De data aceasta inversez textul: încep cu acel disclaimer pe care l-am menţionat înainte, ca sa nu deviem discuţia pe parcurs:
Disclaimer: Acest ciclu de articole nu are intenţia de a prezenta sau preda fizica. Însuşirea fizicii se face din manuale universitare unde materialele sunt cu mult mai organizate, mai extensive şi învăţarea fizicii din ele se poate face mult mai bine decât din ce scriu eu aici.
Scopul meu este de a ajunge la discutarea unor interpretări filozofice pe care le numesc eu „sărite peste cal”, şi care au trezit controverse printre fizicieni celebri. De exemplu, chiar Einstein, pentru a respinge mecanica cuantică, s-a exprimat odată cam aşa: „cum adică, dacă nu mă uit la luna, înseamnă că ea nu există?
Voi continua discuţia despre bosonul Higgs ilustrând câteva analogii care se fac pentru a explica marelui public modul de acţiune al acestei particule care atribuie tuturor celorlalte particule proprietatea fizică numită masă.
Prima analogie a fost inventată pentru a o convinge pe Margaret Thatcher să aloce banii necesari pentru acest „hadron collider” din partea Marii Britanii (ea fiind pe atunci prim-ministru): „Dacă dvs. aţi organiza o conferinţa de presă pe această temă, toţi ziariştii s-ar repezi să va pună întrebări şi ieşirea dvs. din sală ar fi foarte îngreunată! În schimb ziariştii, care nu au nici o funcţie, fiind necunoscuţi, ar putea ieşi foarte repede, nestingheriţi”, i-au spus fizicienii. Astfel funcţionează şi acest boson: în contact cu unele particule, el face să existe diferenţe de masă, astfel că particulele devenite „uşoare” se mişcă cu mult mai uşor decât cele devenite „grele”.
O altă analogie a fost cea a parcurgerii de către diferite persoane a unui bazin gol, la început în pas egal, iar apoi umplerea acelui bazin cu apa, pe jumătate, când aceleaşi persoane parcurg aceeaşi distanţă mai greu sau mai uşor, în funcţie de caracteristicile lor.
Poate că totuşi cea mai bună analogie este cea recomandată de dl. Alexandru Leibovici, găsită de dânsul pe YouTube: www.youtube.com/watch?v=X23NAqVORIU
Oricum, trebuie să recunoaştem că această discuţie ne face să ne gândim că lumea particulelor elementare este foarte stranie. Tocmai această caracteristică l-a făcut pe Einstein să pună la îndoială întreagă mecanică cuantică şi interpretarea sa conform tradiţiei stabilite la Copenhaga. Toată viaţa Einstein a fost de-a dreptul obsedat de „însemnătatea adâncă” al acestei ramuri ştiinţifice, pe care el nu o acceptă. Dar care este totuşi, în ziua de astăzi, ştiinţa cea mai bine confirmată de datele experimentale. Cu o precizie cu mult mai mare decât unu la un miliard!
Să facem un salt în timp, mergând înapoi şi oprindu-ne la anul 1926. Trebuie să precizăm că o serie de date experimentale păreau pe atunci întâmplătoare, chiar miraculoase.
Doi fizicieni germani foarte diferiţi ca pregătire şi ca fire, au abordat problema aceasta prin metode matematice, şi au ajuns la concluzii ce păreau foarte diferite. Este vorba de Erwin Schrödinger şi Werner Heisenberg. Primul a pornit de la ipoteza corpusculară a materiei, al doilea de la teoria ondulatorie. Foarte repede s-a dovedit că de fapt ei au ajuns la acelaşi rezultat (cu alte cuvinte, deşi pornind de la teorii diferite, formalismul matematic era identic)!
Numai că, în practică, acest rezultat spunea că lumea în care trăim este extraordinar de stranie. Mai precis, la nivelul particulelor elementare, „realitatea” constatată de noi depinde exclusiv de un amănunt: dacă facem sau nu o observaţie fizică.
