Ibric cuanticUn ibric supravegheat nu fierbe niciodată. Înarmaţi cu bun simţ şi cunoştinţe legate de fizica clasică, am putea contesta această afirmaţie. Doar că fizica cuantică ne-ar putea reduce la tăcere, contrazicându-ne cu argumente. Detalii, în continuare.

 

 

 

 

Minuni cuantice: corpuscul şi undă (1)

 

Ibricele cuantice privite îndeaproape chiar refuză - uneori - să fiarbă. În alte cazuri, fierberea are loc mai repede. Există chiar şi cazuri în care, supravegheate fiind, ajung la o dilemă existenţială, neştiind dacă să fiarbă ori nu.

Această întreagă nebunie este consecinţa ecuaţiei lui Schrödinger, formula născocită de fizicianul austriac Erwin Schrödinger în 1926 pentru a descrie, de o manieră probabilistică, felul în care obiectele cuantice evoluează de-a lungul timpului.

Imaginaţi-vă de exemplu că efectuaţi un experiment folosind un atom radioactiv, iniţial nedescompus, aflat într-o cutie. Potrivit ecuaţiei lui Schrödinger, în orice moment de după începerea experimentului atomul se află într-un amestec, "o superpoziţie" de stări, dezintegrat ori nu.

Fiecare stare are asociată o anumită probabilitate descrisă matematic prin intermediul unei aşa-numite funcţii de undă. De-a lungul timpului, atâta vreme cât nu privim sistemul cuantic descris mai sus, funcţia sa de undă evoluează odată cu creşterea lentă a probabilităţii asociate stării dezintegrate a atomului. De îndată ce privim, atomul "alege", de o manieră conformă cu probabilităţile descrise de funcţia de undă, sub ce stare ni se înfăţişează, iar funcţia de undă "colapsează (se prăbuşeşte)" către o stare determinată, unică.

Acesta este mecanismul care a dat naştere faimoasei pisici a lui Schrödinger. Să presupunem că o pisică împreună cu un flacon de gaz otrăvitor sunt plasate într-o cutie închisă, în interiorul căreia dezintegrarea radioactivă a unui atom declanşează spargerea sticluţei cu otravă. Este pisica în acelaşi timp moartă cât şi vie, de vreme ce nu ştim dacă dezintegrarea atomului a avut loc?

Nu ştim. Tot ce ştim este că experimente care utilizează obiecte de dimensiuni din ce în ce mai mari, printre care recent s-a numărat şi o bandă de metal rezonantă suficient de mare pentru a putea fi văzută la microscop, par să indice că într-adevăr obiectele pot ajunge să adopte două stări simultan (Nature, vol. 464, p. 697).



Cel mai ciudat lucru despre cele afirmate mai sus este ideea că simpla observare a unui sistem cuantic poate modifica comportamentul acestuia. Să ne referim la atomul nedescompus de mai înainte: observarea sistemului şi constatarea că atomul nu s-a dezintegrat readuce "montajul" la o stare bine determinată, iar evoluţia ecuaţiei lui Schrödinger către starea de "dezagregare" trebuie să înceapă din nou de la zero.

Corolarul este că dacă continuaţi să "măsuraţi" sistemul suficient de des, acesta nu va fi niciodată capabil să se dezintegreze. Această posibilitate poartă numele de efect Zeno cuantic, după filozoful grec omonim din Elea, care a imaginat un paradox celebru care "dovedeşte" că dacă împărţim timpul în clipe din ce în ce mai mici, am putea face schimbarea ori mişcarea imposibile.

Şi efectul cuantic Zeno chiar se petrece în realitate. În 1990, cercetătorii de la National Institute of Standards and Technology din Boulder, Colorado, au demonstrat că ar putea menţine un ion de beriliu într-o configuraţie energetică instabilă, oarecum asemănătoare cu un creion care se balansează sprijinit de vârful său  ascuţit, cu condiţia să măsoare în repetate rânduri energia acestuia (Physical Review O, vol. 41, p. 2295).

Efectul invers, "anti-Zeno" - metaforic spus, fierberea mai rapidă a unui "ibric cuantic" - are de asemenea loc. În cazul în care un sistem cuantic are la dispoziţie un aranjament complex de stări cuantice prin care poate trece, dezintegrarea către o stare cu energie mai scăzută poate fi accelerată prin măsurarea sistemului în ordinea corespunzătoare. Acest tip de comportament a fost, de asemenea, evidenţiat în laborator, în 2001 (Physical Review Letters, vol. 87, p. 040402).

Un al treilea truc poartă numele de "efect Hamlet cuantic", propus în cursul anului trecut de către Vladan Pankovic de la Universitatea din Novi Sad, Serbia. Acesta a descoperit că o anumită succesiune de măsurători deosebit de complicate pot afecta un sistem în aşa fel încât să facă ecuaţia lui Schrödinger pentru evoluţia ulterioară a acestuia practic imposibil de rezolvat. Aşa cum afirmă Pankovic: a fi sau a nu fi descompus, "aceasta este întrebarea de nerezolvat prin metode analitice".

 

Minuni cuantice: efectul Casimir (3)

 

 

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