Bucle cuantice - atomi de spaţiu din teoria gravitaţiei cuantice cu bucle (reprezentare grafică)

Sfântul graal al fizicii este de a conecta ştiinţa la scară atomică şi subatomică cu cea la scara planetelor, galaxiilor și întregului univers, de a conecta fizica cuantică cu teoria generală a relativității a lui Einstein. Căutarea unei teorii a gravitației cuantice este veche de un secol. Teoria stringurilor este un candidat pentru această teorie unificatoare, dar nu este singura teorie - sau cel puţin așa cred unii fizicieni. Un alt candidat este teoria gravitaţiei cuantice cu bucle.

Comentarii -

 

Ce reprezintă interpretarea "universurilor multiple"? În mecanica cuantică, fiecare sistem este descris de o funcție de undă, pe baza căreia se calculează probabilitatea obținerii unui anume rezultat al măsurării. Fizicienii folosesc de obicei litera greacă Psi (Ψ) pentru a referi la funcția de undă.

Cu ajutorul funcției de undă, puteți calcula, de exemplu, că o particulă care intră într-un divizor de fascicule prezintă o probabilitate de 50% de a merge la stânga și de 50% de a merge la dreapta. Dar - și acesta este punctul important - după ce ați măsurat particulele, știți cu o probabilitate de 100% unde se află. Aceasta înseamnă că acum trebuie să actualizați probabilitatea și, odată cu aceasta, funcția de undă. Această actualizare se mai numește colapsul funcției de undă.

Comentarii -


Prima imagine a unei găuri negre. Imaginea nu este o fotografie, ci a fost creată cu ajutorul a multiple telescoape în cadrul proiectului EHT

La începutul anilor ’70 Stephen Hawking a descoperit că găurile negre pot emite radiații. Această radiație permite găurilor negre să piardă masă și, în cele din urmă, să se evapore complet. Acest proces pare să distrugă toate informațiile conținute în gaura neagră și, prin urmare, contrazice ceea ce știm despre legile naturii. Această contradicție este ceea ce numim "paradoxul pierderii informaţiei într-o gaură neagră".

După ce a descoperit această problemă în urmă cu 40 de ani, Hawking și-a petrecut tot restul vieții încercând să o rezolve. A murit în 2018, dar problema încă există și nu există nicio rezolvare la orizont.

Comentarii -


Gaură neagră devorând o stea-partener

Pentru a înțelege problema pierderii informaţiei în găurile negre, mai întâi trebuie să cunoașteți matematica utilizată în abordarea acestui subiect de către teoriile fizicii. Vom continua însă fără matematică, explicând problema conceptual.

Aceste teorii au toate două ingrediente. În primul rând, există ceva numit "starea sistemului", care este o descriere completă sistemului pentru care doriți să puteţi face predicţii. Într-o teorie clasică, care nu este cuantificată, starea ar fi, de exemplu, pozițiile și viteza particulelor. Pentru a descrie starea sistemului într-o teorie cuantică, ați lua în calcul funcțiile de undă.

Comentarii -

Există patru stări de agregare naturale ale materiei: starea solidă, fluidă, de gaz şi plasma (particule cu energie cinetică extremă, prezente, de exemplu, în stele). O a cincea stare de agregare a materiei, care apare la temperaturi foarte scăzute, apropiate de temperatura limită, zero absolut, şi care s-ar putea să existe doar în laborator (nu şi în stare naturală) este condensatul Bose-Einstein.

Comentarii -


Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite. Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea). Credit: wikipedia.org

Iată o problemă reală: nu știm cum se efectuează o măsurare în mecanica cuantică. Subiectul este astăzi discutat mai degrabă de filozofi, fiind aproape ignorat de fizicieni. Mecanica cuantică predată astăzi este cunoscută sub numele de „Interpretarea Copenhaga”. Iată esența. Particulele sunt descrise de un obiect matematic numit „funcție de undă”, de obicei notat cu Ψ („Psi”). Funcția de undă este uneori ascuțită cu vârf și arată mai mult ca o particulă, alteori este întinsă și arată mai degrabă ca o undă. Ψ este, practic, întruchiparea dualității undă-particulă.