Unul din aspectele stranii ale lumii particulelor elementare îl constituie formarea şi dispariţia subită a particulelor virtuale, proces amintit anterior. Determinarea lor experimentală s-a făcut de către un fizician olandez pe nume Casimir (de aceea efectul respectiv îi poartă numele). În mod normal, în absenţa unui câmp electromagnetic, între două plăci metalice paralele foarte apropiate, în vacuum, nu ar trebui să se formeze nici o forţă, de atracţie sau respingere. Realitatea este însă diferită şi explicaţia a venit în principal de la formarea particulelor virtuale în spaţiul dintre plăci. Particulele virtuale sunt de fapt particule reale, care se formează, „împrumutând” energie de la vacuum, şi apoi dispar într-o fracţiune de secundă, returnând energia „împrumutată” anterior. Cauza lor constă chiar în natura mecanicii cuantice, ale cărei legi permit acest fenomen.
Voi da aici cel mai simplu experiment care arată caracterul special al acestei ştiinţe (mecanica cuantică): dacă avem un ecran cu o fantă în el, un electron emis de o sursă va trece, în mod evident prin fanta respectivă şi va lasă o urmă pe ecranul de dincolo de fantă. Dar dacă vor exista două fante, acelaşi electron va trece prin … ambele deodată, formând o figură de interferenţa pe ecranul din spatele lor. Ca şi cum câte o parte din electron ar trece prin fiecare fantă! Sau ca şi cum electronul ar avea numai un caracter ondulatoriu. În practică figura de interferenţa este făcută de mai mulţi electroni, care par să treacă prin cele două fante în acelaşi mod.
Este ca şi cum am spune: dacă nu observăm electronul, atunci el nu există ca atare decât ca o funcţie de probabilitate, în spaţiul respectiv. Funcţie care se extinde practic la infinit! Când nu ne uităm la el, electronul nu pare să existe. Dar dacă facem o observaţie fizică şi găsim electronul undeva în spaţiu, el este găsit nu ca undă, ci că o particulă. Este poate cea mai simplă descriere a unor caracteristici ale mecanicii cuantice. Dar mai sunt şi altele, la fel de stranii: chiar dacă există în faţă electronului un zid, din când în când el poate trece prin zid (aşa-zisul efect-tunel)! Şi altele: când nu este observat, nu putem spune că electronul se mişcă trecând prin fiecare punct în spaţiu. Putem vorbi numai de probabilitatea de a-l găsi într-o poziţie sau alta. Când nu observăm o particula, nu putem nici măcar să presupunem că ea se mişcă pe o anumită traiectorie!
Aceste caracteristici ale mecanicii cuantice l-au facut la un moment dat chiar pe Einstein să exclame: „cum, daca nu privesc luna, înseamnă ca ea nu există?”.
Şi i-au făcut pe mulţi să exclame cu convingere: GATA, NU MAI PUTEM VORBI DESPRE MATERIALISM! Materialismul a murit! Oare aşa este? Cat de adevărat este acest lucru?
Vom vedea mai departe cum se complică şi mai mult lucrurile când mergem la altă scară a Universului!
Cu alte cuvinte, părerea noastră despre lumea exterioară nu se mai potriveşte deloc, când vorbim despre particulele elementare, cu experienţa noastră! Suntem obişnuiţi să credem ca lucrurile au o poziţie unică, precisă în spaţiu. Nu este şi cazul particulelor elementare. In lumea ultramicroscopică, o particulă elementară poate ocupa mai multe poziţii în spaţiu în acelaşi timp. Există fotografii precise arătând acest lucru. Nu este vorba aici de „credinţe religioase”.
Aceste descoperiri i-au uluit şi pe fizicieni. Carl Sagan a spus odata: „cine pretinde că a înţeles mecanica cuantică, în realitate nu a înţeles nimic”.
Nu ştiu cum pot sa subliniez mai mult faptul că acestea nu sunt „păreri” ci constatări făcute in urma experimentelor.
Problema nu se pune aşa cum gândesc unii, în sensul arătat de un cititor: „hai sa credem că Dumnezeu…” sau „de ce sa nu credem că…”. Nu. Acestea sunt datele experimentale rezultate după un proces de măsurare. Adică ele ne arată cum se comportă universul nostru la o scară extrem de mica.
Dacă ar fi doar atâta, lucrurile ar putea fi considerate fantastice. Dar în realitate Universul a mai furnizat o surpriză gigantică pentru noi!
Voi aminti doar faptul că atunci când o cercetătoare fără un ego puternic, pe nume… V. R. (îi voi da numele complet data viitoare!), a făcut nişte măsurători, confraţii ei, fizicieni de renume, au trimis-o „la cratiţă”!
Vom vedea săptămâna viitoare de ce, şi cine a avut dreptate!
Anton, cum interpretezi ce a spus Sagan?
Cum adica „cine pretinde ca a inteles… inseamna ca nu a inteles nimic”?
Cu alte cuvinte ca sa intelegem mecanica cuantica trebuie sa nu o intelegem sau ce a vrut sa spuna, in opinia ta?
Carl Sagan a vrut sa spuna ca intelegerea mecanicii cuantice poate avea loc numai la nivel…matematic. Nu la nivel descriptiv!
De altfel, din ce in ce mai mult matematica este considerata un limbaj, iar unele lucruri nu pot fi „traduse” in cuvinte curente.
Experienta noastra curenta nu este obisnuita (de exemplu) cu obiecte care au mai multe pozitii in spatiu. Orice obiect din lumea noastra are o singura pozitie in spatiu. Insa in lumea dominata de particule elementare (adica tot in lumea noastra, dar la „radacina” experientei noastre) vedem ca lucrurile sunt cu totul neintuitive.
Obisnuim sa gandim, in lumea cu care suntem obisnuiti, cu faptul ca o minge merge din punct in punct in spatiu. Acest lucru nu are loc in lumea particulelor elementare, unde de exemplu electronul are un caracter dublu: corpuscular si ondulatoriu. In momentul cand il cautam, cu intrumente de masura adecvate, fie ca il putem gasi (si atunci comportamentul sau este de particula) fie ca nu-l gasim in spatiul respectiv. In schimb, atunci cand nu il cautam, nu putem vorbi de el ca despre o particula, ci suntem fortati de mecanica cuantica sa-l consideram ca un fel de unda de probabilitate care ocupa practic… tot spatiul. In anumite zone ale spatiului exista o probabilitate mare de a-l gasi, in altele, o probabilitate mica. Dar nu-l putem considera ca „un obiect” sau ca „Un corpuscul” decat daca… dam de el experimental.
Lumea particulelor elementare, care este practic si lumea noastra cand analizam dimensiunile foarte mici, este ca un fel de „domeniu de poveste” care nu ia o forma decat sub „bagheta” celui care o cauta! Este foarte stranie aceasta lume, dar totul arata ca este adevarata. Daca nu ar fi adevarata, nici aparatele radio, nici tv, nici GPS nu ar functiona!
Cei care spun ca inteleg mecanica cuantica se rezuma la partea matematica. Da, este impresionant sa vezi ca ecuatiile atat de complexe au un echivalent in realitate! Numai ca daca inta cineva in amanunte, nu poate sa inteleaga procesul in termenii nostri. Cel mai faimos exemplu dat de un fizician este numit „Pisica Lui Schroedinger” („Schroedinger’s cat”).
Pisica respectiva este imaginata de autorul acestei analogii pentru a arata stranietatea mecanicii cuantice. Este vorba, evident, de un experiment mental, nu real.
Scroedinger a imaginat un fel de cutie separata de mediul inconjurator, in care a pus o pisica (vie) si o fiola cu otrava, alaturi de o sursa radioactiva. In experimentul lui, el a spus ca orice dezintegrare radioactiva ar duce la formarea unei particule (de exemplu alfa) care ar sparge fiola si otrava respectiva s-ar raspandi si ar ucide pisica. Dupa ce a inchis sistemul el a pus intrebarea: cum este acum pisica? Vie sau moarta?
Evident ca noi nu avem control asupra dezintegrarilor radioactive si nu putem sti daca pisica a murit sau e tot vie. In mecanica cuantica, cele doua stari posibile se suprapun si nu putem spune decat ca pisica este in starea suprapusa (intre vie si moarta). Sa inteleaga cine poate!
Dar lucrul cel mai straniu din Univers este faptul ca in stiinta fizicii, totul pare ca se dizolva in…matematica pura!
