BLOC I
UNITAT 3:
QUÈ ÉS REAL? QUÈ DIU LA CIÈNCIA DE LA REALITAT?
La física contemporània se sosté sobre dues teories diferents:
1.- La teoria de la relativitat d' Albert Einstein.
 |
| Albert Einstein |
| Pèrdua de referents absoluts La primera implicació del principis que Einstein anuncia el 1905 fou la no existència d'un temps absolut vàlid per a tots els observadors i, més globalment, la no existència de cap sistema de referència absolut: les descripcions dels fenòmens estudiats depenen sempre del sistema de referència en el qual es fa l'observació. |
|
 |
Així, segons la teoria de la relativitat especial, el temps d'un fenomen no és absolut sinó que està vinculat al moviment de l'observador i depèn de la seva velocitat respecte el fenomen. Des de punts d'observació i a velocitats diferents, els resultats també són diferents: el temps d'un observador a gran velocitat (astronauta) es dilata en relació al temps d'un observador situat a la Terra. Que el temps es dilata vol dir que els rellotges en moviment marxen més lentament; igualment, quant a l'espai, els objectes en moviment es contrauen o s'escurcen. El físic holandès Hendrik Lorentz trobà la fórmula precisa que permet concretar els temps i fer les corresponents transformacions. |
| Relativitat del temps vol dir no simultaneïtat en la descripció d'un mateix fenomen per part de dos observadors en sistemes de referència diferents (un suposadament aturat i l'altre en moviment). La simultaneïtat és expressió del temps; tota afirmació sobre el temps és una afirmació sobre esdeveniments simultanis. | |
| Imaginem un tren relativista, és
a dir, que viatja a velocitats properes a la de la llum. Suposem que
dos llampecs cauen a pals a la via. L'espectador
que es troba a l'exterior del tren, a la mateixa distància dels dos
punts de l'impacte, enregistra com a simultanis els dos llampecs.
Els dos esdeveniments simultanis per aquest espectador,
seran simultanis pel passatger dins del tren? No. Els llampecs cauen i els senyals lluminosos necessiten un temps sempre constant per a propagar-se i arribar on es troba el passatger; però el tren s'allunya del llampec que ha caigut a la part posterior i s'apropa al que ha caigut a la part anterior. D'aquesta manera, el passatger enregistra primer el llampec caigut prop de la capçalera del tren i, posteriorment, el llampec caigut més a prop del final del tren: pel passatger, els dos esdeveniments no són simultanis. |
Llampecs o esdeveniments simultanis?
|
Des de l'exterior: els esdeveniments són
simultanis
|
Des del tren: els esdeveniments no són
simultanis
|
| Els efectes relativistes solen xocar amb el sentit comú. El físic francès Paul Langevin il·lustrà, amb la paradoxa dels bessons, l'existència de temps diferents en funció de la velocitat, una velocitat que dilata el temps i contrau l'espai. | |
| Imaginem dos bessons, un dels quals empren un viatge a l'espai a velocitats properes a les de la llum i l'altre roman a terra. La nau torna vint anys després, vint anys passats pel germà que s'ha quedat a la Terra. Pel bessó astronauta, altrament, el temps s'ha dilatat i no han passat vint anys, per ell només haurà transcorregut un any. |  |
. La paradoxa dels dos bessons
El Sr. Albert Einstein, entre 1905 i 1916, va formular la teoria de la relativitat: un gran pas per la Humanitat i un mal de cap pels que l´intentem entendre.
En la teoria de la relativitat, cada observador té la seva pròpia mesura del temps. Això pot dur a l´anomenada Paradoxa dels bessons.
Un dels germans d´una parella de bessons parteix a un viatge espacial durant el qual viatja amb una velocitat propera a la de la llum, mentre que el seu germà es queda a la Terra. Degut al seu moviment, el temps passa més lentament en la nau espacial, que per al bessó que s´ha quedat a la Terra.
Així, en tornar, el bessó viatger trobarà que el seu germà és més vell que no pas ell. Encara que això desafia el sentit comú, una sèrie d´experiments han indicat que, en aquesta situació, el bessó viatger seria, efectivament, més jove.
Un dels germans d´una parella de bessons parteix a un viatge espacial durant el qual viatja amb una velocitat propera a la de la llum, mentre que el seu germà es queda a la Terra. Degut al seu moviment, el temps passa més lentament en la nau espacial, que per al bessó que s´ha quedat a la Terra.
Així, en tornar, el bessó viatger trobarà que el seu germà és més vell que no pas ell. Encara que això desafia el sentit comú, una sèrie d´experiments han indicat que, en aquesta situació, el bessó viatger seria, efectivament, més jove.
Per posar un exemple, si el bessó viatger anés a l´estrella més propera, que es troba a 4'45 anys llum a una velocitat de 0'86 vegades aquesta, en el moment del seu retorn hauria envellit 5 anys. En canvi, el bessó que es va quedar a terra hauria envellit més de 10 anys.
Això
ha estat confirmat per un gran nombre d´experiments, entre els quals un
en què dos rellotges molt precisos van volar en sentits oposats al
voltant del món i, en tornar, van indicar temps lleugerament diferents.
Això podria suggerir que si volem viure més temps, hauríem de
mantenir-nos volant cap a l´est de manera que la velocitat de l´avió se
sumés a la de la rotació de la Terra. Però la petita fracció de segon
que guanyaríem quedaria més que cancel·lada pel fet d´haver-nos
d´alimentar amb el menjar que serveixen a l´avió...
2.- La mecànica quàntica
Sí és cert que, dins d’uns límits, podem conèixer més o menys la posició i la velocitat d’un cos, però el fet és que la incertesa s’accentua en quan parlem de partícules i no pas de, per exemple, vehicles.
El principi d’incertesa de
Heisenberg és una part de la teoria quàntica i de la interpretació de
Copenhage que, juntament amb l’equació d’ones de Schrödinger, va ser
desenvolupada entre el 1928 i el 1929. És considerat un dels fonaments
de la mecànica quàntica, i fou creat per Werner Heinsenberg.
En la física de fins als anys 30
van existir dos ideals que defensaven els físics: El determinisme i el
indeterminisme. El primer d’aquests dos provenia ja des de la física
newtoniana, i defensa (o si més no defensava) que el món extern existeix
de forma independent a la mesura, i que és cosa de l’observador de
l’experiment comprendre la veritat subjacent. El indeterminisme, en
canvi, es va començar a formar amb l'aparició de la teoria quàntica i és
el que professa actualment aquesta. Com ja sabem, el indeterminisme
expressa tot el contrari que el determinisme, doncs ens diu que la
matèria existeix en tots els estats possibles fins a la mesura, o com va
dir en el seu moment Werner Heisenberg: “El camí tan sols existeix quan
el contemplem”. Per tant, va ser d’esperar que de l’oposició de dos
conceptes tant diferents ens saltessin guspires.
L’enfrontament
d’aquests dos bàndols fou força equiparable al que abans havien
mantingut els atomistes i els no atomismes, és a dir, els qui creien en
l’existència dels àtoms i els qui no. No obstant, els indeterministes
van guanyar sobre els deterministes tal i com els atomistes ho van fer
contra els seus rivals, a través de l’experimentació. Van ser les
observacions en els laboratoris físics qui van donar la raó als
atomistes, i en aquest cas la teoria quàntica del principi d’incertesa
qui va decantar la victòria cap al indeterminisme.
La mort del determinisme
La “mort” del determinisme va
arribar en el moment en què el físic alemany Werner Heisenberg va
desenvolupar un dels fonaments principals de la teoria quàntica: El
principi d’incertesa de Heisenberg. El que postula el principi
d’incertesa és molt simple, doncs ens diu que:
No podem conèixer simultàniament la velocitat i la posició d’una partícula
Això es deu a què “qualsevol
observació afecta el cos observat en qüestió”, ja que per saber la
posició d’una partícula s’ha d’enviar un fotó amb una longitud d’ona
molt petita (o sigui, un fotó energètic), el qual, al impactar amb la
partícula, fa variar la seva velocitat i posició. Aquest fet ja es
coneixia abans de la publicació del principi d’incertesa, i fou a través
del qual Heisenberg va desenvolupar la seva teoria.
Després
Heinsenberg ens va dir que en qualsevol mesura, hi ha un element
d’incertesa en la resposta. Per exemple, si volem mesurar una taula,
haurem d’utilitzar una cinta mètrica, i podríem afirmar que la taula té 1
metre de llarg, no obstant, com que la cinta té un marge d’error d’un
mil·límetre, la verdadera mida de la taula podria oscil·lar entre 99,9
cm o 100,1 cm, creant una incertesa en el observador. No obstant,
aquesta analogia no és gaire correcta en el cas que ens pertoca, doncs,
segons el principi de Heisenberg, la incertesa en el resultat no es deu a
les limitacions del dispositiu amb el qual mesurem, sinó que és una
pròpia conseqüència de la mecànica quàntica.
Mesuració
Per a recolzar la seva teoria,
Heisenberg va suposar una escena que fàcilment podria donar-se en
qualsevol laboratori de física.
Heinsenberg
va imaginar un experiment en el qual mesurava el moviment d’un neutró.
En l’experiment, per a poder calcular la posició del neutró, utilitza un
radar que fa rebotar ones electromagnètiques contra la partícula. A
través de la dualitat ona-partícula sabem que el que està fent
Heisenberg és enviar projectils fotònics contra el neutró, els quals
alteren la seva posició (com queda demostrat en la següent
il·lustració).
Per tant, hem vist que al precisar més sobre la posició de la partícula
hem creat una major incertesa en el seu moviment (o velocitat). D’aquí
n’extraiem que:
Quan amb major certesa coneixem la velocitat o la posició d’una partícula, amb major incertesa coneixem l’altre valor
Sí és cert que, dins d’uns límits, podem conèixer més o menys la posició i la velocitat d’un cos, però el fet és que la incertesa s’accentua en quan parlem de partícules i no pas de, per exemple, vehicles.
"El gato de Shrödinger"
El gat de Schrödinger o la paradoxa del gat és un experiment mental publicat pel físic Erwin Schrödinger per tal d'il·lustrar la complexitat de primitives interpretacions al voltant de la mecànica quàntica, en traduir les conseqüències d'esdeveniments subatòmics a sistemes macroscòpics.
L'experiment original consisteix a posar un gat (viu) dins d'una caixa d'acer tancada i opaca juntament amb els següents elements (que han d'estar protegits de qualsevol interferència directa del gat): un comptador Geiger i una certa quantitat d'una substància radioactiva que assegure que en el decurs d'una hora hi hagi un 50 % de probabilitats que almenys un dels àtoms es desintegra (i un 50 % que no se'n desintegre cap); si això passa, el comptador Geiger acciona un mecanisme que trenca un flascó d'àcid cianhídric (que és un gas molt tòxic) que matarà el gat.
En aquest escenari, tant el gat com la partícula depenen d'un sistema regit per les lleis de la mecànica quàntica. Seguint el principi d'incertesa que s'aplica a la interpretació de Copenhaguen,
mentre no obrim la caixa, el gat és viu i alhora és mort. En el moment
precís d'obrir la caixa, el mateix fet de l'observació modifica l'estat
del gat, que passa a ser només viu o només mort.
"El universo elegante"
Del mito a la razón
BIBLIOGRAFIA:
ALFARO, Carmen i Altres: Filosofia i Ciutadania. Barcelona: Ediciones del Serbal, 2008. (pàgina 44, 45 )
WEBGRAFIA:
http://www.xtec.cat/~lvallmaj/palau/einstein/einstein.htm
https://www.youtube.com/watch?v=JC9A_E5kg7Y
http://vdciencia.blogspot.com/2011/05/principi-dincertesa-de-heisenberg.html
https://www.youtube.com/watch?v=JC9A_E5kg7Y
http://vdciencia.blogspot.com/2011/05/principi-dincertesa-de-heisenberg.html
https://www.youtube.com/watch?v=e90-vjU2smE
http://ca.wikipedia.org/wiki/Gat_de_Schr%C3%B6dinger
http://ca.wikipedia.org/wiki/Gat_de_Schr%C3%B6dinger
Del mito a la razón:
No hay comentarios:
Publicar un comentario