zientzia | Fisika kuantikoa eta masa

Isaac Newton (Dalí)Argazkia: Felipe Gabaldon

Fisikan, errealitatean gertatzen diren gauzak ikertzen dira, eta ikerketa horietatik sortzen dira kontzeptuak, adibidez, masa kontzeptua. Historian zehar, fenomeno ezberdinak ikertuta, kontzeptu hori aldatzen joan da. Ikus ditzagun masa kontzeptuarekin erlazionatutako ideia zenbait, eta izan duten garapena.

MASA INERTZIALA

Tamaina handiko gorputz bat mugitzeko indar handiagoa behar da tamaina txikiko bat mugitzeko baino. Zein da horren arrazoia? Gorputzek, mugimenduan egonda edo geldirik egonda, beren egoera hori aldatzen duen indar bat jasotzean, berez, indar horren aurkako erresistentzia erakusten dute. Adibidez, autobus batean goazenean, mugitzen hasten denean, gure gorputzak bultzada bat jasaten du atzera, eta autobusa galgatzen denean, berriz, aurrera. Gainera, gorputza zenbat eta handiagoa izan, orduan eta indar handiagoa ezarri behar zaio mugitzeko. Ezaugarri horri masa inertzial esaten zaio. 

GRABITAZIO MASA

Gorputzak beti lurrerantz erortzen dira. Fenomeno horrek pisu du izena, eta horregatik esaten dugu gorputzak pisudunak direla. Newton lehenengoa izan zen esaten gorputzen pisu hori Lurraren grabitazio-erakarpenaren ondorio zela, eta Grabitazio Unibertsalaren Legea postulatu zuen. Gorputzen artean erakarpen indarrak sortzen dira, eta indar horiek gorputz horien masarekiko proportzionalak dira.

Argazkia hemendik hartua.

Erakarpen indarrak sortzen dituen masa grabitazio masa da, eta Lurrak bere azalean dauden gauzak pisu deritzon indarraren bidez erakartzen ditu.

Masa neurtu ahal izateko, kilogramo-masa unitatea aukeratu zen, eta honen bidezko konparaketak eginez grabitazio masaren neurketak egin ditzakegu. 

BI MASA KONTZEPTU HORIEK BERDINDUTA

Masa inertziala eta grabitazio masa kontzeptuak ezberdinak izanik ere, fisikariek biak berdintzat jo zituzten, eta unitate berarekin neurtu zituzten. Eta horrela, masa kontzeptuak grabitazioren eta zinematikaren fenomenoak azaltzeko eta neurtzeko balio izan zuen. Teoria hauek formulatu zituen lehenengoa, Newton izan zen.

Masaren kontzeptu horri eta Newtonen legeei esker, Mekanika Klasikoak ongi azaldu zituen bai planeten mugimendua grabitazio eremuan, eta baita gorputzen arteko topaketak eta interakzioak ere. Hau da, azken batean, bazirudien lege eta teoria hauekin guztiekin Unibertsoa bere osotasunean esplikatu zitekeela.

Mekanika Klasikoaren azalpen hauek, baina, oinarrian ideia hau zuten: materia partikula masadunez osatuta dagoela. Eta hori, geroago, zalantzan jarri zen.

Albert Einstein
Argazkia hemendik hartua

EINSTEINEN TEORIA

Einsteinek, ordura arteko ideia klasiko horietako batzuk, hankaz gora jarri zituen.

