Hogyan lehet megérteni a kvantumfizikát. Kvantum elmélet

Bizonyára sokszor hallottad O megmagyarázhatatlan titkok kvantumfizika és kvantummechanika ... Törvényei lenyűgözik a misztikát, és még a fizikusok is elismerik, hogy nem értik őket teljesen. Egyrészt érdekes megérteni ezeket a törvényszerűségeket, másrészt viszont nincs idő többkötetes és összetett fizikális könyvek olvasására. Nagyon megértelek, mert én is szeretem a megismerést és az igazság keresését, de nagyon kevés az idő minden könyvre. Nem vagy egyedül, annyi kíváncsi ember írja be a keresőbe: „kvantumfizika báboknak, kvantummechanika báboknak, kvantumfizika kezdőknek, kvantummechanika kezdőknek, kvantumfizika alapjai, kvantummechanika alapjai, kvantumfizika gyerekeknek, mi a kvantummechanika". Ez a kiadvány az Ön számára készült..

Meg fogod érteni a kvantumfizika alapfogalmait és paradoxonjait. A cikkből megtudhatja:

• Mi a kvantumfizika és a kvantummechanika?
• Mi az interferencia?
• Mi az a Quantum Entanglement (vagy Quantum Teleportation for Dummies)? (lásd a cikket)
• Mi a Schrödinger-féle macska-gondolatkísérlet? (lásd a cikket)

A kvantummechanika a kvantumfizika része.

Miért olyan nehéz megérteni ezeket a tudományokat? A válasz egyszerű: a kvantumfizika és a kvantummechanika (a kvantumfizika része) a mikrovilág törvényeit tanulmányozza. És ezek a törvények teljesen különböznek makrokozmoszunk törvényeitől. Ezért nehéz elképzelnünk, mi történik az elektronokkal és fotonokkal a mikrokozmoszban.

Példa a makro- és mikrovilág törvényei közötti különbségre: a mi makrokozmoszunkban, ha egy labdát teszel a 2 doboz egyikébe, akkor az egyik üres lesz, a másik pedig egy labda. De a mikrokozmoszban (ha golyó helyett atom van) egy atom egyszerre lehet két dobozban. Ezt kísérletileg sokszor megerősítették. Nem nehéz a fejedbe venni? De a tényekkel nem lehet vitatkozni.

Még egy példa. Lefényképeztél egy gyorsan száguldó piros sportautót, és a képen egy elmosódott vízszintes csíkot látsz, mintha a fényképezés pillanatában az autó a tér több pontjáról származna. Annak ellenére, amit a képen lát, még mindig biztos abban, hogy az autó a második helyen volt, amikor fényképezte. egy adott helyen a térben... A mikrovilágban ez nem így van. Az atommag körül keringő elektron valójában nem kering, hanem a gömb minden pontján egyszerre helyezkedik el az atommag körül. Mint egy laza bolyhos gyapjúgolyó. Ezt a fogalmat a fizikában ún "Elektronikus felhő" .

Kis kirándulás a történelembe. A tudósok először akkor kezdtek el gondolkodni a kvantumvilágról, amikor 1900-ban Max Planck német fizikus megpróbálta kideríteni, miért változtatják meg a fémek színét hevítés hatására. Ő vezette be a kvantum fogalmát. Ezt megelőzően a tudósok azt hitték, hogy a fény folyamatosan terjed. Az első, aki komolyan vette Planck felfedezését, az akkor még ismeretlen Albert Einstein volt. Rájött, hogy a fény nem csak hullám. Néha úgy viselkedik, mint egy részecske. Einstein Nobel-díjat kapott annak felfedezéséért, hogy a fényt részekben, kvantumokban bocsátják ki. A fénykvantumot fotonnak nevezzük ( foton, Wikipédia) .

A kvantumtörvények könnyebb megértése érdekében fizikaés mechanika (Wikipédia), bizonyos értelemben szükséges elvonatkoztatni a klasszikus fizika számunkra ismert törvényeitől. És képzeld el, hogy Alice-hez hasonlóan egy nyúllyukba merültél Csodaországban.

És itt van egy rajzfilm gyerekeknek és felnőtteknek. Leírja a kvantummechanika alapvető kísérletét 2 réssel és megfigyelővel. Csak 5 percig tart. Nézze meg, mielőtt belemerülne a kvantumfizika alapvető kérdéseibe és fogalmaiba.

Kvantumfizika a próbababákhoz videó... A rajzfilmben figyeljen a megfigyelő "szemére". Komoly rejtély lett a fizikusok számára.

Mi az interferencia?

A rajzfilm elején egy folyadék példáján bemutatták, hogyan viselkednek a hullámok - váltakozó sötét és világos függőleges csíkok jelennek meg a képernyőn egy hasítékos tányér mögött. Abban az esetben, ha diszkrét részecskéket (például kavicsokat) „lövetnek” a lemezre, ezek 2 résen keresztül repülnek, és közvetlenül a résekkel szemben találják el a képernyőt. És csak 2 függőleges csík „rajzol” a képernyőn.

Fény interferencia- ez a fény "hullámos" viselkedése, amikor sok váltakozó világos és sötét függőleges csík jelenik meg a képernyőn. Még mindig azok a függőleges csíkok interferenciamintának nevezzük.

Makrokozmoszunkban gyakran megfigyeljük, hogy a fény hullámként viselkedik. Ha a gyertya elé teszi a kezét, akkor a falon nem lesz tiszta árnyék a kéztől, hanem elmosódott kontúrokkal.

Szóval, ez nem olyan nehéz! Ma már teljesen világos számunkra, hogy a fénynek hullámtermészete van, és ha 2 rés meg van világítva fénnyel, akkor a mögöttük lévő képernyőn interferenciamintát fogunk látni. Most nézzük a 2. kísérletet. Ez a híres Stern-Gerlach kísérlet (amelyet az 1920-as években végeztek).

A rajzfilmben leírt installációt nem fénnyel világították meg, hanem elektronokkal (különálló részecskékként) "lötték be". Aztán a múlt század elején a fizikusok szerte a világon úgy gondolták, hogy az elektronok az anyag elemi részecskéi, és nem hullámtermészetűek, hanem ugyanolyanok, mint a kavicsok. Végül is az elektronok az anyag elemi részecskéi, nem? Vagyis ha 2 résbe "dobják", mint a kavicsok, akkor a nyílások mögötti képernyőn 2 függőleges csíkot kell látnunk.

De... Az eredmény lenyűgöző volt. A tudósok interferenciamintát láttak - sok függőleges csík. Vagyis az elektronoknak a fényhez hasonlóan hullámtermészetük is lehet, interferálhat. Másrészt világossá vált, hogy a fény nemcsak hullám, hanem részecske is - foton (a cikk elején található történelmi háttérből megtudtuk, hogy Einstein Nobel-díjat kapott ezért a felfedezésért).

Talán emlékszel, hogy az iskolában fizikából kb "Részecske-hullám dualizmus"? Ez azt jelenti, hogy amikor a mikrovilág nagyon kicsi részecskéiről (atomokról, elektronokról) van szó, akkor hullámok és részecskék is

Ma te és én olyan okosak vagyunk, és megértjük, hogy a fent leírt két kísérlet – az elektronokkal való lövés és a rések megvilágítása fénnyel – ugyanaz. Mert kvantumrészecskéket lövünk a réseken. Ma már tudjuk, hogy a fény és az elektronok is kvantum természetűek, egyszerre hullámok és részecskék. A 20. század elején ennek a kísérletnek az eredményei szenzációt jelentettek.

Figyelem! Most térjünk át egy finomabb kérdésre.

Réseinket fotonárammal (elektronokkal) világítjuk – és a képernyőn a rések mögött interferenciamintát (függőleges csíkokat) látunk. Tiszta. De kíváncsiak vagyunk, hogy az egyes elektronok hogyan haladnak át a résen.

Feltehetően az egyik elektron a bal résbe repül, a másik a jobbra. Ekkor azonban 2 függőleges csíknak kell megjelennie a képernyőn közvetlenül a nyílásokkal szemben. Miért van interferencia minta? Talán az elektronok valamilyen módon kölcsönhatásba lépnek egymással már a képernyőn, miután átrepültek a réseken. És az eredmény egy ilyen hullámminta. Hogyan tudjuk ezt követni?

Az elektronokat nem sugárban fogjuk dobni, hanem egyenként. Dobjuk, várjunk, dobjuk a következőt. Most, amikor az elektron egyedül repül, többé nem lesz képes kölcsönhatásba lépni a képernyőn más elektronokkal. A dobás után minden elektront regisztrálunk a képernyőn. Egy-kettő persze nem fog tiszta képet "festeni" nekünk. De ha egyenként sokat küldünk belőlük a nyílásokba, észre fogjuk venni... ó, iszonyat - megint interferencia hullámmintát "festettek"!

Lassan kezdünk megőrülni. Hiszen arra számítottunk, hogy a nyílásokkal szemben 2 függőleges csík lesz! Kiderült, hogy amikor egyenként fotonokat dobtunk, mindegyik áthaladt, mintha egyszerre 2 résen, és zavarta volna önmagát. Fantasztikus! Térjünk vissza a jelenség magyarázatához a következő részben.

Mi a spin és a szuperpozíció?

Most már tudjuk, mi az interferencia. Ez a mikrorészecskék - fotonok, elektronok, egyéb mikrorészecskék (nevezzük őket ezentúl az egyszerűség kedvéért fotonoknak) hullámviselkedése.

A kísérlet eredményeként, amikor 1 fotont 2 résbe dobtunk, rájöttünk, hogy úgy tűnik, hogy egyszerre két résen repül át. Hogyan magyarázható másképp a képernyőn megjelenő interferenciamintázat?

De hogyan képzeljünk el egy képet, amelyen egy foton egyszerre repül át két résen? 2 lehetőség van.

• 1. lehetőség: egy foton, mint egy hullám (mint a víz) "lebeg" 2 résen egyszerre
• 2. lehetőség: egy foton, mint egy részecske, egyszerre 2 pályán repül (nem is kettő, hanem egyszerre)

Elvileg ezek az állítások egyenértékűek. Megérkeztünk az "útintegrálhoz". Ez Richard Feynman kvantummechanika megfogalmazása.

Egyébként pontosan Richard Feynman a jól ismert kifejezés ahhoz tartozik magabiztosan állíthatjuk, hogy senki sem érti a kvantummechanikát

De ez a kifejezése működött a század elején. De most már okosak vagyunk, és tudjuk, hogy a foton részecskeként és hullámként is viselkedhet. Hogy valami számunkra érthetetlen módon egyszerre tud átrepülni 2 sloton. Ezért könnyű lesz megértenünk a kvantummechanika következő fontos megállapítását:

Szigorúan véve a kvantummechanika azt mondja nekünk, hogy a fotonok ilyen viselkedése a szabály, nem pedig a kivétel. Bármely kvantumrészecske általában több állapotban vagy a tér több pontjában van egyszerre.

A makrokozmosz objektumai csak egy meghatározott helyen és egy meghatározott állapotban lehetnek. De a kvantumrészecske a saját törvényei szerint létezik. És őt nem érdekli, ha nem értjük őket. Ez a lényeg.

Csak axiómaként el kell ismernünk, hogy egy kvantumobjektum "szuperpozíciója" azt jelenti, hogy egyszerre 2 vagy több pályán, 2 vagy több ponton lehet egyszerre.

Ugyanez vonatkozik a foton másik paraméterére - a spinre (saját impulzusimpulzusára). A spin egy vektor. A kvantumobjektumot mikroszkopikus mágnesnek tekinthetjük. Megszoktuk, hogy a mágnes (spin) vektora vagy felfelé vagy lefelé irányul. De egy elektron vagy egy foton ismét azt mondja nekünk: „Srácok, minket nem érdekel, hogy ti mit szoktatok, egyszerre lehetünk mindkét spinállapotban (vektor felfelé, vektor lefelé), mint ahogy 2 pályán lehetünk ugyanabban az időben, vagy 2 ponton egyszerre!"

Mi a „mérés” vagy „a hullámfüggvény összeomlása”?

Már nincs sok hátra, hogy megértsük, mi a „mérés”, és mi a „hullámfüggvény összeomlása”.

Hullám funkció Egy kvantumobjektum (fotonunk vagy elektronunk) állapotának leírása.

Tegyük fel, hogy van egy elektronunk, az magához repül határozatlan állapotban spinje egyszerre irányul fel és le... Fel kell mérnünk az állapotát.

Mérjünk mágneses tér segítségével: azok az elektronok, amelyek spinje a tér irányába irányult, az egyik irányba, az elektronok pedig, amelyeknek spinje a tér irányába irányul, a másikba térülnek el. A fotonok polarizáló szűrőbe is irányíthatók. Ha a foton spinje (polarizációja) +1, akkor átmegy a szűrőn, ha pedig -1, akkor nem.

Álljon meg! Itt elkerülhetetlenül felmerül egy kérdés: a mérés előtt elvégre az elektronnak nem volt konkrét spin iránya, nem? Egyszerre volt minden államban?

Ez a kvantummechanika trükkje és szenzációja.... Amíg meg nem mérjük egy kvantumobjektum állapotát, az bármilyen irányba tud forogni (a vektornak tetszőleges iránya van a saját impulzusimpulzusának - spin). De abban a pillanatban, amikor megmérted az állapotát, úgy tűnik, hogy eldönti, melyik spinvektort vegye fel.

Ez a kvantumobjektum annyira menő – saját állapotáról dönt.És nem tudjuk előre megjósolni, hogy milyen döntést hoz, amikor belerepül abba a mágneses mezőbe, amelyben mérjük. 50-50% annak a valószínűsége, hogy úgy dönt, hogy felfelé vagy lefelé fordul a vektora. De amint eldöntötte - egy bizonyos állapotba kerül, a pörgés meghatározott irányával. Döntésének oka a mi "dimenziónk"!

Ezt nevezik " a hullámfüggvény összeomlása"... A mérés előtti hullámfüggvény definiálatlan volt, azaz. az elektron spin vektor egyidejűleg helyezkedett el minden irányban, mérés után az elektron rögzítette spinvektorának egy bizonyos irányát.

Figyelem! Kiváló példa egy asszociációra a makrovilágunkból, hogy megértsük:

Forgasd meg az érmét az asztalon, mint egy örvénylőt. Amíg az érme forog, nincs konkrét jelentése – fej vagy farok. De amint úgy dönt, hogy „megméri” ezt az értéket, és rácsap az érmére a kezével, itt kapja meg az érme meghatározott állapotát - a fejeket vagy a farokat. Most képzeld el, hogy ez egy érme dönti el, hogy milyen értéket „mutassunk” – fejet vagy farkot. Az elektron megközelítőleg ugyanúgy viselkedik.

Most emlékezzen a rajzfilm végén látható kísérletre. Amikor fotonokat küldtek át a réseken, hullámként viselkedtek, és interferenciamintát mutattak a képernyőn. És amikor a tudósok meg akarták rögzíteni (megmérni) a fotonok átrepülésének pillanatát a résen, és "megfigyelőt" helyeztek a képernyő mögé, a fotonok nem hullámként, hanem részecskékként kezdtek viselkedni. És "húzott" 2 függőleges csíkot a képernyőre. Azok. a mérés vagy megfigyelés pillanatában a kvantumobjektumok maguk választják ki, hogy milyen állapotban legyenek.

Fantasztikus! Nem?

De ez még nem minden. Végül mi eljutott a legérdekesebbhez.

De ... számomra úgy tűnik, hogy túl sok információ lesz, ezért ezt a két fogalmat külön bejegyzésekben fogjuk megvizsgálni:

• Mit ?
• Mi az a gondolatkísérlet.

Most szeretné, hogy az információk rendezve legyenek a polcokon? Nézzen meg egy dokumentumfilmet, amelyet a Kanadai Elméleti Fizikai Intézet készített. Ebben, 20 percben, nagyon röviden és benne időrendben A kvantumfizika minden felfedezéséről mesélni fognak, Planck 1900-as felfedezése óta. És akkor elmondják, milyen gyakorlati fejlesztések zajlanak most a kvantumfizikai ismeretek alapján: a legpontosabb atomóráktól a kvantumszámítógép szupergyors számításaiig. Nagyon ajánlom ennek a filmnek a megtekintését.

Találkozunk!

Inspirációt kívánok minden tervéhez és projektjéhez!

Ui.2 Írja meg kérdéseit és gondolatait a megjegyzésekben. Írj, milyen kvantumfizikai kérdések érdekelnek még?

Ui.3. Iratkozzon fel a blogra - egy űrlap a feliratkozáshoz a cikk alatt.

A „kvantumfizika” szavak hallatán az emberek általában ezt ecsetelik: „Ez valami rettenetesen bonyolult”. Mindeközben ez abszolút nem így van, és a "kvantum" szóval abszolút semmi baj. Az érthetetlen elég, az érdekes sok, de a szörnyű nem.

Ról ről könyvespolcok, létrák és Ivan Ivanovics

A minket körülvevő világ minden folyamata, jelensége és mennyisége két csoportra osztható: folyamatos (tudományosan folyamatos ) és nem folytonos (tudományosan diszkrét ill kvantált ).

Képzelj el egy asztalt, amelyre egy könyvet helyezhetsz el. A könyvet bárhová leteheti az asztalra. Jobbra, balra, középen... Ahova akarja – tedd oda. Ebben az esetben a fizikusok azt mondják, hogy a könyv helyzete az asztalon megváltozik. folyamatosan .

Most képzeld el a könyvespolcokat. Feltehetsz egy könyvet az első polcra, a másodikra, a harmadikra ​​vagy a negyedikre – de nem teheted a könyvet „valahova a harmadik és a negyedik közé”. Ebben az esetben a könyv helyzete megváltozik. szakaszosan , diszkréten , kvantált (mindegyik szó ugyanazt jelenti).

A minket körülvevő világ tele van folyamatos és kvantált mennyiségekkel. Itt van két lány - Katya és Masha. Magasságuk 135 és 136 centiméter. Mi ez az érték? A magasság folyamatosan változik, lehet 135 és fél centi, illetve 135 centi és negyed. De annak az iskolának a száma, amelyben a lányok tanulnak, kvantált érték! Tegyük fel, hogy Katya a 135-ös, Mása pedig a 136-os iskolába jár. De egyikük sem járhat a 135-ös és fél iskolába, igaz?

Egy másik példa a kvantált rendszerre a sakktábla. A sakktáblán 64 mező található, és minden bábu csak egy mezőt foglalhat el. Tehetünk egy gyalogot valahova a mezők közé, vagy egyszerre két gyalogot egy mezőre? Valójában megtehetjük, de a szabályok szerint nem.

Folyamatos ereszkedés

És itt van a csúszda a játszótéren. Gyerekek csúsznak le róla - mert a csúszda magassága simán, folyamatosan változik. Most képzelje el, hogy ez a csúszda hirtelen (lengés varázspálca!) lépcsőházzá változott. Nem fog lecsúszni róla a papra. Lábaddal kell járnod – először egy lépést, majd a másodikat, majd a harmadikat. A méretet (magasságot) megváltoztattuk folyamatosan - de lépésenként, azaz diszkréten változni kezdett, kvantált .

Kvantizált süllyedés

Nézzük meg!

1. A dachában egy szomszéd, Ivan Ivanovics elment a szomszéd faluba, és azt mondta: "Útközben megpihenek valahol."

2. A dacha egyik szomszédja, Ivan Ivanovics elment egy szomszédos faluba, és azt mondta: "Elmegyek egy busszal."

A két helyzet ("rendszer") közül melyik tekinthető folyamatosnak, és melyik - kvantált?

Válasz:

Az első esetben Ivan Ivanovics sétál, és bármikor megállhat pihenni. Ez azt jelenti, hogy ez a rendszer folyamatos.

A másodikban Ivan Ivanovics felszállhat egy buszra, amely a megállóhoz érkezett. Kihagyhatja és megvárhatja a következő buszt. De nem ülhet „valahol” a buszok között. Ez azt jelenti, hogy ez a rendszer kvantált!

Mindenért a csillagászat a hibás

Az ókori görögök jól tudták a folytonos (folyamatos) és nem folytonos (kvantált, nem folytonos, diszkrét) mennyiségek létezését. Arkhimédész Psammit (The Calculus of Grains of Sand of Sand) című könyvében meg is tette az első kísérletet a folytonos és kvantált mennyiségek közötti matematikai kapcsolat megállapítására. Abban az időben azonban nem létezett kvantumfizika.

A 20. század legelejéig nem létezett! Az olyan nagy fizikusok, mint Galilei, Descartes, Newton, Faraday, Jung vagy Maxwell, soha nem hallottak kvantumfizikáról, és jól megvoltak nélküle is. Felmerülhet a kérdés: akkor miért találták ki a tudósok a kvantumfizikát? Mi olyan különleges a fizikában? Képzeld el, mi történt. Csak a fizikában egyáltalán nem, hanem a csillagászatban!

Titokzatos műhold

1844-ben Friedrich Bessel német csillagász megfigyelte éjszakai égboltunk legfényesebb csillagát - a Szíriust. Ekkor már a csillagászok tudták, hogy égboltunk csillagai nem mozdulnak el – mozognak, csak nagyon-nagyon lassan. Ráadásul minden csillag fontos! - egyenes vonalban mozog. Így a Sirius megfigyelésekor kiderült, hogy egyáltalán nem egyenes vonalban mozog. Úgy tűnt, hogy a csillag az egyik, majd a másik irányba "remegett". Sirius útja az égen olyan volt, mint egy kanyargós vonal, amelyet a matematikusok „szinuszoidnak” neveznek.

Sirius csillag és műholdja - Sirius B

Nyilvánvaló volt, hogy maga a csillag nem tud így mozogni. Ahhoz, hogy az egyenes vonalú mozgást szinuszos mozgássá alakítsuk, szükségünk van valamiféle „zavaró erőre”. Ezért Bessel azt javasolta, hogy egy nehéz műhold kering a Sirius körül – ez volt a legtermészetesebb és legésszerűbb magyarázat.

A számítások azonban azt mutatták, hogy ennek a műholdnak a tömegének megközelítőleg meg kell egyeznie a mi Napunk tömegével. Akkor miért nem láthatjuk ezt a műholdat a Földről? Sirius innen található Naprendszer nem messze - körülbelül két és fél parszek, és egy Nap méretű objektumot nagyon jól kell látni ...

Nehéz feladatnak bizonyult. Egyes tudósok azt mondták, hogy ez a műhold egy hideg, lehűtött csillag - ezért teljesen fekete és láthatatlan bolygónkról. Mások azt mondták, hogy ez a műhold nem fekete, hanem átlátszó, ezért nem látjuk. A csillagászok szerte a világon teleszkópokon keresztül nézték a Siriust, és megpróbáltak "elkapni" egy rejtélyes láthatatlan műholdat, és úgy tűnt, hogy a férfi kigúnyolja őket. Volt min meglepődni, tudod...

Kell egy csodateleszkóp!

Egy ilyen teleszkópban az emberek először látták meg a Szíriusz műholdat

A 19. század közepén a kiváló távcsőtervező, Alvin Clarke az Egyesült Államokban élt és dolgozott. Első hivatása szerint művész volt, de véletlenül első osztályú mérnök, üvegkészítő és csillagász lett. Eddig még senki sem múlta felül lenyűgöző lencsés teleszkópjait! Alvin Clarke egyik lencséje (76 centiméter átmérőjű) látható Szentpéterváron, a Pulkovo Obszervatórium Múzeumában ...

Azonban el vagyunk terelve. Így 1867-ben Alvin Clark új távcsövet épített - 47 centiméter átmérőjű lencsével; ez volt akkoriban az Egyesült Államok legnagyobb teleszkópja. A titokzatos Szíriusz volt az, amelyet a tesztek során első égi objektumnak választottak megfigyelésre. A csillagászok reményei pedig ragyogóan beigazolódtak – már az első éjszaka felfedezték a Bessel által megjósolt Szíriusz megfoghatatlan műholdat.

A serpenyőből a tűzre...

A Clarke megfigyeléseiből származó adatok birtokában azonban a csillagászok nem sokáig voltak boldogok. Valójában a számítások szerint a műhold tömegének megközelítőleg meg kell egyeznie a mi Napunk tömegével (a Föld tömegének 333 000-szerese). De egy hatalmas fekete (vagy átlátszó) égitest helyett a csillagászok ... egy apró fehér csillagot láttak! Ez a csillag nagyon forró volt (25 000 fok, Napunk 5500 fokával összehasonlítva) és ugyanakkor apró (kozmikus mércével mérve), nem nagyobb, mint a Föld (később az ilyen csillagokat "fehér törpének" nevezték). Kiderült, hogy ennek a csillagnak teljesen elképzelhetetlen sűrűsége van. Milyen anyagból áll akkor?!

A Földön ismerünk nagy sűrűségű anyagokat – mondjuk az ólmot (ebből a fémből készült, centiméteres oldalú kocka tömege 11,3 gramm) vagy arany (19,3 gramm köbcentiméterenként). A Szíriusz műhold anyagának sűrűsége ("Sirius B"-nek hívták) a következő millió (!!!) gramm per köbcentiméter - 52 ezerszer nehezebb, mint az arany!

Vegyük a szokásosat Gyufaskatulya... Térfogata 28 köbcentiméter. Ez azt jelenti, hogy a Szíriusz műhold anyagával megtöltött gyufásdoboz súlya ... 28 tonna! Próbáld meg elképzelni - a mérleg egyik serpenyőjén egy gyufásdoboz, a másikon pedig egy tank!

Volt még egy probléma. A fizikában van egy törvény, amit Károly-törvénynek hívnak. Azt állítja, hogy ugyanabban a térfogatban egy anyag nyomása minél magasabb, annál magasabb ennek az anyagnak a hőmérséklete. Ne feledje, hogyan szakítja le a forró gőz nyomása a forró vízforraló fedelét - és azonnal megérti, miről van szó. Tehát a Szíriusz műhold anyagának hőmérséklete éppen ezt a Károly-törvényt sértette meg a legszégyentelenebb módon! A nyomás elképzelhetetlen volt, a hőmérséklet pedig viszonylag alacsony. Ennek eredményeként "rossz" fizikai törvényeket és általában "rossz" fizikát kaptak. Mint Micimackó – „rossz méhek és rossz méz”.

Pörög a fejem...

A fizika „megmentése érdekében” a 20. század elején a tudósoknak el kellett ismerniük, hogy KÉT fizikus van egyszerre a világon – egy „klasszikus”, kétezer éve ismert. A második pedig szokatlan, kvantum ... A tudósok felvetették, hogy a klasszikus fizika törvényei világunk hétköznapi, „makroszkópikus” szintjén működnek. De a legkisebb, „mikroszkópos” szinten az anyag és az energia teljesen más törvényeknek – kvantumnak – engedelmeskedik.

Képzeld el a Föld bolygónkat. Jelenleg több mint 15 000 különböző mesterséges objektum kering körülötte, mindegyik a saját pályáján. Ezenkívül ez a pálya, ha szükséges, megváltoztatható (beállítható) - például az International pályája űrállomás(ISS). Ez egy makroszkopikus szint, itt működnek a klasszikus fizika törvényei (például Newton törvényei).

Most térjünk át a mikroszkopikus szintre. Képzeld el egy atom magját. Körülötte, akárcsak a műholdak, az elektronok keringenek – azonban nem lehet belőlük annyi, amennyit szeretne (mondjuk egy héliumatomnak legfeljebb kettő van). Az elektronok pályája pedig már nem önkényes lesz, hanem kvantált, "lépésenként". A fizika ilyen pályáit "megengedett energiaszinteknek" is nevezik. Az elektron nem tud „simán” mozogni egyik megengedett szintről a másikra, csak azonnal „ugrálhat” szintről szintre. Csak „ott” voltam, és azonnal megjelentem „itt”. Nem lehet valahol az „ott” és az „itt” között. Azonnal megváltoztatja a helyét.

Csodálatos? Csodálatos! De ez még nem minden. A tény az, hogy a kvantumfizika törvényei szerint két egyforma elektron nem foglalhatja el ugyanazt az energiaszintet. Soha. A tudósok ezt a jelenséget "Pauli-bannak" nevezik (miért működik ez a "tilalom", még mindig nem tudják megmagyarázni). Leginkább ez a "tilalom" hasonlít sakktábla, amelyet a kvantumrendszer példájaként említettünk, - ha van egy mancs a tábla egy négyzetén, akkor erre a négyzetre nem helyezhet másik gyalogot. Pontosan ugyanez történik az elektronokkal!

A probléma megoldása

Kérdezi, hogyan magyarázza meg a kvantumfizika az olyan szokatlan jelenségeket, mint a Károly-törvény megsértése a Sirius B-n belül? De hogyan.

