Chimia ecologica

Odata cu dezvoltarea industriala accentuata din ultimele decenii s-a conturat si pericolul poluarii grave a mediului ambiant, al degradarii uneori chiar ireversibile a conditiilor de viata de pe Terra.

Alarmata de catastrofe ecologice generate de iresponsabilitatea si setea nemasurata de castig a unor mari companii industriale, opinia publica mondiala se preocupa tot mai intens deconservarea nealterata, pentru noi si urmasii nostri, a naturii planetei.

Ca urmare, preocuparile oamenilor de stiinta, cu deosebire ale chimistilor, s-au intensificat continuu in acest domeniu de importanta vitala. In aceasta vasta campanie, specialistii utilizeaza, cu precadere, multimilenarele  „brevete” ale naturii.

Argumente ?

Ceea ce in prezent constituie una dintre cele mai interesante si mai pline de promisiuni directii de cercetare ale chimiei si ecologiei moderne era un lucru cunoscut si utilizat inca din antichitate. Astazi, ca si acum cateva mii de ani, locuitorii din satele sudaneze de pe malul Nilului, de exemplu, pun in vase mari de lut, impreuna cu cateva manunchiuri de plante acvatice, apa luata direct din fluviu. Dupa numai 24 de ore, apa mâlosa a Nilului devine, in urma acestui  „tratament”, limpede si fara nici un gust sau miros.

Obtinerea in unele tari a apei potabile pe aceasta cale ar fi putut continua sa fie ignorata sau, in cel mai bun caz, privita ca o curiozitate exotica de catre lumea stiintifica contemporana daca problema epurarii apelor reziduale, provenite din industria in dezvoltare accelerata sau din aglomerarile urbane cu cresteri explozive ale secolului nostru, nu ar fi devenit atat de acuta.

Intr-adevar, pentru a „scapa” de apele reziduale se cheltuiesc anual sume uriase. Tocmai aspectul economic al tratarii apelor reziduale in adevarate uzine chimice, dotate cu utilaje si tehnologii costissitoare, a adus in actualitate ideea epurarii naturale, cu ajutorul plantelor acvatice, a  „apelor deşeu”.

In lupta impotriva poluarii apelor, oamenii de stiinta si-au gasit aliati de nadejde in… plantele acvatice. Ele pot separa solutiile coloidale, limpezind apa, pot neutraliza apele alcaline sau acide, sprijinind pe aceasta cale actiunea de purificare exercitata de microorganisme, maresc continutul de oxigen in apa etc. Aceasta fara a mai vorbi despre actiunea lor de consolidare a terenurilor mlastinoase sau de influienta binefacatoare asupra nivelului si calitatii apelor freatice.

Stuful, trestia, papura,rogozul, pipirigul, precum si alte asemenea plante au dovedit nu numai o mare capacitate de acomodare in ape cu continut ridicat de substante toxice, in care nici un alt organism viu nu supravietuia, ci si una inca si mai mare, de a acumula aceste substante, purificand astfel apele uzate.

Stuful, de exemplu, suporta perfect concentratii de mercur la care algele sau microorganismele – celelalte elemente ale epurarii biologice – sunt demult anihilate. Explicatia acestei rezistente deosebite, afirma specialistii, consta in faptul ca zona de crestere a stufului este situata la baza si nu la varful sau, ca in cazul altor plante. In acest fel, el creste tot timpul in apa impurificata.

Remarcabila este, de asemenea, capacitatea de retentie a stufului fata de mercur sau alte elemente grele, precum si fata de cloruri, sulfati sau cianuri.

Mecanismul absorbtiei, precum si procesele biochimice care au loc in plantele acvatice in aceste ocazii sunt inca foarte putin cunoscute. Se considera ca in cazul stufului o mare cantitate de saruri minerale este separata de planta prin intermediul tulpinii, in timp ce metalele grele sunt eliminate, odata cu surplusul de apa, sub forma de vapori, prin stomatele frunzelor.

Probleme extrem de dificile ridica, in tehnologia epurarii, indepartarea si neutralizarea substantelor organice. Fenolii si derivatii sai clorurati, de exemplu,  sunt extrem de greu de separat prin mijloace chimice. Cu ajutorul stufului, lucrurile devin extrem de simple. Astfel, un grup de specialisti de la Institutul de cercetari botanice  „Max Planck” din Krefeld, Germania, a reusit sa purifice complet ape industriale care contineau pentaclorfenol in amestec cu cantitati ridicate de clorura de sodiu.

 O alta proprietate de mare interes si utilitate a plantelor acvatice este capacitatea lor de a distruge microbii patogeni. Astfel, dupa cum au aratat numeroase experiente, unele plante acvatice exercita o puternica actiune bactericida asupra diferitelor specii, ca Escherichia coli, salmonela sau enterococi. Se pare ca actiunea se datoreaza unor enzime care se gasesc in radacinile plantelor. Ceea ce inca nu s-a clarificat este daca aceste enzime sunt preparate direct de planta sau ele rezulta din procesele biochimice ale microorganismelor cu care ea traieste in simbioza.

In sfarsit, o ultima caracteristica ce pare sa tina de domeniul miraculosului: plantele acvatice pot combate radioctivitatea. La centrul de cercetari nucleare din Karlsruhe, Germania, in buncare speciale era depozitata o mare cantitate de namoluri radioactive. Cum simpla separare a apei, fara a o contamina insa, ar fi constituit un succes deosebit deoarece ar fi redus mult volumul deseurilor, s-a recurs la incercarea de a cultiva trestii pe aceste namoluri. Rezultatul l-a constituit nu numai reducerea la circa 1/50 a volumului deseurilor, ci si absenta oricarei urme de radioactivitate in apa evacuata, in reziduul solid obtinut, precum si in insasi plantele cultivate.

Singura explicatie data de cercetatori a fost ipoteza ca metalele grele radioactive au fost mai intai asimilate, iar apoi evacuate prin stomate, odata cu vaporii de apa, fiind imprastiate in atmosfera.

UNIVERSUL TAHIONIC – Viteza infinita

Este teoretic posibil ca Big Bang-ul sa fi produs in special materie – materie tahionica, decat materie – antimaterie. Entanglement-ul cuantic al acestor doua universuri explica efectul Energiei Intunecate si al Materiei Negre.

Intr-un articol publicat recent de Jason Cole in American Journal of Modern Physics, autorul afirma ca se poate explica natura Energiei Intunecate si lipsa antimateriei daca se considera un Big Bang de materie – materie tahionica. Cele doua universuri au evoluat in paralel, separate de viteza luminii, insa interactionanad prin fenomenul de entanglement cuantic si functionanad ca un singur univers ce se extinde si se contracta in acelasi timp.

Aceasta teorie nu doar ca explica, afirma autorul, de ce nu observam antimateria, dar si de ce universul nostru se extinde si ceea ce impiedica galaxiile sa se destrame.

„Deoarece universul nostru se extinde accelerat, universul tahionic se contracta dupa o curba hiperbolica, din cauza entanglement-ului cuantic care tinde sa tina energia sistemului la zero”, spune Cole.

In articol, Jason Cole arata ca formula E=mc² poate trece in alte forme: materie-antimaterie, materie tahionica – materie antitahionica si materie – materie tahionica. Daca materia tahionica a fost creata intr-un Big Bang de tip materie – materie tahionica, atunci ea nu violeaza legile relativitatii speciale, deoarece materia tahionica are intotdeauna viteza mai mai mare decat cea a luminii, iar cea a undelor tahionice tinde spre infinit. Universul paralel tahionic de viteza infinita a evoluat impreuna cu al nostru, univers al vitezei luminii.

Entanglementul cuantic, comunicarea instantanee a doua particule aflate la distanta infinita, se explica prin undele tahionice de viteza infinita ale Universului Tahionic, intrepatruns cu al nostru

Chiar daca sunt separate de viteza luminii, efectul de entanglement cuantic a obigat universul nostru si pe cel tahionic sa se comporte ca un singur univers si explica efectele Energiei Intunecate si pe cele ale Materiei Negre.

Jason Cole sugereaza ca aceasta teorie tahionica va putea  fi demonstrata prin oscilatiile unui dipol de forma de hiperboloid deschis ce emite radiatii electromagnetice, ce se aseamana cu acela tahionic. Viteza este cea a luminii, insa este ca si cum ai compara o sfera cu un hiperboloid deschis.

Daca acest experiment va reusi sa puna in evidenta noi proprietati electromagnetice, atunci el va demonstra indirect existenta tahionilor si va sprijini modelul masei imaginare CDM Lambda.

SURSA: SciencePG

UNDELE GRAVITATIONALE

          Teoria relativitatii generale (TRG)  ne spune ca orice corp (cu masa) aflat in miscare variata este sursa de unde gravitationale. Aceasta este o consecinta a unuia din postulatele fundamentale ale teoriei relativiste, acela al propagarii cu viteza finita (viteza luminii in vid) a interactiunilor gravitationale. Proprietatile undelor gravitationale au fost studiate pentru prima data de catre Einstein, care, in 1918, a obtinut solutii ondulatorii, in aproximatia liniara, pentru celebrele sale ecuatii din cadrul TRG. Tot el a stabilit ca puterea radiata prin unde gravitationale este proportionala cu patratul derivatei de ordinul trei, in raport cu timpul, a momentului de inertie cvadripolar. In prezent, la aproape o suta de ani de la prezicerea lor, nu se poate spune ca undele gravitationale au fost detectate.

Cauzele sunt obiective. In primul rand, constanta atractiei gravitationale universale (constanta lui Newton) are o valoare foarte mica si deci, in cadrul TRG, cuplajul surselor (maselor) la curbura spatiu-timpului este extrem de redus. Prin urmare, undele gravitationale (care exprima curbura spatiu-timpului) sunt foarte greu de produs cu amplitudine apreciabila, chiar si in conditiile unor fenomene astrofizice cu caracter puternic catastrofic, cum sunt colapsurile stelare. In al doilea rand, sarcina specifica (raportul dintre sursa de camp si masa inerta a corpului), care in cazul electromagnetismului poate lua practic orice valoare, pentru particulele elementare fiind chiar foarte mare, are in gravitatie mereu aceeasi valoare – egala cu unitatea – pentru orice corp (macroscopic sau microscopic). Acest fapt este o consecinta a principiului de echivalenta, care afirma ca masa gravitationala (sursa de camp) este egala cu masa interna a sursei. In termeni tehnici, se spune ca nu exista radiatie dipolara gravitationala, ci numai cvadripolara; sursa undelor gravitationale este momentul de inertie cvadripolar al oricarui sistem gravific.

Dupa ce Einstein a pus bazele teoriei undelor gravitationale, au urmat studiile lui Weyl (1922) si Edington (1924), astfel incat, la sfarsitul anilor ’20, teoria liniara a undelor gravitationale era bine inteleasa. Au fost precizate si limitele acestei teorii: pentru surse cu selfgravitatie mare, cum ar fi sistemele stelare binare, analiza liniara nu mai este o aproximatie suficient de corecta. In urmatoarele trei decenii, studiile teoretice nu au facut decat sa demonstreze cat de mica este energia transportata de undele gravitationale la observator (detector).

Si totusi, chiar in acest context nefavorabil, profesorul Joseph Weber de la Universitatea din Maryland (SUA) a initiat, in 1960, studiul experimental al undelor gravitationale. Dupa un deceniu de eforturi, Weber a anuntat, in 1969, ca detectoarele sale  – doi cilindri rezonanti, dintre care unul montat langa Washington si celalalt langa Chicago –  au fost excitati simultan de unde gravitationale provenite din centrul galaxiei. A urmat o perioada de entuziasm deosebit, in care si alte grupuri de cercetatori au pus in operare detectoare similare, fara insa ca rezultatul lui Weber sa fie confirmat. Luand in considerare distributia posibilelor surselor cosmice cu mase apreciabile  – pulsarii, piticele albe, unele stele duble, supernovele sau chiar gaurile negre -,  se considera ca pulsurile gravitationale in domeniul kilohertzilor ar putea sa sosesca pe Pamant cam de trei ori pe an.

In plus, amplitudinea lor, raportata la curbura Universului, nu depaseste valoarea de 10 la minus 18, in timp ce sensibilitatea cilindrilor rezonanti se afla in zona 10 la minus 16  –  10 la minus 17. Mult mai sensibile vor fi detectoarele cu interferometre laser, aflate in constructie, care vor face posibila detectarea unor amplitudini relative de 10 la minus 20  –  10 la minus 21.

Ia nastere astfel o noua astronomie  – care se alatura celei in infrarosu (IR), in ultraviolet (UV), in raze X, raze gama –  astronomia gravitationala. Despre ce este vorba ?

Radioastronomul american J.H. Taylor a descoperit miscarea sistematica a perioadei orbitale in sistemul dublu al pulsarului  PSR 1913+16, care poate fi atribuita pierderii de energie prin emiterea de unde gravitationale. A fost posibila determinarea cu precizie foarte mare a efectelor relativiste in miscarea sistemului (testele TRG) si au fost impuse constrangeri asupra celui mai simplu model imaginat pentru acest sistem: doua stele neutronice in care nu se transmit fluxuri mari de materie. In aceste conditii, s-a stabilit ca viteza de micsorare a perioadei orbitale este intr-un acord foarte bun cu formula cvadripolara a lui Einstein referitoare la pierderile de energie prin radiatie gravitationala.

