Elektroiaren sekretu izkutua I

Argiaren uhin/partikula izaera argitu eta gero (ikusi Argiaren natura), Planck-en "Kuantoa" kontutan izanik (ikusi "Kuantikoa" hitzaren jatorria) eta Bohr-en atomoaren modeloa (ikusi Egitura atomikoa), oraindik argitu gabeko fenomeno batzuk zeuden. Horietako bat, zergatik atomo baten elektroiek energia konkretuko egoerak izaten ahal zituzten? Gaurko sarreran galdera honi erantzungo diogu. Baina kontuz, elektroiek (eta beste partikula elementalek) oraindik sekretu gehiago gordetzen dituzte!

1920. hamarkadaren hasieran, fisikariek eta kimikariek mundu mikroskopikoa aztertzean aurkitutako hainbat sorpresei azalpen bat ematen saiatzen ziharduten. Horien artean, nola zen posible materia osatzen duten atomoetako elektroiek egoera konkretu batzuk bakarrik posible izatea? Bestalde, argiak uhin/partikula dualtasuna izanik, zer gertatzen da materia osatzen duten partikulekin? Elektroiek, adibidez, uhin/partikula dualtasuna dute? Thompson-ek elektroia aurkitu zuenetik, fisikariek pentsatzen zuten elektroia partikula zela. Baina argiarekin izandako sorpresarekin, fisikari batek baino gehiagok garaian onartuak zeuden ideiak kolokan jartzen hasi ziren.

Louis de Broglie fisikari horietako bat zen. Frantzian jaioa noble familia batean, gaztetatik bere ezagutza gosea erakutsi zuen. Lehenik eta behin, humanitateetan (historia) eta gero zientzietan (matematiketan eta fisikan), de Broglie-k bere jakintza esparruak landu eta zabaldu zituen. Horien artean, elektroiaren natura aztertu zuen. Urte batzuk lehenago, argia uhina zela pentsatzen zen, baina uhin/partikula izaera zuela demostratuta zegoen dagoeneko. Ez al zen antzeko zerbait gertatuko elektroiarekin? de Broglie-k ideia bat izan zuen honen harira. Berak esan zuen ez bakarrik elektroiak, baizik eta materia osatzen duten edozein partikulak uhin/partikula dualtasuna dutela. Bere formula famatuan, uhin honen uhin-luzera partikularen masa eta abiadurarekin lotzen zituen. Partikularen masa ala abiadura, ala biak batera, zenbat eta handiagoa izan, orduan eta uhin-luzera txikiagoa izango zuen partikulari asoziatutako uhinak. Mundu makroskopikoari aplikatzen badiogu hau, hau da, ikusten dugun mundura, bertan ikusten ditugun objektuek (kotxeak, pertsonak etab) asoziatutako uhinarekin uhin-luzera oso txikia izango litzateke, masa handia dugulako, eta mezprezatu genezake. Baina partikula azpiatomikoen kasuan, uhin-luzera hau ezingo litzateke mezprezatu, kontutan hartu beharko genuke uhin izaera ere bai mundu mikroskopikoaren egitura eta propietateak ulertzeko.

Atomoaren kasuan, de Broglie-ren ideiak elektroiak izan zezaketen egoera konkretuei azalpen bat eman zion lehenbizikoz. Uhinen kasuan, bi uhin elkartzean bi gauza pasa daitezke: elkartu ala anulatu daitezke. Atomoen kasuan, elektroien uhinak elkar ez interferitzeko egoera konkretuetan egon beharko dira, eta horiek dira, alegia, esperimentalki behatzen diren espektroak azaltzeko arrazoia. Elektroiek partikula izaeraz aparte, uhin izaera ere badute, fotoiak bezala. Noski, teoria esperimentalki konprobatu behar da. Eta esperimentu bat diseinatu zuten fisikariek, hau konprobatzeko. Oso famatua bihurtu zen esperimentua, alegia: bi zirrikituen esperimentua. Esperimentu hau oso ongi azalduta dago beheko bideoan. Oso laburra da, eta oso gomendagarria:

Esperimentu honetan demostratu zen de Broglie-k arrazoia zuela. Elektroiak uhin/partikula dualtasuna dauka. Baina ez bakarrik hori! Bideoan ikus daitekeen moduan, elektroia desberdin portatzen da zuzenki behatzen dugunean eta ez dugunean! Esperimentu honen interpretazioa oraindik gaur egun zientzilariak banatzen ditu.

Goazen analizatzera esperimentu honen ondorioak. Elektroiak banaka botatzean, interferentzi patroia azaltzen zaigu ere bai. Honek esan nahi du, nahitanahiez, uhinen interferentzia egon dela. Eta uhinen interferentzia izateko, nahitanahiez, elektroia bi zirrikituetatik pasa da! Nola da hau posible? Elektroia zirrikitu batetik pasa da, ala bestetik, bietatik, ala ez da pasa, aukera desberdinak daude, bakoitza bere probabilitatearekin. Eta, elektroiaren portaera azaltzeko, aukera guztiak hartu behar dira kontutan. Hortaz, elektroia deskribatzeko, probabilitatea sartzen zaigu! Nola da hau posible????? Honen inplikazio filosofikoak izugarriak izan ziren. Jada, kausa-efektu ondorioak probabilitateekin nahastean, ezin dugu esan kausa batek beti efektu berdina izango duenik! Eta hau, garaiko fisikari batzuentzat, onartezina zen. Horien artean Einstein zegoen.

Bestalde, elektroiak "behatzen" ditugunean, zer gertatzen da? Pertsonok, behatzeko, argia behar dugu. Hau da, elektroia bere ibilbidean fotoiekin elkarrekintza zuen. Eta kasu horretan, zirrikitu batetik ala bestetik pasatzen zen. Beste moduan esanda, guk neurtzen duguna, ez da partikulen egoera, baizik eta partikula eta argiaren arteko elkarrekintza!!! Hortaz, elkarrekintza hori gabe, probabilitateetan sartzen gara berriro. Eta probabilitateak ditugunez, ezin dugu esan zein den partikularen errealitatea, bat baino gehiago izan dezakeelako!!!!!!

Gaurko sarreran gauzak nahikoa konplikatu zaizkigula uste dut. Hurrengoetan gehiago sakonduko dugu honetan. Zein interpretazio ematen diogu kuantikari? Errealitate bakarra ez dagoela? Planteamendua gaizki dagoela? Errealitateari buruz ez garela kezkatu behar ezin dugulako jakin? Einsteinek pentsatzen zuen kuantika gaizki zegoela, nahiz eta hau garatzen lagundu. Esaldi famatu batek laburbiltzen du bere pentsaera: "Jainkoak ez du dadotan jolasten" esan zuen, kuantikaren natura probabilistikoa errefutatzeko. Bohr, aldiz, interpretazio posibilista onartu zuen, Kopenage eskolako interpretazioa bultzatuz.

Eztabaida honetaz arituko gara hurrengo sarreretan. Esperimentu honek ekarri zituen ondorioak ere azalduko ditugu (Heisenberg-en ziurgabetasun printzipioa, tunel efektua) etab. Elektroiak oraindik misterio asko ditu gordeta!