Képzeljen el egy városi parkot, amelynek táncparkettje van. Sokan sétálnak az utcán, kimennek a táncparkettre táncolni. Legyen az emberek száma az utcán a nyomást, és az emberek száma a diszkóban - a hőmérsékletet. Nagyon sok ember léphet be a táncparkettre - mint több ember sétál a parkban, minél többen táncolnak a táncparketten, vagyis minél nagyobb a nyomás, annál magasabb a hőmérséklet. Így működnek a klasszikus fizika törvényei – így Károly törvénye is. A tudósok egy ilyen anyagot "ideális gáznak" neveznek.

Emberek a táncparketten - "tökéletes gáz"

Mikroszkopikus szinten azonban a klasszikus fizika törvényei nem működnek. Ott kezdenek működni a kvantumtörvények, és ez gyökeresen megváltoztatja a helyzetet.

Képzeljük el, hogy egy park táncparkettjének helyén kávézót nyitottak. Mi a különbség? Igen, az a tény, hogy egy kávézóba, ellentétben a diszkóval, "annyi" ember nem fog belépni. Amint az asztaloknál minden hely elfoglalt, a biztonsági szolgálat leállítja az emberek beengedését. És amíg az egyik vendég le nem üríti az asztalt, addig a biztonságiak nem engednek be senkit! Egyre többen sétálnak a parkban – a kávézóban pedig ahányan voltak, annyian maradtak. Kiderül, hogy a nyomás növekszik, de a hőmérséklet "egyenesen áll".

Emberek egy kávézóban - "kvantumgáz"

A Sirius B-ben természetesen nincsenek emberek, táncparkettek és kávézók. De az elv változatlan: az elektronok kitöltik az összes megengedett energiaszintet (mint a látogatók - asztalok egy kávézóban), és már nem engedhetnek be senkit - pontosan Pauli tilalma szerint. Ennek eredményeként elképzelhetetlenül hatalmas nyomás keletkezik a csillag belsejében, de a hőmérséklet magas, de a csillagok számára teljesen hétköznapi. Az ilyen anyagot a fizikában "degenerált kvantumgáznak" nevezik.

Folytassuk?...

Rendellenesen nagy sűrűségű a fehér törpék messze nem az egyetlen olyan jelenség a fizikában, amely kvantumtörvények alkalmazását igényli. Ha érdekel ez a téma, a "Ray" következő számaiban más, nem kevésbé érdekes kvantumjelenségekről is beszélhetünk. Ír! Egyelőre emlékezzünk a fő dologra:

1. Világunkban (az Univerzumban) makroszkopikus (azaz "nagy") szinten a klasszikus fizika törvényei érvényesülnek. Leírják a közönséges folyadékok és gázok tulajdonságait, a csillagok és bolygók mozgását és még sok mást. Ezt a fizikát tanulod (vagy tanulod) az iskolában.

2. A mikroszkopikus (azaz hihetetlenül kicsi, milliószor kisebb, mint a legkisebb baktérium) szinten azonban teljesen más törvények működnek - a kvantumfizika törvényei. Ezeket a törvényeket nagyon összetett matematikai képletekkel írják le, és az iskolában nem tanulják őket. Azonban csak a kvantumfizika teszi lehetővé az olyan csodálatos űrobjektumok szerkezetének viszonylag egyértelmű magyarázatát, mint a fehér törpék (mint például a Sirius B), a neutroncsillagok, a fekete lyukak stb.

Autó visszaküldése garanciális vagy kvantumfizikai próbabábuknak.

Tegyük fel, hogy 3006. Elmész a "kapcsolt"-hoz, és veszel egy olcsó kínai időgépet részletekben 600 évre. Egy héttel előre szeretne merülni, hogy berendezzen egy fogadóirodát. Egy nagy jackpotra várva, kétségbeesetten gépelve az érkezés dátumát egy kék műanyag dobozra...

És itt a nevetés: menet közben kiég benne a Nikadim-chronon konverter. A gép elhaló nyikorgást ad ki, és bedobja a 62342-t. Az emberiség hátsó sarkokra és lábszárakra oszlott, és szétszóródott a távoli galaxisokban. A Nap elfogyott az idegeneknek, a Földet óriási radioaktív szilíciumférgek uralják. A légkör fluor és klór keveréke. Hőmérséklet mínusz 180 fok. A föld erodálódott, és te ráadásul tizenöt méterről zuhansz a fluoritkristályok sziklájára. Az utolsó kilégzéskor gyakorolja galaktikus polgári jogát, hogy egyszeri időközi hívást kezdeményezzen a kulcstartón. Hívja a központot technikai támogatás"Csatlakoztatva", ahol egy udvarias robot közli, hogy az időgépre 100 év a garancia és az ő idejében tökéletesen működőképes, 62342-ben pedig emberi beszédmechanizmus által kimondhatatlan millió fillért kapott ki nem fizetett részletfizetéssel.

Áldj és ments meg! Uram, köszönöm, hogy ebben a száraz, mackós múltban élsz, ahol ilyen lehetőségek lehetetlenek!
... Bár nem! A legtöbb nagy tudományos felfedezések nem olyan epikus eredményeket adnak, mint ahogyan az a különböző tudományos-fantasztikus íróknak tűnik.

A lézerek nem égetnek városokat és bolygókat – rögzítik és továbbítják az információkat, szórakoztatják az iskolásokat. A nanotechnológia nem változtatja az univerzumot nanobotok önmagát replikáló hordává. Vízállóbbá teszik az esőkabátot, tartósabbá a betont. A tengerben felrobbant atombomba egyszer sem indított el láncreakciót a hidrogénmagok termonukleáris fúziójából, és nem változtatott minket egy másik Nappal. A Hadronütköztető nem fordította ki a bolygót, és az egész világot fekete lyukba taszította. A mesterséges intelligencia már létrejött, csak ő csak gúnyolódik az emberiség elpusztításának gondolatán.
Ez alól az időgép sem kivétel. A helyzet az, hogy a múlt század közepén hozták létre. Nem öncélnak készült, hanem csak egy kis, leírhatatlan, de nagyon figyelemre méltó eszköz létrehozásának eszközeként.

Egy időben Dmitrij Nyikolajevics Gracsev professzort nagyon megzavarta az alkotás kérdése hatékony eszközöket rádiósugárzás elleni védelem. A feladat első pillantásra lehetetlennek tűnt - a készüléknek minden rádióhullámra sajátjával kellett reagálnia, ugyanakkor semmilyen módon nem kötődhet a jelforráshoz (mivel az ellenség). Dmitrij Nyikolajevics egyszer megfigyelte, hogyan játszanak a gyerekek az udvaron „kidobósat”. A játékot az nyeri, aki a leghatékonyabban kerüli el a labdát. Ehhez koordinációra van szükség, és ami a legfontosabb, a labda röppályájának előrejelzésére.

Az előrejelzési képességet a számítási erőforrás határozza meg. De a mi esetünkben a számítási erőforrások növekedése nem vezet sehova. Még a legmodernebb szuperszámítógépekből sem hiányzik ehhez a sebesség és a pontosság. Egy spontán folyamat előrejelzéséről volt szó a mikrohullámú - rádióhullám - fél periódusának sebességével.

A professzor felkapta a bokrokba repült labdát, és visszadobta a gyerekeknek. Miért jósolják meg, hová megy a labda, ha már megérkezett? Kiutat találtak: az ismeretlen bemeneti rádiójel jellemzői a közeljövőben jól ismertek, és egyszerűen nem kell kiszámítani őket. Elég ott közvetlenül megmérni őket. De itt van a balszerencse – még egy nanomásodpercig sem lehet haladni az időben. Ez azonban nem volt szükséges az adott feladathoz. Csak az szükséges, hogy a készülék érzékeny eleme, a tranzisztor legalább részben a közeljövőben legyen. És itt a nemrég felfedezett kvantum-szuperpozíció jelensége jött a megmentésre. Jelentése az, hogy egy és ugyanaz a részecske egyszerre különböző helyen és időben lehet.

Ennek eredményeként Gracsev professzor megalkotott egy tömegorientált kvantumot elektronikus csapda- egy valós idejű gép, amelyben először egy félvezető chipet hoztak létre, amelynek egyes elektronjai a jövőben és egyben a jelenben vannak. Ugyanennek a TMA-nak a prototípusa - a Grachev-rezonátort vezérlő chip. Elmondhatjuk, hogy ez a dolog mindig egy lábon fog állni a jövőben.

Itt napokig beszélgettem a témáról késleltetett választási kvantumtörlés, még csak nem is annyira vita, mint türelmes magyarázata számomra csodálatos barátomtól, dr_tambowskytól a kvantumfizika alapjairól. Mivel rosszul tanítottam a fizikát az iskolában, idős koromban pedig húzós voltam, szivacsként szívom fel. Úgy döntöttem, hogy egy helyen gyűjtöm össze a magyarázatokat, esetleg valaki mást.

Kezdetben azt javaslom, hogy nézzenek meg egy rajzfilmet gyerekeknek az interferenciáról, és figyeljenek a „szemre”. Mert valójában ez az egész probléma.

Ezután elkezdheti olvasni a szöveget dr_tambowskytól, amit alább teljes egészében idézek, vagy aki okos és hozzáértő, az egyből elolvashatja. Jobb mindkettő.

Mi az interferencia.
Valóban nagyon sok mindenféle kifejezés és fogalom létezik, és nagyon össze vannak zavarodva. Menjünk sorban. Először is az interferencia mint olyan. Sok példa van az interferenciára, és nagyon sok különböző interferométer létezik. Egy sajátos kísérlet, amelyet folyamatosan torzítanak, és gyakran használnak a törlés tudományában (főleg azért, mert egyszerű és kényelmes), két, egymással párhuzamosan vágott rés egy átlátszatlan képernyőn. Kezdésként világítsunk egy ilyen dupla résen. A fény egy hullám, nem? És folyamatosan megfigyeljük a fény interferenciáját. Bízz abban, hogy ha rávilágítasz erre a két nyílásra, és a másik oldalára egy képernyőt (vagy csak egy falat) teszel, akkor ezen a második képernyőn is interferenciamintát fogunk látni - a két fényes fényfolt helyett "elhaladt" a réseken keresztül" a második képernyőn (falon) váltakozó fényes és fényes kerítés lesz sötét csíkok... Jegyezzük meg még egyszer, hogy ez pusztán hullámtulajdonság: ha köveket dobunk, akkor azok, amelyek a résbe esnek, tovább repülnek egyenesen és nekiütköznek a falnak, mindegyik a saját rés mögött, vagyis két független halom kövek (persze ha a falhoz tapadnak 🙂), semmi beavatkozás.

