII CUANTICE
Citatele şi mecanica cuantică
Desigur, 300 de ani înseamnă mult în fizică şi nu putem compara vechile probleme intelectuale cu cele noi. Secolul al XX-lea a fost mult mai sofisticat decât al XVII-lea. Toată lumea ştie că mecanica cuantică este bizară şi că oricâte explicaţii s-ar da, nu se va putea schimba acest fapt; iată câteva citate ilustrative:
"Aceia care nu sunt şocaţi atunci când au de-a face pentru prima dată cu mecanica cuantică, cu siguranţă nu au înţeles-o" - Niels Bohr.
Niels Bohr
„Oricine nu este iritat de teorema lui Bell înseamnă că are bolovani în cap" - Arthur Wightman (o descriere a teoremei lui Bell va putea fi citită în a treia parte a articolului).
Arthur Wightman
„Cred că pot spune fără riscul de a greşi vreun pic că nimeni nu înţelege mecanica cuantică" - Richard Feynman.
Richard Feynman
Citatele sunt foarte utile, dar ele nu înlocuiesc demonstraţia ştiinţifică. De fapt, ideea că întrebări ştiinţifice se pot rezolva prin folosirea unor afirmaţii pe subiect ale unor mari oameni de ştiinţă - apelul la autoritate - este chiar opusul ştiinţei. Einstein a fost de părere că „Respectul iraţional faţă de autoritate este cel mai mare inamic al adevărului"; de asemenea, tot Einstein a spus şi „Pentru a mă pedepsi pentru dispreţul faţă de tot ce înseamnă autoritate, soarta m-a adus în postura de a deveni o autoritate eu însumi".
O altă problemă cu citatele este că e posibil să găseşti puncte de vedere contradictorii exprimate de aceeaşi persoană. Niels Bohr, mai mult decât oricine, a răspândit ideea că interpretarea mecanicii cuantice a fost o sarcină îndeplinită în 1920, făcându-l pe Murray Gell-Mann să afirme în 1976 că „Niels Bohr a spălat creierul unei întregi generaţii de fizicieni făcându-i să creadă că problema interpretării mecanicii cuantice a fost rezolvată acum 50 de ani". Bohr, în mod evident, a crezut că şocul întâlnirii cu mecanica cuantică va fi diminuat odată cu timpul.
Richard Feynman, de asemenea, în ultimii săi ani a exprimat opinii privind mecanica cuantică foarte diferite faţă de cea indicată mai sus, spunând în 1982: „A fost mereu foarte dificil să înţelegem viziunea asupra lumii pe care mecanica cuantică ne-o oferă. Fiecare nouă idee are nevoie să treacă o generaţie ori două pentru a deveni clar că nu este nici o problemă cu ea. Nu pot defini o problemă reală, aşa că eu cred că nu există nicio problemă, dar nu sunt sigur că nu există nicio problemă reală cu mecanica cuantică".
Exemple de bizarerii ale mecanicii cuantice
Aşa că mai bine decât să ne bazăm pe câteva citate pentru a ne confirma faptul că mecanica cuantică este bizară, mai bine să ne concentrăm pe evidenţele referitoare la această bizarerie. Şi aşa cum rezultă din vorbele lui Feynman, nu este chiar o sarcină uşoară.
Nu există un singur exemplu, definitiv, privind ciudăţenia mecanicii cuantice. Pentru mulţi ani, cel mai bun exemplu a fost "dualitatea particulă-undă" ori, altfel numit, experimentul cu două fante. În ultimii ani, fenomene mai subtile bazate pe evenimente corelate, dar separate, grupate sub diverse denumiri, ca teorema lui Bell ori inseparabilitatea cuantică au ocupat "centrul scenei". Vom trata aceste două categorii pe scurt.
Dualitatea particulă-undă
Richard Feynman descrie experimentul cu două fante ca fiind singurul mister al mecanicii cuantice. Este foarte bine descris în multe prezentări ale mecanicii cuantice. Ciudăţenia este rezumată în imaginea de mai jos. Dacă sunt transmise particule către un perete care conţine două fante, în circumstanţe potrivite aceste particule vor forma un model de distribuire pe ecranul din spatele peretelui asemănător cu cel din imagine.
Dificultatea nu constă în a spune ce vezi, în a descrie rezultatul experimentului, ci în a explica cum e posibil ca aşa ceva să se întâmple. Particulele pot fi văzute venind una câte una, construind modelul distribuţiei acestora în mod aleator. Cum pot particulele să formeze un model ce depinde de cele două fante, când fiecare particulă nu poate trece decât printr-o singură fantă? Şi cum e posibil, dacă aţi terminat prematur cu mirarea, ca un mare număr de particule, separate în timp, să „coopereze" pentru a construi modelul de distribuţie respectiv?
Când rezultatul este simplu de descris, dar imposibil de explicat, este posibil ca noi să fi început explicaţia dintr-un loc greşit - trebuie deci să ne verificăm supoziţiile. O supoziţie este aceea că noi credem că fiecare eveniment poate fi prezis. Aceasta este o supoziţie neo-fatalistă, ce susţine că toate evenimentele sunt inevitabile şi că există o sigură versiune a viitorului. Acest lucru poate fi adevărat, dar este departe de a fi definitiv demonstrat şi mulţi dintre noi nu subscriem la această idee în cursul vieţii noastre.
Modelul de distribuţie a particulelor pe ecran este mult mai puţin misterios dacă presupunem că destinaţia fiecărui electron nu este stabilită dinainte, ci este guvernată de probabilităţi. Această presupunere răspunde la cea de-a doua întrebare din paragraful anterior.
Prima întrebare este mult mai interesantă. Modelul distribuţiei particulelor este similar aceluia rezultat în urma interferenţelor undelor - ca undele pe un lac - de parcă fiecare particulă se transformă într-o undă şi trece prin cele două fante în acelaşi timp, înainte de a lovi peretele. Este posibil ca particulele să atingă destinaţia lor finală după reguli probabilistice, fără să fie nevoie ca aceste particule să se transforme în unde; în acest caz nu mai este nicio diferenţă între situaţiile clasificate „clasice" ori „cuantice". Oricum am alege să descriem mişcarea particulelor, spunem că aceste particule urmează reguli în călătoria lor către ecran.
Acest caz al experimentului cu două fante este pentru mine cel mai bun şi cel mai clar exemplu al bizareriei mecanicii cuantice: mai simplu de descris şi mai greu de explicat decât exemplele bazate pe teorema lui Bell (detalii în articolul următor).
Mecanica cuantică: o analogie cu Newton (3)
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Quantum Weirdness: An Analogy from the Time of Newton de Paul Quincey, traducere realizată cu acordul revistei Skeptical Inquirer.
