Mecanica cuantica: misterioasa teorie – Smart Nation

…care ne permite sa visam la tehnologiile viitorului!

 

Tehnologiile cuantice – computerele cuantice sau teletransportul – au la baza mecanica cuantica; o teorie plina inca de mistere si de ce nu, de probabile surprize.

 

Legat de interpretarea mecanicii cuantice, teoria care descrie comportamentul particulelor elementare si a sistemelor microscopice (si a unora chiar si macroscopice in anumite conditii), se poate asista la urmatoarea discutie intre cercetatori: Ce ai prefera sa fii, o fiinta reala, in carne si oase, care insa sufera si are o viata grea, sau o creatura simulata pe un calculator cuantic, fericita si cu o viata minunata? Evident, simularea ar fi perfecta – adica nu ti-ai da seama ca esti o simulare. Discutiile sunt de multe ori aprinse, pasionate, pline de idei pe care nu le gasiti nici macar in romanele stiintitico-fantastice. Aceste discutii, impreuna cu multe altele, chiar si mai bizare, sunt insa la ordinea zilei in cadrul comunitatii fizicienilor, a cercetatorilor care se ocupa de mecanica cuantica, atat teoreticieni cat si experimentatori. Va povestesc pe scurt in acest articol cateva din aceste mistere bizare, lamurirea carora insa este fundamentala pentru a intelege mai bine lumea in care traim si, poate, chiar si a noi insine.

 

Bazele mecanicii cuantice au fost puse acum mai bine de 100 de ani de catre Max Planck care a reusit sa explice asa-numita radiatie a corpului negru introducand pachete de energie – quantum. Planck insusi a recunoscut ca intruducerea acestor cuante de energie a fost un act de…. disperare. De atunci au trecut mai bine de 100 de ani si mecanica cuantica a evoluat enorm. Printre altele, a produs toata electronica bazata pe siliciu la baza careia sta intelegerea atomilor si a materiei ce ne inconjoara cu ajutorul acestei teorii.

 

Mecanica cuantica are la baza o formulare matematica extrem de solida care functioneaza foarte bine pentru descrierea proceselor ce ne inconjoara. Interpretarea mecanicii cuantice insa este o problema spinoasa care nu a fost inca rezolvata. Einstein si Bohr, figuri reprezentative ale noii teorii, au avut discutii aprinse mai bine de 40 de ani legat de interpretarea noii teorii. Einstein credea ca mecanica cuantica nu poate sa fie teoria finala (mecanica cuantica fiind incompleta dupa parerea lui), in timp ce Bohr sustinea ca mecanica cuantica descrie lumea ce ne inconjoara foarte bine si ca realitatea este chiar asa cum este descrisa – nu trebuie sa cautam o interpretare deterministica completa in spatele actualei teorii. Au ramas faimoase cuvintele lui Einstein care nu credea ca Dumnezeu joaca zaruri, referindu-se la procesele care sunt descrise de mecanica cuantica prin probabilitate si nu in mod deterministic, si raspunsul lui Bohr care il sfatuia pe Einstein sa nu-i mai spuna lui Dumnezeu ce sa faca si ce nu.

 

Au trecut de atunci aproape 100 de ani si inca se mai discuta aprins despre interpretarea mecanicii cuantice. Ce anume inseamana aceasta teorie?

 

Pisica lui Schrodinger, o pisica nici vie, dar nici moarta – este unul dintre subiectele cele mai dezbatute; fizicienii incearca sa genereze in laborator asa-numite pisici ale lui Schrodinger, agregate de particule sau fotoni, pe care sa le studieze.

 

Proprietatea cuantica de entanglement (un fel de infratire a particulelor care au interactionat) permite sa se efectueze studii asupra calculatoarelor cuantice sau asupra teletransportului. S-a realizat la Viena interferenta moleculelor complexe ce contin sute de atomi – si se incearca interferenta celulelor vii (un fel de mini-pisici ale lui Schrodinger).

 

Autoarea articolului conduce un grup de cercetatori care efectueaza un experiment in laboratorul subteran de la Gran Sasso care studiaza o posibila violare a unuia dintre principiile mecanicii cuantice: principiul de excluziune al lui Pauli, cel care ne spune de exemplu cum se asaza electronii pe diverse orbite in cadrul atomilor. Ce s-ar intampla daca acest principiu ar fi violat? Exista anumite teorii care ar putea permite o violare a acestul principiu.

 

 

Ce rol are mecanica cuantica in cadrul materiei vii? Ar putea sa aibe un rol in functionarea creierului? Sunt fizicieni care spun ca da, la nivelul neuronilor, de exemplu – ba chiar cei care sustin ca ar avea un rol in generarea acestei proprietati unice care este constiinta (care ar lua nastere prin efecte de coerenta in cadrul creierului).

 

Care este mecanismul care produce asa-numitul colaps al functiei de unda – cel care ne duce la un fel de alegere a unei solutii dintre multele solutii posibile in cadrul mecanicii cuantice si care co-exista in cadrul functiei de unda (elementul fundamental cu care descriem procesele in cadrul acestei teorii)? Solutia nu este banala si se discuta aprins de fiecare data legat de aceasta problema – ar putea sa existe o teorie care include actuala mecanica cuantica ca un caz limita. Teorie in cadrul careia raspunsul ar fi evident. Sau ar putea exista asa-numitele lumi paralele, in fiecare realizandu-se una dintre solutii. Exista, ce-i drept putini, si cei care sustin ca aceasta constiinta are un rol in colapsarea functiei de unda… Pe urma mai sunt, Bohmianii, cei care sustin ca exista atat particule cat si unde care le poarta prin spatiu precum undele oceanelor ii indruma pe surfisti. Ce rol joaca gravitatia? Aceasta interactiune pentru care inca nu exista o versiunea cuantica acceptata de toata lumea (chiar daca exista incercari extrem de interesante – precum teoria corzilor – String Theory, in cadrul careia insa Universul are un numar de dimensiuni spatiale mult mai mare decat cele trei pe care le percepem).

 

Si ca sa revenim la discutia de la inceputul articolului – realitatea ar putea sa fie doar informatie! Un enorm calculator cuantic care ar fi o fabrica a realitatii. Deci am fi mai degraba Lara Croft (cea din jocurile pe calculator) decat Marilyn Monroe…

 

Mecanica cuantica este inca plina de mistere – unul mai fascinant decat altul; studiul acestora precum si metodele dezvoltate pentru a le studia vor duce la o intelegere mai profunda a lumii ce ne inconjoara si la dezvoltarea unor noi tehnologii care ne-ar putea imbunatati viata.