Ar esame tik bangos Visatoje?

0
24

Jonas GRIGAS

Pasibaigusio NATO šalių lyderių susitikimo rezultatai ir JAV Prezidento J. Baideno kalba Vilniaus universitete apie laisvojo pasaulio šalių vienybę, vertybes ir optimistinę ateitį nubangavo po pasaulį elektromagnetinėmis bangomis. Bet keisčiausia yra tai, kad ir patys pasaulio lyderiai galbūt yra tik elektromagnetinės bangos. Šios eretiškos mintys kyla iš fizikos.

1905 m Albertas Einšteinas pasiūlė tiems laikams siaubingą dalyką – šviesa gali būti banga arba dalelė (medžiaga). Ši idėja yra keista. Kaip kažkas gali būti tokie skirtingi dalykai? Dalelė yra maža ir apribota erdvėje, o banga yra kažkas sklindanti. Dalelės atsitrenkia viena į kitą, o bangos lūžta ir difraguoja. Jos viena kitą sustiprina arba panaikina. Tai labai skirtingas elgesys.

Mes tiesiogiai nematome ir nejaučiame bangų (fotonų). Mes tiriame jų prigimtį naudodami eksperimentinius prietaisus, jais rinkdami informaciją. Dvigubas fotonų elgesys pasireiškia kaip atsakas į tai, kaip mes sukuriame eksperimentą. Šviesa, praeidama pro siaurus plyšius, elgiasi kaip banga. Jei ji susiduria su elektronais, ji išsisklaido kaip dalelė. Taigi tarsi eksperimentas lemia fizinę šviesos prigimtį. Fizikoje atsiranda stebėtojo sąveika su stebimuoju – eksperimentuotojo ketinimas lemia fizinę stebimojo (šviesos) prigimtį, t.y. mūsų protas tarsi lemia fizinę tikrovę.

Tam tikra prasme šviesa yra ir banga, ir dalelė, ir ji nėra nei viena, nei kita. Tai seka iš danų fiziko Nilso Boro atomo modelio, kuris prisega elektronus, skriejančius aplink atomo branduolį į konkrečias orbitas. Elektronai gali būti tik vienoje iš šių orbitų. Jie gali šokinėti tarp orbitų, bet negali būti tarp jų. Kaip tai veikia? Borui tai buvo atviras klausimas. Atsakymą padiktavo nepaprasta fizinė intuicija, kuri sukėlė mūsų pasaulio supratimo revoliuciją.

Prancūzų fizikas, Nobelio premijos laureatas Lui de Broilis įspūdingai parodė, kad Boro atomo modelyje elektronų orbitos yra lengvai suprantamos, jei elektronas vaizduojamas kaip sudarytas iš branduolį supančių stovinčių bangų. Tai bangos, panašios į tas, kurias matome purtydami virvę, pritvirtintą kitame gale. Virvės atveju stovinčių bangų raštas atsiranda dėl trikdžių tarp virve einančių ir grįžtančių bangų. Elektronui stovinčios bangos atsiranda dėl tos pačios priežasties, bet elektronų banga užsidaro kaip mitinė gyvatė, praryjanti savo uodegą. Kai energingiau purtome virvę, stovinčiose bangose atsiranda daugiau smailių. Aukštesnėse orbitose esantis elektronas atitinka stovinčią bangą su daugiau smailių.

De Broilis išplėtė bangų ir dalelių dvilypumo sąvoką nuo šviesos iki elektronų ir iki bet kokių judančių materialių objektų. Su bangomis siejama ne tik šviesa, bet ir bet kokia medžiaga. De Broilis pasiūlė formulę apskaičiuoti bet kokios medžiagos, kurios masė m juda greičiu v, bangos ilgį. Jis susiejo bangos ilgį λ su m ir v pagal santykį λ = h/mv, čia h yra Planko konstanta 6,6 dešimt minus 34 Džoulio per sekundę – mažiausias veiksmo kiekis Visatoje. Tikiuosi, ši trijų raidžių lygtis neapsunkins Jūsų proto. Taigi, 70 km/val greičiu skriejančio beisbolo kamuoliuko bangos ilgis yra maždaug 22 milijardosios trilijonosios centimetro dalys (2,2 dešimt minus 32 laipsnyje cm). Elektrono, judančio vienu dešimtadaliu šviesos greičio, bangos ilgis yra perpus mažesnis už vandenilio atomo dydį. Beisbolo kamuoliuko bangos ilgis nėra svarbus jo skrydžio supratimui, bet elektrono banginė prigimtis yra svarbi jo elgesio supratimui. Tačiau esminis dalykas yra tai, kad Visatoje viskas yra tik bangos, viskas virpa ir banguoja – banguoja elektronai, atomai ir molekulės, beisbolo kamuoliukas, virpame ir banguojame ir mes, žmonės.

De Broilio idėja buvo patvirtinta daugybės eksperimentų. Fizikos paskaitose mes demonstruojame, kaip per kristalą judantys elektronai difraguoja kaip bangos, o jų superpozicija interferencijos būdu vėl sukuria elektroną. Prieš tris dešimtmečius amerikiečių fizikai man rodė, kaip difrakcijos būdu jie atomą paverčia banga, o po to interferencija bangą vėl paverčia atomu. Jie sakė, kad ir amebą paverstų banga, tik sunku sukurti tinkamą difrakcinę gardelę.

Austrų fizikas, 2022 m. Nobelio premijos laureatas Antonas Zeilingeris, su kuriuo teko pabendrauti konferencijoje Alpėse, tiria dar didesnių objektų difrakciją – nuo futbolo kamuolio formos C-60 molekulės (iš 60 anglies atomų) iki biologinių makromolekulių siekdamas suprasti, kaip gyvybė difrakcijos eksperimente elgtųsi kvantiniu lygmeniu, ar gyvybė gali išgyventi kvantinę superpoziciją ir ką apie gyvybės prigimtį gali atskleisti kvantinė fizika?

Zeilingeris tai tiria norėdamas suprasti, ar ir mums, žmonėms, būdingas banginis ir medžiaginis dvilypumas, ir ar nesame tik koncentruota virpanti energija, kurios virpesių (bangų) dažniai yra pažemėję iki aptinkamų mūsų jausmais? Galbūt mums mirus ta energija vėl nubanguoja į Visatą, pratęsdama mūsų amžinybę Visatos informaciniame lauke?

Daug erdvės fantazijai. Bet tiesą gali atskleisti tik fizika, kuri buvo visko pradžioje, o jos dėsniai aprašo, kaip elgiasi ir sąveikauja medžiaga ir energija, ir sąlygoja visus cheminius ir biologinius procesus Žemėje. Fizikai sudaryti iš atomų – medžiagos ir antimedžiagos susidūrimo po Didžiojo Visatos sprogimo likučių. Ir šie atomai bando suprasti savo ir Visatos elgesį.

Palikti atsiliepima

įveskite savo komentarą!
įveskite savo vardą čia

Rekomenduojami video

Taip pat skaitykite: