Niels Bohr-ova kvantna mehanika i filozofija fizike

Nekoliko naučnika učinilo je toliko uticaja na savremeni svijet kao Niels Bohr. Rezultat Borovog rada na strukturi atoma doveo je do svega od atomske dobi do lasera i kvantnih računara, a njegovo ime zasjenčili su njegovi kritičari.


Otac kvantne mehanike

Borov uvid u prevladavajući model atoma postavio je osnovu za većinu tehnoloških dostignuća XX vijeka. Pokazao je da oko svakog atomskog jezgra postoji nekoliko nivoa koncentričnih školjki napunjenih elektronima i pokazao da je promjena stanja atoma posljedica elektrona koji se kreću između nivoa dok se apsorbuje ili zrači energija.

Ova manipulacija ponašanjem predstavlja osnovu svega od lasera do nuklearne fisije. Sam po sebi, ovaj rad bio je impresivan, ali ono što je slijedilo ovo otkriće je ono što je Bora napravilo kao kontroverznu figuru.

Trebalo bi da sljedi da fizički objekti u prostoru, elektroni koji kruže jezgro treba da budu upravljani istim zakonima koji upravljaju orbitama planeta. To je upravo ono što Bohr nije vidio.

Ono što su on i njegova impresivna lista nasljednika kao što su Werner Heisenberg, Enrico Fermi i Pascual Jordan-vidjeli bila je potpuna nadogradnja klasičnog modela fizike koji je postojao od Newtona: elektroni koji bi mogli postojati na nekoliko mjesta odjednom koji mogu biti čestica u jednom trenutku i ponašati se kao talas, a dok se ne primjećuju ili mjere, čestice mogu biti istovremeno u bilo kom broju međusobno isključivih stanja. Za deset godina otkrivanja strukture atoma, Bohr i njegovi sljedbenici otkrili su čitav novi oblik fizike: kvantnu mehaniku.


Izazivanje klasičnog modela

Kada je Bohr prvi put objavio svoja otkrića 1913. godine, Albert Ajnštajn ih je nazvao “muzikalnost u sferi razmišljanja.” On bi kasnije rekao: “Ako je sve ovo istina, onda to znači kraj fizike”. i “onaj koji nije šokiran kvantnom teorijom ju ne razumije”.

Ajnštajn nije bio sam u svojoj rezervaciji. Borovi nasljednici i drugi fizičari koji rade na Borovom modelu predložili su zaista radikalne ideje. Heisenberg bi nastavio da pokaže da niste mogli posmatrati položaj čestice i istovremeno posmatrati njen moment. Takođe je predstavio obimnu “matričnu mehaniku” koja bi se mogla koristiti za izračunavanje svojstava čestica.

Erwin Schrodinger je predložio drugačiju teoriju da elektron nije čestica, već talasna funkcija koja se prostire kroz prostor. Pored sumnje mnogih u to vrijeme pokazalo se da su i Schrodinger i Heisenberg u pravu i da su njihove metode međusobno zamjenjive; a produženo je da je elektron istovremeno bio i čestica i talas.


Komplementarnost: Nova filozofija fizike

Jedan od Borovih kontroverznih i trajnih doprinosa raspravi bio je njegovo uvođenje koncepta komplementarnosti. Bohr je našao da ako biste trebali da mjerite jedan elektron sa jednim aparatom, predvidljivo bi se ponašao kao čestica. Napravite isto mjerenje sa drugim aparatom i odjednom se ponaša kao talas.

Takvi rezultati su doveli većinu fizičara skoro do ludila tražeći način rješenja ove kontradikcije, ali Bohr je predložio da je besmisleno pokušati. Bohr je rekao da se naše razumijevanje svjetlosti i drugih kvantnih pojava pomjerilo mjerenjem kao čestice ili talasom, ali pošto nije bilo moguće istovremeno ih mjeriti, posmatrač mora odlučiti kako ih posmatrati i prihvatiti da je time onemogućio drugačije posmatranje.

