Mecanica cuantica descrie o lume mai ciudata decât un film science-fiction

Isaac Newton a stabilit ca lumina este formata din particule. Multi ani mai târziu, James Clerk Maxwell a conceput teoria electromagnetismului care contrazice ideea lui Newton. În aceasta teorie, lumina este o unda. Cu toate acestea, un alt fizician important a modificat din nou teoria, afirmând din nou ca lumina este o particula. Numele fizicianului: Albert Einstein.

Din cele de mai sus rezulta ca ne confruntam cu o contradictie: desi toata lumea crede ca lumina este o unda, pe baza teoriei lui Maxwell, doi dintre cei mai mari fizicieni din toate timpurile afirma ca lumina este o particula. Cine are dreptate?

Bine ati venit în lumea mecanicii cuantice. Mecanica cuantica afirma ca lumina este atât o particula, cât si o unda. Cum este posibil? Nu stim exact, dar stim ca este adevarat. Dualitatea unda-particula nu se aplica doar în cazul fotonilor, ci si în cazul celorlalte particule subatomice.

Principiul incertitudinii din mecanica cuantica ne spune ca nu putem cunoaste cu precizie locul unde se afla o anumita particula la un moment dat.

În schimb putem cunoaste doar care este probabilitatea de a gasi particula într-un anumit loc. Particula se afla literalmente în mai multe locuri în acelasi timp si daca încercam sa aflam unde este particula, constatam ca pozitia acesteia este descrisa de probabilitatea mentionata mai sus. Einstein a considerat aceasta afirmatie drept ridicola, spunând ca: „Îmi place sa cred ca Luna este mereu acolo, chiar si atunci când nu ma uit la ea”. S-ar parea ca atunci când efectuam o masuratoare, perturbam particula pe care dorim sa o masuram. Cu toate acestea, incertitudinea cuantica nu se datoreaza metodelor noastre de masurare, ci faptului ca particula pare sa stie daca ne uitam la ea. Toate acestea vi se par putin confuze, nu-i asa?

Cu totii am auzit de teleportare în filme si în jocurile video. În filmul Harry Potter, vrajitorii învata cum sa dispara dintr-un loc si sa apara în alt loc. Cu toate acestea, în lumea particulelor subatomice acest lucru nu este science-fiction, ci, pur si simplu, realitatea de zi cu zi. Acest fenomen se numeste „tunelare cuantica” sau efectul tunel.

Efectul tunel din mecanica cuantica se manifesta, în permanenta, atât în cazul electronilor din norul de electroni, cât si în cazul protonilor din nucleul atomului. Din moment ce particulele din care suntem formati sunt capabile de tunelare cuantica, de ce în cazul nostru efectul tunel nu se manifesta? Ei bine, de fapt, putem experimenta acest efect, dar calculele din mecanica cuantica indica o probabilitate foarte, foarte mica de a se produce acest fenomen în cazul nostru.

Probabil ca cel mai ciudat fenomen din mecanica cuantica este inseparabilitatea cuantica a particulelor. Se stie ca electronii dintr-un atom nu pot ocupa aceeasi stare cuantica. Aceasta înseamna ca spinul a 2 electroni dintr-un atom, aflati în acelasi orbital sau strat electronic, trebuie sa fie diferit. Directia spinului unuia dintre electroni trebuie sa fie în sus, în timp ce directia spinului celuilalt electron trebuie sa fie în jos.

Când se modifica spinul unui electron, spinul celuilalt electron se va schimba imediat deoarece cei doi electroni din atom nu pot avea aceeasi stare cuantica. Ciudatenia provine din faptul ca, indiferent de distanta dintre cei doi electroni aflati în stare de inseparabilitate cuantica, prin modificarea spinului unui electron se va schimba, în mod instantaneu, spinul celuilalt electron. Einstein a descris acest fenomen ca o „actiune înfricosatoare la distanta”. Fizicienii înca nu au reusit sa explice fenomenul de inseparabilitate cuantica.

Mecanica cuantica ne dezvaluie o lume în care fenomenele se produc în mod aleatoriu si care este descrisa în termeni de probabilitate. Aceasta imagine a lumii subatomice este foarte diferita de imaginea Universului determinist care rezulta din teoria relativitatii generale a lui Einstein. De altfel lui Einstein nu i-a placut mecanica cuantica din moment ce a afirmat ca „Dumnezeu nu joaca zaruri”, atunci când s-a referit la natura probabilistica a particulelor subatomice. Cu toate acestea, indiferent daca lui Einstein i-a placut sau nu, mecanica cuantica este corecta si ea a fost dovedita prin nenumarate experimente.

Sursa: Futurism