РАСПИЊАЊЕ МУДРОСТИ

НЕДОКУЧИВИ ЕЛЕКТРОН

Путујући око језгра (Кристијан Енгвол)

Путујући око језгра (Кристијан Енгвол)

Од двадесетих година прошлог века до данас, једном када су научници закључили да електрон не може да емитује енергију јер нема одакле да је користи, нису се више враћали на то, јер се сматра да је у вези с тим све већ решено. Шта је Демокрит пре 2400 година радио без икакве технологије и формалног научног метода стицања нових знања да би дошао до закључака о атомима?

Дејан Ковачевић

Дејан Ковачевић

Од грчких филозофа до данас, питање постојања, теоретског постулисања и експерименталне валидације понашања констутивних делова реалности природе доминира у историји филозофске и научне мисли. Демокрит је 400 година пре нове ере сматрао да је природа саздана од најмањих, елементарних честица које су недељиве и назвао их је атомима, по грчкој речи атомос која значи недељив.

Атомско језгро и електрон који би пао у језгро у случају да се употребљавају Њутнови закони

Атомско језгро и електрон који би пао у језгро у случају да се употребљавају Њутнови закони

У времену када се успостављао модел атома закључком да електрони круже око атомског језгра па надаље, велики проблем је представљало кружно кретање електрона око језгра атома. Наиме, ако би се такав модел поставио на класичан Њутнов (Исак) начин, електрон би неминовно губио енергију и морао би да падне у атомско језгро.

Такав модел био би одржив само у случају да се додаје енергија електрону који кружи око језгра атома. Међутим, електрон сам по себи не може да генерише енергију ни из чега да би се одржавао на таквој путањи, па је таква хипотеза природно одбачена. Самим тим створена је конфузија и, до неке мере, неповерење у употребљивост Њутнових закона на свим нивоима грануларности природе. Стога су била потребна решења која би објаснила природу онакву каква она јесте, а то је да електрон заиста кружи око језгра али и да енергија не може да се генерише ни из чега.

Електронова путања кретања је по
Брољи–Бомовом моделу јасно
дефинисана, и електрон има егзактну
позицију у простору и времену.

Луј де Брољи је 1924. године поставио постулат да електрон у исто време има таласну и честицну природу, што је експериментално потврђено 1927. Ервин Шредингер је на основу честично-таласне природе електрона креирао нови модел 1925. који је објављен следеће године. Тако је настала Шредингерова једначина, представљајући кључну математичку формулацију изузетно успешне и широко признате и примењене квантне механике.

Дејвид Бом

Дејвид Бом

Док је Шредингер радио на квантној механици, Луј де Брољи је наставио свој рад и 1927. године је објавио свој модел који је назвао приступ с „два решења”. Касније је исту теорију надоградио Дејвид Бом 1952. Године, на основу чега је његова теорија названа Бомова механика или Брољи-Бомова пилот-таласна теорија.

Де Брољијева теорија и Бомова механика се заснивају на томе да цео систем интеракција на квантном нивоу није моделиран само једном таласном функцијом као у случају Шредингерове једначине. Они су својим теоријама установили такав модел да једна таласна функција моделира таласе, а да друга функција објашњава честицу као електрон која има интеракцију са таласима око себе. Као резултат интеракције таласа и електрона, електронова путања кретања је таквом интеракцијом по Брољи–Бомовом моделу јасно дефинисана, и електрон има егзактну позицију у простору и времену.

По Брољи–Бомовом моделу, таласи гурају електрон, слично лопти на површини мора на коју утичу таласи воде. Таква интерпретација има потпору у Њутновој механици. Међутим, по том моделу није постојало јасно објашњење шта у ствари представља тај талас, осим електрона, и какво је уопште порекло и извор таквог таласа, односно такозваног квантног потенцијала.

Илустрација квантног потенцијала на основу Бомове механике у контексту

Илустрација квантног потенцијала на основу Бомове механике у контексту

Пошто нико није знао одговоре на та питања, а Шредигнеров модел је тачно објашњавао како ће систем да се понаша, Де Брољијев модел је одбачен и усвојен је Шредингеров модел који даје тачне резултате на основу вероватноћа исхода понашања целог система, не улазећи у детаље функционисања на финијем нивоу просторне грануларности. Такође, без објашњења одакле енергија електрону да се одржава на енергетским нивоима око атомског језгра, усвојен је Де Брољијев таласни модел, што је било задовољавајуће.

Незадовољни Ајнштајн

Услед многих међусобно различитих тумачења, научници су дискутовали и размењивали своја мишљења на бројним конференцијама. Након дугих и исцрпљујућих дискусија и дописки, установљена је интерпретација квантне механике, названа копенхагенска интерпретација, која је и данас на снази. Закључци нису били задовољавајући за све услед врло неинтуитивних објашњења и, на одређени начин, оспоравањем универзалне применљивости Њутнових закона који су сматрани непримењљивим у квантној механици. Осим тога, Брољи-Бомова теорија је маргинализована и деценијама је остала у сенци и ван универзитетских програма до дан данас. Тек недавно је почела да привлачи више пажње.

Aлберт Ајнштајн био је дубоко незадовољан копенхагенском интерпретацијом, не налазећи у томе икаквог интуитивног смисла. Имао је бројне дебате с Нилс

Нилс Бор и Алберт Ајнштајн дискутутују квантну механику

Нилс Бор и Алберт Ајнштајн дискутутују квантну механику

ом Бором, током којих је свако од њих двојице покушавао да илуструје сценарио или мишљење са циљем указивања нелогичности код саговорника.