Aztán emlékszel, az iskolában a "részecske-hullám dualizmusról" tanítottak? Hogy amikor minden nagyon kicsi és nagyon kvantum, akkor a tárgyak részecskék és hullámok is? Az egyik híres kísérletben (a Stern-Gerlach kísérletben) a múlt század 20-as éveiben ugyanazt a beállítást alkalmazták, mint fentebb, de fény helyett ... elektronokkal világítottak. Nos, az elektronok részecskék, nem? Vagyis ha egy dupla nyílásra "dobják", mint a kavicsokat, akkor a rések mögötti falon mit fogunk látni? A válasz nem két külön folt, hanem ismét egy interferencia kép !! Vagyis az elektronok is interferálhatnak.

Másrészt kiderül, hogy a fény nem egészen hullám, hanem részecske is - foton. Vagyis most már annyira okosak vagyunk, hogy megértjük, hogy a fent leírt két kísérlet ugyanaz. A résekre (kvantum)részecskéket dobunk, és ezeken a réseken lévő részecskék interferálnak - a falon váltakozó csíkok láthatók ("látható" - abban az értelemben, amivel fotonokat vagy elektronokat regisztrálunk, ehhez nincs szükség szemre 🙂) .

Most ezzel az univerzális képpel felvértezve tegyük fel a következő, finomabb kérdést (figyelem, nagyon fontos!!):
Amikor a résen a fotonjainkkal / elektronjainkkal / részecskéinkkel világítunk, interferenciamintát látunk a másik oldalon. Tökéletesen. De mi történik egyetlen fotonnal/elektronnal/pi-mezonnal? [és ezentúl beszéljünk - csak a kényelem kedvéért - csak a fotonokról]. Hiszen egy ilyen lehetőség is lehetséges: minden foton kavicsként repül át a saját résein, vagyis egészen határozott pályája van. Ez a foton átrepül a bal oldali résen. És az ott – a jobb oldalon keresztül. Amikor ezek a fotonok-kavicsok sajátos pályájukat követve a rések mögötti falhoz érnek, valahogy kölcsönhatásba lépnek egymással, és ennek a kölcsönhatásnak az eredményeként már magán a falon interferenciamintázat keletkezik. Eddigi kísérleteinkben semmi sem mond ellent ennek az értelmezésnek – elvégre, amikor a nyíláson ragyogunk erős fény egyszerre sok fotont küldünk. A kutya tudja, mit csinálnak ott.

Megvan a válaszunk erre a fontos kérdésre. Tudjuk, hogyan kell egyszerre egy fotont dobni. Elhagyták. Vártak. Bedobták a következőt. Figyelmesen nézzük a falat, és észrevesszük, hová érkeznek ezek a fotonok. Egyetlen foton persze elvileg nem tud megfigyelhető interferenciamintát létrehozni - az egy, és amikor regisztráljuk, csak egy bizonyos helyen láthatjuk, és nem mindenhol egyszerre. Visszatérve azonban a kavicsos hasonlathoz. Egy kavics elrepült. Az egyik rés mögött a falnak ütközött (természetesen azon, amelyen átrepült). Itt egy másik – ismét a nyílás mögé ütődött. Ülünk. számolunk. Egy idő után, és elegendő kavicsot dobtunk, eloszlást nyerünk - látni fogjuk, hogy sok kavics ütközik a falnak az egyik rés mögött, és sok a másik mögött. És sehol máshol. Ugyanezt tesszük a fotonokkal is – egyenként dobjuk ki őket, és lassan kiszámoljuk, hány foton érkezett a fal egyes helyeire. Lassan megőrülünk, mert a fotonbecsapódások frekvenciáinak ebből adódó eloszlása ​​egyáltalán nincs a megfelelő rések alatt. Ez az eloszlás pontosan megismétli azt az interferenciamintát, amelyet akkor láttunk, amikor erős fénnyel világítottunk. De a fotonok most egyenként érkeztek! Az egyik ma. A következő holnap lesz. Nem kommunikálhattak egymással a falon. Azaz teljes összhangban kvantummechanika, egy külön foton egyszerre hullám, és semmi hullám nem idegen tőle. A kísérletünkben szereplő fotonnak nincs határozott pályája – minden egyes foton egyszerre halad át mindkét résen, és mintegy interferál önmagával. Megismételhetjük a kísérletet úgy, hogy csak egy rést hagyunk nyitva - akkor a fotonok természetesen mögé csoportosulnak. Zárja be az elsőt, nyissa ki a másodikat, és továbbra is dobja be a fotonokat egyenként. Természetesen a második, nyitott rés alatt vannak csokorba rakva. Mindkettőt megnyitjuk – a fotonok összetapadását kedvelő helyek eredő eloszlása ​​nem az akkor kapott eloszlások összege, amikor csak egy rés volt nyitva. Most még mindig a repedések között csoportosulnak. Illetve kedvenc csoportosulási helyeik most váltakozó csíkok. Ebben - egy maroknyi, a következőben - nem, megint - igen, sötét, világos. Ah, interferencia...

Mi a szuperpozíció és a spin.
Így. Feltételezzük, hogy mindent megértünk az interferenciáról mint olyanról. Vegyünk egy szuperpozíciót. Nem tudom, hogy állsz a kvantummechanikával, sajnálom. Ha rossz, akkor nagyon sokat kell vállalni a hitre, nehéz dióhéjban elmagyarázni.

De elvileg már valahol a közelben jártunk - amikor láttuk, hogy egyetlen foton egyszerre két résen repül át. Egyszerűen kijelenthetjük: a fotonnak nincs pályája, van hulláma és hulláma. És azt mondhatjuk, hogy a foton egyszerre két pályán repül (szigorúan véve persze nem is kettőn, hanem egyszerre). Ez egyenértékű kijelentés. Elvileg, ha ezt az utat követjük a végéig, akkor eljutunk az "útintegrálhoz" - a kvantummechanika Feynman-féle megfogalmazásához. Ez a megfogalmazás hihetetlenül elegáns és ugyanolyan összetett, a gyakorlatban nehezen használható, annál inkább az alapok elmagyarázására. Ezért nem megyünk a végére, inkább meditálunk egy fotonon, amely "egyszerre két úton halad". A klasszikus fogalmak értelmében (és a pálya egy elég jól körülhatárolható klasszikus fogalom, vagy egy kő repül frontálisan, vagy mellette) egy foton egyszerre különböző állapotban van. A pálya ismét nem az, amire szükségünk van, a céljaink egyszerűbbek, csak a tény felismerésére és átérezésére sarkallok.

A kvantummechanika azt mondja nekünk, hogy ez a szabály, nem a kivétel. Bármely kvantumrészecske lehet (és általában van is) egyszerre "több állapotban". Valójában ezt a kijelentést nem kell túl komolyan venni. Ezek a „több állapot” tulajdonképpen a klasszikus intuíciónk. Különböző „állapotokat” határozunk meg néhány saját (külső és klasszikus) megfontolásunk alapján. A kvantumrészecske saját törvényei szerint él. Van egy vagyona. Pont. A „szuperpozícióra” vonatkozó kijelentés csak annyit jelent, hogy ez az állapot nagyon eltérhet klasszikus elképzeléseinktől. Bemutatjuk a trajektória klasszikus fogalmát, és alkalmazzuk a fotonra abban az állapotban, amelyben szeretne lenni. És a foton azt mondja: "Sajnálom, a kedvenc állapotom olyan, hogy ezekhez a pályáidhoz képest egyszerre mindkettőn vagyok!" Ez nem jelenti azt, hogy a foton egyáltalán nem lehet olyan állapotban, amelyben a pálya (többé-kevésbé) meghatározott. Az egyik rést bezárjuk - és bizonyos mértékig azt mondhatjuk, hogy a foton egy bizonyos pályán repül át a másodikon, amit jól értünk. Vagyis ilyen állapot elvileg létezik. Nyissuk meg mindkettőt – a foton jobban szeret szuperpozícióban lenni.

Ugyanez vonatkozik más paraméterekre is. Például saját szögimpulzus vagy vissza. Emlékszel két elektronra, amelyek együtt ülhetnek ugyanazon az s-pályán – ha ellentétes spinük van? Ez pontosan az. És a fotonnak is van spinje. A foton spinjében az a jó, hogy a klasszikusokban valójában egy fényhullám polarizációjának felel meg. Vagyis mindenféle polarizátor és más kristály segítségével, amivel rendelkezünk, manipulálni tudjuk az egyes fotonok spinjét (polarizációját), ha rendelkezünk velük (és megjelennek).

Szóval pörögj. Az elektronnak van egy spinje (abban a reményben, hogy a pályák és az elektronok kedvesebbek számodra, mint a fotonok, tehát minden a régi), de az elektronnak abszolút közömbös, hogy milyen "spin-állapotban" van. A spin egy vektor, és megpróbálhatjuk azt mondani, hogy „a spin felfelé néz”. Vagy „a pörgés lefelé néz” (valamely általunk választott irányhoz képest). És az elektron azt mondja nekünk: "Nem törődtem veled, mindkét pályán lehetek egyszerre mindkét spinállapotban." Itt is nagyon fontos, hogy nem sok elektron van különböző spinállapotban, egy együttesben az egyik felfelé, a másik lefelé néz, és minden egyes elektron egyszerre van mindkét állapotban. Ugyanígy nem különböző elektronok haladnak át különböző réseken, hanem egy elektron (vagy foton) halad át mindkét résen egyszerre. Egy elektron lehet egy bizonyos forgásirányú állapot, ha megkérdezik, de ő maga ezt nem teszi meg. Egy félkvalitatív szituáció a következőképpen írható le: 1) két állapot van: | +1> (felpörgés) és -1> (pörgés le); 2) ezek elvileg kóser állapotok, amelyekben elektron létezhet; 3) ha azonban nem teszünk különösebb erőfeszítést, az elektron mindkét állapotában "elkenődik", és állapota valami ilyesmi lesz: | +1> + | -1>, olyan állapot, amelyben az elektronnak nincs határozott spin iránya (akárcsak a pálya 1+ pálya 2, ugye?). Ez az „állapotok szuperpozíciója”.

A hullámfüggvény összeomlásáról.
Már nagyon kevés van hátra, hogy megértsük, mi a mérés és a „hullámfüggvény összeomlása”. A hullámfüggvény az, amit fentebb írtunk, | +1> + | -1>. Csak az állapot leírása. Az egyszerűség kedvéért beszélhetünk magáról az államról, mint olyanról, és annak „összeomlásáról”, mindegy. Ez történik: egy elektron ilyen határozatlan lelkiállapotban repül magához, akár felfelé, akár lefelé, vagy mindkettő egyszerre. Aztán felrohanunk valami ijesztő eszközzel, és mérjük meg a hát irányát. Ebben a konkrét esetben elegendő egy elektront mágneses térbe lökni: azokat az elektronokat, amelyek spinje a tér irányának megfelelően néz ki, az egyik irányba, a térrel ellentétes elektronokat a másikba kell eltéríteni. Ülünk a másik oldalon, és dörzsöljük a kezünket - látjuk, hogy az elektron melyik irányba tért el, és azonnal tudjuk, hogy spinje felfelé vagy lefelé néz. A fotonok polarizációs szűrőbe tolhatók - ha a polarizáció (spin) +1, akkor a foton átmegy, ha -1, akkor nem.

De elnézést, volt az elektronnak határozott forgásiránya a mérés előtt? Ez az egész lényeg. Nem volt határozott, de mintha egyszerre két állapot „keveredett volna”, és ezekben az állapotokban nagyon egyenletes volt az irány. A mérés során arra kényszerítjük az elektront, hogy eldöntse, ki legyen, és hova nézzen – felfelé vagy lefelé. A fent leírt helyzetben persze elvileg nem tudjuk előre megjósolni, hogy ez az adott elektron milyen döntést hoz, amikor mágneses térbe repül. 50% -os valószínűséggel dönthet „felfelé”, ugyanolyan valószínűséggel - „lefelé”. De amint ezt eldönti - egy bizonyos forgásirányú állapotba kerül. "Mérésünk" eredményeként! Ez "összeomlás" - a mérés előtt a hullámfüggvény (elnézést, állapot) | +1> + | -1> volt. Miután "megmértük" és láttuk, hogy az elektron egy bizonyos irányba eltér, meghatározták a spin irányát, és a hullámfüggvénye egyszerűen | +1> (vagy | -1>, ha más irányba tért el). Vagyis az állam „összeomlott” egyik összetevőjébe; A második komponens "keverése" már nem látszik!

Ez nagyrészt üres filozofálásról szólt az eredeti felvételen, és ez az, ami nem tetszik a rajzfilmnek. Egyszerűen megrajzolódik egy szem, és a tapasztalatlan nézőnek először is a folyamat bizonyos antropocentricitásának illúziója lehet (azt mondják, megfigyelő kell a „méréshez”), másodszor pedig annak non-invazivitása (na jó, mi csak keresnek!). A témával kapcsolatos elképzeléseimet fentebb ismertettem. Először is, a "megfigyelőre" mint olyanra természetesen nincs szükség. Elég, ha egy kvantumrendszert érintkezésbe hozunk egy nagy, klasszikus rendszerrel, és minden magától megtörténik (az elektronok berepülnek a mágneses mezőbe és eldöntik, kik ők, függetlenül attól, hogy a másik oldalon ülünk és figyelünk vagy sem ). Másodszor, egy kvantumrészecske nem invazív klasszikus mérése elvileg lehetetlen. Könnyű megrajzolni a szemet, de mit jelent az, hogy „nézzünk egy fotont, és megtudjuk, hová repült”? Ahhoz, hogy megnézhesd, fotonokra van szükséged, amelyek eltalálják a szemet, lehetőleg sok. Hogyan rendezhetjük el, hogy sok foton érkezzen, és mindent elmondjon egy szerencsétlen foton állapotáról, amely állapota érdekel minket? Rágyújtasz egy zseblámpát? És mi marad belőle ezután? Egyértelmű, hogy nagyban befolyásoljuk az állapotát, talán olyan mértékben, hogy nem akar majd bemászni valamelyik résbe. Nem olyan érdekes ez az egész. De végre elérkeztünk az érdekességhez.

Az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxonról és az összegabalyodott fotonpárokról
Ma már tudunk az állapotok szuperpozíciójáról, de eddig csak egy részecskéről beszéltünk. Csak az egyszerűség kedvéért. De mégis, mi van akkor, ha két részecskénk van? Egy pár részecskét teljesen kvantumállapotban is elkészíthet úgy, hogy általános állapotukat egyetlen, közös hullámfüggvény írja le. Ez persze nem könnyű – két tetszőleges foton be szomszédos szobák vagy a szomszédos kémcsövekben lévő elektronok egymásról és nem tudnak, így teljesen függetlenül is leírhatók és kell őket leírni. Ezért egyszerűen ki lehet számítani mondjuk egy elektron kötési energiáját egy hidrogénatom egyik protonján, teljesen nem érdekli a Marson lévő többi elektron vagy akár a szomszédos atomok sem. De ha speciálisan megpróbálod, akkor egyszerre két részecskét magában foglaló kvantumállapot hozható létre. Ezt "koherens állapotnak" fogják nevezni, ahogyan részecskepárokra és mindenféle kvantumtörlésre és számítógépre alkalmazzák, ezt összefonódott állapotnak is nevezik.

Továbblépni. Tudhatjuk (a koherens állapot létrehozásának folyamata által támasztott korlátozások miatt), hogy mondjuk két részecskerendszerünk teljes spinje nullával egyenlő. Nem baj, tudjuk, hogy az s-pályán két elektron spinjének antiparallelnek kell lennie, vagyis a teljes spin nulla, és ez egyáltalán nem ijeszt meg minket, igaz? Azt nem tudjuk, hogy egy adott részecske spinje merre néz. Csak azt tudjuk, hogy bármerre is néz, a második pörgetésnek a másik irányba kell néznie. Vagyis ha kijelöljük a két részecskénket (A) és (B), akkor az állapot elvileg a következő lehet: | +1 (A), -1 (B)> (A felfelé néz, B lefelé) . Ez egy megengedett állapot, nem sérti a kiszabott korlátozásokat. Egy másik lehetőség: | -1 (A), +1 (B)> (ellenkezőleg, A le, B fel). Szintén lehetséges állapot. Nem emlékeztet azokra az állapotokra, amelyeket valamivel korábban rögzítettünk egyetlen elektron spinjére? Mert a két részecskéből álló rendszerünk, bár kvantum és koherens, lehet (és lesz) állapotok szuperpozíciójában | +1 (A); -1 (B)> + | -1 (A); +1 (B)>. Vagyis mindkét lehetőség egyszerre valósul meg. Mint a foton mindkét pályája vagy egy elektron spinjének mindkét iránya.

Egy ilyen rendszer mérése sokkal szórakoztatóbb, mint egyetlen foton. Valóban, tegyük fel, hogy csak egy részecske spinjét mérjük, A. Azt már megértettük, hogy a mérés egy kvantumrészecske számára súlyos feszültség, állapota a mérés során drámaian megváltozik, összeomlás következik be... Így van, de - ilyenkor még ott van a második részecske, B, ami szorosan kapcsolódik A-hoz, közös hullámfüggvényük van! Tegyük fel, hogy megmértük az A forgás irányát, és azt láttuk, hogy +1. De A-nak nincs saját hullámfüggvénye (vagy más szóval saját független állapota), hogy | +1>-re omoljon. A-nak csak a fentebb B-vel leírt összefonódott állapota van. Ha az A mérés +1 értéket ad, és tudjuk, hogy az A és B spinek ellentétesek, akkor tudjuk, hogy a B spin lefelé néz (-1). A pár hullámfüggvénye összeomlik, ameddig tud, vagy talán csak | +1-re (A); -1 (B)>. A leírt hullámfüggvény más lehetőséget nem biztosít számunkra.

Még semmi? Ön szerint a teljes pörgés meg van mentve? Most képzeljük el, hogy létrehoztunk egy ilyen A, B párt, és hagyjuk, hogy ez a két részecskék különböző irányokba repüljenek, koherensek maradva. Az egyik (A) a Merkúr felé repült. A másik pedig (B) mondjuk a Jupiternek. Ebben a pillanatban véletlenül a Merkúron voltunk, és megmértük az A forgás irányát. Mi történt? Ugyanebben a pillanatban megtanultuk a B spin irányát és megváltoztattuk B hullámfüggvényét! Kérjük, vegye figyelembe, hogy ez egyáltalán nem ugyanaz, mint a klasszikusokban. Hagyja, hogy a két repülő kő forogjon a tengelye körül, és tudassa velünk, hogy ellentétes irányba forog. Ha megmérjük az egyik forgásirányát, amikor eléri a Merkúrt, akkor a másodiknak is megtudjuk a forgásirányát, bárhol legyen is addigra, akár a Jupiteren is. De ezek a kövek mindig egy bizonyos irányba forogtak, minden mérésünk előtt. És ha valaki megmér egy Jupiter felé repülő követ, akkor ő (a) ugyanazt és egészen határozott választ kap, függetlenül attól, hogy mértünk valamit a Merkúron vagy sem. A mi fotonjainkkal egészen más a helyzet. Egyiknek sem volt határozott forgási iránya a mérés előtt. Ha valaki a részvételünk nélkül úgy döntene, hogy megméri a B forgás irányát valahol a Mars környékén, mit kapna? Így van, 50%-os valószínűséggel +1-et látna, 50%-os valószínűséggel -1. Ilyen a B állapota, a szuperpozíció. Ha ez a valaki úgy dönt, hogy megméri B spinjét közvetlenül azután, hogy már megmértük A spinjét, +1-et láttunk és a * teljes * hullámfüggvény összeomlását okoztuk,
akkor a mérés eredményeként csak -1-et kap, 100%-os valószínűséggel! Csak a mérésünk pillanatában döntötte el A végre, hogy ki legyen, és "megválasztotta" a spin irányát - és ez a választás azonnal befolyásolta * az egész * hullámfüggvényt és B állapotát, amely abban a pillanatban már ördög tudja hol.

Ezt a kellemetlenséget "a kvantummechanika nem lokalitásának" nevezik. Más néven Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon (EPR paradoxon), és általában összefügg azzal, ami a törlés során történik. Lehet persze, hogy valamit félreértek, de az én ízlésem szerint a törlés összefonódik azzal, hogy ez csak a nem lokalitás kísérleti bemutatása.

Leegyszerűsítve egy törlési kísérlet így nézhet ki: hozzon létre összegabalyodott fotonpárokat. Egyenként: pár, aztán a következő stb. Mindegyik párban az egyik foton (A) az egyik, a másik (B) a másik irányba repül. Minden úgy, ahogy fentebb megbeszéltük. A B foton útján dupla rést teszünk, és megnézzük, mi jelenik meg e rés mögött a falon. Egy interferenciamintázat alakul ki, mert minden B foton, mint tudjuk, mindkét pályán repül, mindkét vágáson egyszerre (még emlékszünk arra, hogy milyen interferenciával kezdtük ezt a történetet, ugye?). Az a tény, hogy B még mindig koherens kapcsolatban áll A-val, és közös hullámfüggvénye van A-val, meglehetősen lila számára. Bonyolítjuk a kísérletet: egy rést lefedünk egy szűrővel, amelyen csak a spin +1 fotonok engedik át. A másodikat egy szűrővel fedjük le, amelyen csak a -1 spinű (polarizációs) fotonok engedik át. Továbbra is élvezzük az interferenciaképet, mert általános állapotban A, B pár(| +1 (A); -1 (B)> + | -1 (A); + 1 (B)>, mint emlékszünk), vannak B állapotok mindkét spinnel. Vagyis a B „rész” áthaladhat az egyik szűrőn/résen, a része pedig egy másikon. Ugyanúgy, mint korábban, az egyik "rész" az egyik, a másik a másik pályán repült (ez persze beszéd, de tény marad).

Végül a csúcspont: valahol a higanyra, vagy kicsit közelebb, az optikai asztal másik végébe polarizáló szűrőt helyezünk az A fotonok útjába, a szűrő mögé pedig egy detektort. A bizonyosság kedvéért hagyjuk ezt új szűrő csak a spin +1 fotonok mennek át. Minden alkalommal, amikor a detektor kiold, tudjuk, hogy egy A foton, amelynek spinje +1, elrepült (a spin -1 nem megy át). Ez azonban azt jelenti, hogy a teljes pár hullámfüggvénye összeomlott, és fotonunk „testvérének”, a B fotonnak ebben a pillanatban csak egy lehetséges állapota van -1. Minden. A B fotonnak most "nincs min" átmászni, a rést egy szűrő borítja, amely csak a +1 polarizációt engedi át. Egyszerűen nem maradt ilyen alkatrésze. Nagyon könnyű "felismerni" ezt a B fotont. Egyenként párosítunk. Amikor regisztráljuk a szűrőn áthaladó A fotont, rögzítjük az érkezés időpontját. Például fél másodperc. Ez azt jelenti, hogy fél kettőkor a "bátyja" B is a falnak repül. Nos, vagy 1:36-nál, ha kicsit távolabb repül, és ezért tovább. Ott fel is írjuk az időpontokat, vagyis össze tudjuk hasonlítani, hogy ki kicsoda és ki kinek a rokona.

Tehát, ha most megnézzük, milyen kép jelenik meg a falon, nem fogunk találni semmilyen interferenciát. Mindegyik pár B fotonja vagy az egyik résen vagy a másikon keresztül halad át. Két folt van a falon. Most távolítsa el a szűrőt az A fotonútról. Az interferenciaminta helyreáll.

... és végül a késleltetett választásról
A helyzet meglehetősen csúnya lesz, ha tovább tart az A fotonnak, hogy a szűrőjéhez/detektorához repüljön, mint a B fotonnak a résekhez. Mérést végzünk (és A megoldásra kényszerítjük, a hullámfüggvényt pedig összeomlásra), miután B-nek már el kellett érnie a falat, és interferenciamintát kell létrehozni. Mindaddig azonban, amíg A-t mérjük, még "később, mint kellene", a B fotonok interferenciamintája továbbra is eltűnik. Eltávolítjuk az A szűrőt - helyreáll. Ez már egy késleltetett törlés. Nem mondhatom, hogy nagyon értem, mivel eszik.

Helyesbítések és pontosítások.
Minden helyes volt, az elkerülhetetlen leegyszerűsítésekre igazítva, egészen addig, amíg meg nem építettünk egy eszközt két összegabalyodott fotonnal. Eleinte a B foton interferenciát okoz. Úgy tűnik, szűrőkkel nem működik. Le kell fedni olyan lemezekkel, amelyek a polarizációt lineárisról körkörösre változtatják. Ezt már nehezebb megmagyarázni 😦 De nem ez a lényeg. A lényeg az, hogy ha így lezárjuk a különböző szűrőkkel ellátott slotokat, akkor az interferencia megszűnik. Nem abban a pillanatban, amikor megmérjük az A fotont, hanem azonnal. A trükkös trükk az, hogy a szűrőket a lemezre helyezve „megjelöltük” a B fotonokat. Más szóval, a B fotonok további információkat hordoznak, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy pontosan megtudjuk, melyik pályán repültek. * Ha * megmérjük az A fotont, akkor pontosan megtudhatjuk, hogy B milyen pálya mellett repült el, ami azt jelenti, hogy B-nek nem lesz interferencia. A finomság az, hogy nem szükséges fizikailag „mérni” A! Itt múltkor nagyot tévedtem. Az interferencia megszűnéséhez nem kell A-t mérni. Ha * meg lehet * mérni és megtudni, hogy a B foton melyik pályán repült, akkor már ebben az esetben sem lesz interferencia.

Sőt, még megtapasztalható. Ott a lenti linken az emberek valahogy tehetetlenül felteszik a kezüket, de szerintem (lehet, hogy megint tévedek? Nem számít, hogy valóban a polarizációt vagy azt a pályát regisztráltuk, amelyen a foton elhaladt, vagy az utolsó pillanatban intettük a kezünket. Fontos, hogy mindent "felkészítettünk" a mérésre, már befolyásoltuk az állapotokat. Ezért tulajdonképpen a "méréshez" (egy tudatos humanoid megfigyelő értelmében, aki hozott egy hőmérőt és felírta az eredményt egy naplóba) nem kell semmi. Minden bizonyos értelemben (a rendszerre ható értelemben) már „meg van mérve”. Az állítást általában a következőképpen szokták megfogalmazni: „* ha * megmérjük az A foton polarizációját, akkor ismerjük a B foton polarizációját, így a pályáját, de mivel a B foton egy bizonyos pályán repül, akkor ott nem lesz interferencia; lehet, hogy nem is mérjük az A fotont - elég, ha ez a mérés lehetséges, a B foton tudja, hogy mérhető, és nem hajlandó interferenciát okozni." Ebben van némi misztifikáció. Hát igen, nem hajlandó. Egyszerűen azért, mert a rendszert így készítették elő. Ha a rendszer további információval rendelkezik (van rá mód), hogy meghatározza, hogy a foton a két pálya közül melyiket repült, akkor sem lesz interferencia.

Ha elmondom, hogy mindent úgy rendeztem be, hogy a foton csak egy résen repült át, akkor azonnal megérted, hogy nem lesz interferencia? Elfuthatsz ellenőrizni („mérni”), és megbizonyosodni arról, hogy igazat mondok, vagy egyébként elhiheted. Ha nem hazudtam, akkor attól függetlenül nem lesz interferencia, hogy sietsz-e ellenőrizni vagy sem 🙂 Ennek megfelelően a "mérhető" kifejezés valójában azt jelenti, hogy "olyan speciálisan van felkészítve a rendszer, hogy ...". Előkészítve és főzve, vagyis ezen a helyen még nincs omlás. Vannak „címkézett” fotonok, és nincs interferencia.

Aztán - tulajdonképpen miért is hívják ezt az egészet törlésnek - azt mondják nekünk: tegyünk úgy a rendszeren, hogy "letöröljük" ezeket a jeleket a B fotonokról - akkor megint elkezdenek zavarni. Érdekes pont, amit már megközelítettünk, igaz, hibás modellben, hogy a B fotonok békén hagyhatók, a lemezek pedig a résekben maradhatnak. Meg lehet húzni az A fotont, és akárcsak egy összeomlásnál, az állapotváltozás (nem lokálisan) a rendszer teljes hullámfüggvényében változást okoz, így már nincs elegendő információnk ahhoz, hogy meghatározzuk, melyik résen keresztül a B foton átment. Azaz behelyezünk egy polarizátort az A foton útjába - a B fotonok interferenciája helyreáll. A késleltetéssel minden a régi – úgy csináljuk, hogy az A fotonnak tovább tart a polarizátorhoz való repülése, mint a B-nek a résekig. És mindazonáltal, ha A-nak van egy polarizátora, akkor B zavarja (bár mintha "mielőtt" A elérte volna a polarizátort)!