O sarcina importanta a astronomiei gravitationale este punerea in evidenta a unui fond relictic de unde gravitationale. Existenta acestui fond este cauzata de procesele cuantice (corzi cosmice) din Universul foarte tanar (10 la minu 43 secunde). Undele gravitationale relictice ar trebui sa genereze o anizotropie unghiulara a radiatiei relictice electromagnetice (microundele de 3°K), sa aiba efecte in cronometria pulsarilor sau in masuratorile de tip Doppler asupra miscarii obiectelor cosmice.

Producerea de pulsuri gravitationale in laboratoarele terestre apartine, cel putin deocamdata, viitorului indepartat. De aceea, problema detectarii directe a undelor gravitationale se pune, cu cea mai multa certitudine, in cazul surselor cosmice.

Se poate aprecia in prezent ca detectia undelor gravitationale nu mai apare ca imposibila. Prin eforturi tehnologice considerabile, portile astronomiei gravitationale se deschid tot mai mult. Aceasta astronomie este foarte asemanatoare celei neutrinice. Ca si neutrinii, undele gravitationale se pot propaga la distante cosmologice, practic fara a fi absorbite, purtand cu ele informatii pretioase. Undele gravitationale sunt o consecinta a TRG, dar in acelasi timp si un test al acestei teorii, poate cel mai important.

 

 

CURBURA SPATIULUI

           Unul dintre rezultatele cele mai surprinzatoare ale teoriei relativitatii generale este explicarea curbarii spatiului in vecinatatea corpurilor de masa mare, rezultat confirmat pe deplin prin masuratori astronomice.

Inainte de a vedea cum se ajunge la un rezultat atat de neasteptat, sa lamurim sensul notiunii de spatiu curb. Desi pare destul de stranie, aceasta notiune este la fel de naturala ca si acelea de linie curba sau suprafata curba si care nu necesita explicatii speciale, pentru ca sunt des intalnite in practica.

Spatiul  „drept” sau  „plat” se caracterizeaza in primul rand prin aceea ca drumul cel mai scurt intre doua puncte ale sale este linia dreapta. Pana la aparitia teoriei relativitatii, marea majoritate a oamenilor considera ca oriunde in univers afirmatia de mai sus trebuie sa fie valabila. Geometria spatiului  „drept” a fost pusa la punct de Euclid in secolul al III-lea i.Hr., de unde provin denumirile de spatiu euclidian si geometrie euclidiana.

Matematicienii s-au declarat multumiti cu geometria euclidiana timp de doua mii de ani, lucru explicat si de faptul ca cerintele arhitecturii, mecanicii, astronomiei etc. erau pe deplin satisfacute de rezultatele acestei geometrii. Prin deceniul al treilea al secolului al XIX-lea au aparut primele lucrari consacrate geometriilor neeuclidiene, a spatiilor curbe, care se caracterizeaza prin aceea ca drumul cel mai scurt intre doua puncte nu este linia dreapta, ci o curba oarecare.

Pionierii acestui domeniu special al matematicii au fost Janos Bolyai, Nikolai Lobacevski, Karl Friedrich Gauss, iar lucrarile lor au fost dezvoltate de Georg Friedrich Riemann, Elvin Christoffel, Hugo Ricci si Tulio Levi-Civita. Geometriile neeuclidiene au atins in scurt timp un nivel inalt de perfectiune, insa putini dintre creatorii acestui domeniu si-au pus problema existentei vreunei relatii intre spatiile curbe studiate de ei si spatiul fizic real.

Einstein si-a dat seama ca, renuntand la spatiul absolut newtonian care avea proprietatile spatiului euclidian, era obligat sa renunte si la obisnuitele reprezentari ale geometriei euclidiene. Despre geometriile neeuclidiene Einstein stia insa foarte putin, pentru ca in anii sai de ucenicie neglijase intr-o oarecare masura pregatirea sa matematica. „In naivitatea mea credeam  – scria mai tarziu Einstein –  ca pentru un fizician este suficienta cunoasterea notiunilor fundamentale de matematica… Era o eroare de care mai tarziu m-am cait amarnic”. In 1912, Einstein, constient de insuficienta pregatirii sale matematice, a apelat la bunul sau prieten  Marcel Grossmann, profesor de matematica la Politehnica din Zurich. A urmat o perioada de munca incordata, dupa care, in 1913, sub semnatura amandurora, a aparut lucrarea  Schita a teoriei generale a relativitatii si a teoriei gravitatiei. In continuare, Einstein a lucrat singur si in anii 1915-1916 au aparut lucrarile sale in care teoria generala a relativitatii era prezentata in forma ei definitiva si unde erau indicate si efectele ce urmau sa verifice valabilitatea ei: curbarea razelor de lumina, deplasarea periheliului planetei Mercur si deplasarea spre rosu a liniilor spectrale emise de atomii din Soare.

Dar sa revenim la problema noastra. Inainte de a analiza un caz concret, sa examinam modul in care apare problema curbarii spatiului.

Sa presupunem ca ne intereseaza spatiul din vecinatatea unui corp de masa foarte mare, de pilda in vecinatatea Soarelui. In acest caz putem neglija in prima aproximatie campul gravific al altor corpuri ceresti. Daca procedam astfel, este limpede ca va fi vorba de proprietatile spatiului si timpului, determinate numai de campul gravific al Soarelui. In practica suntem obligati intotdeauna sa ne marginim la un anumit numar de corpuri, pentru ca, evident, nu putem lua in considerare tot universul.

In conformitate cu principiul echivalentei locale, campul gravific al Soarelui poate fi inlocuit cu un ansamblu de sisteme de referinta  „locale”  care se misca accelerat fata de Soare. Daca ne limitam la regiuni foarte mici ale spatiului, putem spune ca aceste sisteme se misca rectiliniu si uniform fata de SR (sistemul de referinta) al Soarelui. Acest lucru inseamna in fond ca, in loc sa consideram ca miscarea unui obiect sub actiunea atractiei Soarelui este o linie curba continua AA’  (vezi imaginea de mai sus), o aproximam prin linia poligonala ABCD…  si consideram ca pe fiecare segment AB, BC, CD,… obiectul se misca rectiliniu si uniform cu o anumita viteza. Evident, pentru a proceda cat mai exact, trebuie sa luam segmente cat mai scurte.

Sistemele  „locale”  se deplaseaza fata de Soare momentan rectiliniu si uniform. Vom presupune, si aceasta este etapa principala a rationamentului, ca sistemele  „locale” sunt legate de SR al Soarelui prin transformari Lorenz. Desigur, este vorba de cate o transformare Lorenz corespunzatoare fiecarui sistem  „local” in parte. Acest lucru se bazeaza pe observatia ca in sistemele de referinta  „locale” fenomenele se petrec ca si cum nu ar exista camp gravific si deci in conformitate cu teoria relativitatii restranse.

In acest fel putem stabili  contractiile locale ale lungimilor si dilatarilor locale ale duratelor. Campul gravific fiind neomogen, adica variabil de la un punct la altul, avem de a face cu modificari ale lungimilor si duratelor care se schimba de la un punct la altul al spatiului (al sistemului de referinta al Soarelui). Altfel spus, daca avem niste etaloane de lungime identice, ele vor avea lungimi diferite in functie de pozitia si de orientarea lor in spatiu. De aici rezulta ca drumul cel mai scurt intre doua puncte nu va fi neaparat o linie dreapta, ci acea linie curba de-a lungul careia putem aseza cel mai mic numar de etaloane pentru a uni cele doua puncte. Spatiul este, asadar, curb. De asemenea, cronometre identice asezate in diferite puncte ale spatiului vor functiona in mod diferit, sau, cu alte cuvinte, evenimente identice in conditii identice ce se petrec in intervale de timp care variaza de la un punct la altul al spatiului.

Deja teoria relativitatii restranse ne-a invatat sa consideram spatiul si timpul ca parti ale unei singure entitati: spatiul  4-dimensional al lui Minkowski. Cele spuse mai sus se traduc atunci prin constatarea ca este vorba in primul rand de curbarea spatiului minkowskian in prezenta maselor mari, pentru ca nu putem avea modificari doar ale lungimilor sau doar ale duratelor. Aceste modificari exista numai impreuna. Asadar, linia de univers cea mai scurta care uneste doua puncte de univers nu este in general o dreapta, ci o curba. Curbura spatiului minkowskian implica si curbura spatiului fizic, tridimensional, tot asa cum curbura unei suprafete implica si curbura liniilor de pe aceasta suprafata. Asadar, chiar in spatiul fizic distanta cea mai scurta dintre doua puncte nu va fi totdeauna realizata printr-un segment de dreapta.

Procedeul indicat de Einstein pentru studierea miscarii corpurilor su actiunea atractiilor lor gravifice reciproce consta in urmatoarele. pe baza principiului echivalentei locale se stabileste geometria spatiului-timp, determinata de distributia maselor in univers. Bineinteles, in cadrul fiecarei probleme se procedeaza aproximativ, lasandu-se la o parte corpurile care, fiind foarte indepartate, au actiuni neglijabile asupra fenomenelor dintr-o anumita regiune a spatiului. Daca proprietatile geometrice ale spatiului-timp sunt cunoscute, atunci toate problemele privitoare la miscarea corpurilor sub actiuea gravitatiei sunt transformate in probleme ale miscarii libere (inertiale) ale corpurilor in spatiul-timp curb. Cu alte cuvinte, folosind limbajul teoriei relativitatii generale, planetele se misca in jurul Soarelui pe anumite traiectorii datorita curbarii spatiului in jurul Soarelui si nu datorita fortelor gravitationale. Dupa cum se spune adeseori, Einstein a transformat problema dinamica a gravitatiei intr-una geometrica.

Asa cum ne putem astepta, in cadrul teoriei relativitatii generale putem efectua si  „drumul inapoi”, cu alte cuvinte dupa tratarea  „geometrica” putem reveni la limbajul fizic al fortelor gravifice. Einstein a aratat ca pe aceasta cale se poate regasi si legea atractiei universale a lui Newton, care reprezinta o aproximatie a legilor mai exacte gasite in cadrul teoriei relativitatii generale. Avem ocazia si aici sa remarcam ca teoriile fizice noi nu invalideaza totdeauna teoriile mai vechi, verificate printr-un numar de fapte concrete, ci adeseori stabilesc doar limitele lor de aplicabilitate.

MECANICA CUANTICA

Mecanica cuantica este o ramura a fizicii teoretice care se ocupa cu studiul fenomenelor care se petrec la scara atomica si subatomica, unde actioneaza legi specifice bazate pe notiunea de cuanta. Prima forma a mecanicii cuantice a constituit-o mecanica ondulatorie, avand ca punct de pornire teza de doctorat a lui Louis de Broglie. Plecand de la faptul ca asa cum lumina are un dublu caracter (de corpuscul si de unda) si particulele atomice (corpusculi) pot avea un caracter ondulator, el concepe miscarea unei particule ca fiind asociata propagarii unei unde. Reusind sa arate ca miscarea unui electron pe o orbita circulara cu viteza constanta este posibila numai daca lungimea de unda a undei asociate se cuprinde de un numar intreg de ori in lungimea orbitei circulare, intrevede ca  „dualismul corpuscul-unda descoperit de Einstein in teoria sa despre cuantele de lumina era absolut general si se extindea la particulele fizice”.

Prima confirmare experimentala a ipotezei lui Broglie a constituit-o experienta lui C. J. Davisson si L.H. Germer, care au reusit sa determine lungimea de unda a undei asociate electronilor in miscare. Alte confirmari experimentale ulterioare au dat un nou impuls cercetarilor teoretice pentru dezvoltarea si generalizarea teoriei noi. In anul urmator savantul E. Schrodinger publica o serie de memorii in care stabileste ecuatia (ecuatia lui Schrodinger) ce descrie propagarea undei asociate electronului in interiorul atomului.

El matematizeaza foarte mult teoria, ceea ce pune probleme de interpretare a relatiilor cu fenomenele fizice  „reale”. In acelasi timp, in Germania, tanarul fizician  W.K. Heisenberg isi propunea construirea unei teorii cuantice in care sa nu intervina decat marimi fizice observabile. Astfel, tranzitia electronilor de la o stare stationara la alta este caracterizata de coordonata generalizata q (deplasarea de la pozitia de echilibru) si de impulsul p (produsul dintre masa particulei si viteza sa). Luand in considerare totalitatea tranzitiilor posibile, va rezulta pentru fiecare cate un tabel dreptunghiular de numere (de fapt ceva ce matematicienii descoperisera deja in 1858 si le numeau matrici). El a stabilit regulile de adunare si de inmultire ale acestora, descoperind ca pxq este diferit de qxp  (rezultat normal in calculul matricial), iar profesorul sau, M. Born, impreuna cu matematicianul P. Jordan, au stabilit (1925) ca diferenta dintre ele este o marime in care intervine tocmai constanta lui Planck. Lua nastere ceea ce se numea atunci, si mai tarziu, mecanica matriciala. In acelasi an insa E. Schrodinger demonstreaza ca mecanica sa si cea matriciala se pot deduce una din alta. Unificarea celor doua va da nastere mecanicii cuantice, sinteza realizata de P.A.M. Dirac intr-o serie de articole reunite in lucrarea  „Principiile mecanicii cuantice” (1930). Teoria sa este mult mai abstracta decat cea a lui Heisenberg, si aproape imposibil de reprezentat intuitiv, fara a face apel la relatiile matematice.

