Πριν από 100 χρόνια, μια Επαναστατική Θεωρία, η Κβαντική Θεωρία, ήρθε για να αλλάξει τον κόσμο μας!
Η Κβαντική Θεωρία, γνωστή και ως Κβαντομηχανική, περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας στον μικρόκοσμο, δηλαδή σε ατομική και υποατομική κλίμακα. Είναι μια θεωρία παράξενη και αλλόκοτη που σοκάρισε τον επιστημονικό κόσμο γιατί ανέτρεψε το κλασσικό μοντέλο της φυσικής για τον μικρόκοσμο. Η Κβαντομηχανική αποτελεί την πιο επιτυχημένη επιστημονική θεωρία όλων των εποχών. Γιατί εξήγησε τον κόσμο μας και γιατί τον άλλαξε μέσω της τεχνολογίας.
Η Κβαντομηχανική είναι η βάση της σύγχρονης τεχνολογίας, οι Η/Υ, τα κινητά τηλέφωνα, το GPS, τα LASER και οι μαγνητικές τομογραφίες είναι αποτέλεσμα αυτής της θεωρίας.
«Μια επιστημονική επανάσταση χωρίς «βόμβες» στα θεμέλια του παλιού καθεστώτος και χωρίς «Στρατηγό» να συντονίζει τους «βομβιστές» μάλλον δεν γίνεται. Και η κβαντική επανάσταση τα είχε όλα. Τον Αλβέρτο Αϊνστάιν πρώτα απ’ όλα -τον μεγαλύτερο βομβιστή του 20ού αιώνα- και τον επίσης μεγάλο βομβιστή Νιλς Μπορ, ο οποίος όμως έγινε ταυτόχρονα ο Στρατηγός της! Ο μέντορας της δεύτερης γενιάς επαναστατών -Χάιζενμπεργκ, Πάουλι και Ντιράκ- χάρις στους οποίους η επανάσταση είχε ένα θριαμβευτικό φινάλε. Κατέληξε στην πιο επιτυχημένη επιστημονική θεωρία όλων των εποχών· την κβαντομηχανική».
Στέφανος Τραχανάς, στο βιβλίο του: "Ο Βομβιστής και ο Στρατηγός, Ιστορώντας την κβαντική επανάσταση, 1900-2025"
Το 2025 ήταν μια σημαντική χρονιά για την ιστορία της φυσικής γιατί συμπληρώθηκαν 100 χρόνια από τη θεμελίωση της Κβαντομηχανικής.
Ήταν καλοκαίρι
του 1925, που ο Γερμανός φυσικός Werner Heisenberg κατέφυγε στο νησί 'Ελγκολαντ στη Βόρεια θάλασσα λόγω αλλεργικής ρινίτιδας. Εκεί έβαλε τα θεμέλια της
Κβαντομηχανικής, παρουσιάζοντας λιγο αργότερα, το Σεπτέμβριο του 1925, στο κορυφαίο περιοδικό φυσικής "Zeitschrift der Physik", την 1η ολοκληρωμένη της μορφή με τους κβαντικούς νόμους διατυπωμένους στη μαθηματική γλώσσα των μητρών (ή πινάκων).
Ο ΟΗΕ ανακήρυξε το 2025 ως Διεθνές Έτος Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας και γιορτάστηκε σ’ όλο τον κόσμο με πάρα πολλές εκδηλώσεις και δράσεις. Τον Ιούνιο του 2025, στο νησί Helgoland πραγματοποιήθηκε ένα συνέδριο φυσικής για τα 100ά γενέθλια της Κβαντομηχανικής.
«Ο Heisenberg με φόντο το Helgoland». Εικονογράφηση του Senor Sahme για το περιοδικό Quanta για τα 100ά γενέθλια της Κβαντομηχανικής.
Εκτός από τον Werner Heisenberg, ποιοί άλλοι επιστήμονες είχαν σημαντική συμβολή στην ανάπτυξη της Κβαντομηχανικής από το 1930 έως το 1935;
Ας γνωρίσουμε τους "Πρωταγωνιστές της Κβαντομηχανικής"
(1858 - 1947)
Γερμανός θεωρητικός φυσικός. Θεωρείται ο εμπνευστής και ο πατέρας της Κβαντικής Θεωρίας. Ήταν αυτός που το 1900 εισήγαγε την έννοια του φωτεινού κβάντου. Κβάντο ( λατινικά quantum) σημαίνει ποσό. Σύμφωνα με τον Planck, το φως διαδίδεται με "δέσμες ενέργειας", τα κβάντα φωτός. Κάθε κβάντο μεταφέρει ενέργεια Ε η οποία είναι ανάλογη με τη συχνότητα f της ακτινοβολίας.
Νόμπελ Φυσικής το 1918 «ως αναγνώριση για τη συμβολή του στην εξέλιξη της φυσικής με την ανακάλυψη των κβάντων ενέργειας».
