Câmp cuantic (reprezentare grafică). Vibrația câmpului, când atinge o anume energie, devine ceea ce numim „particulă”
Găsiţi aici o introducere în universul particulelor elementare şi al legilor care guvernează această lume aparent inaccesibilă observatorului uman. În cele ce urmează puteți vedea câteva exemple care să contureze întrucâtva ideea că avem de a face cu un univers ale cărui reguli sunt în afara percepţiilor şi capacităţilor de înţelegere ale omului.
1. Dualitatea particulă-undă
În 1924 fizicianul francez Louis de Broglie, viitor câştigător al Premiului Nobel, formula un principiu conform căruia particulele elementare asemenea electronilor posedă şi proprietăţi asemănătoare celor ale undelor electromagnetice. Efectul fotoelectric descoperit de Einstein în 1905 arătase că lumina, considerată a fi undă, are şi comportament de particule - fotonii. Aşadar, ipoteza, extrem de îndrăzneaţă era că particulele se comportă asemenea undelor şi viceversa; cu alte cuvinte că şi materia, considerată a fi compusă din particule, are comportament de undă. O rază de lumină este, pe de o parte, o undă electromagnetică vibrând prin spaţiu, dar şi un flux de particule (fotoni) ce se deplasează într-o anume direcţie. Anumite experimente pun în evidenţă caracteristicile de undă ale fotonilor, altele pe cele de corpuscul, dar niciodată simultan pe ambele. Se putea considera că înainte de intervenţia experimentatorului, raza de lumină este atât undă, cât şi particulă.
2. Principiul incertitudinii
Formulat în 1926 de către fizicianul german Werner Heisenberg, pe când lucra la fundamentele matematice ale mecanicii cuantice la Institutul Niels Bohr din Copenhaga, acest principiu ne spune - în esenţă - că în lumea cuantică o particulă nu poate fi localizată cu precizie, ci doar pe baza unor calcule care ne dau probabilitatea de a găsi particula într-un loc anume. Aşadar, nu poate fi determinată cu precizie poziţia unei particule, ci putem doar prezice cea mai probabilă poziţie a acesteia. De asemenea, nu putem determina cu precizie atât poziţia, cât şi viteza unei particule. Cu cât precizia de determinare a poziţiei creşte, cu atât scade precizia privind vitezei şi reciproc.
3. Principiul superpoziţiei stărilor sistemelor cuantice
Derivat din ecuaţiile celebrului fizician teoretician austriac Erwin Schrödinger, acest principiu ne spune că o particulă elementară poate fi într-o stare pe care oamenii de ştiinţă au botezat-o superpoziţie (suprapunere) a două sau mai multe stări. Astfel, nu ne mai referim la poziţia unei particule având în minte ideea de unicitate a poziţiei acesteia, de „aici sau acolo”; în lumea cuantică avem de-a face cu „aici şi acolo”. Este ca şi cum un foton, parte a unui fascicul luminos direcţionat spre un ecran prevăzut cu două fante, poate trece prin ambele simultan. Mai mult, ecuaţiile care descriu mişcarea electronului în jurul nucleului atomic ne spun că el poate fi în mai multe poziţii în acelaşi moment.
4. Inseparabilitatea cuantică
Reprezintă cel mai contraintuitiv şi surprinzător fenomen din galeria bizareriilor cuantice. În lumea ciudată a particulelor elementare se manifestă un foarte straniu efect cuantic care a fost botezat „inseparabilitate cuantică” (quantum entanglement). Este vorba despre faptul că există perechi sau grupuri de 3 sau mai multe particule elementare în mod misterios dependente unele de altele. Două particule pot fi la mii de kilometri distanţă una faţă de cealaltă şi totuşi o acţiune asupra uneia dintre ele produce instantaneu efecte asupra celeilalte (şi acesta este aspectul cel mai greu de acceptat prin prisma experienţelor noastre cotidiene şi chiar în lumina fizicii moderne - care stabileşte ca limită a vitezei de deplasare a informaţiei viteza luminii în vid).
Einstein a numit la un moment dat acest fenomen, în a cărui validitate nu a crezut, de altfel, niciodată - „spooky action at a distance”.
→ Citiți și: Ciudățeniile mecanicii cuantice. Experimentul „prietenul lui Wigner”
Notă: acesta este un articol introductiv. Toate subiectele abordate sumar mai sus sunt detaliate în alte articole pe site.