Tinand cont de un numar de principii si postulate, se pot deduce atat ecuatiile stabilite de Schrodinger cat si cele stabilite de Heisenberg. Mai mult, Dirac demonstreaza ca mecanica clasica este cazul limita al mecanicii cuantice si anume cand constanta lui Planck tinde spre zero. Mecanica cuantica a putut explica miscarea microparticulelor in sisteme, a prevazut fenomene noi confirmate ulterior pe cale experimentala. Se tindea insa, in acelasi timp, spre o unificare a principiilor teoriei cuantice cu cele ale relativitatii. prima realizare o constituie scrierea relativista a ecuatiei lui Schrodinger de catre  O. Klein, V.A. Fock si  W. Gordon (simultan) in 1926 (ecuatia Klein-Gordon). Ecuatia nu se putea aplica electronuli (particula cu spin); ea descria numai miscarea particulelor fara spin (a putut fi aplicata pionilor). Doi ani mai tarziu, introducand niste operatori care ii poarta numele, Dirac obtine ecuatia de unda relativista (ecuatia Dirac). Dirac este considerat astfel creatorul mecanicii cuantice relativiste. Dintre multiplele modalitati de studiu, vom mentiona operatorii utilizati in mecanica ondulatorie. Postuland ca fiecarei marimi din fizica clasica ii corespunde in mecanica ondulatorie un operator anume ales, ca intre operatorii alesi sunt valabile relatii identice ca forma cu cele din marimile clasice corespunzatoare si ca printre valorile proprii ale operatorilor sunt si valori posibile ale marimii clasice respective, mecanica ondulatorie capata o structura logica bine inchegata. Exista insa si operatori cu sens fizic precis care nu au corespondent in fizica clasica (de ex. operatorul de inversie, important in fizica nucleului si a particulelor elementare: aplicat unei functii de unda pare ca ia valoarea  +1, iar daca functia de unda este impara, atunci ia valoarea  -1). In mecanica actuala descrierea si interpretarea fenomenelor atomice se face pe baze probabilistice, statistice. Pentru studiul particulelor, al undelor asociate ca si al sistemelor de particule se foloseste statistica cuantica.

Fuziunea nucleara

Fuziunea nucleara este un proces de combinare a doua nuclee usoare, rezultand unul mai greu si degajarea unei cantitati uriase de energie. Pentru ca procesul sa poata avea loc este necesar ca cele doua nuclee usoare sa se apropie intre ele la mai putin de 10 la minus 13 metri (practic sa vina in contact), ceea ce nu este usor de realizat.

Deoarece in Soare, spre exemplu, se produc frecvent astfel de reactii de fuziune datorita temperaturii foarte ridicate, se incearca declansarea unor astfel de reactii prin crearea unor temperaturi uriase ( din aceste motive reactia de fuziune se mai numeste si reactie termonucleara).

Dar ulterior s-a aratat ca in Soare singurele reactii termonucleare ce puteau elibera destula energie pentru a mentine radiatia pe care o observam erau cele dintre nucleele de hidrogen si un alt element usor, care ar favoriza procesul de transformare a patru atomi de hidrogen intr-un atom de heliu

Calculul vitezei radiatiilor termonucleare efectuat dupa formulele deduse de  George Gamow si Edward Teller a aratat ca unele reactii sunt prea rapide pentru a persista in decursul vietii indelungate a unei stele, iar altele prea lente si nu pot produce suficienta energie pentru a mentine radiatia stelei.

In 1938, H. Bethe si C. von Weizacker, simultan, dar independent, au aratat ca singurele reactii posibile sunt cele dintre carbon si hidrogen sau dintre azot si hidrogen. Mai mult, ei au aratat ca grupul de reactii in care intra carbonul si azotul formeaza un ciclu care se repeta atata timp cat exista hidrogen. In Soare exista hidrogen pentru cel putin cateva miliarde de ani, iar carbonul se regenereaza la sfarsitul fiecarui ciclu (6,5 milioane ani). In cursul ciclului reactiile se petrec cu emisie de radiatii (alfa, beta, gama etc.). Dar, in acelasi timp, C. Critchfield a aratat ca fuziunea dintre nucleele de hidrogen conduce la acelasi rezultat global ca si ciclul carbonului.

