Mekanika kuantikoaren ziurgabetasun printzipioa

Heisenbergen ziurgabetasun printzipioak dio objektu baten propietate fisiko bikote batzurentzat, ezinezkoa dela biak une berean zehaztasun osoz neurtzea. Fisika kuantikoaren muin-muinean dagoen printzipioa da, eta edonork ulertzeko moduan azaltzen saiatuko gara.

Fisika kuantikoak, izenarekin bakarrik, beldurra ematen du. Fisikan aditua ez den edonorentzat magia beltzaren pareko da, eta zientzia fikziozko telesail eta filmetan (Devs edo Coherence gomendagarrietan adibidez) erakusten zaiona da gehienentzat fisika kuantikoarekin duten kontaktu bakarra. Dena den, ondo azalduz gero ez da dirudien bezain zaila, eta horretan saiatuko gara blog honetan, beste gauza askoren artean.

Bere zailtasunaren arrazoi handiena gure intuizioaren aurkako portaerak deskribatzen dituela da, eta gure eguneroko esperientzian oinarrituta sinestezinak egiten zaizkigun efektuak esplika ditzakeela. Adibidez, fisika kuantikoaren arabera mahai gainean dagoen liburuak bat batean mahaia zeharkatu dezake eta lurrera erori. Fisikarientzat ere, eta euretara ohitu arte, harrigarriak dira deskribatzen dituen portaerak; Niels Bohrek esan zuen bezala: “mekanika kuantikoa ezagutu eta asaldatu ez direnek, ez dute teoria ondo ulertu”.

Gaurkoan Heisenbergen ziurgabetasun printzipioaz arituko gara. Printzipio honek dio badaudela objektu batengan egin ditzakegun neurketak, zeinen emaitzak ezingo ditugun une berean ziurtasun osoz jakin. Hau da, eta adibide ohikoena erabiliz, objektu baten posizioa eta abiadura neurtzen baditugu, ezingo ditugu bi neurketen emaitza zehatzak lortu.

Bilar bola bat imajinatzen badugu bilar-mahaiaren gainean, bere posizioa neurtu genezake zehaztasun osoz, baina ez genuke bere abiadura jakingo. Edo alderantziz, abiadura neurtu genezake zehaztasun osoz, baina ez genuke ideiarik izango bola une horretan non ote zegoen. Bi pertsona ere jarri genitzake, biak azken teknologia eta neurgailuez baliatuta: Wernerrek posizioa neurtu dezake eta Emmyk abiadura neurtu dezake, baina hala ere ezin esango dugu biak zehaztasun osoz dakizkigunik. Posizioa eta abiaduraren neurketa ezin daitezke une berean batera egin, lehenik bat eta ondoren bestea egin beharko da, eta gainera, bataren neurketak bestearen balioan aldaketak eragiten ditu. Adibidez, Emmy bada bigarren neurketa egin duena, kasu honetan abiadura, bere neurketak aurretik Wenerrek lortua zuen posizioaren emaitza baliogabetuko du eta Emmyk jasotako abiaduraren emaitza izango da amaieran izango dugun bakarra. Ez dugu inoiz lortuko posizioa eta abiadura, une berean, ziurtasun osoz jakitea.

Hau da gure eguneroko esperientzien kontra doan printzipioetako bat, baina adibide konkretu bat sakonago aztertuz, ulergarria izatea iritsi daiteke. Demagun bolaren posizioa neurtu nahi dugula. Horretarako bilar mahaia gela itxi eta ilun batean jarri dezakegu, eta linterna batez begiratu eta bere posizioa neurtu zehaztasun osoz. Linterna eta erregelaren ordez, laser detektore bat ere erabili dezakegu, arazoa bera izango da. Linterna edo laserren argia fotoiez osaturik dago, eta esperimentu honetarako fotoiak gorputz txiki bezala irudika ditzakegu. Argia bilar bolara iristen denean, fotoi horiek bolaren aurka talka egiten dute, eta talka horrek mugimendua sortzen du bilar bolan. Argi hori baliatuta posizioa zehazki neurtu dezakegu, baina argiaren fotoiek bolari bultza egiten diote eta hau mugimenduan jarriko da. Mugimendu honen abiadura izango da jakingo ez duguna, eta bultzada honegatik esaten genuen posizioa neurtzeak aurretik izan genezakeen abiaduraren emaitza baliogabetzen zuela.

Norbaitek esan dezake “baina adibide honek ez du esan nahi bolak posizio eta abiadura jakin bat ez duenik, baizik eta gizakiok ez garela gai bi gauzak batera neurtzekoa gure baldarkeria eta gure tresna kaxkarrak direla eta”. Zilegizko arrazoibidea da hau, hamarkadetan fisikarien artean eztabaidatu dena; agian nahiz eta guk neurtu ezin ez, naturak ezartzen dizkie bere objektuei berezko posizio eta abiadura bat. Errealitatearen funtsaren bilaketa, dena den, metafisikatzat hartzen dute fisikari askok. Emaitzak, esperimentuak, eta fisikaren aplikazioak nahi baditugu, ziurgabetasun printzipioari jaramon egin behar diogu; errealitatearen oinarrizko zera zer den jakiteko, eztabaida dezatela filosofariek! Gehiago honi eta Bell teoremari buruz hurrengo blog sarrera batean.

Einstein izan zen ziurgabetasun printzipioaren atzean gizakiaren baldarkeria zegoenaren alde gehien borrokatu zuen fisikaria. Nahiz eta erabat onartu teoria kuantikoaren boterea mundu mikroskopikoa azaltzeko eta bere propietateak kalkulatzeko, ezin zuen onartu mundu errealean objektuek posizio eta abiadura zehatz bat ez zutenik. Urteetan zehar esperimentu mentalak asmatzen ibili zen (gure bilar bola eta linternaren antzera) non froga zezakeen printzipioz gai izan beharko ginatekeela, tresna erabat doiak eta finak izango bagenitu, posizioa eta abiadura batera eta zehaztasunez neurtzeko. Zein baino zein esperimentu konplexuagoak proposatu zituen, baina kuantikazaleengandik beti frogatzen zioten ezetz, kasu horretan ere ezin zirela bi aldagaiak neurtu. Esperimentu interesgarriena eta erabakiorrena argi kutxarena izan zen, non bazirudien baietz, Einsteinek aurkitu zuela tramankulu bat fotoi baten energia eta zein denbora instantetan irten zen neurtzeko (energia eta denbora ere batera neurtu ezin diren aldagaiak dira, posizioa eta abiadura bezala), baina Bohrrek frogatu zion kasu horretan ere ez zela betetzen, zer eta Einsteinek ez zuelako bere erlatibitate orokorraren teoria (bere maisulanik handiena) kontuan izan esperimentua aztertzeko garaian!

Gaur egun, eta naturaren errealitatearen oinarrizko zeraz gain, erabat onartua dago ziurgabetasun printzipioa eta esperimentu askotan antzematen da bere eragina.

Baina hau ez da fisika kuantikoak duen sorpresa bakarra. Partikula-uhin dualtasuna, Schrodingenen katua (nola ez), konputagailu kuantikoak, eta abar luze bat. Etorriko dira blog sarrera berrietan!

Iruzkinak

Blog honetako argitalpen ezagunak

Gainezarpen kuantikoa

Elkartze kuantikoa eta EPR paradoxa

Zizarezuloaren afera: zer gertatu da