Loading...
Δοκιμές

ΧΡΗΣΤΟΣ ΛΑΖΑΡΙΔΗΣ:  Κβαντομηχανικά Αιλουροειδή

Η κβαντομηχανική θεωρία από τη γέννησή της προκάλεσε πολλούς πονοκεφάλους στον επιστημονικό κόσμο (και σε πλήθος φοιτητών φυσικής από τότε μέχρι σήμερα). Ο Niels Bohr, από τους πρωτεργάτες του όλου οικοδομήματος, είχε παραδεχθεί πως «όσοι δεν σοκάρονται από την κβαντομηχανική θεωρία όταν την πρωτοσυναντάνε, μάλλον δεν την έχουν καταλάβει». 

Σύμφωνα με τη λεγόμενη ερμηνεία της Κοπεγχάγης, η κατάσταση ενός σωματιδίου περιγράφεται από μια κυματοσυνάρτηση. Σε αντίθεση όμως με την κλασική Νευτώνεια φυσική, η κυματοσυνάρτηση αυτή εμπεριέχει όλες τις δυνατές καταστάσεις στις οποίες μπορεί να βρεθεί το εν λόγω σωματίδιο, ενώ το σε ποια από όλες αυτές θα βρεθεί είναι καθαρά πιθανολογικό. Και σαν να μη φτάνει αυτό, δεν μπορούμε να βρούμε την κατάσταση στην οποία βρίσκεται κάποιο σωματίδιο κάποια στιγμή χωρίς να το επηρεάσουμε. Πριν τη μέτρηση λοιπόν, το σωματίδιο που μας ενδιαφέρει θα βρίσκεται σε μια «υπέρθεση καταστάσεων» και μπορεί να λάβει οποιαδήποτε δυνατή τιμή. Η πράξη της μέτρησης, προκαλεί την κατάρρευση της κυματοσυνάρτηση και «εξαναγκάζει» το σύστημα-σωματίδιο να πάρει μια απόφαση ως προς την κατάσταση στην οποία βρίσκεται, και αυτή είναι η μέτρηση που λαμβάνουμε.

Το παράδοξο EPR (από τα αρχικά των EinsteinPodolskyRosen που το πρότειναν) ήταν ένα νοητό πείραμα (από το γερμανικό Gedanken experiment) που προσπαθούσε να επιδείξει όλες τις αδυναμίες της ερμηνείας της Κοπεγχάγης, υποστηρίζοντας ότι ο μηχανισμός των κυματοσυναρτήσεων δε μπορεί να προσφέρει μια πλήρη περιγραφή της πραγματικότητας καθώς δίνει τη δυνατότητα για μετάδοση πληροφορίας ταχύτερα από το φως, κάτι που η θεωρία της σχετικότητας δεν επιτρέπει.

Και εδώ έρχεται στο προσκήνιο και το πιο γνωστό αιλουροειδές στην ιστορία της φυσικής, η γάτα του Schrödinger.

Σε μια προσπάθεια να δείξει ο Erwin Schrödinger τον παραλογισμό των όσων προέβλεπε η κβαντομηχανική, προσπάθησε να δημιουργήσει ένα σενάριο,με τη μορφή ενός ακόμα νοητού πειράματος, στο οποίο θα είχαμε δημιουργία καταστάσεων υπέρθεσης σε ένα σύστημα μεγάλης κλίμακας. Σε αυτό το πείραμα, τοποθετούμε μια υποθετική(!) γάτα μέσα σε ένα αδιαφανές κουτί, ένα ραδιενεργό ισότοπο που δύναται να διασπαστεί με πιθανότητα 50% μέσα σε διάστημα μιας ώρας, ένα μετρητή Geiger ο οποίος ανιχνεύει τη διάσπαση του ισοτόπου, ένα ηλεκτρικό κύκλωμα συνδεδεμένο με ένα σφυρί και ένα φιαλίδιο υδροκυανίου.

Σε περίπτωση που έχουμε διάσπαση του ραδιενεργού στοιχείου, ο μετρητής θα το ανιχνεύσει και θα ενεργοποιήσει το κύκλωμα με το σφυρί, σπάζοντας το φιαλίδιο. Αν το άτομο δε διασπαστεί, τότε η γάτα παραμένει ζωντανή. Συνεπώς, η ευεξία της γάτας εξαρτάται από ένα μικροσκοπικό, κβαντικό σύστημα. 

Μετά την πάροδο μιας ώρας, οι πιθανότητα να έχει διασπαστεί το άτομο ή όχι είναι ακριβώς ίδια. Συνεπώς η γάτα μπορεί να ζει, μπορεί και να μη ζει και ο μόνος τρόπος για να το μάθουμε είναι να ανοίξουμε το κουτί, συνεπώς να κάνουμε μια παρατήρηση-μέτρηση της κατάστασής στο εσωτερικό του. Μέχρι να ανοίξουμε το κουτί, η γάτα βρίσκεται σε μια υπέρθεση των δύο καταστάσεων και είναι ταυτόχρονα και ζωντανή και πεθαμένη (αν και σύμφωνα με τον TerryPratchett στο εξαιρετικό Lordsand Ladies, η γάτα θα βρίσκεται σε μια από τρεις δυνατές καταστάσεις κατά το άνοιγμα του κουτιού: Ζωντανή, Πεθαμένη ή Πραγματικά Έξαλλη), χωρίς εμείς να μπορούμε εκ των προτέρων να προβλέψουμε το αποτέλεσμα της μέτρησης.

Βάσει της κβαντομηχανικής θεωρίας, το μόνο που μπορούμε να προβλέψουμε, είναι πως αν επαναλάβουμε το πείραμα πολλές φορές, τις μισές από αυτές που θα ανοίξουμε το κουτί η γάτα θα είναι ζωντανή, ενώ στις άλλες μισές θα έχει πεθάνει.

Αυτές οι διαφορετικές πιθανές καταστάσεις της πραγματικότητας ενοχλούσαν πολύ τον Einstein, τον Schrödinger και τον Planck (μεταξύ άλλων) που προτιμούσαν να έχουν ένα ντετερμινιστικό μοντέλο για το σύμπαν που δεν απορρίπτει την αιτιότητα. Υπάρχουν πολλές φιλοσοφικές προεκτάσεις και ερμηνείες όσον αφορά την τυχαιότητα που εισάγει η κβαντομηχανική θεωρία στη ζωή μας, μια τυχαιότητα που για πολλούς είναι μη επιτρεπτή. Ωστόσο, από επιστημονικής άποψης, η κβαντομηχανική εξακολουθεί να κρατάει τη θέση της και να εξελίσσεται, και ευτυχώς με μηδενικές απώλειες σε γάτες.

 

 

 

 

 

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *