Cum s-a impus cuantica asupra fizicii - partea intai
CUM S-A IMPUS CUANTICA ASUPRA FIZICII
A fost un act de disperare. Max Planck
[[{"type":"media", "view_mode":"media_large", "fid":"270", "attributes":{"class":"media-image size-thumbnail wp-image-569 alignright", "typeof":"foaf:Image", "style":"float: left; margin-right: 10px;", "width":"150", "height":"112", "alt":"fizica cuantica"}}]]Cursurile de fizica sunt rareori prezentate istoric. Exceptie face cursul introductiv in mecanica cuantica. Pentru ca studentii sa vada de ce acceptam o teorie care contravine atat de violent bunului-simt, ei trebuie sa vada cum au fost scosi fizicienii din starea de complacere a secolului al nouasprezecelea de catre faptele brute observate in laboratoare.
Revolutionarul sovaielnic
In ultima saptamana a secolului nouasprezece, Max Planck a sugerat ceva extraordinar: legile cele mai fundamentale ale fizicii erau incalcate. Acesta a fost primul indiciu al revolutiei cuantice, care spunea ca viziunea despre lumea pe care acum o numim “clasica” trebuia abandonata.
Max Planck, fiu al unui distins profesor de drept, era atent, corect si rezervat. Purta haine negre si camasi apretate scortos. Crescut in stricta traditie prusaca, Planck respecta autoritatea, atat in societate, cat si in stiinta. Nu numai ca oamenii ar trebui sa respecte legile cu strictete, dar la fel ar trebui sa fie cazul si cu materia fizica. Nu prea era genul obisnuit de revolutionar.
In 1875, cand tanarul Max Planck si-a anuntat interesul pentru fizica, seful catedrei sale de fizica a sugerat ca ar trebui sa se ocupe sa studieze ceva mai incitant. Din cate spunea el, fizica era aproape incheiata: “Toate descoperirile importante s-au facut deja.” Neabatut, Planck si-a terminat studiile de fizica si s-a retras vreme de ani de zile, ca Privatdozent, profesor ucenic, primind doar micile onorarii platite de studentii care participau la prelegerile lui.
Planck a ales sa lucreze in cel mai legitim dintre domeniile fizicii – termodinamica, studiul caldurii si interactiunea acesteia cu alte forme de energie. Munca sa solida, dar deloc spectaculoasa, i-a adus in cele din urma, o catedra de profesor. Se spune ca a fost de ajutor si influenta tatalui sau.
Un fenomen neexplict sacaitor din termodinamica era radiatia termica: spectrul, culorile luminii emanate de corpurile fierbinti. (Problema era una dintre cei doi “nori” ai lui Kelvin). Planck s-a hotarat sa il descalceasca.
Mai intai analizam aspectele explicabile, apoi problema. Faptul ca un vatrai trebuie sa dogoreasca pare evident. La schimbrea secolului, desi natura atomilor, ba chiar existenta atomilor era neclara, tocmai se descoperisera electronii. Se presupune ca aceste mici particule incarcate se zgaltaie intr-un corp fierbinte, ca umare emitand radiatii electromagnetice. Pentru ca aceste radiatii erau aceleasi, indiferent de materialul de la care proveneau, parea important de inteles aceasta lumina radiata, ca fiind un aspect fundamental al Naturii.
Radiatia observata parea rezonabila. Pe masura ce o bucata de fier devine tot mai fierbinte, electronii ei tremura si mai tare si, probabil, la o viteza mai mare, adica la o frecventa superioara. Ca urmare, cu cat este mai fierbinte metalul, cu atat mai stralucitoare este incandescenta si cu atat ea are o frecventa mai ridicata. Pe masura ce devine si mai fierbinte, culoarea sa trece de la infrarosul invizibil, la un rosu vizibil, la portocaliu, iar in cele din urma metalul devine alb incandescent, lumina emisa acoperind intregul spectru de frecvente vizibile.
Cum ochii nostri nu pot sa vada frecvente peste violet, obiectele super-fierbinti, care in majoritate emit in gama ultraviolet, vor aparea albastrui. practic, materialele de pe Pamant se evapora inainte de a ajunge suficient de fierbinti, incat sa aiba o incandescenta albastra, dar putem sa ne uitam in sus si sa vedem stele fierbinti care sunt albastre. Chiar si obiectele reci stralucesc “cu incandescenta”, desi mai slab si la frecvente scazute. Daca va puneti palma langa obraz, veti simti caldura de la lumina infrarosie pe care o emite palma voastra. Cerul straluceste peste noi cu radiatii invizibile de microunde, ramase de la strafulgerarea Big Bangului.
Un obiect mai fierbinte decat Soarele emite mai multa lumina de la toate frecventele, iar intensitatea sa maxima este la o frecventa superioara. Dar intensitatea scade intotdeauna la frecvente foarte inalte.
[…] Dar la frecvente superioare, fizica clasica nu numai ca dadea un raspuns gresit – ba chiar, dadea un raspuns ridicol: ea prevedea o intensitate luminoasa care creste la infinit, la frecvente dincolo de ultraviolet.
Daca acest lucru ar fi fost adevarat, atunci orice obiect si-ar pierde instantaneu caldura, radiind un impuls de energie la frecvente superioare ultravioletului. Aceasta deductie jenanta a fost ridiculizata ca fiind “catastrofa ultraviolet”. Dar nimeni nu putea sa spuna unde a dat gres rationamentul aparent solid care o generase.
Max Planck s-a luptat ani de zile sa obtina o formula care sa se potriveasca datelor experimentale. Frustrat, a decis sa ia problema de la coada la cap. Mai intai, avea sa incerce sa ghiceasca o formula care sa corespunda cu datele, dupa care, avand acest indiciu, sa incerce sa elaboreze teoria potrivita. Intr-o singura seara, studiind datele pe care le primise de la altii, a gasit o formula destul de simpla, care functiona corect.
Enigma cuantica - Bruce Rosenblum, Fred Kuttner
Continuarea maine,
De la Diana Ciubotaru - psihologul din Iasi
