Fizica cuantică

Fizica clasică, adică acea parte a fizicii care studiază fenomenele direct

observabile la scară macroscopică, a cunoscut succese şi dezvoltări spectaculoase în

special în secolele al XVIII-lea şi al XIX-lea.

În fizica clasică întâlnim trei aspecte fundamentale:

1. Continuitatea variaţiilor mărimilor fizice rezultă din faptul că în orice

moment de timp starea obiectului studiat este caracterizată complet dacă se cunosc

coordonatele şi vitezele sale, care sunt funcţii continue de timp. Pe acest fapt se

bazează conceptul traiectoriilor mişcării. Prin reducerea timpului de observare, se

admite că se pot considera variaţii oricât de mici ale stării sistemului studiat.

2. Principiul determinismului clasic admite că pentru o cunoaştere cu

precizie a stării unui obiect la un moment dat este necesar să cunoaştem toate forţele

la care este supus obiectul şi starea acestuia la un moment anterior de timp. Prin

urmare, fizica clasică postulează o corelaţie unică şi perfect deterministă între trecut

şi viitor, precum şi între trecut şi prezent, sau între prezent şi viitor.

3. Metoda analitică de studiu asupra obiectelor şi fenomenelor constituie

un concept foarte important în fizica clasică. Fizica clasică consideră că orice corp

material este format din părţi constituente care, fiind în interacţiuni mutuale, pot fi

supuse în mod individual studiului. Fizica clasică reduce problema „care este natura

unui obiect dat” la aceea de a şti „din ce se compune acesta”.

Există argumente de ordin complet general de a pune sub semnul întrebării

infailibilitatea conceptelor fizicii clasice. Aceste argumente se bazează, în special, pe

rezultatele experimentale care, după cum vom vedea, nu mai pot fi explicate pe baza

conceptelor Fizicii clasice.

Fundamentele fizicii cuantice

3

Astfel, caracterul discontinuu al structurii materiei nu se lasă atât de uşor

eliminat din realitatea fizică chiar în decursul secolului al XIX-lea. Legile

electrolizei, descoperite de Faraday, au sugerat existenţa unei structuri discontinue a

electricităţii (sarcina electrică este cuantificată, adică poate lua un şir discret de

valori). Succesele lui H. A. Lorentz cu privire la teoria electromagnetică pentru

mediile în mişcare au condus la admiterea electronilor ca sarcini electrice localizate

şi corpusculare.

În anii 1880-1900 se acumulează probe experimentale importante în favoarea

existenţei unei structuri discontinue a materiei şi electricităţii, în anii 1900-1912 se

asistă la triumful atomismului şi apariţia cuantelor de energie, iar în anii 1913-1923

teoria cuantelor (teoria semicuantică) a cunoscut mari succese în explicarea multor

rezultate experimentale. În anii 1923-1924 vechea teorie a cuantelor părea să-şi fi

atins limitele.

Începând cu anii 1925-1926 se edifică Mecanica cuantică. Aceasta se bazează

pe un set coerent de principii, concepute pe baza rezultatelor experimentale obţinute

în anii 1880-1925 şi a încercărilor din anii 1913-1925 de a dezvolta şi îmbunătăţi

conceptele admise de teoria hibridă (teoria cuantică veche).

Perioada de dezvoltare a fizicii cuprinsă între anul 1880 (descoperirea şi

explicarea seriei Balmer de emisie a hidrogenului) şi anii 1925-1926 (edificarea

Mecanicii cuantice) este prezentată într-un capitol mare numit Originile fizicii

cuantice. Acest capitol, în afară de bazele experimentale, cuprinde şi diferitele

încercări teoretice (cuprinse, adesea, în Teoria cuantică veche) pentru a explica

fenomenele respective. Încercările teoretice făcute scot în evidenţă insuficienţa

conceptelor fizicii clasice, iar noile concepte introduse nu pot fi încadrate în aceasta.

Originile fizicii cuantice atrag atenţia fizicienilor că atât conceptele fizicii clasice, cât

şi cele ale vechii teorii a cuantelor sunt insuficiente pentru a explica:

- aspectul corpuscular al radiaţiei (fotonii),

- aspectul ondulatoriu al microparticulelor (undele de materie, sau undele

de Broglie) şi faptul că

Constantin NEGUŢU

4

- variabilele fizice ale sistemelor cuantice (observabilele) au un ansamblu

de valori discrete, mai degrabă decât un domeniu continuu.

Rezultatele experimentale care vor fi prezentate şi încercările de a le explica

vor impune ca fizica cuantică să renunţe la previziunile clasice deterministe pe care

le înlocuieşte cu previziuni probabiliste, să includă noţiunile de măsurări şi

perturbaţii pe care aceste le produc sistemului, precum şi ideea de cuantificare,

caracteristică unui sistem microscopic.