Particula si undaDe la pisici moarte şi vii în acelaşi timp până la particule care apar de nicăieri, de la fotoni care urmează două traiectorii simultan până la acţiuni ciudate la distanţă, fizica cuantică ne dărâmă intuiţiile legate de felul în care funcţionează lumea.

 

 

 

Michael Brooks a făcut o trecere în revistă a bizareriilor şi efectelor din universul cuantic care în mod garantat ne vor surprinde.

 

Lumina are atât caracter corpuscular, cât şi ondulatoriu şi începem să demonstrăm că şi celelalte lucruri sunt la fel.


1. Ambele şi niciuna. Dualitatea corpuscul-undă.

Nu este necesar să ai cunoştinţe de fizică cuantică pentru a recunoaşte bizareriile lumii cuantice. Cea mai veche şi mai grandioasă dintre tainele cuantice face referire la o întrebare care a pus la încercare minţile cele mai geniale, cel puţin de pe vremea filozofului grec antic Euclid: din ce este compusă lumina? Este lumina undă sau particulă?

De-a lungul timpului părerile legate de această temă au fost împărţite. Isaac Newton credea că lumina este formată din particule minuscule, "corpusculi" în jargonul vremii. Nu toţi contemporanii săi au fost impresionaţi, iar în cadrul unor experimente devenite clasice efectuate la începutul anilor 1800 polivalentul Thomas Young a dezvăluit felul în care se propagă o rază de lumină la trecerea prin două fante înguste plasate în apropiere una de cealaltă, producând un tipar de interferenţă caracteristic undelor pe un ecran poziţionat în spatele fantelor.

Deci, despre ce este vorba de fapt, de particulă ori de undă? Nerăbdătoare să-şi stabilească o reputaţie de contestatar al ideilor fizicii clasice, teoria cuantică a oferit un răspuns la scurt timp după ce şi-a făcut apariţia pe scena ştiinţelor, la începutul secolului XX. Lumina are atât un caracter corpuscular (de particulă), cât şi unul ondulatoriu (de undă), reprezentând astfel, în fapt, cu totul altceva. O particulă izolată aflată în mişcare, de pildă un electron, poate suferi fenomenul de difracţie şi poate interfera cu ea însăşi, asemenea undelor şi, credeţi sau nu, un obiect de mărimea unui automobil are asociată şi o natură secundară, ondulatorie.



Acest lucru (natura duală a particulelor - n.tr.) a fost propus în premieră în cadrul unei curajoase teze de doctorat scrisă în 1924 de unul dintre deschizătorii de drumuri din teoria cuantică, fizicianul Louis de Broglie. El a arătat faptul că, prin descrierea particulelor aflate în mişcare ca fiind unde, am putea explica de ce acestea au asociate niveluri energetice discrete, cuantizabile, neputându-li-se asocia un spectru energetic continuu, aşa cum prezicea fizica clasică.

De Broglie a presupus la început că acest lucru este doar un concept abstract, de natură matematică, dar dualitatea undă-particulă este "dureros" de reală. Experimentul clasic de interferenţă a undelor luminoase efectuat de Thomas Young (1773-1829) a fost reprodus înlocuindu-se lumina cu electroni sau cu tot felul de alte particule.

Într-adevăr, trebuie spus că experimentul nu a fost realizat folosind un obiect macroscopic, cum ar fi un automobil în mişcare. Lungimea de undă de Broglie asociată unui asemenea obiect are o valoare de aproximativ 10-38 metri, iar a supune o aşa entitate unor fenomene precum difracţia ar presupune construirea unor fante cu o deschidere de acelaşi ordin de mărime, o sarcină care depăşeşte cu mult posibilităţile noastre tehnologice. Experimentul a fost realizat, totuşi, folosind fulerene, molecule de forma unei mingi de fotbal formate din 60 de atomi de carbon, care, la un diametru de aproximativ un nanometru, sunt suficient de mari pentru a fi văzute la microscop (Nature, vol. 401, p. 680).

Toate acestea ridică o întrebare fundamentală: cum este posibil ca substanţele să fie unde şi particule în acelaşi timp? Poate pentru că nu sunt nici una dintre cele două, afirmă Markus Arndt de la Universitatea din Viena, Austria, care a efectuat în 1999 experimente utilizând compuşii menţionaţi mai sus. Ceea ce noi numim electroni sau fulerene s-ar putea dovedi, în cele din urmă, entităţi cu nimic mai reale decât un sunet produs de un detector ori decât imaginea reconstituită la nivel cerebral generată de câţiva fotoni care vin în contact cu retina. "Ne-am putea, aşadar, referi la unde şi particule ca fiind doar simple construcţii mentale ce au menirea să ne faciliteze conversaţiile cotidiene", afirmă el.

 

Minuni cuantice: efectul Zeno cuantic (2)


 

Textul de mai sus reprezintă traducerea şi adaptarea articolului Corpuscles and buckyballs, publicat de New Scientist. Reed Business Information Ltd şi New Scientist nu îşi asumă nicio responsabilitate privind eventuale erori de traducere.
Traducător: Ecaterina Pavel