Greek Reports (Ελληνικά)

“Ολίγον έγκυος”, κβαντομηχανική και γάτα του Schrodinger

Zena Poulli 1aΗ φράση «ολίγον έγκυος» κατάντησε μια φράση κλισέ.

Γνωρίζουμε ότι μια γυναίκα είναι ή δεν είναι έγκυος, δεν υπάρχει ενδιάμεση κατάσταση.

Ή μήπως όχι;

Στη σύγχρονη κβαντική Φυσική θα μπορούσε να είναι και τα δυο.

Στην αρχή του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η κλασική φυσική του Νεύτωνα και του Γαλιλαίου, αδυνατούσε να εξηγήσει διάφορα πειράματα πολύ μικρών μεγεθών (υποατομικού μεγέθους) τα οποία μελέτησε η κβαντομηχανική.

Η κβαντομηχανική περιγράφεται ως μυστηριώδης και περίεργη λόγω της μη διαισθητικής της φύσης, που σε πολλά σημεία αντιβαίνει την καθημερινή μας εμπειρία.

Για παράδειγμα, στη γλώσσα της κβαντομηχανικής ένα σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε κατάσταση “επαλληλίας” όπου, εάν δεν «παρατηρηθεί» βρίσκεται σε δύο ή περισσότερα μέρη ταυτόχρονα.

Ο άνθρωπος δεν αισθάνεται άνετα με τις περίεργες έννοιες της κβαντομηχανικής (π.χ. 26 διαστάσεις της θεωρίας των υπερχορδών ή 4 διαστάσεις, 3 χώρου+1 χρόνου).

Στην καθημερινότητά μας γνωρίζουμε ότι μια μπάλα δεν μπορεί να περάσει μέσα από έναν τοίχο.

Στην κβαντική θεωρία σωματίδια μπορούν να περάσουν μέσα από φράγματα (τοίχους), να συνυπάρχουν σε αντίθετες και συγκρουόμενες καταστάσεις και κάποτε να δρουν ως σωματίδια και κάποτε ως κύματα.

Δεν υπάρχουν βεβαιότητες, υπάρχουν αβεβαιότητες (Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg) δεν υπάρχει σιγουριά να συμβεί κάτι, αλλά υπάρχουν πιθανότητες να συμβεί κάτι.

Όλα αυτά ακούονται περίεργα αλλά οι προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας σήμερα αποδεικνύονται πειραματικά σωστές.

Πολλές οι καθημερινές εφαρμογές στη ζωή μας, π.χ. ακτίνες Laser, transistor, ηλεκτρονικοί υπολογιστές, συστήματα συναγερμού με βάση το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο κ.ά..

Στην κλασική Φυσική, ισχύει η Αρχή της Ανεξαρτησίας των Κινήσεων. Για παράδειγμα όταν ένας ποδοσφαιριστής κλωτσήσει την μπάλα, αυτή εκτελεί τόσο κατακόρυφη κίνηση προς τα πάνω και ταυτόχρονα οριζόντια μετατόπιση μακριά, ώστε να μπορούμε να πούμε ότι οι 2 κινήσεις θα μπορούσαν να μελετηθούν ανεξάρτητα στον ίδιο χρόνο (επαλληλία).

Η αρχή της επαλληλίας κβαντικών καταστάσεων, μας λέει πως όταν δεν ξέρουμε σε ποια κατάσταση βρίσκεται ένα σωματίδιο, τότε αυτό βρίσκεται συγχρόνως σε κάθε πιθανή κατάσταση μέχρι να το παρατηρήσουμε.

Το 1935, ο Schrodinger πρότεινε ένα νοητικό πείραμα για να δείξει πως η επαλληλία θα είχε εφαρμογή στο δικό μας κόσμο με ένα κλασικό πλέον πείραμα:

Τοποθετούμε μια ζωντανή γάτα σε ένα σιδερένιο αδιαφανές κουτί, μαζί με ένα φιαλίδιο που περιέχει υδροκυάνιο (δηλητήριο).

Στο κουτί υπάρχει ραδιενεργός ουσία (διασπάται αυθόρμητα) οπότε αν γίνει διάσπαση σπάζει το φιαλίδιο και η γάτα πεθαίνει ακαριαία.

Δεν υπάρχει τρόπος να γνωρίζει κάποιος αν έχει διασπαστεί η ραδιενεργός ουσία και πέθανε η γάτα, παρά μόνο αν ανοίξει το κουτί και παρατηρήσει.

Η παρατήρηση είναι αυτή που καθορίζει μια συγκεκριμένη κατάσταση ύπαρξης, οπότε το σύστημα παύει να περιγράφεται ως ο συνδυασμός των δυο πιθανών καταστάσεων (γάτα ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα, υπέρθεση).

Η γάτα του Schrödinger φωτίζει την καθαρή αντίφαση του κβαντικού κόσμου (μικρόκοσμος) με το δικό μας (μακρόκοσμος).

Η σύγχρονη τεχνολογία είναι η νανοτεχνολογία (νάνο, 1 nm=10-9m=1/1000000000 m) όπου συμβαίνουν κβαντικά φαινόμενα.

Το 1989, ο παγκοσμίου φήμης Άγγλος μαθηματικός και θεωρητικός φυσικός Roger Penrose δημοσίευσε ένα βιβλίο με τίτλο “Το καινούργιο μυαλό του αυτοκράτορα” όπου προσπάθησε να εξηγήσει πώς δημιουργούνται οι ιδέες, η έμπνευση, η κατανόηση, η συνείδηση .

Πρότεινε ότι η συνείδηση είναι μία εκδήλωση της κβαντικής φύσης του εγκεφάλου, μέσω των μικροσωληνιδίων των εγκεφαλικών νευρώνων.

Σήμερα, ο φυσικός Jack Tuszynski που έγινε βιοφυσικός στο Τμήμα Ογκολογίας του Πανεπιστημίου Alberta, διερευνά (με νανοτεχνολογία) τα κβαντικά σύνορα του ίδιου του εγκεφάλου.

Έχει ολοένα και περισσότερες αποδείξεις ότι ορισμένες αλληλεπιδράσεις στους μικροσωληνίσκους είναι κβαντικές.

Αν λοιπόν η κβαντική θεωρία ισχύει στον μικρόκοσμο των φωτονίων και των ηλεκτρονίων, πότε αυτή σταματάει να ισχύει και γιατί;

Πού καθορίζεται η κβαντική “παραμεθόρια περιοχή”, (πότε αρχίζει και πότε σταματάει η δράση της κβαντομηχανικής);

Η δοξασία ότι τα σύνορα της κβαντικής φυσικής είναι μόνο ο μικρόκοσμος έχει ήδη καταρριφθεί μετά από αποδείξεις ότι και μακροσκοπικά συστήματα μπορούν να εμφανίσουν τέτοιες συμπεριφορές.

Ο μεγάλος Έλληνας φυσικός Νανόπουλος ασχολήθηκε πειραματικά με το θέμα και κατέληξε ότι: « … η κβαντική φυσική ενδέχεται να παίξει σημαντικό ρόλο στη νευροβιολογία του μέλλοντος …. (κβαντικά) φαινόμενα … έχουν στην πραγματικότητα και μακροσκοπική υπόσταση, όπως έδειξαν πρόσφατα πειράματα μακροσκοπικής επαλληλίας (Julsgaard κ.α. 2001)».

Σύντομα τα παράγωγα της λέξης κβάντα θα μπουν στο λεξιλόγιο μας όπως μπήκε το DNA.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Back to top button
Close