100 de ani mai târziu, fizica cuantică rămâne un mister deplin

Aplicațiile sale au revoluționat viețile noastre, dar ceea ce descrie rămâne misterios: interpretarea teoriei cuantice încă îi divide pe fizicieni la o sută de ani de la formularea sa, potrivit unui sondaj publicat miercuri de revista Nature.

„Shut up and calculate!” („Taci și calculează!”): formula, celebră în domeniul fizicii cuantice, domeniu recompensat cu numeroase premii Nobel, ilustrează paradoxul cu care se confruntă acești cercetători, scrie agenția AFP, citată de boursorama.com.

Ecuațiile pe care le utilizează descriu remarcabil de bine comportamentul obiectelor la scară infinitezimală. Fără a înțelege însă fenomenele fizice care se ascund în spatele matematicii.

Totul a început la începutul secolului al XX-lea, când oamenii de știință au constatat că principiile clasice ale fizicii nu se aplicau la nivel atomic.

Fotoni sau electroni se comportă atât ca particule, cât și ca unde și pot avea simultan mai multe poziții, viteze sau niveluri de energie.

În 1925, austriacul Erwin Schrödinger și germanul Werner Heisenberg au elaborat în paralel un set de instrumente matematice complexe care descriu un sistem cuantic și evoluția acestuia prin probabilități. Această „funcție de undă” permite predicția rezultatelor măsurătorilor efectuate asupra unei particule.

Lasere, lămpi LED, tranzistoare din telefoanele noastre mobile… viața noastră de zi cu zi este plină de invenții care se bazează pe aceste calcule.

Dar ce se întâmplă cu adevărat în lumea infinit de mică?

În timp ce cei mai eminenți fizicieni se reuniseră pe insula Heligoland (Germania), unde Heisenberg a scris ecuațiile sale fundamentale acum o sută de ani, revista Nature a pus această întrebare unui număr de 1.100 de specialiști în particule.

La finalul acestui amplu sondaj, s-a constatat „o lipsă izbitoare de consens” cu privire la ceea ce teoria cuantică „spune cu adevărat despre realitate”.

Universuri multiple

O treime (36%) dintre fizicienii chestionați preferă „interpretarea de la Copenhaga”, viziunea larg predată.

În lumea clasică, orice obiect are proprietăți (viteză, poziție…) cu valori bine definite, care pot fi observate sau nu. Nu este cazul în lumea cuantică, conform acestei concepții dezvoltate în anii 1920 de Heisenberg și danezul Niels Bohr.

Numai atunci când un observator interacționează cu acest obiect pentru a-l măsura, acesta „alege” o stare determinată dintre toate stările posibile descrise de funcția de undă. Se spune că aceasta „colapsează”.

Este „cea mai simplă interpretare pe care o avem”, rezumă Décio Krause de la Universitatea Federală din Rio de Janeiro în ancheta realizată de Nature. În ciuda problemelor sale – nu explică de ce măsura are un astfel de efect, printre altele –, alternativele „prezintă alte probleme care, în opinia mea, sunt mai grave”.

Alte abordări sunt însă susținute de un număr semnificativ de cercetători. De exemplu, cea a lumilor multiple (15%), conform căreia funcția de undă nu colapsează, ci se ramifică în tot atâtea universuri câte rezultate posibile.

Când un observator efectuează o măsurătoare, obține un rezultat într-o lume dată. Ceea ce presupune existența unor universuri paralele care nu pot comunica între ele.

„Acest lucru necesită o reajustare radicală a intuițiilor noastre despre lume, dar pentru mine, este exact ceea ce ar trebui să ne așteptăm de la o teorie fundamentală a realității”, declară în sondaj Sean Carroll de la Universitatea americană Johns Hopkins.

Există o graniță între lumile cuantice și macroscopice, unde legile fizicii s-ar schimba brusc? Comunitatea științifică este și aici divizată, 45% dintre fizicienii chestionați răspunzând „da” și la fel de mulți „nu”.

În final, doar 24% se declară încrezători că interpretarea lor preferată este corectă. Iar 75% cred că aceasta va fi înlocuită într-o zi de o teorie mai completă.

Între timp, miile de cercetători din întreaga lume care lucrează în domeniul computerelor cuantice sau al criptografiei cuantice vor continua să aplice deviza: „taci și calculează!”.