Comentarii -

 
Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite. Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea). Credit: wikipedia.org

Să luăm atomul cel mai simplu, atomul de hidrogen, alcătuit dintr-un proton (sarcină pozitivă) şi dintr-un electron (sarcină negativă), ultimul aflându-se în mişcare în jurul nucleului atomic. Atracţia electrică dintre cele două particule (sarcinile de semne opuse, "+" şi "-", se atrag) face ca electronul să se mişte circular în jurul nucleului, asemănător modului în care Pământul se mişcă în jurul Soarelui. Dar această descriere a deplasării electronului are o problemă gravă...

Comentarii -


Câmp cuantic (reprezentare computerizată)

Pentru a putea cântări spaţiul gol, trebuie să vedem despre ce vorbim, întâi de toate. Dacă ne străduim să eliminăm dintr-o zonă din spaţiu toate particulele şi radiaţiile posibile, atunci rămânem cu ceea ce numim vid. Vidul mai este definit şi "starea de energie minimă". Spaţiul intergalactic este o bună aproximare a vidului, dat fiind că distanţele dintre corpurile cereşti sunt enorme în univers, iar în spaţiul dintre galaxii nu există aproape nimic. Ori nu e chiar aşa?

Comentarii -


Câmp cuantic (reprezentare computerizată)

În discursul comun atunci când se vorbeşte despre elementele fundamentale care constituie Universul se menţionează adesea atomii. Dar atomii nu sunt particule fundamentale, cum s-a crezut pentru o vreme, ci, în fapt, sisteme complexe, alcătuite din particule fundamentale. Dar cercetarea fundamentală din ultimi zeci de ani a schimbat paradigma. Este Universul creat din particule elementare? Iată în continuare o explicaţie succintă a teoriei câmpurilor cuantice. Video inclus.

Comentarii -

Electron
Vibraţie a unui electron

Nu e neobișnuit să primesc mesaje de la pasionaţi de fizică ce contestă mecanica cuantică și teoria relativității speciale. Admit că ideile prezentate de aceste teorii sunt stranii. Pentru unii sunt pur și simplu prea contraintuitive pentru a fi acceptate. Dar am o veste proastă pentru aceştia: fizicienii nu mai gândesc Universul în acești termeni simpli. Experimentele recente au arătat că tărâmul subatomic este mult mai uimitor decât cel prezentat de conceptele din cele două teorii. A trecut aproape un secol, la urma urmelor, de la fundamentarea acestora...

Comentarii -

particule virtualeSe pare că Universul este plin cu particule şi antiparticule care apar şi dispar în permanenţă. Sunt aceste particule reale? Veţi afla răspunsul la această întrebare în acest articol.

Comentarii -

Dacă mecanica cuantică afirmă că totul este aleator, atunci cum se poate ca această teorie să fie cea mai precisă din toate timpurile? Cum pot fi calculatoarele cuantice mai utile decât calculatoarele obişnuite, dacă noi nu putem observa superpoziţia şi prin încercarea de a utiliza două stări cuantice în acelaşi timp obţinem o singură stare cuantică?

Comentarii -

Fizicienii se numără printre cei mai simpatici, dar şi cei mai leneşi oameni din lume şi ca atare nu le place să-şi petreacă prea mult timp muncind. În efortul lor de a optimiza ecuaţiile pe care le folosesc ei utilizează „unităţi naturale". Ideea din spatele unităţilor naturale este de a minimiza numărul de constante fizice pe care le utilizează.

Comentarii -

Care este natura Universului şi din ce este acesta format? Ce sunt materia, energia, spaţiul şi timpul? Cum am ajuns aici şi încotro ne îndreptăm? De-a lungul istoriei umanităţii, teoriile şi experimentele ştiinţifice tot mai puternice şi mai sofisticate au încercat să răspundă la aceste întrebări fundamentale referitoare la Univers. Cunoştinţele obţinute pe această cale ne-au condus la intuiţii revoluţionare privind natura lumii care ne înconjoară.

Comentarii -

EinsteinÎn ciuda progreselor pe care le-am făcut în încercarea noastră de a înţelege  Universul (bosonul Higgs, de exemplu), încă mai există câteva goluri în cunoștințe noastre.  Unde este marea teorie unificată sau teoria totului? şi de ce pare teoria generală a relativităţii a lui Einstein să fie în contradicţie cu mecanica cuantică? Şi totuşi, de ce am vrea să le unificăm?

