» » » » » » » Istoria, filozofia şi viitorul mecanicii cuantice

Istoria, filozofia şi viitorul mecanicii cuantice

Istoria

În 1900, Max Planck a introdus ideea că energia este cuantificată,pentru a obține o formulă pentru dependența de frecvență a observată de energia emisă de un corp negru. În 1905, Einstein a explicat efectul fotoelectric postulând că energia luminii vine în cuante numite fotoni. In 1913, Bohr a explicat liniile spectrale ale atomului de hidrogen, din nou prin utilizarea de cuante. În 1924, Louis de Broglie a prezentat teoria sa a undelor de materie.

Aceste teorii, deși de succes, au fost strict fenomenologice: nu a existat nici o justificare riguroasă pentru cuantificare. Ele sunt denumite colectiv ca vechea teorie cuantică.

Expresia „fizica cuantica” a fost folosită pentru prima dată în lucrarea lui Johnston: Universul lui Planck în lumina fizicii moderne.

Mecanica cuantică modernă s-a născut în 1925, când Heisenberg a dezvoltat mecanica matriceală și Schrödinger a inventat mecanica ondulatorie și ecuația Schrödinger. Schrödinger a demonstrat ulterior că cele două abordări au fost echivalente.

Heisenberg a formulat principiul său de incertitudine în 1927, iar interpretarea de la Copenhaga a apărut în aproximativ același timp. În 1927, Paul Dirac a unificat mecanica cuantică cu teoria relativității restrânse. De asemenea, el a utilizat printre primii teoria operatorilor, inclusiv notația influenţială bra-ket. În 1932, John von Neumann a formulat baza matematică riguroasă pentru mecanica cuantică, ca teoria operatorilor.

În anii 1940, electrodinamica cuantică a fost dezvoltată de Feynman, Dyson, Schwinger, și Tomonaga. Ea a servit ca model pentru teoriile ulterioare ale câmpului cuantic.

Interpretarea multiplelor lumi a fost formulat de către Everett în 1956.

Cromodinamica cuantică a avut o istorie lungă, de la începutul anilor 1960. Teoria așa cum o știm astăzi a fost formulată de către Polizter, Gross și Wilzcek în 1975. Bazându-se pe munca de pionierat a lui Schwinger, Higgs, Goldstone și alții, Glashow, Weinberg și Salam au demonstrat în mod independent cum că forța nucleară slabă și electrodinamica cuantică ar putea fi unite într-o singură forță electroslabă.

Filozofia

Încă de la începuturile sale, cele mai multe rezultate contra-intuitive ale mecanicii cuantice au provocat puternice dezbateri filozofice și mai multe interpretări.

Interpretarea de la Copenhaga, datorată în mare parte lui Niels Bohr, a fost interpretarea standard a mecanicii cuantice, atunci când a fost formulată pentru prima dată. În conformitate cu aceasta, natura probabilistică a predicţiilor mecanicii cuantice nu poate fi explicată în termeni ai altor teorii deterministe, și nu reflectă pur și simplu cunoștințele noastre limitate. Mecanica cuantică oferă rezultate probabilistice deoarece universul fizic este în sine probabilistic, mai degrabă decât determinist.

Lui Albert Einstein însuși, unul dintre fondatorii teoriei cuantice, i-a displăcut aceasta pierdere de determinism în măsurare. El a susținut că mecanica cuantică este incompletă, și a produs o serie de obiecții cu privire la teorie. Cea mai faimoasă dintre acestea a fost paradoxul EPR. Soluția teoretică alui John Stewart Bell la paradoxul EPR, şi verificările sa experimentale ulterioare, au infirmat o clasă mare de astfel de teorii variabile ascunse și au convins majoritatea fizicienilor că mecanica cuantică nu este o aproximare a unei teorii nomincale clasice cu variabile ascunse.

Schroedingers_cat_film
(Paradoxul „pisica lui Schrodinger” din mecanica cuantică, potrivit interpretării multiplelor lumi. În această interpretare, fiecare eveniment este un punct pe o ramură; pisica este atât vie cât și moartă, chiar înainte de deschiderea casetei, dar pisicile „vii” și „morți” sunt în ramuri diferite ale universului, ambele fiind reale, dar neinteracționând unele cu altele.)

Interpretarea multiplelor lumi, formulată în 1956, susține că toate posibilitățile descrise de teoria cuantică au loc simultan într-un „multivers”, compus din universuri paralele, cea mai mare parte independente. În timp ce multiversul este determinist, noi percepem un comportament non-deterministic guvernat de probabilități, deoarece putem observa doar universul în care locuim.

Interpretarea Bohm postulează existența unei funcții de undă non-locale, universale (ecuația Schrödinger), care permite particulelor îndepărtate să interacționeze instantaneu. Aceasta nu este populară printre fizicieni în mare parte pentru că se consideră că este foarte puţin elegantă.

Viitorul

O mare parte a tehnologiei moderne funcționează în conformitate cu principiile din mecanica cuantică. Exemplele includ laserul, microscopul electronic, şi imagistica prin rezonanţă magnetică. Cele mai multe dintre calculele efectuate în chimia computațională se bazează pe mecanica cuantică.

Multe dintre fenomenele studiate în fizica materiei condensate sunt complet cuantice, și nu pot fi modelate în mod satisfăcător cu ajutorul fizicii clasice. Aceasta include proprietățile electronice ale solidelor, precum și supraconductibilitatea şi semiconductivitatea. Studiul semiconductorilor a dus la inventarea diodei și a tranzistorulului, care sunt indispensabile pentru electronica modernă.

Cercetatorii sunt în prezent în căutarea de metode robuste de manipulare directă a stărilor cuantice. Se fac eforturi pentru a dezvolta criptografia cuantică, care va permite transmiterea în siguranță garantată de informații. Un obiectiv mai îndepărtat este dezvoltarea de computere cuantice, care sunt de așteptat să efectueze anumite operaţii cu mult mai mare eficiență decât computerele clasice. Un alt subiect de cercetare activă este teleportarea cuantica, care se ocupă cu tehnici de a transmite stări cuantice pe distanțe arbitrare.

2 Responses

  1. Nicolae Sfetcu
    |

    Mecanica cuantica nu are cum sa fie simpla, nu ar mai fi cuantica, iat culorile et al. sunt doar niste atribute care nu au legatura cu numele lor clasic.

    Am vazut acum ca ai mai cautat cartea si in alte locuri, se pare ca nu e disponibila decat in format tiparit.

  2. Aeleden
    |

    Mecanica cuantică e complicată inutil cu fel de fel de ipoteze (adăugate) şi denumiri fanteziste de particule „fermecate”, „colorate”, „stranii”, etc., dar se uită de principiul unităţii lumii materiale. Lucrurile trebuie să fie mult mai simple, căci Dumnezeu a făcut lumea unitar şi ea poate fi înţeleasă la fel de unitar. Aş spune chiar că actual mecanica cuantică este o invenţie a oamenilor. Este şi dificil să fondezi o ştiinţă despre particule elementare pe care nu le vezi, analizând doar urmele lăsate de ele într-o cameră Wilson. E ca şi cum ne-am apuca să facem un tratat despre vapoare analizând (exclusiv) urmele lăsate de ele pe luciul de apă al oceanelor.

    Leonard Susskind în cartea sa „Peisajul cosmic” este sincer şi spune: „simt uneori un disconfort, un fel de stânjeneală, atunci când explic fizica particulelor elementare nespecialiştilor. Totul pare atât de arbitrar – ansamblul ridicol de particule fundamentale, lipsa unei reguli privind masele lor, şi în special cele patru forţe, atât de diferite una de alta, fără nici un rost aparent” (pag. 235)

    Nu cred că mecanica relativistă va putea trata unitar aceste domenii ale ştiinţei (cuantica, mecanica clasică şi electrodinamica), dar acest lucru apare posibil prin gravitodinamică. De exemplu aceasta (în baza axiomaticii specifice) poate demonstra fără echivoc faptul că numărul cuantic principal (n), din teoria atomului, a existat dintotdeauna în electrodinamică şi aparţine teoriei clasice, căci şi mişcarea planetelor în sistemul solar este cuantificată într-un mod analog. Demonstraţia este posibilă numai dacă se renunţă la principiul echivalenţei. Ori asta presupune ca TRG să fie abandonată.

    Mă întreb ce va mai rămâne din cărţile de fizică dacă se va elimina din ele teoria generalizată a relativităţii. Cărţile se vor subţia vizibil şi se va scăpa de multă vorbărie de prisos.

    Cred că şi Nichita Stănescu a avut o intuiţie genială când afirma (mai în glumă, mai în serios) că „universul pluridimensional este greu de înţeles şi fals. Lumea cu patru dimensiuni este o copilărie matematică, o confuzie şi o barbarie a gândirii umane”(în „Fiziologia poeziei” Ed. Eminescu, 1990, pag.100).

    Cu siguranţă ştiinţa va trebui să-şi reconsidere punctul de vedere şi să accepte faptul evident că existenţa este creaţia unei inteligenţe căreia strămoşii i-au spus mereu Dumnezeu şi l-au divinizat, înălţându-i temple şi dedicându-i sărbători. În raport cu Dumnezeu lumea este o mare iluzie, poate chiar visul lui Dumnezeu. James Janes (citat de Fritjof Capra în „Momentul adevărului”) arată că „Azi există în mare măsură un consens privind faptul că curentul cunoaşterii se îndreaptă spre o realitate nonmecanică; universul începe să arate mai mult ca o mare idee, decât ca o mare maşină” (pag. 87).

    P.S.
    Observ că aveţi acces la documentaţie diversă; se întâmplă cumva să aveţi cartea Iuliei Brânduşa Ciobanu numită „Aspecte relativiste ale modelării unor interacţiuni în câmp gravitaţional”? A fost publicată în tiraj limitat şi nu am reuşit s-o prind şi nici pe la anticariate nu a apărut încă.

    Numai bine!

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *