Revista Tomis

revistă de cultură

Scurte considerații despre timp (XI)

Facebook
Twitter
WhatsApp

Este stranie mecanica cuantică! Realitatea cuantică este diferită de realitatea fizicii clasice, așa cum am văzut în episodul trecut. Astăzi vom vedea alte două exemple care să confirme acest fapt. Să începem:

Dacă în lumea reală vrei să omori o muscă cu un plici, nu ai decât să o lași să se așeze undeva și o plesnești. Dacă însă vrei să omori o „muscă cuantică”, trebuie întâi să înțelegi că arată ca un norișor-undă care se mișcă haotic schimbându-și poziția și viteza, și care niciodată nu este în repaus. Norișorul-undă trebuie lovit cu „pliciul cuantic” acolo unde este mai dens, pentru că acolo este o probabilitate mai mare să fie „musca cuantică” gândită ca particulă. Evident, nu există o asemenea entitate, dar acest exemplu al lui George Gamow ne permite să facem următoarea considerație. Așa cum John Archibald Wheeler a rezumat teoria relativității în fraza retranscrisă aici în forma „materia îi spune spațiului cum să se curbeze și spațiul astfel curbat îi spune materiei cum să se miște”, putem rezuma mecanica cuantică în fraza ce aparține lui Alfred Goldhaber, „particulele le spun undelor când și unde să înceapă sau să se termine, iar undele le spun particulelor unde să fie.”

Să ne întoarcem la musca noastră cuantică privită ca norișor-undă care îi spune muștei-particulă cuantică unde să apară. Iar aici evidențiem un alt aspect al realității cuantice. Nu vom putea niciodată măsura precis poziția și viteza particulei-muscă. Cu cât vom măsura mai precis poziția, cu atât mai mare este marja vitezelor posibile și cu cât vom măsura mai precis viteza, cu atât poziția nu mai poate fi determinată precis. Nu este ca în fizica tradițională, unde în orice moment al deplasării unui proiectil, unei rachete, unei mingi, poziția și viteza se măsoară precis. Datorită acestui fapt putem ajunge cu o sondă spațială pâna la un asteroid și o putem face să coboare pe asteroid. Matematica necesară descrierii traiectoriei unei rachete este simplă și fundamental diferită de matematica necesară descrierii pachetului Gaussian de undă. Și tocmai matematica este cea care face predicția referitoare la incertitudinea poziție-viteză în mecanica cuantică. Această relație de incertitudine între poziție și viteză a fost formulată de Werner Heisenberg în 1927. În 1932 a primit premiul Nobel pentru contribuțiile sale decisive în crearea mecanicii cuantice. Deci am înțeles că dacă știu cât mai precis poziția muștei nu voi mai ști sigur viteza și direcția ei de deplasare și invers, cu cât voi ști mai precis viteza ei de deplasare, cu atât marja pozițiilor posibile va fi mai mare. Faptul că am înțeles acest lucru ne permite să vorbim despre „entanglement cuantic”. Termenul românesc cel mai apropiat ca sens ar fi de corelație cuantică. 

Să luăm în considerare un proces cuantic care produce două particule care se deplasează în direcții contrare, în așa fel încât atunci când particula din dreapta este caracterizată de poziția x și viteza v, cea din stânga este caracterizată de poziția -x și viteza -v. Evident că dacă Alice și Bob fac măsurători asupra poziției particulei în același timp, Alice va gǎsi x și Bob va găsi -x. La fel, dacă Alice şi Bob măsoară viteza la același moment de timp găsesc v și -v. Deci asta înseamnă că nu mai este necesar în cadrul acestui sistem să gândim a doua măsurătoare, pentru că informațiile despre a doua particulă le extragem din măsurători asupra primei particule. Dar dacă Alice încearcă să măsoare poziția x a particulei din dreapta, iar Bob încearcă să măsoare viteza -v a celei din stânga, nu se întâmplă nimic. Particulele nu se lasă măsurate, pentru că dacă s-ar lăsa, am afla în mod precis în același timp și poziția x și viteza v a particulei din dreapta, respectiv poziția -x și viteza -v a particulei din stânga, în contradicție cu principiul de incertitudine al lui Heisenberg. Astfel de particule se numesc „entanglate” sau pe românește, corelate. Cumva particulele comunică între ele, credea Einstein. Dar dacă ele sunt suficient de îndepărtate, comunicarea se întâmplă cu o viteză mai mare decât viteza luminii, în contradicție cu principiul relativității restrânse. Sau, spunea Einstein, există variabile ascunse, ceea ce face ca mecanica cuantica să fie o teorie științifică incompletă. Deci existența particulelor corelate producea, în viziunea lui Einstein și a colegilor săi Boris Podolski si Nathan Rosen, un paradox al mecanicii cuantice legat de problema comunicării între particule cu viteze mai mari decât viteza luminii. Rezolvarea teoretică a paradoxului a fost rezultatul muncii fizicianului John Bell. Acesta a găsit o inegalitate matematică relativ simplă pe care trebuie să o satisfacă orice sistem fizic care se supune realității clasice. Dacă inegalitatea lui Bell nu este satisfăcută de un sistem fizic, atunci acel sistem descrie un nou tip de realitate. Acesta este și cazul particulelor corelate din mecanica cuantică care nu îndeplinesc în anumite condiții inegalitatea lui Bell. Ele aparțin noii realități cuantice. 

Mai mult, inegalitatea lui Bell elimină și problema existenței unor variabile ascunse necesare pentru descrierea realității. Alice și Bob înțeleg acum că nu este nicio contradicție în faptul că nu pot măsura x și -v în același timp, chiar dacă ei ar putea fi în locuri foarte îndepărtate unul de altul în Univers. Ei sunt în fața unei noi realități, complet diferită de intuitiva realitate clasică.

DE ACELAȘI AUTOR
citește și
RUBRICI: