Било који концепт са изразом „квант“ на врху ретко значи управо оно на шта се односи. Увек постоје обрти, заокрети и супротстављена тумачења која компликују ствари, али одговори који се јављају често откривају најосновније истине о универзуму.
У недавном Пхисицал Ревиев Леттерс У раду, физичари са Гете универзитета у Немачкој подижу ову динамику на потпуно нови ниво, посебно за геометрију сложених атомских структура. Молекули попут мравља киселина сматра се да су „равни“, јер њихови атоми леже на једној равни. Али, као што ново истраживање показује, квантно-механички ефекти чине да они заправо никада нису равни – ситне честице вибрирају веома благо, дајући молекулу тродимензионалну структуру.
„Природа се одупире ригидности и тера чак и најједноставније структуре у трећу димензију“, приметили су истраживачи у изјава.
Средњошколска хемија? Да, заборави
Традиционални, уџбенички прикази атома и група атома – молекула – обично их приказују као сферне објекте повезане шипкама. Ова идеја се распада у квантном свету, где су атомска језгра „више као вибрирајући облаци“, објаснио је у изјави Рајнхард Дорнер, старији аутор студије и физичар са Гете универзитета.
Тачније, атомска језгра су „тачке“ нулте димензије без утврђеног положаја на квантном нивоу, пошто су у суштини „помало свуда“, додао је Дорнер.
Додељивање облика вероватноћама
Међутим, научници, у практичне сврхе, такође често претпостављају да молекули имају фиксни облик. Геометрија молекула одређује његову стабилност и реактивност, тако да је много смисленије да истраживачи раде са дефинисаним моделом за разлику од сложених једначина таласне функције за сваку појединачну реакцију.
У извесној мери научници може идентификују специфичне углове под којима се атоми везују – такође технички вероватноће, али предвиђања која су прешла дуг пут у омогућавању хемијских открића.
Када равна ствар није (као) равна
Нова студија не одбацује ова предвиђања. Уместо тога, његови налази додатно нијансирају улогу квантних механичких ефеката у молекуларној науци – улогу која је до сада можда била занемарена.
За своје експерименте, истраживачи су истраживали мрављу киселину (формула ХЦООХ), безбојну, смрдљиву супстанцу која се користи у пољопривредним митицидима, складиштењу водоника за енергетске сетове, хроматографији и индустријској производњи.
Познато је да молекул има стриктно раван облик, што значи да његови саставни атоми леже на једној, дводимензионалној површини. Ово такође чини молекул прилично симетричним са обе стране. Истраживачи су желели да схвате колико је овај „равни“ облик заиста стабилан.
Праћење квантних треперења
Да би истражили, тим је ударио молекуле мравље киселине рендгенским зракама у акцелератору честица. Када је молекул експлодирао од вишка енергије, ослободио је сићушне електроне које су истраживачи користили да математички реконструишу оригиналну структуру мравље киселине до екстремних детаља.
Нарочито су означили конзистентне покрете у два атома водоника (формула мравље киселине је ХЦООХ) који би молекул учинили „ефикасно тродимензионалним у скоро сваком тренутку“, рекли су истраживачи.
Нови увиди у квантне молекуле
Такво „квантно дрхтање“, како га тим назива, значи да мравља киселина вероватно није тако равна или симетрична као што се раније веровало. У зависности од малих вибрација водоника, молекул мења своју „ручност“, или да ли је нагнут удесно или улево.
У хемији, ова асиметрија може у потпуности да промени својства молекула. Ипак, истраживачи не верују да ово захтева концептуални ремонт; сама распрострањена употреба мравље киселине служи као доказ да су научници добро упућени у њено понашање.
Уместо тога, квантно дрхтање сугерише да руковођење можда није толико зависно од геометрије статичког молекула као што се раније веровало.
„Као што смо успели да покажемо на примеру мравље киселине, само квантно дрхтање може да генерише две различите реалности у огледалу из симетричног молекула“, рекао је Дорнер. „Наши налази са мрављом киселином показују да геометрија није статична особина већ динамички догађај.“
Студија такође показује како се чини да квантни ефекти увек компликују оно што мислимо да знамо о стварима на макроскопском нивоу. Ови квантни ефекти су веома стварни. Тако је и наша макроскопска стварност. Али неслагања између то двоје некако не разбијају нашу стварност — стварност у којој живимо сваки дан.