(1879 – 1955)
Γερμανός φυσικός Εβραϊκής καταγωγής. Είναι ο θεμελιωτής της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας (1905) σε μια προσπάθεια να συμφιλιώσει τους νόμους της μηχανικής με τους νόμους του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου αλλά και της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (1915) που περιλαμβάνει και τη βαρύτητα.
Θεωρείται ο σημαντικότερος επιστήμονας του 20ού αιώνα και ένας από τους μεγαλύτερους όλων των εποχών.
Νόμπελ Φυσικής το 1921 «για τις υπηρεσίες του στη Θεωρητική Φυσική και ιδιαίτερα για την ανακάλυψη του νόμου του φωτοηλεκτρικού φαινομένου», (κβαντομηχανική εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου).
(1871 – 1937)
Βρετανός φυσικός με καταγωγή από τη Ν. Ζηλανδία. Πρωτοπόρος ερευνητής στην ατομική και πυρηνική φυσική. Θεωρείται ο πατέρας της πειραματικής πυρηνικής φυσικής γιατί ήταν ο πρώτος που προκάλεσε διάσπαση του πυρήνα με σύγκρουση σωματιδίων άλφα με πυρήνες αζώτου.
Το 1911, μετά από μια σειρά πειραμάτων σκέδασης δέσμης ακτίνων α, τεκμηρίωσε τη δομή του ατόμου ως πλανητικού συστήματος με έναν μικροσκοπικό πυρήνα στο κέντρο του και τα ηλεκτρόνια να περιφέρονται γύρω απ’ αυτόν σε αποστάσεις εκατό χιλιάδες φορές μεγαλύτερες από την πυρηνική ακτίνα. (Ατομικό μοντέλο Rutherford).
Νόμπελ Χημείας το 1908 «για τις έρευνές του σχετικά με την αποσύνθεση των στοιχείων και τη χημεία των ραδιενεργών ουσιών».
(1885 - 1962)
Δανός φυσικός με θεμελιώδη συμβολή στην ανακάλυψη και ερμηνεία των κβαντικών νόμων που κυβερνούν τον ατομικό μικρόκοσμο. Θεωρείται ο μεγαλύτερος μετά τον Άλμπερτ Αϊνστάιν θεωρητικός φυσικός του 20ού αιώνα.
Το 1913, εισήγαγε την παραδοχή της κβάντωσης για να ερμηνεύσει τη σταθερότητα του ατόμου του υδρογόνου (ατομικό μοντέλο Bohr). Τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από έναν πυρήνα, αλλά μόνο σε προκαθορισμένες τροχιές, και αν τα ηλεκτρόνια μεταπηδήσουν σε τροχιά χαμηλότερης ενέργειας, η διαφορά ενέργειας αποστέλλεται ως ακτινοβολία. Νόμπελ Φυσικής το 1922 «για τις υπηρεσίες του στην έρευνα της δομής των ατόμων και της ακτινοβολίας που προέρχεται από αυτά».
(1892 – 1962)
Αμερικανός φυσικός γνωστός για το "πείραμα Compton" και το αντίστοιχο φαινόμενο/ «φαινόμενο Compton» με το οποίο τεκμηρίωσε τη σωματιδιακή φύση του φωτός και απέδειξε ότι τα φωτεινά κβάντα έχουν όχι μόνο ενέργεια αλλά και ορμή.
Το 1923 , ανακάλυψε πειραματικά ότι ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας όταν συγκρουστούν με ηλεκτρόνια, σκεδάζονται και εκτρέπονται από την πορεία τους και το σκεδαζόμενο φωτόνιο έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το αρχικό. Νόμπελ Φυσικής το 1927 «για την ανακάλυψη του φαινομένου που πήρε το όνομά του».
(1887 - 1961)
Αυστριακός φυσικός με κεφαλαιώδη συμβολή στη μαθηματική διατύπωση και εφαρμογή των κβαντικών νόμων. Καλλιεργημένη και καλλιτεχνική φύση είχε το ταλέντο να παρουσιάζει τις απόψεις του με γοητευτικό τρόπο. Το 1925, ανακάλυψε τη σημαντικότερη εξίσωση στην ιστορία της επιστήμης, την «Εξίσωση Σρέντινγκερ», που αντικαθιστά την εξίσωση του Νεύτωνα για την περιγραφή της κίνησης των σωματιδίων του μικρόκοσμου.
Το 1933 τιμήθηκε μαζί με τον Paul Dirac με το Νόμπελ Φυσικής «για την ανακάλυψη νέων παραγωγικών μορφών ατομικής θεωρίας».
(1901 – 1976)
Γερμανός θεωρητικός φυσικός, ένας από τους κύριους πρωτοπόρους της θεωρίας της κβαντομηχανικής και ένας από τους κύριους επιστήμονες στο Γερμανικό πυρηνικό πρόγραμμα κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου.
Το όνομά του είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με μια από τις μεγαλύτερες επιστημονικές ανακαλύψεις του 20ου αιώνα: Την Αρχή της αβεβαιότητας ή Αρχή της απροσδιοριστίας, σύμφωνα με την οποία: «Το γινόμενο των αβεβαιοτήτων θέσης και ορμής ενός σωματιδίου δεν μπορεί να γίνει μικρότερο από το μισό της σταθεράς του Πλανκ».
Νόμπελ Φυσικής το 1932 «για τη δημιουργία της κβαντομηχανικής, η εφαρμογή της οποίας, μεταξύ άλλων, οδήγησε στην ανακάλυψη των αλλοτροπικών μορφών του υδρογόνου».
(1900 – 1958)
Αυστριακός θεωρητικός φυσικός του οποίου το όνομα είναι συνδεδεμένο με τη δεύτερη θεμελιώδη αρχή της κβαντομηχανικής, την Απαγορευτική αρχή του Πάουλι. Σύμφωνα με την αρχή αυτή, δεν είναι δυνατή η ύπαρξη στο ίδιο άτομο δύο ηλεκτρονίων με τα ίδια φυσικά χαρακτηριστικά. Τα ηλεκτρόνια θα πρέπει να διαφέρουν τουλάχιστον ως προς έναν από τους κβαντικούς αριθμούς που προσδιορίζουν την κατάσταση της κίνησής τους.
Νόμπελ Φυσικής το 1945 «για την ανακάλυψη της Αρχής του Αποκλεισμού, που ονομάζεται επίσης Αρχή του Pauli».
(1902 – 1984)
Βρετανός θεωρητικός φυσικός και μαθηματικός που ασχολήθηκε με τις μαθηματικές και θεωρητικές πτυχές της Κβαντομηχανικής. Κορυφαία συνεισφορά του ο γενικός φορμαλισμός της Κβαντομηχανικής ή φορμαλισμός Ντιράκ, που διατύπωσε στο ιστορικό βιβλίο του «Αρχές της Κβαντομηχανικής», που εκδόθηκε το 1930 και αποτελεί έκτοτε την «βίβλο» της νέας θεωρίας.
Το 1933 τιμήθηκε μαζί με τον Erwin Schrödinger με το Νόμπελ Φυσικής «για την ανακάλυψη νέων παραγωγικών μορφών ατομικής θεωρίας».
(1882 – 1970)
Γερμανός μαθηματικός και φυσικός, εβραϊκής καταγωγής, με θεμελιώδη συμβολή στην ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας.
Το 1926 διατύπωσε τη στατιστική ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης ψ, πάνω στην οποία εδράζεται όλο το κβαντικό οικοδόμημα.
Νόμπελ φυσικής το 1954 «για τη θεμελιώδη έρευνά του στην κβαντομηχανική, ειδικά για τη στατιστική ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης».
(1892 - 1987)
Γάλλος φυσικός, αριστοκρατικής καταγωγής, ασχολήθηκε μάλλον αργά με την θεωρητική φυσική, γιατί είχε σπουδάσει αρχικά ιστορία. Το 1924 εισήγαγε την ιδέα ότι τα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, θα μπορούσαν να περιγραφούν όχι μόνο ως σωματίδια αλλά και ως κύματα (Κυματοσωματιδιακός δυϊσμός της ύλης).
Βραβείο Νόμπελ το 1929 «για την ανακάλυψη της κυματικής φύσης των ηλεκτρονίων».
(1901 – 1954)
Ιταλός θεωρητικός και πειραματικός φυσικός ο οποίος συνέδεσε το όνομά του με κορυφαίες στιγμές της φυσικής του εικοστού αιώνα. Είναι ο δημιουργός του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα (Σικάγο 1942), όπου η ομάδα του πέτυχε την πρώτη στον κόσμο ελεγχόμενη αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση και θεωρείται επίσης ο «πατέρας της ατομικής βόμβας» μαζί με τον Ρόμπερτ Οπενχάιμερ. Εξίσου σημαντική είναι και η συμβολή του στη θεμελιώδη φυσική, όπως είναι οι στατιστικοί νόμοι για τα υποατομικά σωματίδια (φερμιόνια), η έρευνα σχετικά με τις πυρηνικές αντιδράσεις που προκαλούνται από αργά νετρόνια ή η αλληλεπίδραση Fermi για την ασθενή πυρηνική αλληλεπίδραση. Νόμπελ Φυσικής το 1938 «για τις επιδείξεις του σχετικά με την ύπαρξη νέων ραδιενεργών στοιχείων που παράγονται από ακτινοβολία νετρονίων και για τη σχετική ανακάλυψη πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από αργά νετρόνια».
Πηγές:
Τα αντίστοιχα λήμματα της wikipedia (https://en.wikipedia.org/)
Το βιβλίο του Στέφανου Τραχανά, "Ο Βομβιστής και ο Στρατηγός, Ιστορώντας την κβαντική επανάσταση, 1900-2025", ΠΕΚ, 2025.
Το βιβλίο του Στέφανου Τραχανά, "Μεγάλη επιστήμη, ενδιαφέρουσες ζωές", (2014). Έκδοση εκτός εμπορίου από τις Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης (ΠΕΚ), διατίθεται δωρεάν σε μορφή pdf. Θα το βρείτε στον παρακάτω σύνδεσμο: