Prin anii '20 (sec. trecut), Max Born a prezentat o schema standard prin care sa poata fi intelese ecuatiile mecanicii cuantice. Detaliile sunt complexe, dar in esenta el sugeraeaza ca undele cuantice,...? (mai mult)

Question

Prin anii '20 (sec. trecut), Max Born a prezentat o schema standard prin care sa poata fi intelese ecuatiile mecanicii cuantice. Detaliile sunt complexe, dar in esenta el sugeraeaza ca undele cuantice, care trec netulburate prin univers, pot fi intelese in termeni de probabilitatile pe care le reveleaza. Astfel, amplitudinea unei unde este un semn ca acolo poate fi o particula si o indicatie despre pozitia ei. Iar distanta dintre doua varfuri ale undei ar indica momentul particular cu care ea se propaga. O unda cu doua varfuri (ca doua coarne) poate reprezenta o particula care imparte in mod egal probabilitatea de a trece prin doua fante (am inteles bine?). In aceasta interpretare, identitatea unei particule sufera o dubla posibilitate de a se manifesta. Acel "aici si acolo"este acum o chestiune de sansa. Cum particula nu se poate divide pe ea insasi intre doua fante, un singur foton sufera niste transformari care il fac sa apara in mecanica cuantica un fel de spirit :) al pozitiei lui. Poate fi aici, poate fi acolo si cumva poate fi in ambele locuri deodata. Aceste divizari de pozitie inceteaza insa atunci cand un observator venind din afara sistemului cuantic face o masuratoare. Atat timp cat nimeni nu priveste, electronul este toate pentru toti. Dar cand fizicianul arunca o privire, particula care putea fi "aici si acolo" devine brusc "aici ori acolo". Cealalta stare cuantica dispare instantaneu. Nimeni nu stie de ce.
Sau poate nu stiu eu. Explicatiile pe net sunt destul de sofisticate. Este cineva pe TPU care poate sa explice mai simplu ce se intampla de fapt?

T0T · Accepted Answer

Nimeni nu știa de ce până când în fizică conceptul de probabilitate a devenit esențial. E frumos de observat și descris prin ecuații faptul că particulele au caracter dual undă-corpuscul(frumos în sensul că face posibilă explicarea unor fenomene inexplicabile pentru fizica clasică). Faza e că fizica cuantică tratează particulele în acest sens dualist, nu le mai ia separat, adică ori e particulă, ori e undă, nu, e și una e și alta, în același timp. Poziția și viteza unei particule, conform principiului incertitudinii nici nu pot fi determinate exact ci prin probabilități determinate de amplitudinea funcției de undă. Particulelor nu li se pot asocia un caracter determinist sau altfel spus absolut real, ci un caracter probabilistic. Ăsta e singurul mod prin care pot fi explicate experimentele care au ridicat atâtea semne de întrebare.
 Descrierea ta pleacă de la experimentul lui Thomas Young care descrie interferența undelor produse de un număr de surse printr-un număr de fante. Desigur că la momentul în care a fost făcut experimentul nu prea se gândea lumea la un caracter dualist undă-corpuscul ci la unde strict. În experiment a fost observat modul în care undele luminoase interferează creând interferențe distructive sau constructive. Undele dacă sunt în fază și lovesc panoul se va vedea pe acesta porțiune luminoasă, altfel porțiune întunecată. Deci rezultatul pe panou va fi reprezentat de fâșii luminoase și întunecate. Nimic ciudat la vremea respectivă, un lucru destul de ușor de înțeles. Experimentul a fost reluat însă pentru electroni. Nu a fost așa mare mirare când a fost transmis un număr mai mare de particule și s-a observat că se întâmplă la fel ca în cazul undelor luminoase. Deci particulele îndeplineau cu succes și caracteristica de undă. Totuși particulele în orice situație îndeplinesc această caracteristică, chiar și în situații mai curioase, de exemplu atunci cât se transmite și câte un singur electron. La transmiterea a câte un singur electron se observă că și așa se construiește același model pe panou într-o perioadă de timp, lucru destul de straniu căci teoretic electronul ar fi trebuit să se despartă ca să se întâlnească cu el însuși sau altfel spus să interfereze cu el însuși și să formeze modelul. Ceea ce creează modelul este o sumă a tuturor posibilităților pe care electronul poate să le urmeze deci modelul grafic al intensității undelor corespunde cu modelul grafic al probabilităților particulelor. De exemplu dacă electronul este o minge de fotbal și este șutată acesta poate lovi poarta pe toate traiectoriile posibile la final totuși având caracter unic. Poziția particulelor deci nu poate fi determinată exact, real, probabilitățile pe care aceasta le are influențând modul în care lucrează sistemul. Electronul ăla se poate poziționa pe o sumă a unor posibilități care totuși ele pot fi determinate însă e imposibil să îi determini poziția reală. Trebuie să ne gândim că și observarea este influențată sau influențează acest joc al incertitudinii, sau poate fi vorba de măsurare cea care disturbă procesul? Oricum, putem să spunem că vorbim de un univers probabilistic sau ipotetic care nu e așa ușor de înțeles ca și concept. 
Chestia e că lungimea de undă asociată unei particule este invers proporțională cu impulsul deci o precizie ridicată a lungimii de undă duce la o mai grea poziționare a particulei și viceversa. Când vrei să vorbești de un caracter dual al particulei sau al materiei atunci trebuie să îți asumi acest univers probabilistic, nu prea ai de ales. Nu ai de ales nici în a vorbi de acest caracter căci după acest fel de experimente e destul de evident existența caracterului ăsta dual. Legile fizicii la nivel cuantic poate devin ciudate pentru realitatea noastră macroscopică pentru că am fost obișnuiți mai degrabă să asociem lumea în care trăim cu principii clasice ale fizicii, ceea ce și fizicienii au făcut odată, însă pentru a putea explica niște fenomene a fost necesar să se intre în această lume cuantică a "ciudățeniilor".

