Einsteinov nosorog!?

Kvantni svijet

Rane godine 20. stoljeća bile su svjedok dviju revolucija u fizici. Prva od njih bilo je rođenje kvantne mehanike, koja je zauvijek promijenila mehanički pogled na svijet utemeljen na Newtonovim zakonima gibanja. Kao što sam već spomenuo, svemir opisan načelima njutonove fizike je deterministički, tj, ako znamo položaj i brzinu svih čestica nekog sustava u određenom trenutku, možemo predvidjeti njihovo kretanje u bilo kojem drugom trenutku. Kvantna mehanika to je promijenila, budući da je jedan od temeljnih postulata ove teorije načelo (sada poznato kao Heinsenbergovo načelo neodređenosti) da je osnovi ponašanje čestica nepredvidivo.

U svijetu kakvim ga opisuje kvantna teorija, svaki entitet posjeduje dvojnu prirodu. U klasičnoj fizici koriste se dva različita koncepta za opisivanje dvaju različitih prirodnih fenomena: valovi i čestice. Kvantna fizika govori nam da se ovi koncepti ne mogu odvojeno primijeniti na mikroskopski svijet. Stvari za koje smo prije mislili da su čestice (točkasti objekti) mogu se ponekad ponašati poput valova. Pojave za koje smo mislili da su valovi, mogu se ponašati poput čestica. Primjerice, svjetlost se ne može ponašati poput vala – koristeći prizme i leće možemo prikazati učinak inreferencija i ogiba. Štoviše, Maxwell je pokazao da je svjetlost matematički opisana tzv. valnom jednadžbom. Ova teorija, dakle, predviđa valnu prirodu svjetlosti.

S druge strane, rad Max Plancka na zračenju koje emitiraju vruća tijela također je pokazao da se svjetlost može ponašati kao da se sastoji od diskretnih veličina koje je on nazivao kvantima. Međutim, nije se usudio tvrditi da se isti kvanti mogu poistovjetiti sa česticama. To je Albert Einstein, u svojem radu na fotoelektričnom učinku za koji je dobio i Nobelovu nagradu, napravio korak naprijed tvrdnjom da se svjetlost doista sastoji od čestica! Te čestice kasnije su prozvane fotonima.

Kako nešto može istovremeno biti i val i čestica? Treba reći da se stvarni svijet ne može točno opisati ni jednim ni drugim konceptom, već da se nekad ponaša kao val, a nekada kao čestica.

Zamislite srednjovjekovnog redovnika koji se iz Afrike vraća u samostan. Na svojim putovanjima naišao je na nosoroga i sada ih treba opisati svojoj skeptičnoj braći. Budući da nitko od njih nikada nije vidio u živo nosoroga, redovnik mora upotrijebiti neobičnu analogiju. Nosorog je, kaže, po nekim značajkama nalik zmaju, a po drugim jednorogu. Braća tako mogu zamisliti kako ta zvijer izgleda. Ali ni zmajevi ni jednorozi ne postoje u prirodi, dok nosorozi postoje. Isto je tako i sa našim kvantnim svijetom. Stvarni svijet ne opisuje se niti idealiziranim valovima, ni idealiziranim česticama, ali ti koncepti daju nam nekakav dojam o tome kakve stvari zaista jesu.

Zamisao da se energija javlja u diskretnim veličinama ili kvantima uspješno je primijenio 1913. godine Niels Bohr na najjednostavniji od svih atoma – atom vodika, te na druge aspekte atomske i nuklearne fizike. Postojanje određenih energetskih razina u atomima i molekulama temeljeno je za područje spektroskopije, koja igra ulogu u tako različitim područjima kao što su astrofizika i sudska medicina…

(iz knjige Hawking i um Boga, autora Petera Colesa)

 

Komentiraj

Popunite niže tražene podatke ili kliknite na neku od ikona za prijavu:

WordPress.com Logo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš WordPress.com račun. Odjava /  Izmijeni )

Google photo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Google račun. Odjava /  Izmijeni )

Twitter picture

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Twitter račun. Odjava /  Izmijeni )

Facebook slika

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Facebook račun. Odjava /  Izmijeni )

Spajanje na %s