A física clássica, que existia antes da invenção da mecânica quântica, descreve a natureza em uma escala comum (macroscópica). A maioria das teorias da física clássica pode ser deduzida como aproximações operando nas escalas a que estamos acostumados. A física quântica (também é mecânica quântica) difere da ciência clássica em que a energia, momento, momento angular e outras quantidades de um sistema acoplado são limitadas a valores discretos (quantização). Os objetos têm características especiais tanto na forma de partículas quanto na forma de ondas (dualidade de partículas de onda). Também nesta ciência há limites para a precisão com que as quantidades podem ser medidas (princípio da incerteza).
Pode-se dizer que após o surgimento da física quântica nas ciências exatas, ocorreu uma espécie de revolução, que possibilitou reconsiderar e analisar todas as velhas leis que antes eram consideradas verdades indiscutíveis. Isso é bom ou ruim? Talvez uma coisa boa, porque a verdadeira ciência nunca deve ficar parada.
No entanto, a "revolução quântica" tornou-seuma espécie de golpe para os físicos da velha escola, que tiveram que se conformar com o fato de que aquilo em que antes acreditavam era apenas um conjunto de teorias errôneas e arcaicas que precisavam de urgente revisão e adaptação à nova realidade. A maioria dos físicos aceitou com entusiasmo essas novas ideias sobre uma ciência bem conhecida, contribuindo para seu estudo, desenvolvimento e implementação. Hoje, a física quântica define a dinâmica de toda a ciência como um todo. É graças a ela que surgiram projetos experimentais de ponta (como o Grande Colisor de Hádrons).
Abertura
O que pode ser dito sobre os fundamentos da física quântica? Gradualmente emergiu de várias teorias destinadas a explicar fenômenos que não podiam ser conciliados com a física clássica, como a solução de Max Planck em 1900 e sua abordagem ao problema da radiação de muitos problemas científicos, e a correspondência entre energia e frequência em um artigo de 1905 por Albert Einstein, que explicou os efeitos fotoelétricos. A teoria inicial da física quântica foi completamente revisada em meados da década de 1920 por Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born e outros. A teoria moderna é formulada em vários conceitos matemáticos especialmente desenvolvidos. Em um deles, a função aritmética (ou função de onda) nos dá informações abrangentes sobre a amplitude da probabilidade de localização do impulso.
Fundamentos da física quântica para leigos
Estudo científico da ondaA essência da luz começou há mais de 200 anos, quando os grandes e reconhecidos cientistas da época propuseram, desenvolveram e comprovaram a teoria da luz com base em suas próprias observações experimentais. Eles chamavam de onda.
Em 1803, o famoso cientista inglês Thomas Young realizou seu famoso experimento duplo, como resultado do qual ele escreveu o famoso trabalho "Sobre a natureza da luz e da cor", que desempenhou um papel importante na formação das idéias modernas sobre esses fenômenos familiares. Este experimento desempenhou um papel importante na aceitação geral desta teoria.
Tais experimentos são frequentemente descritos em vários livros, por exemplo, "Fundamentos da Física Quântica para Leigos". Experimentos modernos com aceleração de partículas elementares, por exemplo, a busca do bóson de Higgs no Grande Colisor de Hádrons (LHC abreviado) é realizada precisamente para encontrar confirmação prática de muitas teorias quânticas puramente teóricas.
Histórico
Em 1838, Michael Faraday, para o deleite do mundo inteiro, descobriu os raios catódicos. Esses estudos sensacionais foram seguidos pela afirmação sobre o problema da radiação, o chamado "corpo negro" (1859), feita por Gustav Kirchhoff, bem como a famosa suposição de Ludwig Boltzmann de que os estados de energia de qualquer sistema físico também podem ser discreto (1877).). Mais tarde, surgiu a hipótese quântica desenvolvida por Max Planck (1900). É considerado um dos fundamentos da física quântica. A ousada hipótese de Planck de que a energia pode ser emitida e absorvida em "quanta" discretos(ou pacotes de energia), corresponde exatamente aos padrões observados de radiação de corpo negro.