Ulterior s-a stabilit ca in Soare fuziunea hidrogen-hidrogen este principalul proces care furnizeaza energia, pe cand ciclul carbonului este un proces secundar.

Mai mult, in stelele mai fierbinti decat Soarele ciclul principal este cel al carbonului, iar cele mai reci decat Soarele sunt intretinute de fuziunea hidrogen-hidrogen. Subliniem ca e vorba de de fuziunea hidrogenului usor, a deuteriului si a tritiului.

Realizarea in conditii de laborator a reactiilor termonucleare este extrem de dificila, atat din cauza temperaturilor extrem de mari care trebuie obtinute (de fapt realizabile prin explozia unei mici bombe nucleare) cat si dificultatii mentinerii in timp a reactiei.

In plus, nici un material cunoscut nu rezista la temperaturi atat de ridicate. De fapt, problema realizarii unui dispozitiv in care sa aiba loc reactia de fuziune nucleara (reactor termonuclear) este echivalenta cu aceea a obtinerii unei „stele” pe Pamant.

CIBERNETICA

Cibernetica este stiinta care se ocupa cu studiul matematic al legaturilor, comenzilor si controlului  in sistemele tehnice si organismle vii. Avand in vedere mai ales capacitatea de adaptare a fiintelor vii, cibernetica vizeaza elaborarea de teorii, stabilirea de metode cre sa permita construirea unor aparate capabile sa le imite (fara sa studieze asemanarile existente intre componentele sistemelor tehnice si organismele vii). Are la baza notiunea de feedback asociata unui obiect (masina, fenomen material sau social, fiinta vie) care actioneaza asupra mediului sau (exterior sau interior obiectului) in vederea atingerii unui scop.

Feedback-ul trebuie sa fie un dispozitiv care sa poata indeplini simultan cinci functii:

1)  sa poata culege informatii asupra rezultatelor actiunii obiectului.

2)  sa fie capabil sa introduca aceste informatii in obiect.

3)  sa masoare in orice moment abaterile dintre rezultatul unei actiuni si obiectivul urmarit.

4)  sa poata elabora, prin diverse calcule, mijloace de corectie in vederea micsorarii abaterilor constatate.

5)  sa aiba posibilitatea de transmitere catre organele obiectului a acelor indicatii car asigura indeplinirea scopului dorit.

Desi pare curios – destul de des nici nu se pomeneste acest fapt – prima lucrare importanta despre mecanismele feedback a fost scrisa in 1868 de catre savantul englez J. C. Maxwell, in care intervenea un termen numit  gouvernor, provenind de la traducerea cuvantului grec  Kibernetis – carmaci.

Prin lucrarile lui H.S. Black  si ale altor savanti a fost introdusa si explicata notiunea de feedback. Ca sinteza a tuturor ucrarilor din acest domeniu, de la inceputul secolului trecut, a aparut in 1948 cartea lui n. Wiener,intitulata Cibernetica sau control si comunicatie la animal si masina. Din acest motiv, anul 1948 este considerat ca anul de nastere al ciberneticii ca stiinta. Trebuie insa subliniat faptul ca una dintre primele lucrari in care apar multe dintre principiile ciberneticii a fost scrisa de un medic roman, St. Odobleja, in 1938.

In cadrul ciberneticii un loc aparte il ocupa NEUROCIBERNETICA care, in mare, isi propune modelarea activitatii creirului uman. De asemenea, utilizand conceptele ciberneticii, au putut fi abordate intr-o viziune si cu o metodologie noua probleme fundamentale din alte domenii ale stiintei si tehnicii.

Rezolvarea unora dintre ele a permis deschiderea unor noi campuri de investigatie pentru cercetatori. Si-au facut astfel aparitia noi discipline (bionica, teoria informatiei s.a.). In fundamentarea neurociberneticii, un rol de seama l-au avut romanii E. Nicolau si  C. Balaceanu-Stolnici.

Medicul roman Constantin Balaceanu-Stolnici  a introdus cibernetica in teoria generala a sistemelor, neurobiologie, psihologie si gerontologie., fiind considerat unul dintre promotorii acestor preocupari pe plan mondial. Lucrarea  „Fundamentele cibernetice ale activitatii nervoase” este considerata ca fundamentala in neurocibernetica.