Isaac Newton a stabilit că lumina este formată din particule. Mulți ani mai târziu, James Clerk Maxwell a conceput teoria electromagnetismului care contrazice ideea lui Newton. În această teorie, lumina este o undă. Cu toate acestea, un alt fizician important a modificat din nou teoria, afirmând din nou că lumina este o particulă. Numele fizicianului: Albert Einstein.

Din cele de mai sus rezultă că ne confruntăm cu o contradicție: deşi toată lumea crede că lumina este o undă, pe baza teoriei lui Maxwell, doi dintre cei mai mari fizicieni din toate timpurile afirmă că lumina este o particulă. Cine are dreptate?

Mecanica cuantică explică stabilitatea atomilorMecanica cuantică explică stabilitatea atomilor. Credit: Jezper/Shutterstock.com

Bine aţi venit în lumea mecanicii cuantice. Mecanica cuantică afirmă că lumina este atât o particulă, cât şi o undă. Cum este posibil? Nu știm exact, dar știm că este adevărat. Dualitatea undă-particulă nu se aplică doar în cazul fotonilor, ci și în cazul celorlalte particule subatomice.

Principiul de incertitudine din mecanica cuantică ne spune că nu putem cunoaşte cu precizie locul unde se află o anumită particulă la un moment dat. În schimb putem cunoaşte doar care este probabilitatea de a găsi particula într-un anumit loc. Particula se află literalmente în mai multe locuri în același timp și dacă încercăm să aflăm unde este particulă, constatam că poziţia acesteia este descrisă de probabilitatea menţionată mai sus. Einstein a considerat această afirmaţie drept ridicolă, spunând că: „Îmi place să cred că Luna este mereu acolo, chiar și atunci când nu mă uit la ea”. S-ar părea că atunci când efectuăm o măsurătoare, perturbăm particula pe care dorim să o măsurăm. Cu toate acestea, incertitudinea cuantică nu se datorează metodelor noastre de măsurare, ci faptului că particula pare să știe dacă ne uităm la ea. Toate acestea vi se par puţin confuze, nu-i așa?

Cu toţii am auzit de teleportare în filme și în jocurile video. În filmul Harry Potter, vrăjitorii învață cum să dispară dintr-un loc şi să apară în alt loc. Cu toate acestea, în lumea particulelor subatomice acest lucru nu este science-fiction, ci, pur și simplu, realitatea de zi cu zi. Acest fenomen se numește „tunelare cuantică” sau efectul tunel.

Efectul tunel din mecanica cuantică se manifestă, în permanenţă, atât în cazul electronilor din norul de electroni, cât şi în cazul protonilor din nucleul atomului. Din moment ce particulele din care suntem formaţi sunt capabile de tunelare cuantică, de ce în cazul nostru efectul tunel nu se manifestă? Ei bine, de fapt, putem experimenta acest efect, dar calculele din mecanica cuantică indică o probabilitate foarte, foarte mică de a se produce acest fenomen în cazul nostru.

Efectul tunel din mecanica cuanticăEfectul tunel din mecanica cuantică.

Probabil că cel mai ciudat fenomen din mecanica cuantică este inseparabilitatea cuantică a particulelor. Se ştie că electronii dintr-un atom nu pot ocupa aceeași stare cuantică. Aceasta înseamnă că spinul a 2 electroni dintr-un atom, aflaţi în același orbital sau strat electronic, trebuie să fie diferit. Direcţia spinului unuia dintre electroni trebuie să fie în sus, în timp ce direcţia spinului celuilalt electron trebuie să fie în jos.

Când se modifică spinul unui electron, spinul celuilalt electron se va schimba imediat deoarece cei doi electroni din atom nu pot avea aceeași stare cuantică. Ciudăţenia provine din faptul că, indiferent de distanţa dintre cei doi electroni aflaţi în stare de inseparabilitate cuantică, prin modificarea spinului unui electron se va schimba, în mod instantaneu, spinul celuilalt electron. Einstein a descris acest fenomen ca o „acțiune înfricoşătoare la distanţă”. Fizicienii încă nu au reuşit să explice fenomenul de inseparabilitate cuantică.

Mecanica cuantică ne dezvăluie o lume în care fenomenele se produc în mod aleatoriu şi care este descrisă în termeni de probabilitate. Această imagine a lumii subatomice este foarte diferită de imaginea Universului determinist care rezultă din teoria relativității generale a lui Einstein. De altfel lui Einstein nu i-a plăcut mecanica cuantică din moment ce a afirmat că „Dumnezeu nu joacă zaruri”, atunci când s-a referit la natura probabilistică a particulelor subatomice. Cu toate acestea, indiferent dacă lui Einstein i-a plăcut sau nu, mecanica cuantică este corectă și ea a fost dovedită prin nenumărate experimente.

Sursă: Futurism