Comentarii -

Corelare cuanticaFizica cuantică prezintă o serie de trăsături contraintuitive, cum ar fi inseparabilitatea, efectul tunel şi, cum s-a demonstrat în cadrul experimentelor cu două fante, dualitatea undă-particulă. În continuare, despre experimentele de radiere cuantică.

Comentarii -

Particula si undaUitaţi de particule şi de unde. Când vine vorba de adevărata deghizare a realităţii materiale, ceea ce se află acolo depăşeşte imaginaţia noastră...cu alte cuvinte, dacă veţi alege dintre cele două variante, nu puteţi decât greşi. Realitatea e altfel şi nu încape în cuvinte.

Comentarii -

Model atomic modernLa a cincea Conferință Solvay despre electroni şi fotoni (1927), mecanica cuantică a fost consacrată ca teorie a materiei la scară atomică. Forma cea mai generală a mecanicii cuantice va fi dată de fizicianul englez Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984).

Comentarii -

Modele atomice. Mecanica cuanticaÎn acest al cincilea episod al seriei dedicate fizicii vorbim despre variantele de modele atomice propuse la început de secol XIX şi trecem în revistă cele mai importante realizări din domeniul mecanicii cuantice, de la Niels Bohr până la Werner Heisenberg.

Comentarii -

Nimeni nu intelege mecanica cuanticaAtunci când ne confruntăm cu un asalt de nestăvilit al bizareriilor cuantice este tentant să etalăm citatul binecunoscut al fizicianului Richard Feynman, laureat al Premiului Nobel: "Nimeni nu înţelege mecanica cuantică."

Comentarii -

Supersolide si superfluideUitaţi de muşcăturile de păianjeni "radioactivi", expunerea la raze gama sau orice alt accident dătător de puteri supranaturale de găsit prin benzile desenate. În lumea reală, accesul la "superputeri" ne este facilitat de teoria cuantică.

Comentarii -

Efectul Aharonov-BohmCând ne referim la influenţa unui câmp electromagnetic asupra unor particule fundamentale, trebuie să luăm în calcul şi spaţiul unde nu se regăseşte un câmp electromagnetic, nu doar zona unde este acesta localizat. Citiţi despre efectul Aharonov-Bohm.

Comentarii -

Corelativitatea cuanticăRealitatea, liberul arbitru sau viteza luminii? La una dintre acestea trebuie să renunţăm, căci mecanica cuantică ne învaţă că nu le putem avea pe toate. În continuare vorbim despre cel mai straniu fenomen observat în universul cuantic: inseparabilitatea cuantică.

Comentarii -

Experiment Elitzur Vaidman Cum ne-am putea apăra de o bombă care poate fi declanşată de un singur foton? Există câteva trucuri cuantice care ne pot fi de ajutor, garantându-ne siguranţa în 25% din cazurile în care am îndrepta particule de lumină către un asemenea dispozitiv.

Comentarii -

Efectul Casimir"Din nimic, nimic va ieşi" o avertizează Regele Lear pe Cordelia în opera omonimă scrisă de Shakespeare. În lumea cuantică lucrurile se petrec într-un mod diferit: în acest microunivers aparte ceva ia naştere din nimic şi poate pune lucrurile în mişcare.

Comentarii -

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.

Comentarii -

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.

Comentarii -

David BohmÎn ultima parte a articolului, Michael Brooks face referire la o a treia interpretare a teoriei cuantice, interpretarea Broglie-Bohm, care apelează la un set de aşa-numite variabile ascunse pentru a elucida misterele universului subatomic.

Comentarii -

universuri paraleleÎn partea a treia a articolului lui Michael Brooks, autorul face o analiză a interpretării mecanicii cuantice cunoscută drept interpretarea istoriilor alternative (deseori denumită a universurilor paralele). Citiţi în continuare despre plusurile şi minusurile sale.

Comentarii -

Bohr si Heisenberg. Interpretarea CopenhagaCea mai populară dintre interpretările mecanicii cuantice pe care le-am pomenit în prima parte a articolului este interpretarea Copenhaga, care îşi are originile în efortul unit al lui Niels Bohr şi Werner Heisenberg de a lega teoria şi experimentele de viaţa de zi cu zi.

Comentarii -


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!