Još radikalnije, on je izjavio da paradoks nije rješen, jer fizika ne bi trebala biti stvar koja se proučava, već bi trebalo da bude o rezultatima eksperimenta i posmatranja. Na ovaj način Komplementarnost osporava većinu filozofije fizike koja se držala ideje da znati zakoni regulišu Univerzum i sve što se nalazi u njemu, te da sve u Univerzumu može biti definirano jedinstvenim skupom svojstava.

Navodeći da jedna stvar može imati više od jedne uzajamno-isključive definicije jednake validnosti i da su nam potrebne obe definicije da bi zaista razumjeli stvar u pitanju, dotaknuo se metafizičke kontroverze u fizici koja se još uvijek bori danas.


Reakcija na Borove ideje

Iako je u početku pozdravio i odobrio Borov rad, Ajnštajn je kasnije postao Bohrov najpoznatiji kritičar, iako su bili lično blizu. Ajnštajn je bio oženjen sa determinističkim pogledom na fiziku, pa ga je uznemiravalo nametanje slučajnosti i neizvjesnosti u temeljima fizike. Poznato je da je rekao da “Bog ne igra kockice sa Univerzumom”.

Schrodinger-a je dodao i kritiku kada je predložio svoj najpoznatiji misaoni eksperiment mačke u kutiji u kojoj radioaktivno raspadanje atoma unutar pokreće oslobađanje cijanida. Prema kvantnoj mehanici koju on sam pomaže u izgradnji, sve dok ne otvorite kutiju da biste vidjeli da li se je atom raspadao, atom postoji u razdvojenim i ne-raspadanim stanjima. Ako je to istina, Šredingerova mačka je bila istovremeno i živa i mrtva.

Prvobitno je trebalo da dokaže kako su nove teorije promašaj, Schrodinger je slučajno potvrdio čudnu prirodu Kvantne mehanike, jer su superpozicije čestica već dugo bila utvrđena činjenica. Radioaktivni atom u Schrodingerovoj kutiji se zapravo raspadao, a ne sve dok se ne primećuje; njegova mačka je mrtva i živa dok posmatrač ne otvori kutiju.

Pokušaj rješenja ovog i drugih problema kvantne mehanike čak je doveo do novih modela realnosti, poput teorije Više svemira. Štaviše, koncept Komplementarnosti je predmet intenzivne debate ne samo u oblasti fizike, već i među filozofima, od kojih neki optužuju Bohra o “prostom pozitivizmu”.

Drugi bezbrižno pripisuju ideje Booru koje nikada nije izrazio. Posebno, neki kritičari Komplementarnosti tvrde da to znači da jednostavno posmatranje čestice mijenja njeno ponašanje u jedno međusobno isključivo stanje ili drugo.

Bohr, međutim, nikad nije iznio takav zahtjev, tvrdeći samo da kada posmatra česticu sa određenim instrumentom, čestica će reagovati na taj instrument, predvidljivo, bilo kao talas ili čestica i to će učiniti svaki put. Korišćenje drugog instrumenta dovešće drugačiji rezultat i tako odabir instrumenta posmatrača će diktirati kakvo ponašanje oni poštuju.


Borovo trajno naslijeđe

Tokom prošlog vijeka Borovi kritičari su čekali neku konačnu odbačenost Borovog rada koji nikad nije došao. Umjesto toga, Ajnštajnov relativitet je više puta potvrđen i nadograđen od strane kasnijih fizičara poput pokojnog Stevena Hawkinga.

U međuvremenu, Borova otkrića podupiru neke od najnaprednijih tehnologija koje se trenutno razvijaju. Kvantni kompjuteri, sagrađeni u potpunosti od principa kvantnog zapleta koji su doveli Einsteina u odvraćanje pažnje, obećavaju neodređeno povećanje računarske moći nad klasičnim računarima i već su ih izgrađivale kompanije poput Googlea i univerzitetskih laboratorija širom svijeta.

Konačno, sam Bohr je predložio da komplementarnost ovih različitih skupova pravila dopusti da imamo potpunije razumjevanje svijeta u kojem živimo. Za to i mnogo više, zauvijek ćemo se sjećati ovog genija.

Izvor: https://interestingengineering.com/niels-bohrs-quantum-mechanics-and-philosophy-of-physics


 1,156 total views,  6 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: