(Humoorikas ellujäämisjuhend lugejale keda jäi vaevama küsimus – mis ON kavantfüüsika?)
Kui sa oled kunagi mõelnud, miks teadlased kvantfüüsikast rääkides näivad korraga nii targad ja samas nagu pisut hullumeelsed, siis oled õiges kohas. Järgnevalt 1000 sõna, mis peaksid aitama sul vähemalt näiliselt kaasa noogutada, kui jutt läheb kvantteleportatsioonile, Schrödingeri kassile või muule, mis kõlab nagu ulmefilm.
1. Mis on kvantfüüsika?
Kõige lihtsamalt öeldes on kvantfüüsika looduse kõige väiksemate ehitusplokkide käitumise kirjeldus. Kui klassikaline füüsika seletab, kuidas langeb õun Newtoni peast allapoole või miks auto kurvis kraavi ei lenda (välja arvatud juhul, kui juht on väga halb), siis kvantfüüsika uurib osakesi, mis on väiksemad kui aatomid – näiteks footoneid (valguse osakesi), elektrone ja kvarke.
Kvantfüüsika eripära: need pisikesed tegelased käituvad täiesti ettearvamatult. Nad võivad olla ühtaegu mitmes kohas, liikuda läbi seina (tunneldamine) või olla „põimunud“ nii, et ühe liikumine mõjutab koheselt teist – isegi siis, kui nad on valgusaastate kaugusel.
2. Kes panid aluse?
Nagu igal heale teadusloole, on ka siin terve kangelaste galerii:
- Max Planck (1900): mees, kes avastas, et energia tuleb väikeste “pakettidena” ehk kvantidena.
- Albert Einstein (1905): jah, sama mees, kes lõi relatiivsusteooria. Tema tõestas, et valgus võib käituda mitte ainult lainena, vaid ka osakesena (fotoefekt).
- Niels Bohr (1913): lõi esimese kvantmudeli aatomist. Tema järgi on Bohr’i aatomimudel nagu miniatuurne päikesesüsteem, kus elektronid tiirlevad nagu planeedid.
- Werner Heisenberg (1927): sõnastas määramatuse printsiibi – et sa ei saa kunagi täpselt teada nii osakese asukohta kui kiirust. Teisisõnu: kvantmaailm mängib meie teadmistega peitust.
- Erwin Schrödinger (1935): pakkus välja kurikuulsa kassi mõtteeksperimendi, et näidata, kui absurdne on kvantteooria igapäevase loogika seisukohalt. Kass võib olla samaaegselt elus ja surnud – vähemalt seni, kuni keegi vaatab kasti sisse.
Kui panna kõik need tegelased ühte ruumi, oleks see nagu väga närviline õlleklubi: kõik vaidlevad, aga lõpuks sünnib füüsika, mis muudab maailma.
3. Mida see praktikas tähendab?
Kui sa arvad, et kvantfüüsika on lihtsalt ajude gümnastika, siis eksid. Ilma kvantfüüsikata poleks meil:
- Arvuteid ja nutitelefone – pooljuhttehnoloogia põhineb kvantprotsessidel.
- Laserit – CD-mängijad, skannerid ja isegi supermarketite triipkoodilugejad on kvantfüüsika lapsukesed.
- Magnetresonantstomograafiat (MRI) – ilma kvantteaduseta poleks arstid võimelised nägema sinu ajus, miks sa just praegu seda loed.
- GPS – satelliidid vajavad ülitäpseid kvantkella, et öelda sulle, millises ummikus sa istud.
- Kvantkristallid, LED-id, päikesepaneelid – kõik need kasutavad kvanttasandi omadusi.
Ja mis tulevik toob?
- Kvantinternet: turvaline side, mida ei saa pealt kuulata.
- Kvantarvutid: masinad, mis lahendavad sekunditega probleeme, mille peale tavakompuuter kulutaks universumi eluaja.
- Meditsiinilised läbimurded: uued ravimid ja materjalid, mis sünnivad tänu kvantsimulatsioonidele.
4. Miks on kvantfüüsika nii arusaamatu?
Siin tuleb mängu nali ja tõsiasi korraga.
Klassikaline füüsika räägib sulle: “Kui viskad kivi, kukub see alla.” Lihtne.
Kvantfüüsika aga ütleb: “Kui sa viskad elektroni, siis ta võib minna läbi seina, tagasi tulla, olla samal ajal vasakul ja paremal – ja lisaks veel naerda sinu üle.”
Miks?
- Vastuolu intuitsiooniga: me ei näe kvantnähtusi igapäevaelus, sest need on uskumatult pisikesed.
- Tõenäosused, mitte kindlus: kvantfüüsika ei ütle kunagi „see juhtub“, vaid ainult „90% tõenäosusega juhtub see“.
- Matemaatika: kvantfüüsika keeles on võrrandid, millest tavaline inimene saab aru umbes sama hästi kui delfiin sudoku lahendamisest.
- Paradoksid: Schrödingeri kass ja Heisenbergi määramatus teevadki kvantfüüsika naljakat müstilist hõngu täis valdkonnaks.
5. Kuidas ellu jääda kvantjuttude keskel?
- Kui keegi mainib Schrödingeri kassi, ütle: “Ahjaa, see kass, kes ei oska otsustada, kas elada või mitte?”
- Kui jutt läheb kvantarvutitele, vasta: “Jah, need on need masinad, mis arvutavad samaaegselt kõiki võimalikke lahendusi.”
- Kui räägitakse kvantpõimumisest, viska vahele: “Aa, nagu kosmiline armusuhe, kus kumbki ei saa teisest lahti isegi valgusaastate kauguselt.”
Naeratades ja noogutades oled sa kohe seltskonna targem liige.
6. Ja miks see kõik ikkagi tähtis on?
Sest kvantfüüsika on meie tehnoloogilise tsivilisatsiooni alus. Sa ei pea teadma kõiki võrrandeid, aga piisab teadmisest, et ilma kvantfüüsikata oleksime endiselt kirjutusmasinate, aurumasinate ja hämaras põlevate pirnide ajastus.
Kvantfüüsika ongi veider ja arusaamatu – aga just sellepärast on ta geniaalne. See on teadus, mis näitab meile, et maailm on palju kummalisem kui meie argine loogika lubab arvata.
Nii et järgmine kord, kui keegi räägib kvantteleportatsioonist, ära muretse. Naerata, joo lonks kohvi ja ütle:
“Tead, ma ei tea täpselt, kuidas see töötab… aga Max Planck oleks kindlasti uhke.”
Natuke nihkes – on veebikirja rubriik, kus tutvustame juhuviisil huvitavat- ja huviväärset. Midagi, mis ühel või teisel moel ei mahu igapäeva elu raamidesse. Seetõttu, ei tasu ka sisu peale pahane olla, vaid võttagi seda rõõmsalt, naljaga pooleks, või ehk nagu öeldud: natuke nihkes.
Foto: https://pixabay.com/photos/oak-ridge-tennessee-albert-einstein-103930/