Bere Erlatibitatearen Teorian, denbora eta distantzia absolutuen ideia baztertu zuen (hau da, azaldu zuen denbora eta distantzia aldatu egiten direla ikuslearen arabera). Gainera, masa eta energiaren kontzeptuak ere aldatu zituen. Azaldu zuenez, masa ez da gorputzaren ezaugarri konstante bat, baizik eta abiadurarekin aldatzen dela. Zenbat eta abiadura handiagoa izan, orduan eta masa handiagoa izanen dugu, eta alderantziz. Abiadura oso motela baldin bada, aldaketa hori ez da oso nabarmena. Ezaguna da bere ekuazio ospetsuena: 

E=mc2 

MEKANIKA KLASIKOAREN HUTSUNEAK ETA KUANTIKAREN ERANTZUNAK

Mekanika Klasikoaren azalpenek huts egiten zuten eskala atomikoan, atomoaren esparrua oso-oso txika delako. Sistema makroskopikoetan neurketak egiteko, metroa da unitate estandarra, eta oso unitate egokia da, baina atomoaren sistemetan erabiltzeko handiegia da, eta horregatik beste unitate bat erabiltzen da: Angstrom-a (Å). Ideia bat egiteko, komeni da jakitea metro batean 10.000 milioi Å sartzen direla.

Argazkia hemendik hartua.

Atomoaren osagaiak (protoiak, neutroiak, elektroiak eta abar) aurkitu direnean, Mekanika Klasikoaren ereduak ez du balio izan beren portaera azaltzeko. Atomoaren osagaiek esperimentu batzuetan partikula moduan jokatzen zuten, eta beste batzuetan uhin gisa. Gainera mekanika klasikoaren ikuspegitik, objektuak beti toki zehatz batean daude lokalizatuta, baina atomoaren eskalan, hori ezin da egiaztatu. Atomoaren esparru horretan, zehaztugabetasuna araua da, eta partikula baten egoera probabilitate kontua da.

Arazo eta hutsune hauei erantzuteko, Mekanika Kuantikoa sortu zen. Mekanika Kuantikoaren arabera materiak, masaz gain, uhina ere badu. Horregatik jokatzen dute atomoaren osagaiek batzuetan partikula gisa eta beste batzuetan uhin gisa. Mekanika Kuantikoak egiten duena materia uhin gisa ikertzea da, Uhin Ekuazioaren bidez.

EREDU ESTANDARRA

Planteamendu horretatik, Eredu Estandarra (MEFP, SM: Standard Model) sortu zen, ikerketa ildo horren garapena, alegia. Eredu horren arabera, atomoan hiru eremu daude: eremu elektromagnetikoa, eremu bortitza eta eremu ahula. Eredu Estandarrak azaltzen du oinarrizko partikulak hiru eremu horietan elkartzen direla atomoak eta molekulak osatzeko. Partikula horiek eremuarekin elkartrukea dute eta erlazio hori gauzatzeko, bosoi izeneko beste partikula mota bat elkartrukatzen dute. Eredua Estandarrak, baina, hutsune bat zuen; grabitazio eremua bere baitan sartzea falta zitzaion. Egia esan, atomoaren barruan grabitazioaren eragina gutxi nabaritzen da, baina grabitazio eremua materiaren ezaugarri garrantzitsu bat denez, nolabait sartu beharra zegoen. Arazo honi aterabidea emateko, Higgs Eremuaren Teoria proposatu zuten: espazio osoan zehar hedatzen den eremua da, eta beraz, atomoaren barruan ere eragiten du. Unibertsoa osatzen duten partikula subatomikoek eta Higgs Eremuak Higgs bosoiaren bidez elkarri eragiten diote, eta elkarreraginaren indarra zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa da partikulen masa, eta beraz, baita beren grabitazio eremua ere. Horrela lortzen da Eredu Estandarrean grabitazio eremua sartzea.

Higgs simulazioa
Argazkia: Naukas

2012an, esperimentu batean, Higgs ereduaren hipotesia frogatu omen dute. Hori aurrerapausoa bada, inondik inora, baina teoria horri garapen handia falta zaio oraindik dena azaltzeko.

Einsteinen arabera, grabitazio eremua masaren ondorio da, baina orain, Higgs eremuaren teoriaren arabera, alderantziz dela ematen du; masa dela grabitazio eremuaren ondorio, alegia.

Masa kontzeptua aldatu egin da erabat.

Egilea: Josu Abajo Bengoetxea, fisikaria.

Kultura Zientifikoa 1. Jaialdiaren baitako testua duzue honako.