Redactor: Davidescu Iulia Anemona
Grafician: Lavinia Dumitru
Fizica cuantică și-a făcut prima dată apariția la sfârșitul secolului al XIX-lea, când fizicienii se confruntau cu o problemă: realitatea nu se mai potrivea cu modelele fizicii din acea perioadă. În prezent, spunem că acele vechi teorii aparțin fizicii clasice.
Așadar, existau mai multe mistere nerezolvate care cereau un model mai amplu al realității: spectrul atomic, atomii stabili, radioactivitatea, însă unul dintre cele mai importante a fost efectul fotoelectric. Când îndrepți lumină spre anumite metale se emit electroni, manifestându-se astfel efectul fotoelectric. Experimentul a arătat că lumina nu se comporta ca o undă, ci ca un flux de particule, fiind prima indicație a dualității undă-particulă.
Astfel, baza fizicii cuantice a constat în multiple experimente ce au adus din ce în ce mai multe evidențe în favoarea dualității particulă-undă. În matematica mecanicii cuantice toate particulele sunt descrise ca unde de către funcția de stare a particulelor (funcția de undă). Modul în care această undă evoluează este descris de faimoasa ecuație a lui Schroedinger, însă nu putem vedea direct aceste unde cuantice, deoarece tot ce detectăm sunt particule; din funcția de undă putem prezice unde este cel mai probabil ca particulele să fie găsite. Afirmația ne conduce spre „Principiul de Incertitudine al lui Heisenberg", ce ne spune că obiectele cuantice nu au valori definite pentru anumite perechi de proprietăți, de exemplu, poziția și momentul cinetic (o poză clară a unei particule ne spune poziția ei exactă, însă nu ne oferă nicio informație despre momentul ei cinetic - despre direcția și viteza ei, pe când o poză mișcată ne oferă informații despre momentul ei cinetic, însă nu am fi siguri de poziția exactă la momentul în care s-a făcut poza). Un alt concept important din bazele fizicii cuantice este cuantificarea energiei, unde obiecte, precum electronii, pot avea doar anumite energii definite când sunt în atomi. Cuantificarea este cauzată de funcția lor de undă, ce poate vibra doar în anumite moduri; asta înseamnă și că obiectele cuantice vor avea mereu o cantitate minimă de energie, cunoscută și ca ,,zero-point energy”. Acest lucru se aplică nu doar electronilor din atomi, ci oricărui obiect, inclusiv spațiului vid.
Particulele în mecanica cuantică au foarte multe proprietăți: poziție, moment cinetic, spin, sarcină electrică, masă etc.. Una dintre cele mai interesante: superpoziția, este când o particulă are proprietatea de a fi în mai multe stări diferite, de exemplu în două locuri diferite în același timp. Asta înseamnă că funcția sa de undă are valori în două locuri diferite, însă, când faci măsurători, ea apare într-un singur loc. A fi în mai multe locuri în același timp este derutant când ne gândim la particule, însă e complet natural când ne gândim la unde, de exemplu, orice loc de pe suprafața oceanului este o superpoziție a milioane de valuri puse toate la un loc. Poate ați auzit de „pisica lui Schrodinger", o populară descriere pentru superpoziție, însă nu una foarte ajutătoare. Scopul experimentului a fost să arate cât de absurdă este mecanica cuantică, deoarece pisicile nu pot fi și vii, și moarte în același timp; ceea ce este adevărat, dar nu pentru că superpoziția nu este reală. În prezent știm că lucrurile de masă mare, cum ar fi o pisică, își pierd comportamentul cuantic din cauza decoerenței cuantice. Decoerența cuantică se petrece atunci când un obiect cuantic interacționează cu un mediu, iar comportamentul lui cuantic se pierde în acel mediu. Decoerența este ceea ce ne aduce din quantum realm înapoi în lumea noastră, coerența cuantică a unui obiect fiind ruptă când se efectuează măsurători.
Există foarte multe fenomene ce se întâmplă numai în sisteme cuantice, precum quantum entaglement și quantum tunneling. Quantum entanglement este un fenomen cuantic important, unde funcțile de undă a două sau mai multe particule interacționează și se comibină („se încurcă”), devenind un singur obiect cuantic. Quantum tunneling este descris ca abilitatea particulelor de a traversa bariere înguste, deoarece funcția lor de undă le pătrunde.
În prezent, folosim proprietățile sistemelor cuantice pentru foarte multă tehnologie folosită de zi cu zi, cum ar fi: laserele, ceasurile atomice, tranzistorii (block-ul de construcție al oricărui calculator), led-urile, pentru diferite tipuri de microscoape, RMN, panourile solare și multe altele. În concluzie, fizica cuantică este una dintre cele mai fascinante și revoluționare ramuri ale fizicii moderne, dezvoltarea ei a ajutat și va mai ajuta și în viitor la înaintarea științei și a tehnologie.
Comments