FIZYKA KWANTOWA: PODSTAWY

Naukowcom dość trudno jest zrozumieć istotę fizyki kwantowej; prawdą jest, że jej podstawy o wiele łatwiej jest pojąć la­ikom. Istnieją książki zawierające obszerne wyjaśnienia kwestii przysparzających naukowcom problemów. Poniżej znajdziecie ogólny zarys.

Fizyka kwantowa to dział fizyki, który powstał w celu objaśnienia zjawisk natury oraz zachowań materii i energii w skali atomów, a tak­że cząsteczek subatomowych. Obecnie jednak uważa się, że może on opisywać również wszelkie inne formy materii. Naukowcy są w stanie opisać cząsteczki subatomowe jedynie pod kątem ich wzajemnych in­terakcji. W ten właśnie sposób powstała teoria kwantowa – miała ona wyjaśnić mechanikę rządzącą interakcjami bardzo małych obiektów. Teraz jednak stanowi ona podstawę naszego zrozumienia także bar­dzo dużych obiektów, takich jak gwiazdy, galaktyki, oraz rozmaitych wydarzeń w skali kosmicznej, takich jak na przykład wielki wybuch.

Początki fizyki kwantowej sięgają pierwszej połowy XIX wieku. Kształt, w jakim ją znamy, nadał jej jednak Max Planck w roku 1900. Podwaliny pod matematykę wykorzystywaną w fizyce kwantowej po­łożyli zaś Werner Heisenberg i Erwin Schrödinger w latach dwudzie­stych XX wieku.

W swojej teorii kwantowej Planck wysunął hipotezę, według której energia istnieje w takiej samej postaci jak materia, a nie (jak wcześniej sądzono) w formie stałej fali elektromagnetycznej. Planck twierdził, iż energia składa się z konkretnych niewielkich jednostek. Istnienie tych jednostek, nazwanych przez Plancka kwantami, stało się pierwszym wielkim odkryciem teorii kwantowej.

Głównym założeniem teorii fizyki kwantowej jest twierdzenie, że materia przejawia cechy zarówno cząsteczek (zlokalizowanych obiek­tów, takich jak małe grudki), jak i fal (zakłóceń lub wariacji rozchodzą­cych się progresywnie od punktu do punktu). Założenie, według któ­rego cząsteczki i fale stanowią dwa aspekty tego samego materialnego obiektu, nazywa się dualizmem korpuskularno-falowym. Istnieje powszechna zgodność co do tego, iż fale obiektów kwantowych są falami prawdopodobieństwa.

Proponowano szereg interpretacji starających się wyjaśnić ten du­alizm oraz inne cechy fizyki kwantowej. Jedną z takich interpretacji, obowiązującą przez kilka lat, była tzw. kopenhaska interpretacja teo­rii kwantowej. Co ciekawe, termin ten odnosi się do kilku interpreta­cji, niekiedy ze sobą sprzecznych.

Poprzez interpretację kopenhaską zazwyczaj rozumie się pogląd, iż każdy obiekt kwantowy opisany jest przez jego funkcję falową będącą funkcją matematyczną wykorzystywaną do określenia prawdopodo­bieństwa wystąpienia tego obiektu w dowolnej lokacji, w której doko­nuje się pomiarów.

Każdy pomiar wywołuje zmianę stanu materii z fali prawdopodo­bieństwa do prawdziwej cząstki. Zmiana ta nazywana jest załama­niem funkcji falowej. Mówiąc prościej, jest to zredukowanie wszystkich możliwości fali do jednego tymczasowego wyniku dotyczą­cego aspektu cząsteczki.

Niestety, ani matematyka kwantowa, ani interpretacja kopenhaska nie umie dać zadowalającego wytłumaczenia samego zjawiska załama­nia. Fizycy kwantowi nie potrafili jednak wyeliminować koncepcji ta­kiego załamania ze swoich teorii. Prawda jest taka, że do zrozumienia załamania potrzebna jest świadomość (von Neumann, 1955). Jeżeli po­dążymy tym tokiem myślenia, będzie to oznaczać, że bez świadomości nie ma załamania, cząsteczek materialnych ani materii.

Oto podstawy fizyki kwantowej. O jej zastosowaniu mówi fenomenalny profesor Amit Goswami w najnowszej książce Bóg jeszcze nie umarł .