У једној од таквих прилика Ајнштајн, незадовољан интерпретацијом која физичке процесе и законе описане у квантној механици заснива на случајностима којима се не зна повод, рекао је Бору да Бог не баца коцкице за јамб да би тиме руководио судбину Универзума, на шта му је оавј одговорио: „А ко си ти да кажес Богу шта да ради?” Та дискусија јако добро илуструје дубину подела у мишљењима и одсуству интуиције у физици која објашњава квантни свет, што је остало до данашњег дана. У дугом низу од готово сто година проблеми нису решени.

Из тог разлога и немајући начина да се
ствари другачије реше математички, честице
које преносе силу проглашене су виртуелним.

Један од најчувенијих и најзаслузнијих физичара модерног доба, Ричард Фејнман, рекао је да сматра да сигурно може да каже да нико заиста не разуме квантну механику, мислећи при том и на себе. Из разлога одсуства интуитивног разумевања, професори универзитета широм света предају студентима квантну механику напомињући да студенти и не покушавају да је суштински разумеју, јер у томе неће бити успешни.

Квантна механика се данас објашњава као поуздан математички алат који одговара експериментално потврђеним резултатима. На тај начин су многе генерације обучене како да користе квантну механику као алат, без потребе да се улазе у дубље интуитивне анализе јер оне немају смисла, преусмеравајући жар жеље за откривањем нових сазнања на другу страну.

Ричард Фејнман је, између осталог, познат по томе што је успоставио широко примењену графичку репрезентацију интеракција субатомских честица, које се називају Фејнманови дијаграми. Проблем одржања енергије се и у том контексту наметао, што је дотични нобеловац у својој графичкој репрезентацији морао да реши.

Маргинализовани Њутн

Физика је доспела дотле да су установљене теорије квантне механике, специјалне и генералне релативности такве да свака за себе јако успешно моделира део процеса у природи, али су све одступиле од коришћења Њутнове механике, због чега је она у доброј мери маргинализована. Иако су поменуте теорије доказане, до сада није нађен начин да се примене у заједничком контексту јединствене теорије која их успешно обједињава.

Свакодневно смо сведоци реалности да наш Универзум, заједно са квантним светом који га сачињава постоји, без обзира на границе по којима се теорије што га описују међусобно разграничавају. Обједињење теорија на макроскопском и квантном нивоу остаје до сада највећа нерешена мистерија науке.

Да ли би идејни творци модела атома
и квантне механике пре сто година
узели у обзир постојање Хигсовог
поља да су знали да оно постоји као
потенцијални извор енергије?

Од двадесетих година прошлог века до данас, једном када су научници закључили да електрон не може да емитује енергију јер нема одакле да је користи, нису се више враћали на то, јер се сматра да је у вези с тим све већ решено. Готово сто година након бурних расправа које су кулминирале успостављањем квантне механике, данас се питамо да ли себи можемо допустити интелектуалну слободу преиспитивања историјски постављаних питања у контексту најновијих научних сазнања, у време постављања питања недоступних?

Илустрација интеракције масивне честице са Хигсовим пољем

Илустрација интеракције масивне честице са Хигсовим пољем

Четвртог јула 2012. године објављено је да су АТЛАС и ЦМС експерименти у ЦЕРН-у независно потврдили постојање честице са масом близу 126 ГеВ (гига електронволти), што је у потпуности конзистентно са очекивањима везаним за такозвани Хигсов бозон. Такав експериментални резултат је од изузетног значаја, јер потврђује постојање енергетског Хигсовог поља што прожима цео простор Универзума, за које се није ни претпостављало да постоји у годинама када се успостављао теоретски модел атома.

Зато се, можда, с правом можемо упитати. Да ли би идејни творци модела атома и квантне механике пре сто година узели у обзир постојање Хигсовог поља да су знали да оно постоји као потенцијални извор енергије, који би електрон могао да користи, да би решили нека од отворених питања у квантној механици? Садашње стање ствари и разумевање нам можда пружа нову шансу да преиспитамо погледе на реалност природе, који укључују постојање Хигсовог поља, и да преиспитамо неке од претпоставки и изведених закључака направљених у одсуству овог сазнања пре сто година. Уколико би такво преиспитивање дало нове одговоре, они би могли да се покажу као кључни за напредак разумевања природе и њеног математичког моделирања законима физике, који нас могу довести корак ближе разумевању обједињавања законе физике, укључујући генаралну релативност и квантну механику.

У погледу на прошлост намеће се питање: Шта је Демокрит пре 2400 година радио без икакве технологије и формалног научног метода стицања нових знања да би дошао до закључака о атомима? Демокрит је засигурно користио своју имагинацију и следио нит мисли подржаних логиком. Да ли ми данас можемо дозволити себи да учинимо исто, почевши од огромног знања коме свако од нас има приступ у целости, било када и било где, и да експериментално докажемо нове хипотезе које би индуктивном методом, имагинацијом и логичком мисли успоставили?

Једно је сигурно, као и у прошлости, пре или касније, природа ће наћи начина да се испољи онаквом каква заиста јесте, укључујући нова сазнања о себи самој кроз нас, као њеном саставном и неодвојивом делу.

О аутору

Станко Стојиљковић

Оставите коментар