sabin89 · Answer

Frumoasa descriere ai facut! Ai talent pedagogic. Am citit de doua ori. Chiar daca nu intelegem foarte multe deodata, e bine daca putem intelege macar o parte din intreg. Azi am inteles atat, maine poate ceva mai mult. Cand spunem "particulelor li se asociaza un caracter probabilistic", deja trebuie sa ne oprim si sa ne intrebam: ce e aia caracter probabilistic? Dar daca, asa cum ai spus si tu, asta e singurul mod prin care pot fi explicate experimentele, ce altceva putem face decat sa acceptam si sa mergem mai departe. Poate ca pana la urma particula nici nu este particula, ci un fel de pata de probabilitate. :) Cred ca Schrödinger de aia a nascocit experimentul ala cu pisica, ca sa-si explice propria peplexitate in fata misterelor acestei teorii. Si daca te gandesti, cat de diferita e lumea noastra clasica, cu micile ei bucurii si necazuri de zi cu zi. Noi ne ducem vietile in totala nepasare fata de ceea ce se petrece in lumea aia cuantica. :) Hai la o bere! Sa-i mai lasam si pe altii sa-si bata capul :))

T0T · Answer

Răspunsul cred că ți l-am scris după vreo 2 beri, că deh la o bere merge și un subiect de fizică cuantică. :)) Eu cred că e un concept greu de înțeles și pentru oamenii de știință, de aceea și Einstein l-a tot negat crezând că acolo este vorba de niște variabile ascunse care nu sunt încă luate în calcul și că avem de a face cu realismul local asociat particulelor însă teorema lui Bell a demonstrat totuși că nu este vorba de variabile ascunse și că este necesar lucrul cu probabilități.

