Fizica particulelor nu este, de fapt, despre particule și nici despre câmpuri, ci despre structură (relații, ce poate fi observat, cadrul matematic), crede filozoful Jonathan Bain într-un articol recent.
Câmp cuantic (reprezentare grafică). Vibrația câmpului, când atinge o anume energie, devine ceea ce numim „particulă”
În ciuda numelui, teoriile aflate în centrul fizicii moderne descriu o realitate în care ideea clasică de particule discrete, localizabile și numărabile se prăbușește, iar câmpurile nu stau nici ele mai bine.
A înțelege fizica particulelor înseamnă să renunți la aceste intuiții învechite și să accepți o viziune mai radicală: proprietățile pe care le asociem cu particulele sau câmpurile nu există în mod absolut, ci apar doar în anumite contexte (energii).
Ce stă, atunci, la baza realității? Nu obiectele, ci structura - relațiile, observabilele, cadrul matematic. Dacă există ceva fundamental, este posibil ca acel ceva să nu fie un „lucru” deloc.
Iată principalele idei din articolul menționat:
Există un consens între filozofi că fizica particulelor nu este despre particule.
În fapt, teoriile despre materie care intră în conceptul mai larg de „fizica particulelor” se numesc „teoriile câmpurilor cuantice relativiste - RQFT”, ce reprezintă un cadru matematic rezultat din combinarea relativității speciale a lui Einstein cu o versiune cuantică a teoriei clasice a câmpurilor, cadru matematic ce se ocupă de câmpurile cuantice ale căror vibrații sunt interpretate drept particule.
Newton
În fizica clasică am trecut inițial de la cosmosul lui Descartes, format din corpuri care ocupau spațiu și care acționau mecanic unul asupra altuia prin contact direct, la cosmosul lui Newton, care introduce misterioasa acțiune de la distanță prin intermediul unui principiu unic: gravitația.
Particulele în concepția newtoniană aveau trei proprietăți esențiale, erau:
- localizabile (în orice moment o particulă este undeva)
- numărabile (le poți număra)
- identificabile (eng. distinguishable) (schimbarea oricăror particule dintr-un sistem de particule creează o modificare observabilă în sistem).
Mecanica cuantică non-relativistă
Experimentul cu două fante a creat o criză de înțelegere în fizică, căci pare că ceea ce se credea a fi o particulă discretă are, în funcție de modul în care o măsori, comportament de undă și particulă în același timp. Dar există și interpretări ale mecanicii cuantice care „păstrează” unitatea particulei.
Pe de altă parte, în mecanica cuantică particulele nu sunt identificabile, în sensul că schimbarea a oricăror două particule cuantice într-un sistem cuantic cu mai multe particule nu are efecte observabile asupra sistemului („invarianța permutării”).
Există particule în teoriile câmpurilor cuantice relativiste?
Nu pot fi formulate teorii ale câmpurilor cuantice relativiste (RQFT) în așa fel încât să păstreze primele două caracteristici ale particulelor: să fie localizabile și numărabile, în sensul că nu pot fi formulate utilizând modul standard matematic de a reprezenta cele două proprietăți. Acest mod standard folosește obiecte denumite „operator numeric local” și „operator numeric total”, iar în RQFT realiste acești operatori nu pot fi definiți.
Atunci poate că tot ce putem spune despre fizica particulelor este doar ce găsim în structura asociată cu conținutul său observabil. Unii fizicieni spun că „particulele sunt ceea ce detectoarele de particule detectează”. Unii filozofi resping această abordare instrumentalistă, dar dau atenție structurii observabilelor și speră că această structură are o realitate ontologică.
Dar poate este o bună alegere să înlocuim conceptul de particulă newtoniană, mereu localizabilă și numărabilă, cu un alt concept.
De fapt, se poate demonstra că existența operatorilor numerici (care ar trebui să reprezinte cele două proprietăți: să fie localizabile și numărabile) depinde de existența unei structuri spațiu-timp newtoniene (cu un timp absolut).
Și, având în vedere că structura spațiu-timpului din fizica particulelor este relativistă și nu newtoniană, nu este chiar atât de surprinzător că fizica particulelor nu permite o interpretare minimală a particulei în sens newtonian.
Așadar, într-o variantă de luat în calcul, poate că cele două proprietăți ale particulelor (să fie localizabile și numărabile) ar trebui înțeles ca flexibile, nu absolute. Poate că particulele manifestă aceste proprietăți doar în anumite contexte. Și poate că ceea ce înseamnă să fii o particulă în fizica particulelor este tocmai acest lucru, adică să ai proprietatea de a manifesta cele două proprietăți doar în anumite scenarii.
O altă opțiune este să păstrăm un concept newtonian minimal al particulei, dar să recunoaștem că acest concept nu este o caracteristică fundamentală a fizicii particulelor, ci apare la un anumit nivel (într-un anumit regim energetic, de exemplu).
Filosofii au propus recent o formă „selectivă” de realism, potrivit căreia ceea ce este real depinde de scară, iar acest lucru este compatibil cu includerea particulelor newtoniene minimale în ontologia fizicii particulelor. Această perspectivă este în acord cu viziunea fizicienilor, conform căreia RQFT care formează „fizica particulelor” nu sunt teorii fundamentale, ci teorii „efective” - care sunt precise doar atunci când sunt aplicate în anumite domenii de energie.
„Spre deosebire de o teorie precum mecanica newtoniană, care a fost concepută ca o teorie fundamentală valabilă la toate scările, teoriile efective sunt tratate de la bun început ca simple aproximații, valabile doar la energii mici în comparație cu scara de energie „caracteristică” a teoriei.
Prima teorie efectivă a fost teoria lui Fermi a dezintegrării beta, care a avut succes empiric la energii relativ mici, în jur de 10 MeV, dar care prezicea infinități absurde la energii mai mari. Astăzi știm că acest lucru se datora faptului că teoria lui Fermi nu include bosonul W, care are o masă de aproximativ 80 GeV. Însă asta nu înseamnă că teoria lui Fermi este complet greșită. Mai degrabă, putem vedea teoria lui Fermi ca o aproximație a teoriei electroslabe — care include bosonul W — valabilă doar la acele energii mici la care bosonul W nu joacă un rol semnificativ.
Deși teoria electroslabă este mai bună decât cea a lui Fermi, și ea este considerată o teorie efectivă.
Întregul model standard al fizicii particulelor se apreciază că eșuează la o anumită scară de energie foarte mare. Acest lucru nu este un defect, ci o calitate: la scări de energie diferite, interacțiuni diferite devin relevante și, prin urmare, teorii diferite devin utile”. Sursa: Iai.tv
Prin urmare, ar trebui să ne uităm la teoriile actuale privind natura particulelor. Putem spune că fizica particulelor este despre particule, cu condiția să renunțăm fie la intuițiile newtoniene minimale despre particule, fie să fim dispuși să adoptăm o viziune „efectivă” asupra teoriilor din fizică și, poate, un realism selectiv corespunzător în ceea ce privește natura materiei.
> Citește și:
• Foarte scurtă introducere în teoria câmpurilor cuantice
• Cum se poate transforma o particulă elementară în alte particule
• Teoria modelului standard al particulelor elementare