Domnule Anton Constantinescu, m-aţi certat când am spus că aspectul microcosmosului pare a fi „reclamat de matematică”, adică logica matematică ne dă o imagine, abstractă, a microcosmosului. Aţi scris într-un comentariu la articolul nr.2: „Oricat de “reclamat de matematica” ar fi ceva, acest aspect este neimportant. Multe lucruri care matematic sunt mai usor de inteles, in realitate sunt altfel”. Acum, în comentariul dvs. subliniaţi, totuşi că „… în ştiinţa fizicii totul se dizolvă în matematică pură!” Este, după mine, o evidentă schimbare de accent.
Totuşi, nefiind eu nici matematician, nici fizician, dar, având pretenţia (aroganţa) că dispun de o oarecare logică, nu renunţ să încerc să merg pe firul logicii şi al intuiţiei. Prin urmare spun (sau mai degrabă propun şi întreb): Să zicem că m-aţi convins că microcosmosul nu este infinit. Ajungem la o limită dincolo de care particulele nu mai sunt divizibile. Deci, am ajuns la un „zid” dincolo de care nu mai avem ce cerceta. Dacă este aşa, minus infinitul este abstracţiune pură. Am descoperit una dintre limitele, materiale, ale Universului. Prin analogie (adică, chestie de logică) aceasta mă face să spun că nici timpul minus infinit nu există. Adică, dacă am ajuns la marginile microcosmosului, am ajuns, practic, la originea Universului (cel puţin al unuia dintre universuri). Aşadar, Universul nu trebuia să aibă un început. El este. Numai că s-a mişcat, şi-a schimbat aşezarea, şi noi numim aceasta timp. În aceste condiţii, mie mi se pare logic că nici timpul viitor nu există. Este doar ceea ce intuiţia ne spune că se va întâmpla cu Universul în mişcarea lui, ştiind că materia are inerţie. De aceea eu spun că, în aceste condiţii, logic şi intuitiv, am rezolvat problema cu minus infinitul şi plus infinitul temporal, care sunt nişte abstracţiuni. Am rezolvat şi problema cu minus infinitul material, despre care chiar dvs, spuneţi că nu există. Era o prostie leninistă (v-am citat în spirit). Atunci, mai rămâne de rezolvat problema infinitului material, pe care logic nu reuşim să ni-l imaginăm şi nici să-l explicăm.
Ar fi posibilă, totuşi, o explicaţie, dacă, cercetând tot mai adâns microcosmosul am constata că, de fapt, materia nu există, că ceea ce numim noi particule, se pot, până la urmă, despărţi în diferite forme de energie. Aceste „ghemuri” de energie ar fi ceea ce noi spunem că sunt particule, deocamdată, indivizibile. Dacă materia nu există şi Universul este energie pură, ar însemna că nu avem nevoie să ne imaginăm nici un Univers material infinit. Pentru că el nu există. Este de fapt, ceea ce percepem noi ca manifestare a energiei. Recunosc că nu am dus problema până la capăt, dar, cel puţin am dovedit(!) că nici timpul, nici Universul material nu există! Tot e ceva, nu ? 🙂
Domnule Mircioane, voi reda dialogul nostru:
„“Da, m-am luat cu vorba şi încercând să păşesc pe firul unei logici mecanice era să uit de universul cu mai multe dimensiuni, reclamat de matematică.”
Oricat de “reclamat de matematica” ar fi ceva, acest aspect este neimportant. Multe lucruri care matematic sunt mai usor de inteles, in realitate sunt altfel.”
Ceea ce v-am spus este foarte corect. A spune ca un lucru real este „reclamat de matematica” este o mare greseala. Sunt enorm de multe capitole ale matematicii, care, oricat de mult „ar reclama” ceva real, nu au absolut nici o legatura cu realitatea.
Inversul acestei situatii este insa adevarat: multe capitole ale fizicii au legatura cu anumite capitole ale matematicii. La fel de adevarat este faptul ca la nivelul fizicii elementare, matematica are un rol important.
Nu stim de ce stau lucrurile asa. De fapt exista capitole intregi ale matematicii din care doar o mica parte are sens fizic. restul, nu.