Inferno · Answer

Deci întrebarea ar fi ce anume produce colapsul functiei de unda? Iar eu nu stiu sa existe un raspuns la ora acutala. Gresesc?

sabin89 · Answer

Colapsul functiei ar putea fi explicat admitand ca realitatea cumva contine mai mult decat o singura lume, asa cum am stiut noi pana acum, idee destul de ciudata. In acord cu interpretarea asta (a mai multor lumi) exact in momentul cand se face o masuratoare universul se ramifica in doua sau mai multe universuri. Cum ar veni, pisoiul care a fost jumatate mort si jumatate viu da nastere la doua separate universuri, unul continand pisoiul care este mort, celalalt continand pisoiul viu. :). Noile universuri care umplu creatia ar incorpora starile cuantice care inainte erau intr-o stare cuantica de superpozitie. Cam cum e cu teoria reincarnarii. Este pe placul celor care cred in ea si le da satisfactie in masura in care credinta lor e sincera. :) Functia de unda a universului nu poate fi nici vazuta, nici masurata, nici evaluata, nici testata. Este pur si simplu un artefact teoretic. Dupa cum inteleg eu; posibil sa gresesc.

Inferno · Answer

Interesant,insa tot nu explic DE CE se produce colapsul functiei de unda, ci doar in ce consta el. 
"cand se face o masuratoare universul se ramifica " Masuratoarea in sine produce colapsul functiei de unda sau e vorba de fotonii necesari pentru a putea face masuratoarea, sau de altceva?  Si cum anume produce acel "ceva" colapsul? Care e mecanismul?

anonim_4396 · Answer

Interpretarea pornind de la ideea ca exista mai multe universuri nu accepta faptul ca colapsul functiei de unda ar fi o chestie reala.

Darkmagic · Answer

=)) 
Chiar daca nu-ti mai raspund la intrebari de mai mult de un an, ma vei ierta ca de data asta trebuie sa-ti atrag atentia cu privire la "intrebare". :D
Aceasta implica la fel de bine principiul incertitudinii, pe cel de non-localitate, "ideea" Bohr - Heisenberg, si probabil, cateva elemente din tunelarea cuantica.
Sau esti sigur ca la problema "undei cu doua coarne", e vorba de experimentul lui Thomas Young, si nu de o particula aflata intr-o groapa de potential?;)
Oricum, succes cu asta. :) 
Am sa o urmaresc, sunt curios daca se inhama cineva la un raspuns... :))

sabin89 · Answer

Te salut, Darkmagic. Era de inteles ca nu mi-ai mai raspuns timp de vreun an. Pai ce sa raspunzi la intrebari puerile? :)) - cinci paini ale lui Creanga? :) Mecanica cuantica mi se pare fascinanta si as vrea sa o inteleg mai bine. Cred insa ca nu se poate fara multa munca si studiu. Ref. la intrebare, vad ca tu imi dai niste puncte de plecare. O sa incerc sa vad ce pot intelege. Principiul ala al lui Heisenberg mi se pare de-a derptul derutant :)) Userul Zwi (prescurtat} imi da mai jos o explicatie destul de detaliata. Am citit-o si am sa o recitesc cu atentie. Ma bucur ca esti prin preajma.

Darkmagic · Answer

Nu am spus ca e "puerila", ci am dat de inteles ca este amalgamata si include cel putin trei dintre marile principii ale fizicii cuantice. :)
 ZwielichtToT e un tip caruia ii merge mintea, dar tot mai ai nevoie de niste "lamuriri", cel putin de marimea volumului raspunsului dat de el. 
Nu am ceva personal cu tine, nu-ti mai raspund la intrebari pentru ca, candva, te-ai "aliat" cu un user si ai sustinut pana la absurd ideea unui univers STATIC, in care nu exista timp.
Remember? :)
Stiai ca nu exista user care sa se "bata" cu mine pe acest domeniu, si totusi ai insistat in eroare, chiar daca ti-am atras atentia ca aceiasi eroare a facut-o Einstein, cand a introdus "constanta cosmologica" in universul sau, ca sa-l faca static. Tu ai mers chiar mai departe, cu ideea unui Univers static, pana la nivel sub-atomic.
De asta, am renuntat sa-ti mai raspund, nu pentru ca pui uneori, intrebari...ciudate. Asta insa, nu ma impiedica sa le citesc. :)
Succes. :)

sabin89 · Answer

Cand am spus "intrebari puerile" nu m-am referit la intrebarea de fata, ci la cele puse de-a lungul unui an; am dat ca exemplu pe cea recenta cu cele cinci paini. Referitor la problema veche, mea culpa. Am avut niste momente de incertitudine (ce, numai Heisenberg sa aiba?) :) In realitate, mi-am dat demult seama ca esti foarte pregatit in domeniul asta. Poate o sa imi spui odata cum de ai ajuns sa aprofundezi atat acest subiect. Te-a atras? Te-a fascinat? Sau ti s-a impus oarecum, fiindu-ti necesar pe linie profesionala? E un domeniu destul de cidat, si mi se pare de bun simt si observatia facuta de Alexandru in comentariul de mai jos (care de fapt va fi mai sus, dar acum cand scriu e mai jos; cam cum e cu electronul ala ce e aici si acolo). :) Interpretarea fenomenului cuantic, de care am scris in intrebare, a fost imbratisata mai apoi de Niels Bohr, devenind astfel Interpretarea de la Copenhaga. A devenit canonica (so to speak). Totusi, acesta interpretare nu a explicat legatura dintre domeniul cuantic si domeniul clasic. Ce-am vrut sa mai zic...Cam in acelasi timp cu Max Born a prezentat si Shrödinger celebra lui ecuatie. Ce stii, cum se armonizeaza Inerpretarea de la Copenhaga cu aceasta ecuatie? Si inca ceva. Stiu ca unii fizicieni au incercat sa renunte la aceasta interpretare (de la Copenhaga) - vezi de exemplu tanarul Hugh Everett III cu teza lui de doctorat din 1957.     Care mai e situatia la ora actuala, cine o mai accepta si cine nu?

anonim_4396 · Answer

Chestia e ca nu e chiar asa greu de inteles ce se intampla, dar problema e ca nimeni nu poate deocamdata sa demonstreze ca stie sigur de ce se intampla.
Unii pot sa vina cu tot felul de termeni stiintifici sau sa nu zica prea multe si sa incerce sa dea impresia printr-un fel misterios de exprimare ca au lucrurile sub control, dar nu cred ca vreun om de stiinta din cei care au facut tot felul de experimente in legatura cu aceste lucruri si-ar permite sa sustina ca el a inteles pe deplin cum sta treaba.

sabin89 · Answer

Discutam cu un amic si a venit vorba de cartea A Brief History of Time. El a zis ca e o carte fascinanta pentru cei multi care n-au citit-o si o carte de neinteles pentru cei care au citit-o. :) M-a amuzat poanta. Cred si eu, asa cum ai zis, ca nimeni n-ar putea sustine ca a inteles pe deplin "cum sta treaba". E usor sa gasesti denumiri pentru concepte, notiuni sau fenomene pe care nu le intelegi sau pe care nu le poti explica. Ce e aia "vacuum cuantic"? ce e aia "mare nedeterminata de potential"? O fi ceva, nu zic, dar ce? :)

anonim_4396 · Answer

Cand am zis ca nimeni nu poate spune ca stie exact cum sta treaba ma refeream la faptul ca in mecanica cuantica exista mai multe interpretari pentru aceleasi fapte si experimente si dupa parerea mea in momentul asta e foarte departe de ziua in care o sa reuseasca sa puna lucrurile la punct. Poate o sa vina ziua aia in care un raspuns nu o sa duca la alte intrebari (nu neaparat prin intermediul mecanicii cuantice), dar in anumite conditii si nu prea curand ori poate chiar prea tarziu pentru noi ( oamenii in general).
Pana la urma e vorba despre a afla ce este realitatea  si nu prea cred ca o sa fie oamenii in stare sa faca asta singuri, fara ajutor din afara.
Deocamdata nu am destule cunostinte de fizica ( si nu numai ) ca sa imi propun sa aprofundez fiecare din cele mai importante moduri de a vedea lucrurile, dar dupa parerea mea e ca si cum noi oamenii am fi intr-o cutie intunecata din care nu am iesit vreodata si incercam sa descriem cu exactitate nu numai ce e in cutie, dar si in afara ei.