O mundialmente famoso Albert Einstein fez uma grande contribuição para a física quântica. Impressionado com as teorias quânticas, ele desenvolveu a sua própria. A teoria geral da relatividade - é assim que se chama. As descobertas da física quântica também influenciaram o desenvolvimento da teoria da relatividade especial. Muitos cientistas na primeira metade do século passado começaram a estudar essa ciência por sugestão de Einstein. Ela estava na vanguarda naquela época, todos gostavam dela, todos estavam interessados nela. Não admira, porque ela fechou tantos "buracos" na ciência física clássica (no entanto, ela também criou novos), ofereceu uma justificativa científica para viagens no tempo, telecinese, telepatia e mundos paralelos.
O papel do observador
Qualquer evento ou estado depende diretamente do observador. Normalmente, é assim que os fundamentos da física quântica são brevemente explicados para pessoas que estão longe das ciências exatas. No entanto, a realidade é muito mais complicada.
Isso se encaixa perfeitamente com muitas tradições ocultistas e religiosas que insistem há séculos na capacidade das pessoas de influenciar os eventos ao seu redor. De certa forma, essa também é a base para uma explicação científica da percepção extra-sensorial, pois agora a afirmação de que uma pessoa (observador) é capaz de influenciar eventos físicos com o poder do pensamento não parece absurda.
Cada autoestado de um evento ou objeto observado corresponde aautovetor do observador. Se o espectro do operador (observador) for discreto, o objeto observado só pode atingir autovalores discretos. Ou seja, o objeto de observação, assim como suas características, é completamente determinado por esse mesmo operador.
Fundamentos da física quântica em palavras complexas
Ao contrário da mecânica clássica convencional (ou física), não se pode fazer previsões simultâneas de variáveis conjugadas como posição e momento. Por exemplo, os elétrons podem (com certa probabilidade) estar localizados aproximadamente em uma certa região do espaço, mas sua posição matemática exata é desconhecida.
Contornos de densidade de probabilidade constante, muitas vezes referidos como "nuvens", podem ser desenhados ao redor do núcleo de um átomo para conceituar onde é mais provável que um elétron esteja localizado. O Princípio da Incerteza de Heisenberg prova a incapacidade de localizar com precisão uma partícula dado seu momento conjugado. Alguns modelos nesta teoria têm um caráter computacional puramente abstrato e não implicam valor aplicado. No entanto, eles são frequentemente usados para calcular interações complexas no nível de partículas subatômicas e outras questões sutis. Além disso, esse ramo da física permitiu que os cientistas assumissem a possibilidade da existência real de muitos mundos. Talvez possamos vê-los em breve.
Funções de onda
As leis da física quântica são muito volumosas e variadas. Eles se cruzam comconceito de funções de onda. Algumas funções de onda especiais criam uma dispersão de probabilidades que é inerentemente constante ou independente do tempo, por exemplo, quando em um estado estacionário de energia, o tempo parece desaparecer em relação à função de onda. Este é um dos efeitos da física quântica, que é fundamental para ela. O curioso é que o fenômeno do tempo foi radicalmente revisto nessa ciência incomum.
Teoria da Perturbação
No entanto, existem várias maneiras confiáveis de desenvolver as soluções necessárias para trabalhar com fórmulas e teorias em física quântica. Um desses métodos, comumente conhecido como "teoria da perturbação", usa um resultado analítico para um modelo de mecânica quântica elementar. Ele foi criado para trazer resultados de experimentos para desenvolver um modelo ainda mais complexo que esteja relacionado a um modelo mais simples. É assim que a recursão fica.
Esta abordagem é especialmente importante na teoria do caos quântico, que é extremamente popular para interpretar vários eventos na realidade microscópica.
Regras e leis
As regras da mecânica quântica são fundamentais. Eles afirmam que o espaço de implantação de um sistema é absolutamente fundamental (ele tem um produto escalar). Outra afirmação é que os efeitos observados por esse sistema são ao mesmo tempo operadores peculiares que afetam vetores nesse mesmo meio. No entanto, eles não nos dizem qual espaço de Hilbert ou quais operadores existem emeste momento. Eles podem ser escolhidos apropriadamente para fornecer uma descrição quantitativa de um sistema quântico.
Significado e impacto
Desde o início desta ciência incomum, muitos aspectos anti-intuitivos e resultados do estudo da mecânica quântica provocaram altos debates filosóficos e muitas interpretações. Mesmo questões fundamentais, como as regras para calcular várias amplitudes e distribuições de probabilidade, merecem o respeito do público e de muitos cientistas importantes.
Richard Feynman, por exemplo, uma vez comentou com tristeza que não tinha certeza se algum dos cientistas entendia a mecânica quântica. De acordo com Steven Weinberg, no momento não há uma interpretação da mecânica quântica que sirva para todos. Isso sugere que os cientistas criaram um "monstro", para entender e explicar completamente a existência da qual eles próprios não conseguem. No entanto, isso não prejudica de forma alguma a relevância e popularidade dessa ciência, mas atrai jovens profissionais que desejam resolver problemas realmente complexos e incompreensíveis.
Além disso, a mecânica quântica forçou uma revisão completa das leis físicas objetivas do Universo, o que é uma boa notícia.
interpretação de Copenhague
De acordo com essa interpretação, a definição padrão de causalidade que conhecemos da física clássica não é mais necessária. De acordo com as teorias quânticas, a causalidade no sentido usual para nós não existe. Todos os fenômenos físicos neles são explicados do ponto de vista da interação dos menores elementos elementares.partículas no nível subatômico. Esta área, apesar da aparente improbabilidade, é extremamente promissora.
Psicologia quântica
O que pode ser dito sobre a relação entre a física quântica e a consciência humana? Isso está lindamente escrito em um livro escrito por Robert Anton Wilson em 1990 chamado Quantum Psychology.
De acordo com a teoria apresentada no livro, todos os processos que ocorrem em nosso cérebro são devidos às leis descritas neste artigo. Ou seja, trata-se de uma espécie de tentativa de adaptar a teoria da física quântica à psicologia. Essa teoria é considerada paracientífica e não é reconhecida pela comunidade acadêmica.
O livro de Wilson é notável pelo fato de ele fornecer nele um conjunto de várias técnicas e práticas que mais ou menos comprovam sua hipótese. De uma forma ou de outra, o leitor deve decidir por si mesmo se acredita ou não na viabilidade de tais tentativas de aplicar modelos matemáticos e físicos às humanidades.
O livro de Wilson foi visto por alguns como uma tentativa de justificar o pensamento místico e vinculá-lo a novas formulações físicas cientificamente comprovadas. Este trabalho altamente não trivial e impressionante tem sido procurado por mais de 100 anos. O livro é publicado, traduzido e lido em todo o mundo. Quem sabe, talvez com o desenvolvimento da mecânica quântica, a atitude da comunidade científica em relação à psicologia quântica também mude.
Conclusão
Graças a essa teoria notável, que logo se tornou uma ciência separada, pudemos explorar o meio ambienterealidade no nível das partículas subatômicas. Este é o menor nível possível, completamente inacessível à nossa percepção. O que os físicos sabiam anteriormente sobre o nosso mundo precisa de uma revisão urgente. Absolutamente todos concordam com isso. Tornou-se óbvio que diferentes partículas podem interagir umas com as outras a distâncias completamente impensáveis, que só podemos medir por fórmulas matemáticas complexas.
Além disso, a mecânica quântica (e a física quântica) provou a possibilidade de muitas realidades paralelas, viagens no tempo e outras coisas que ao longo da história foram consideradas apenas coisas de ficção científica. Esta é, sem dúvida, uma grande contribuição não só para a ciência, mas também para o futuro da humanidade.
Para os amantes da imagem científica do mundo, essa ciência pode ser tanto amiga quanto inimiga. O fato é que a teoria quântica abre amplas oportunidades para várias especulações sobre um tema paracientífico, como já foi demonstrado no exemplo de uma das teorias psicológicas alternativas. Alguns ocultistas modernos, esoteristas e defensores de movimentos religiosos e espirituais alternativos (na maioria das vezes psicocultos) recorrem às construções teóricas dessa ciência para fundamentar a racionalidade e a verdade de suas teorias, crenças e práticas místicas.
Este é um caso inédito, quando simples conjecturas de teóricos e fórmulas matemáticas abstratas levaram a uma verdadeira revolução científica e criaram uma nova ciência que riscava tudo o que se conhecia antes. Em algunsgrau, a física quântica refutou as leis da lógica aristotélica, pois mostrou que ao escolher "ou-ou" há mais uma (e talvez várias) alternativas.
