„De la date la cuante” apără viziunea lui Niels Bohr asupra mecanicii cuantice

Coperta cărții

De la date la cuante
Slobodan Perović
Univ. din Chicago, $45

Încă de când Max Planck a introdus în lume ideea de cuantic, fizicienii s-au certat dacă realitatea seamănă mai mult cu nisipul sau cu apa.

Faimoasa descoperire a lui Planck din 1900, conform căreia energia este granulară – cel puțin atunci când este absorbită sau emisă – l-a determinat pe acesta să eticheteze acele cele mai mici bucăți de boabe de energie drept „cuante”. Dar el credea că, odată emise, ca în cazul luminii dintr-un foc, aceste granule se contopesc în unde netede și continue, așa cum apa pare un lichid neted pentru percepția umană. Einstein, pe de altă parte, a insistat asupra faptului că cuantele de lumină călătoreau singure prin spațiu, comportându-se ca niște particule numite ulterior fotoni.

Până la mijlocul anilor 1920, atât viziunea ondulatorie, cât și cea particulară asupra luminii au câștigat sprijin experimental, cu paradoxul suplimentar că electronii – presupuse particule – se puteau deghiza uneori în unde.

În această arenă a controversei a intrat celebrul fizician danez Niels Bohr, pionierul explorării arhitecturii atomului. Bohr a anunțat că rezolvarea paradoxului undă-particulă necesita o nouă viziune asupra realității, în care ambele noțiuni aveau un rol comun în explicarea fenomenelor experimentale. În experimentele concepute pentru a observa undele, undele pe care le găseai, fie ele electroni sau lumină. În experimentele concepute pentru a detecta particule, ai vedea particule. Dar în niciun experiment nu le puteai demonstra pe amândouă în același timp. Bohr a numit acest punct de vedere principiul complementarității, iar acesta a ghidat cu succes urmărirea mecanicii cuantice în deceniile următoare.

Mai recent, după cum relatează filosoful Slobodan Perović în De la date la cuante, succesul lui Bohr a fost pus la îndoială de unii fizicieni și filosofi și chiar de scriitori de popularizare a științei (SN: 1/19/19, p. 26). Complementaritatea a fost ridiculizată ca o aplicație incoerentă a unei filosofii vagi, exprimată într-un limbaj de neînțeles. Dar, după cum arată investigațiile lui Perović, astfel de critici sunt rareori înrădăcinate în vreo înțelegere profundă a metodelor lui Bohr. Mai degrabă decât ca filosofia lui Bohr să îi contamineze știința, susține Perović, prejudecățile filosofice ale oponenților săi sunt cele care au dus la afirmații eronate, neînțelegeri și reprezentări greșite ale fizicii lui Bohr. Iar Bohr nu poate fi înțeles prin încercarea de a-i înțelege filosofia, afirmă Perović, pentru că nu filosofia l-a ghidat – ci experimentele.

De fapt, dorința lui Bohr de a înțelege paradoxul undă-particulă a fost alimentată de un devotament profund pentru înțelegerea dovezilor experimentale în totalitatea lor. A fost aceeași abordare pe care tânărul Bohr a adoptat-o atunci când a dezvoltat modelul său de atom în 1913 (SN: 7/13/13/13, p. 20). Diverse experimente au sugerat proprietăți ale atomului care păreau ireconciliabile. Dar Bohr a forjat aceste indicii experimentale într-o „ipoteză principală” care a produs o înțelegere complet nouă a atomului și a structurii sale.

Perović descrie modul în care procesul lui Bohr a început cu ipoteze de nivel inferior care proveneau din caracteristici date direct de experiment. Liniile spectrale – diferite culori specifice ale luminii emise de atomi – au condus la ipoteze de bază conform cărora un anumit proces vibrator, al atomului însuși sau al constituenților săi, producea radiații electromagnetice care prezentau modele precise. Ipotezele intermediare privind structura atomului nu au explicat însă aceste linii. Apoi, Ernest Rutherford, pe baza experimentelor din laboratorul său, a dedus că un atom este în mare parte spațiu gol. Acesta conținea un nucleu central dens și minuscul care îngloba cea mai mare parte a masei, în timp ce electronii ușori orbitau la distanță. Dar această ipoteză nu se potrivea cu modelele precise ale liniilor spectrale. Iar un astfel de atom ar fi fost instabil, persistând mai puțin de o milisecundă. Din toate aceste ipoteze disparate bazate pe experimente, Bohr a aplicat ideea cuantică a lui Planck pentru a construi o ipoteză principală. El a reconciliat liniile spectrale și atomul nuclear al lui Rutherford cu un nou model atomic, în care electronii mențineau stabilitatea atomului, dar săreau de pe o orbită pe alta, emițând în acest proces modele specifice de linii spectrale.

După cum demonstrează Perović, Bohr a urmat un curs similar pentru a ajunge la complementaritate. În timp ce numeroase experimente au arătat că lumina era o undă, la începutul anilor 1920 alte experimente au stabilit că razele X, lumină foarte energetică, se ciocneau cu electronii ca și cum ambele ar fi fost particule (momentul și energia se păstrau în ciocniri, exact așa cum cerea viziunea despre particule). Ipoteza principală a lui Bohr, complementaritatea, părea singura cale de urmat.

De-a lungul cărții, Perović relatează modul în care Bohr a fost interpretat greșit, opiniile sale au fost confundate în mod eronat cu cele ale altora (cum ar fi John von Neumann și Werner Heisenberg), iar filosofia sa a fost descrisă în mod incorect ca fiind antirealistă – sugerând că doar observațiile au adus realitatea la existență. Bohr nu a spus niciodată așa ceva și, de fapt, a avertizat împotriva folosirii unui limbaj atât de vag.

Relatarea lui Perović oferă un studiu amănunțit al altor investigații istorice privind activitatea lui Bohr și se bazează cu generozitate pe scrierile lui Bohr însuși. Este o prezentare nuanțată și pătrunzătoare a interacțiunii dintre experiment și teorie în procesul științific. Totuși, această carte nu este o lectură ușoară. Nu este locul în care să cauți explicații clare despre fizica cuantică și interpretarea lui Bohr în această privință. Perović optează pentru minuțiozitate savantă și raționamente atente, cu o înclinație pentru propoziții lungi. Dar, din nou, nici scrierile lui Bohr nu au fost o nimica toată. De fapt, o plângere majoră împotriva lui Bohr a fost exprimată de autori care spun că scrierile sale sunt foarte greu de înțeles. Este regretabil că atât de mulți par să creadă că, deoarece nu îl pot înțelege pe Bohr, înseamnă că acesta a greșit. Cartea lui Perović oferă un antidot util pentru această atitudine.


Cumpărați De la date la cuante de la Bookshop.org. Știință Nouă este un afiliat Bookshop.org și va câștiga un comision pentru achizițiile efectuate prin intermediul link-urilor din acest articol.