Es presenta una breu exposició d’alguns problemes fonamentals de la física quàntica que involucren aspectes filosòfics i epistemològics de la realitat física descrita per aquesta teoria. El principi d’indeterminació de Heisenberg, el de complementarietat de Bohr i l’experiment de “la doble escletxa” introdueixen l’aspecte més essencial de la teoria quàntica: el procés de mesura. L’experiment del “gat de Schrödinger” posa de relleu la paradoxal superposició quàntica d’estats que “col·lapsa”, en mesurar el sistema, en un dels estats implicats en dita superposició. Finalment, es discuteix breument les implicacions de la teoria quàntica en dues àrees a la frontera del coneixement actual: la física de partícules i la computació quàntica
Es presenta una breu exposició d’alguns problemes fonamentals de la física quàntica que involucren aspectes filosòfics i epistemològics de la realitat física descrita per aquesta teoria. El principi d’indeterminació de Heisenberg, el de complementarietat de Bohr i l’experiment de “la doble escletxa” introdueixen l’aspecte més essencial de la teoria quàntica: el procés de mesura. L’experiment del “gat de Schrödinger” posa de relleu la paradoxal superposició quàntica d’estats que “col·lapsa”, en mesurar el sistema, en un dels estats implicats en dita superposició. Finalment, es discuteix breument les implicacions de la teoria quàntica en dues àrees a la frontera del coneixement actual: la física de partícules i la computació quàntica
Aquest llibre és un conjunt de problemes de física quàntica ordenats temàticament i pensats per a estudiants de grau, de ciències o d’enginyeria. Cada tema conté una breu introducció teòrica seguida d’un recull de problemes. Des de la quantització i la dualitat ona-partícula fins a l’oscil·lador harmònic quàntic i el moment angular intrínsec, passant per l’equació de Schrödinger i el principi d’indeterminació de Heisenberg, en l’obra es treballa especialment l’efecte túnel i les seves conseqüències, com les bandes d’energia prohibides per a electrons i per a fotons. L’obra introdueix els aspectes fonamentals de la física quàntica que ja són essencials en el currículum de ciències aplicades o d’un enginyer.
R. Feynman (1918-1988), un dels mes grans fisics del s. XX i premi Nobel (1965), quan li preguntaven sobre si entenia la mecanica quantica, responia simplement: It works (funciona). La pregunta es referia naturalment a la significacio de la teoria, a la seva comprensio i a tot allo que la teoria ens podia dir de la realitat fisica del nostre mon. Una pregunta legitima des que l’home es home i raona. La voluntat de comprendre com esta fet el mon, motor de la ciencia, es veu acompanyada tambe per les preguntes com es el mon i que es el mon, preguntes que entren de ple en la massa abandonada filosofia de la naturalesa. La mecanica quantica, per tot el que presenta d’enigmatica, d’incomprensible (s’enten, analitzat conscientment o inconscient des del paradigma filosofic de la fisica classica) posa sobre la taula del debat filosofic, la necessitat de recorrer de nou a la filosofia de la naturalesa, per poder comprendre, sempre i quan, es clar, algu no en tingui prou dient que funciona. Les sorpreses venen quan, pensades les coses, des de l’optica de la filosofia de la naturalesa, hom descobreix que no hi ha tants enigmes. R. Feynman (1918-1988), one of the greatest physicists of the XX century, Nobel Prize (1965), when asked whether he understood quantum mechanics, he responded simply: It works. The question of course refers to the significance of the theory, to its understanding and to all that the theory could tell us about the physical reality of our world: a legitimate question since man can think. The desire to understand how the world is done, the very motor of science, goes together with questions as how the world is and what the world is, questions that go straight into the dough abandoned Natural Philosophy. Quantum mechanics, by its enigmatic contents (if analyzed from the philosophical paradigm of classical physics) raises to the philosophical debate the need to come back again to Natural Philosophy in order to understand, unless of course someone does not have enough by saying that “it works”. Surprises arrive when, if thinking from the perspective of Natural Philosophy, one discovers that there are not so many enigmas.
[cat] Entre el 1924 i el 1927 a través de la mecànica quàntica va començar a entreveure’s la idea de que alguns sistemes estaven formats pel que avui dia anomenem “partícules indistingibles”. Aquesta nova percepció de la identitat de les partícules, capgiraria la manera de concebre la naturalesa i la interacció en els sistemes formats per elements idèntics. Amb el naixement de la mecànica quàntica i els diferents descobriments de la física a l’inici del segle XX, l’estadística de Maxwell-Boltzmann ja no respon totes les preguntes que planteja la física. Al llarg dels diferents capítols veurem com neix l’estadística quàntica de Fermi-Dirac i, amb ella, la percepció de la idea d’indistingibilitat i també com evoluciona aquest concepte. Es vol entendre quin és el context científic amb el que s’arriba als anys 1924-1927, per tal d’explicar què va portar a Fermi a desenvolupar una nova estadística quàntica, anomenada actualment estadística de Fermi-Dirac, diferent a la que havien desenvolupat Bose i Einstein dos anys abans i amb un mètode totalment diferenciat (tot i que paral·lel en el temps) al que farà anar Dirac. Estudiarem també els treballs que publica Heisenberg durant aquells anys i analitzarem quin paper van jugar en el desenvolupament de les estadístiques quàntiques. Addicionalment, veurem que el mètode de Dirac, per la seva banda, vindrà marcat per la formulació, entre el 1925 i el 1926, de la nova mecànica quàntica o mecànica matricial per part de Born, Heisenberg i Jordan.
La théorie quantique nous confronte avec les paradoxes bizarres qui contredisent les fondements de la physique classique. Au niveau subatomique, une particule semble savoir ce que font les autres, mais selon « le principe d’incertitude » de Heisenberg, il y a une limite sur la précision des observations. Pourtant, la théorie quantique est étonnamment précise et largement appliquée en chimie et en physique. Cet ouvrage nous emmène dans un voyage où vous rencontrerez Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg et Schrödinger, chacun d’entre eux ayant contribué aux concepts de cette théorie révolutionnaire. La dualité onde-particule, l’interprétation de Copenhague, le chat de Schrödinger, le paradoxe EPR etc. sont autant d’expériences et de concepts qui sont décrits dans cet ouvrage.
Aquest treball de recerca tracta sobre la computació quàntica, però cal establir una base abans d'entrar directament en el tema, ja que són necessaris certs coneixements previs. Per aquesta raó, durant la primera part es parla de la física quàntica, dels seus fonaments més importants (afegint-hi un experiment propi) i dels límits de la física clàssica. Més endavant, s'introdueix la computació quàntica, per què és necessària i quins són els seus principis bàsics. A més, per a una millor comprensió del tema, s'ha programat des de zero un joc, tant en computació clàssica com en quàntica, amb l'objectiu de posar en pràctica els fonaments apresos per demostrar-los i entendre'ls millor. Per a fer-ho, es va enviar una enquesta que ha permès fer un estudi detallat d'aquests fenòmens. Finalment, es dona una ullada cap al futur, cap a la segona revolució quàntica, la qual agafarà les regles de la primera i les utilitzarà per proporcionar noves tecnologies i oferir el següent nivell d'oportunitats.
El desenvolupament de la mecànica quàntica a principis del segle xx va constituir una de les més grans revolucions tant en les ciències experimentals i en les ciències exactes com en la filosofia, i va modificar completament la manera d’entendre el món tant a nivell microscòpic com macroscòpic. De fet, tal com varen fer notar els seus fundadors, la mecànica quàntica és força contradictòria respecte a la nostra forma clàssica de pensar. Per superar aquesta limitació, Erwin Schrödinger i Albert Einstein, entre d’altres, van proposar una sèrie d’experiments ideals que mostraven el comportament paradoxal de la mecànica quàntica, entre els quals l’anomenat «gat de Schrödinger» i la «paradoxa EPR» (o paradoxa Einstein-Podolsky-Rosen) són els més coneguts. Aquestes propostes experimentals, que es coneixen amb el nom alemany de Gedankenexperimente (experiments mentals), feien ús del principi de superposició i de l’entrellaçament dels sistemes quàntics apper mostrar les estranyes propietats de la mecànica quàntica. Tanmateix, com va indicar el mateix Schrödinger, es tractava de propostes ridícules perquè mai aconseguiríem manipular partícules individuals. El Premi Nobel de Física 2012 ha estat atorgat a Serge Haroche i David J. Wineland, que van ser capaços, mitjançant sofisticats dispositius experimentals, d’atrapar i manipular fotons i ions individuals, respectivament, tot fent realitat els Gedankenexperimente proposats als inicis de la mecànica quàntica. A més, aquells experiments van establir les bases per a un nou camp de recerca, la ciència de la informació quàntica, i per al desenvolupament de noves aplicacions com ara la construcció de rellotges atòmics de precisió anteriorment mai assolida. Aquests desenvolupaments han marcat l’inici de l’anomenada segona revolució quàntica.Paraules clau: òptica quàntica · mecànica quàntica · electrodinàmica quàntica en cavitats · captura i refredament d’ions