Concepció quàntica

A finals del segle XIX i inicis del segle XX es van dur a terme grans canvis en el món de la física general. Aquells models i teories postulats pel brillant Newton i demostrats a continuació van suposar l’establiment consensuat per tot científic del que actualment s’anomena mecànica clàssica.

Tanmateix, els nous descobriments i el fet que aquests models no expliquessin el que impensables experiments llavors concloïen, van obligar a la substitució d’aquesta mentalitat per una de nova: la concepció quàntica de la ciència.

Sense fer una incidència especial en la història d’aquesta transició, m’agradaria recalcar-ne un seguit d’experiments que alertaven els errors d’aquelles partícules vistes com pilotetes minúscules i exigien aquesta nova mecànica.

En primer lloc, l’experiment de Young o la doble escletxa. Aquest experiment, en termes generals consta de diverses fases. En un inici, prenguem un dispositiu que ens permet llençar partícules a una pantalla sensible a les col·lisions amb aquesta. Si deixem que en dispari un centenar, o milers, o milions, observarem un centre molt més dens rodejat de zones menys impactades. Tot lògic.

Si a continuació, col·loquem una altre pantalla entre la pantalla i el dispositiu, la qual no permeti el pas de les partícules, que consti d’una sola escletxa vertical, i repetim l’experiència, el resultat serà la projecció d’aquesta a la pantalla final. Completament normal.

Com a 3r apartat de l’experiment, afegim-hi una nova escletxa a la pantalla entremig. Si continuem amb aquesta mentalitat, els resultats són obvis, trobarem dues escletxes projectades amb alguns impactes dispersats pels voltants. Aquesta serà la concepció clàssica de l’experiment, però no s’acompleix.

El resultat real de l’experiment és semblant al següent:

Un resultat completament antintuïtiu: un patró d’interferència.

Repetim de nou l’experiment, però fiquem uns sensors a les escletxes que permetin descobrir la posició de les partícules i si aquestes passen per una o per l’altra. Resultats? La projecció d’ambdues escletxes tot seguin la concepció clàssica.

Explicat l’experiment i arribat a aquest punt, podem començar a extreure’n algunes de les percepcions que distingeixen la concepció clàssica de la quàntica.

En primer lloc, l’explicació d’aquest fenomen es basa en la creació del patró d’interferències mostrat. Aquest és ocasionat per la col·lisió de dues ones que, en alguns punts s’anul·len mentre que, en altres, se sumen.

En aquest sentit, podem incidir en la particular concepció de les partícules elementals com a la dualitat ona-corpuscle. Un comportament que impossible segons una mentalitat clàssica.

Aquests canvis i la introducció de les ones com a possible explicació es va dur a terme en gran part pel famós Maxwell, el primer en apostar per aquesta transició

En segon lloc, i enllaçant amb el fet que la col·locació de sensors a les escletxes canvies totalment el resultat podem trobar una idea que senzillament no podia ésser concebuda clàssicament, la incertesa.

Si nosaltres tenim una partícula en un sistema físic aïllat i volem descobrir-ne la posició, la velocitat, el moment, i altres propietats, com ho podem saber?

Doncs, observant-la.

La qüestió, però, es troba que a l’observar la partícula estem interaccionant amb ella, estem emeten una quantitat d’energia, encara que sigui mínima, com un fotó, per a que després que hagi rebotat ens expliqui el comportament. I al tractar-se de partícules tan sensibles, fins i tot a les quantitats mínimes d’energia, aquestes no poden ésser definides, i en el cas que ho siguin i se’n sàpiga tot, en aquell moment ja no se’n sabrà res, perquè haurem alterat les seves propietats.

Aquest concepte va ser proposat en el principi d’incertesa de Heisenberg i es desmarca completament de la idea clàssica, on res interacciona només per ésser observat.

Un altre punt a tenir en compte consisteix a relacionar la mecànica quàntica amb un dels experiments científics mentals més famosos: el gat d’Schrödinger. Aquest, s’explica de la següent manera:

Disposem d’un gat, i el col·loquem en una caixa i el tanquem allí dins. Dins d’aquesta, hi trobem un sistema basat que, amb un 50-50% de probabilitat, alliberarà un gas mortal i silenciós que matarà el gat.

Nosaltres, l’experimentador, no podrem saber si el gat a sobreviscut fins el moment que obrim la caixa. És per això que, mentre aquesta estigui tancada, el gat estarà viu i mort alhora. Estarà superposant dos estats basant-se en una probabilitat.

Si intentem extrapolar aquests efectes a l’experiment de la doble escletxa, podem apreciar com les partícules presenten constantment una superposició d’estats, estan, alhora, en tota l’estància, i no és que se les obliga a interactuar que aquestes no defineixen el seu estat quàntic i es mostren tal i com els observem. És degut a això que, si col·loquem sensors a l’escletxa, tota la concepció quàntica explicada fins el moment és eliminada i només resta la concepció clàssica.

Finalment, com a últim punt de l’anàlisi d’aquest experiment, fiquem que nosaltres, experimentadors omnipotents, tenim un dispositiu capaç de tirar enrere els nostres experiments, rebobinar-los.

Què passaria si intentéssim rebobinar l’experiment? Només una petita fracció de les partícules disparades tornaria al seu inici, mentre que la quasi totalitat estaria indefinida.

No obstant, provem a eliminar la pantalla sensible als impactes. Què passaria llavors? Totes les partícules, sense excepció, estarien de nou esperant per a ser llençades, haurien tornat totes als seus estats quàntics inicials, fet impossible per a Newton.

D’una manera conceptual, i sense entrar en excessiu detall, aquest punt buscava recollir d’alguna manera o altra la necessitat de canvi i les diferències entre les concepcions. Amb l’explicació de fenòmens inconsistents, sense aparent lògica, explicats magníficament pels successors de Newton, pel substitut de la mecànica clàssica, per la concepció quàntica.