Den fullständiga, konstiga berättelsen om kvantvärlden är alldeles för stor för en enda artikel, men perioden från 1905, när Einstein först publicerade sin lösning på det fotoelektriska pusslet, till 1960-talet, då en komplett, väl beprövad, rigorös och vansinnigt komplicerad kvantteorin om den subatomära världen äntligen dök upp, är historien.
Denna kvantteori skulle komma att ge, på sitt eget sätt, sin egen fullständiga och totala revidering av vår förståelse av ljus. I kvantbilden av den subatomära världen är det vi kallar den elektromagnetiska kraften egentligen produkten av otaliga mikroskopiska interaktioner, arbetet av odelbara fotoner, som interagerar på mystiska sätt. Som i, bokstavligen mystiskt. Kvantramverket ger ingen bild av hur subatomära interaktioner faktiskt fortskrider. Snarare ger det oss bara en matematisk verktygsuppsättning för att beräkna förutsägelser. Och även om vi bara kan svara på frågan om hur fotoner faktiskt fungerar med en belägrad axelryckning, är vi åtminstone utrustade med en viss förutsägelsekraft, som hjälper till att lindra smärtan av kvantbegriplighet.
Att göra fysikens verksamhet - det vill säga att använda matematiska modeller för att göra förutsägelser för att validera mot experiment - är ganska svårt inom kvantmekaniken. Och det är på grund av det enkla faktum att kvantregler inte är normala regler, och att i det subatomära riket är alla satsningar avstängda.
Interaktioner och processer på subatomär nivå styrs inte av förutsägbarheten och tillförlitligheten hos makroskopiska processer. I den makroskopiska världen är allt vettigt (till stor del för att vi har utvecklats för att förstå världen vi lever i). Jag kan kasta en boll tillräckligt många gånger till ett barn så att deras hjärna snabbt kan ta upp det pålitliga mönstret:bollen lämnar min hand, bollen följer en bågformig bana, bollen rör sig framåt och faller så småningom till marken. Visst, det finns variationer baserade på hastighet och vinkel och vind, men grundtanken med en kastad boll är densamma, varje gång.
Inte så i kvantvärlden, där perfekt förutsägelse är omöjlig och pålitliga uttalanden saknas. På subatomära skalor styr sannolikheter dagen - det är omöjligt att säga exakt vad en given partikel kommer att göra vid varje givet ögonblick. Och denna frånvaro av förutsägbarhet och tillförlitlighet gjorde först orolig och sedan äcklad Einstein, som så småningom skulle lämna kvantvärlden bakom sig utan något annat än en beklagande skakning på huvudet över sina kollegors missriktade arbete. Och så fortsatte han sitt arbete och försökte hitta ett enhetligt tillvägagångssätt för att förena de två kända naturkrafterna, elektromagnetism och gravitation, med ett eftertryckligt inte kvantramverk.
När två nya krafter först föreslogs på 1930-talet för att förklara atomkärnornas djupa funktion – de starka respektive svaga kärnkrafterna – avskräckte detta inte Einstein. När väl elektromagnetism och gravitation väl hade förenats, skulle det inte krävas mycket extra ansträngning för att arbeta i nya naturkrafter. Samtidigt tog hans kvantlutande samtida till sig de nya krafterna med bravur och förde dem så småningom in i kvantvärldsbilden och ramverket.
Vid slutet av Einsteins liv kunde kvantmekaniken beskriva tre naturkrafter, medan gravitationen stod ensam, hans allmänna relativitetsteori ett monument över hans intellekt och kreativitet.
Tillhandahålls av Universe Today