Iar in acest caz specific, orice fizician ar protesta la ceea ce spuneti, pentru ca ca nu stiinta matematicii decide daca Universul nostru are sau nu are mai multe dimensuni, ci doar EXPERIMENTUL.
Poate matematica sa „reclame” (cum va exprimati!) tot ce vrea, ca daca nu exista nici o dovada ca realitatea ar fi aceasta, nu e nici o sansa ca „matematica sa fie satisfacuta” cu rezultatele practic.
Sper ca ati inteles acum.
Domnule Mircioane, eu nu ca sa va jignesc v-am spus ca va lipsesc studiile si se vede. Este cu totul altceva sa aveti o baza ca sa intelegeti lucrurile, nu cum faceti dvs acum cand spuneti: „Să zicem că m-aţi convins că microcosmosul nu este infinit. Ajungem la o limită dincolo de care particulele nu mai sunt divizibile. Deci, am ajuns la un “zid” dincolo de care nu mai avem ce cerceta. Dacă este aşa, minus infinitul este abstracţiune pură.”
Nu mai trebuie redescoperita roata de catre dv.; este descoperita cam de multa vreme. Nu merge in stiinta cu „sa zicem”. Si nu trebuie ca eu sa va conving de ceva, decat sa aveti curiozitatea sa studiati macar vreo trei ani de matematica, fizica, chimie. Mai ales daca v-ati apucat…de scris pe astfel de teme!
Da, suntem la o limita la care stim ca unele particule sunt divizibile si altele nu. Electronul si fotonul de exemplu nu sunt divizibile, pe cand protonul este divizibil. Am ajuns de multa vreme acolo, nu mai suntem la stadiul de „sa zicem”.
Electronul nu are structura; daca intrebati un specialist din ce este alcatuit, raspunsul sau va fi „din nimic”.
Exista o teorie mult mai subtila, teoria stringurilor (a corzilor care vibreaza) care spune ca electronul si fotonul, etc sunt de fapt niste corzi de energie care vibreaza. Dar aici inca nu exista nici o dovada, deocamdata, ca aceasta teorie matematica ar fi confirmata de realitate!
Astfel ca trebuie sa asteptam sa se rezolve problema!
Iar „minus infinitul” nu are legatura cu ce vorbim aici.
As vrea sa completez o afirmatie. Am spus: „A spune ca un lucru real este “reclamat de matematica” este o mare greseala” Ca sa nu avem neintelegeri, voi adauga ce am mai afirmat in completare: chiar daca cineva crede asta (ca un lucru e „reclamat” de matematica), pana cand nu exista proba concreta ca acel lucru are si o realitate fizica, nici nu putem vorbi de el”.
In rest, pot spune ca randurile dv. ma inveselesc:
„Adică, dacă am ajuns la marginile microcosmosului, am ajuns, practic, la originea Universului (cel puţin al unuia dintre universuri). Aşadar, Universul nu trebuia să aibă un început. El este. Numai că s-a mişcat, şi-a schimbat aşezarea, şi noi numim aceasta timp.”
Prostii, prostii. Ar fi cazul sa cititi teorii despre timp. Dar nu le pricepeti acum, pana nu invatati cate ceva. Iar afirmatiile dv. gen „Asadar Universul nu trebuia sa aiba un inceput” sunt doar afirmatii facute dupa ureche. Cand Hawkins spune asa ceva, el justifica ce a spus cu table intregi de matematica. Cand dv. spuneti asa ceva, nu va bazati chiar pe nimic.
Ceea ce foarte multi oameni nu inteleg este faptul ca stiinta cere un volum imens de munca. Nu este vorba de „a-ti da parerea” sau de „a emite judecati”. Chiar si aceleasi cuvinte au alt sens cand sunt spuse de un om care a muncit ca sa inteleaga lucrurile si sa contribuie la aflarea adevarului, sau de un om care nu a muncit deloc in aceasta directie.
Eminescu a spus bine cand a spus: „non idem est si duo dicunt idem”.
Aceasta discutie, in pofida aparentelor, este foarte utila.
Ea subliniaza necesitatea unei strategii pentru cei care, nemultumiti de explicatiile religioase cu privire la originea si evolutia Universului (explicatii care ii scutesc de orice batai de cap fiind simpliste si pur imaginative) cauta explicatii stiintifice.
Strategia are sens daca implica invatare. Nu putem suplini invatarea cu teorii proprii care nu se bazeaza pe nimic si au cel mult darul de a aduce pitoresc si poezie intr-o conversatie.
Electronul este, în acelaşi timp, constructorul şi animatorul a tot ce este vivant. Singura unitate materială care poate intra în contact direct cu psihismul individual şi cu cel cosmic. Suntem îndreptăţiţi aşadar să ne interogăm asupra adevăratei naturi a electronului. Fiind capabil de a înţelege ordinele venind de la psyche, de a le interpreta şi de a le executa, nu l-am putea considera , în realitate, ca simplu corpuscul material? N-ar fi oare posibil ca electronul să fie dotat cu antene care-i permit conversaţia cu psyche? Nu este natura lui întrucâtva ambiguă, jumătate materie, jumătate psyche? Dacă electronul are o natură ambiguă, care este deci energia pe care o concentrează? Aceasta este enigma ce ne-o propune misteriosul micuţ electron, care ne vorbeşte, ne permite să existăm, ni se supune, etc., dar pe care îl cunoaştem atât de puţin! Eu l-aş numi potenţialitate sau, pur şi simplu simbol. Până când acest simbol, ca toate simbolurile – de pildă cele religioase – odată explicate în mod elocvent, îşi vor pierde raţiunea de a fi. Alături de un om de ştiinţă, torturat în permanenţă de o rigoare granitică, probabil că nedumeririle mele par inocente. Fie, numai că acest „ filon oniric” poate deveni, copăcel, copăcel, o realitate emergentă, demnă de luat în seamă.
Domnule Mircioane, spuneti:
„Deci, cele 11 dimensiuni ale universului nu sunt dovedite experimental, ci doar matematic”
Nu sunt dovedite nici experimental nici matematic. Exista o ipoteza stiintifica, dar nu exista o teorie stiintifica. Diferenta dintre ipoteza stiintifica si teoria stiintifica consta in faptul ca in timp ce o teorie stiintifica este un fapt dovedit (cum este teoria evolutiei a lui Darwin sau teoria gravitatiei gravitationale), o ipoteza stiintifica este o propunere nedovedita. Cum este acum ipoteza spatiului cu 11 dimensiuni.
Va spun parerea mea despre modul cum interveniti aici: fara cunostintele necesare unui dialog informat, utilizand notiuni consacrate – singura cale acceptabila pentru a nu adauga confuzii inutile la concepte si asa greu de inteles.
Domnule Ionesco:
Electronul este extrem de important, dar nu are nimic de a face cu spiritualitatea.
Una dintre stiintele cele mai bine cunoscute, chimia, este de fapt stiinta deplasarii electronilor. Fara electroni nu ar exista chimie, deci nici lumea.
Exista acum si preocupari noi ale biochimistilor care spun pe buna dreptate ca in creierul uman in mod sigur au loc si procese cuantice, in care sunt implicati electronii. Adica toata seria de efecte discutate in acest articol. Asta ar duce la regandirea modului cum functioneaza creierul uman.
De aceste procese s-a ocupat (in mod teoretic) unul din matematicienii cei mai bine cunoscuti in lume: englezul Penrose (care a colaborat multa vreme cu Hawking.
Inca nu exista date care sa arate ce fel de efecte au procesele cuantice din creierul uman (si animal) dar unii presupun, bazati pe fenomenul numit „entanglement” (pe care nu l-am explicat aici), ca ar putea fi legate de telepatie si alte procese, dar nimic nu este sigur.
Aceste speculatii nu au fost inca confirmate experimental.
In cateva cuvinte, fenomenul numit entanglement poate fi descris astfel: daca doua particule au fost la un moment dat in contact, anumite proprietati ale lor (cum ar fi fenomenul numit spin) vor fi corelate, indiferent ce distanta ar fi intre ele. Ca si cum informatia s-ar „transmite” simultan, chiar daca cele doua particule ar fi la distante enorme, in parti diferite ale Universului.