De la certitudine la incertitudine. CopertaÎn deschiderea primului capitol al volumului, capitol dedicat incertitudinii din lumea cuantică, David Peat se opreşte pe scurt asupra a două dificultăţi majore din fizică la sfârşit de secol XIX: problema eterului luminifer şi radiaţia corpului absolut negru.

 

 

 

"De la certitudine la incertitudine" (1)

 

CAPITOLUL I - INCERTITUDINEA CUANTICĂ

La 1900 Lordul Kelvin vorbea despre triumful fizicii şi despre modul în care mecanica newtoniană ar putea fi extinsă pentru a descrie şi fenomenele legate de lumină şi căldură. Discursul său făcea referire la “cei doi nori” care ascundeau întrucâtva vederii “frumuseţea şi claritatea” teoriei clasice: prima problemă privea modul în care lumina călătoreşte prin spaţiu, iar cea de-a doua se referea la distribuţia uniformă a energiei într-un sistem format din molecule aflate în oscilaţie. Soluţia propusă de Kelvin s-a dovedit a fi, totuşi, foarte departe de ţintă. Ironic este că ceea ce Kelvin a asemuit norilor de la orizont s-au dovedit a fi de fapt două încărcături detonante pe punctul de a genera o explozie de proporţii în fizica secolului al XX-lea. Numele acestora erau relativitatea şi teoria cuantică, iar ambele teorii făceau referire şi la natura luminii.

 

 

Lumina, potrivit fizicienilor din generaţia lui Kelvin, este o mişcare oscilatorie şi asemenea oricărei mişcări de această natură ar trebui desluşită cu ajutorul legilor mecanicii newtoniene. Dar o mişcare oscilatorie, spuneau fizicienii, are nevoie şi de un mediu care să vibreze. Astfel s-a născut ideea că spaţiul nu este vid, ci plin cu un material cu proprietăţi stranii denumit “eter luminifer”. Acest lucru conducea la concluzia că viteza luminii măsurată în laboratoarele de pe Terra – deci viteza cu care oscilaţiile păreau să se deplaseze prin acest mediu straniu – ar trebui să depindă de viteza şi direcţia cu care Pământul se deplasează prin eterul  luminifer. Deoarece Pământul se roteşte în jurul Soarelui, această direcţie variază în permanenţă, astfel că viteza luminii măsurată dintr-o anumită direcţie ar trebui să varieze corespunzător cu perioada anului la care se efectuează măsurătorile. Astfel că oamenii de ştiinţă se aşteptau să detecteze o variaţie a vitezei luminii la diferite momente ale anului, numai că experimente de foarte mare precizie au dovedit că lucrurile nu stau aşa. Indiferent de mişcarea Pământului relativ la fundalul stelelor îndepărtate, viteza luminii era aceeaşi.

Misterul vitezei luminii şi existenţa sau inexistenţa eterului aveau să fie rezolvate doar cu ajutorul relativităţii speciale a lui Einstein, care arăta că viteza luminii este constantă, în mod independent de viteza de deplasare a observatorului ori a sursei de lumină.

Celălalt nor de pe cerul lui Kelvin, distribuţia uniformă de energie între gradele de libertate ale unor molecule aflate în oscilaţie (teorema echipartiţiei energiei unei molecule pe grade de libertate, valabilă în mecanica clasică - care conducea la catastrofa ultravioletă - n.tr.), era în legătură cu o altă problemă dificilă – radiaţia emisă de un corp fierbinte. În acest caz soluţia a necesitat o revoluţie în gândire la fel de radicală ca şi teoria relativităţii – mecanica cuantică.

 

BOHR ŞI EINSTEIN

Relativitatea specială a reprezentat produsul unei singure minţi – cea a lui Albert Einstein. Teoria cuantică însă este rodul eforturilor unui grup de fizicieni care au lucrat în mare măsură împreună şi care l-au recunoscut drept mentor pe fizicianul danez Niels Bohr. Aşa cum se va vedea în continuare, contradicţiile dintre certitudine şi incertitudine - care reprezintă nucleul acestei cărţi – nu sunt nicăieri altundeva scoase mai clar în evidenţă decât în cazul raportării la teoria cuantică a acestor două figuri legendare ale fizicii secolului al XX-lea, Einstein şi Bohr. Urmărind devenirea lor intelectuală vom putea scoate la iveală esenţa acestei fracturi majore între certitudine şi incertitudine.

 

 

Când cei doi au dezbătut împreună problemele majore din mecanica cuantică în primele decenii ale secolului al XX-lea, au făcut-o atât de pasionaţi de descoperirea adevărului, încât Einstein a ajuns să afirme că a nutrit un simţământ de dragoste pentru Bohr. Totuşi, pe măsură ce Einstein şi Bohr au înaintat în vârstă, diferenţele dintre poziţiile lor au devenit insurmontabile până la punctul în care mai aveau foarte puţine să-şi spună unul altuia. Fizicianul american David Bohm a istorisit povestea vizitei lui Bohr la Princeton la finele celui de-al doilea război mondial. Cu acea ocazie fizicianul Eugene Wigner a organizat o recepţie în cinstea danezului, la care urma să participe şi Einstein. În timpul recepţiei Einstein şi studenţii săi au ocupat un capăt al camerei, pe când Bohr şi colegii acestuia s-au aşezat în cealaltă parte a încăperii.

Cum de a fost posibilă o asemenea transformare? De ce, în ciuda pasiunii comune pentru adevăr, spiritul dialogului dintre cei doi în cele din urmă s-a stins? Explicaţia rezumă o mare parte din istoria fizicii secolului al XX-lea şi are legătură cu distanţa fundamentală dintre certitudine şi incertitudine. Ruptura dintre Einstein şi Bohr are legătură cu una dintre ideile profunde ale ştiinţei şi filozofiei – natura fundamentală a realităţii. Pentru a înţelege întregul proces trebuie să înţelegem una dintre transformările majore de paradigmă din istoria ştiinţei şi înţelegerii lumii, un salt de proporţii mult superior celor provocate de descoperirile lui Copernic, Galilei sau Newton. Pentru a descoperi despre ce este vorba e nevoie la început de un tur al fizicii secolului al XX-lea.

"De la certitudine la incertitudine" (3)

 

 

Traducerea este făcută cu acordul autorului şi este protejată de legea drepturilor de autor.