Takarmány. Megteheti, vagy a saját webhelyéről.

1803-ban Thomas Jung fénysugarat irányított egy átlátszatlan képernyőre, amelynek két rése volt. A várt két fénycsík helyett be vetítővászon több csíkot látott, mintha minden résből két fényhullám interferenciája (átfedése) lenne. Valójában ebben a pillanatban született meg a kvantumfizika, vagy inkább a kérdések az alapjainál. A XX és XXI. század kimutatták, hogy nemcsak a fény, hanem bármely elemi részecske, sőt egyes molekulák is hullámként, kvantumként viselkednek, mintha egyszerre mennének át mindkét résen. Ha azonban a rések közelébe teszel egy érzékelőt, ami meghatározza, hogy ezen a helyen pontosan mi történik a részecskével, és melyik résen halad át, akkor csak két csík jelenik meg a vetítővásznon, mintha a megfigyelés ténye (közvetett befolyás) lenne. tönkreteszi a hullámfüggvényt, és a tárgy anyagként viselkedik. ( videó-)

A Heisenberg-féle bizonytalansági elv – a kvantumfizika alapja!

Az 1927-es felfedezésnek köszönhetően tudósok és diákok ezrei ismétlik meg ugyanazt az egyszerű kísérletet, lézersugarat küldve át egy szűkülő résen. Logikusan a lézer látható nyoma a vetítővásznon szűkül, és már a rés csökkenése után is. De egy bizonyos pillanatban, amikor a rés elég szűk lesz, a lézerfolt hirtelen egyre szélesebbé és szélesebbé válik, átnyúlik a képernyőn, és elhalványul, amíg a rés el nem tűnik. Ez a legkézenfekvőbb bizonyítéka a kvantumfizika kvintesszenciájának – Werner Heisenbergnek, a kiváló elméleti fizikusnak a bizonytalansági elvének. Lényege, hogy minél pontosabban határozzuk meg egy kvantumrendszer páros jellemzőit, annál bizonytalanabbá válik a második jellemző. Ebben az esetben minél pontosabban határozzuk meg a lézerfotonok koordinátáit a szűkülő rés segítségével, annál bizonytalanabbá válik ezeknek a fotonoknak a lendülete. A makrokozmoszban akár a repülő kard pontos helyét is megmérhetjük felemelve, akár irányát, de nem egyszerre, hiszen ez ellentmond és zavarja egymást. (, videó-)

Kvantum szupravezetés és a Meissner-effektus

Walter Meissner 1933-ban egy érdekes jelenséget fedezett fel a kvantumfizikában: a minimális hőmérsékletre hűtött szupravezetőben mágneses mezőt kényszerítenek ki belőle. Ezt a jelenséget Meissner-effektusnak nevezik. Ha egy közönséges mágnest alumíniumra (vagy más szupravezetőre) helyezünk, majd folyékony nitrogénnel lehűtjük, a mágnes felrepül és a levegőben lebeg, mivel „látja” a saját, azonos polaritású mágneses terét kiszorítva a hűtött alumíniumból. , és a mágnesek ugyanazon oldalai taszítják ... (, videó-)

Kvantum szuperfolyékonyság

1938-ban Pjotr ​​Kapitsa a folyékony héliumot nulla közeli hőmérsékletre hűtötte le, és megállapította, hogy az anyag elvesztette viszkozitását. Ezt a jelenséget a kvantumfizikában szuperfluiditásnak nevezik. Ha lehűtött folyékony héliumot öntünk egy pohár aljára, akkor is kifolyik belőle a falak mentén. Valójában mindaddig, amíg a hélium eléggé le van hűtve, nincs határa a kiömlésnek, függetlenül a tartály alakjától vagy méretétől. A 20. század végén, a 21. század elején bizonyos körülmények között szuperfolyékonyságot találtak a hidrogénben, ill. különféle gázok. ( , videó-)

Kvantum alagútépítés

1960-ban Ivor Gayever elektromos kísérleteket végzett olyan szupravezetőkkel, amelyeket mikroszkopikus, nem vezető alumínium-oxid filmréteg választott el egymástól. Kiderült, hogy a fizikával és a logikával ellentétben az elektronok egy része mégis áthalad a szigetelésen. Ez megerősítette a kvantumalagút-effektus lehetőségének elméletét. Nem csak az elektromosságra vonatkozik, hanem bármilyen elemi részecskére is, ezek is hullámok a kvantumfizika szerint. Át tudnak haladni az akadályokon, ha ezeknek az akadályoknak a szélessége kisebb, mint a részecske hullámhossza. Minél keskenyebb az akadály, annál gyakrabban haladnak át rajta a részecskék. (, videó-)

Kvantumösszefonódás és teleportáció

1982-ben Alain Aspe fizikus, leendő díjazott Nóbel díj, két, egyidejűleg létrehozott fotont küldött többirányú szenzoroknak spinjük (polarizációjuk) meghatározására. Kiderült, hogy az egyik foton spinjének mérése azonnal befolyásolja a második foton spinjének helyzetét, ami az ellenkezőjévé válik. Így bizonyítást nyert a kvantumösszefonódás lehetősége. elemi részecskékés a kvantumteleportáció. 2008-ban a tudósok meg tudták mérni a kvantumkuszálódott fotonok állapotát 144 kilométeres távolságban, és a köztük lévő kölcsönhatás még mindig pillanatnyinak bizonyult, mintha egy helyen lennének, vagy nem lenne tér. Úgy gondolják, hogy ha az ilyen kvantum-kuszálódott fotonok az univerzum ellentétes részein találják magukat, akkor a köztük lévő kölcsönhatás továbbra is azonnali lesz, bár a fény több tízmilliárd év alatt legyőzi ugyanazt a távolságot. Érdekes módon Einstein szerint nincs idő a fénysebességgel haladó fotonoknak. Ez véletlen egybeesés? A jövő fizikusai nem így gondolják! (, videó-)

A Quantum Zeno Effect és az idő megállása

1989-ben egy tudóscsoport David Wineland vezetésével megfigyelte a berillium-ionok atomi szintek közötti áthaladásának sebességét. Kiderült, hogy maga az ionok állapotának mérése lelassította az állapotok közötti átmenetet. A XXI. század elején egy hasonló, rubídium atomokkal végzett kísérletben 30-szoros lassulást sikerült elérni. Mindez a kvantumzenó-effektus megerősítése. Jelentése az, hogy egy instabil részecske állapotának mérése a kvantumfizikában önmagában lelassítja bomlási sebességét, és elméletileg teljesen megállíthatja azt. (, angol videó)

Deferred Quantum Eraser

1999-ben egy Marlan Scali vezette tudóscsoport két résen keresztül irányította a fotonokat, amelyek mögött egy prizma állt, amely minden egyes kimenő fotont kvantum-kuszálódott fotonpárokká alakít, és két irányba hasítja. Az első fotonokat küldött a fő detektorba. A második irány fotonokat küldött egy 50%-ban reflektorokból és detektorokból álló rendszerbe. Kiderült, hogy ha a második irányból egy foton elérte a rést meghatározó detektorokat, ahonnan kirepült, akkor a fődetektor részecskeként rögzítette a párosított fotonját. Ha egy foton a második irányból elérte azokat a detektorokat, amelyek nem határozták meg azt a rést, amelyből kirepült, akkor a fő detektor hullámként rögzítette a párosított fotonját. Nemcsak egy foton mérése tükröződött a kvantum-kuszálódott párján, hanem ez a távolságon és időn kívül is megtörtént, mert a másodlagos detektorrendszer később rögzítette a fotonokat, mint a fő, mintha a jövő határozná meg a múltat. Úgy gondolják, hogy ez a leghihetetlenebb kísérlet nemcsak a kvantumfizika, hanem az egész tudomány történetében is, mivel aláássa a világnézet számos szokásos alapját. (, angol videó)

Kvantum-szuperpozíció és Schrödinger macskája

2010-ben Aaron O'Connell egy kis fémlemezt helyezett átlátszatlan vákuumkamra, amit szinte abszolút nullára hűtött. Aztán impulzust adott a lemeznek, hogy rezegjen. A helyzetérzékelő azonban azt mutatta, hogy a lemez vibrált és egyszerre volt csendes, ami pontosan összhangban volt az elméleti kvantumfizikával. Ez volt az első, amely bebizonyította a szuperpozíció elvét makroobjektumokon. Izolált körülmények között, amikor nincs kvantumrendszerek kölcsönhatása, egy objektum egyidejűleg korlátlan számú lehetséges pozícióban lehet, mintha már nem lenne anyagi. (, videó-)

Quantum Cheshire macska és fizika

2014-ben Tobias Denkmire és munkatársai a neutronfluxust két sugárnyalábra osztották, és összetett mérések sorozatát végezték el. Kiderült, hogy bizonyos körülmények között a neutronok az egyik nyalábban, a mágneses momentumuk pedig egy másik nyalábban lehetnek. Így beigazolódott a cheshire-i macskamosoly kvantumparadoxona, amikor a részecskék és tulajdonságaik felfogásunk szerint Különböző részek A tér olyan, mint egy mosoly a macskától eltekintve az „Alice Csodaországban” mesében. A kvantumfizika ismét titokzatosabbnak és meglepőbbnek bizonyult, mint bármelyik tündérmese! (, videó angolul.)

Köszönöm, hogy elolvasta! Most egy kicsit okosabb lettél, és ettől kicsit felderült a világunk. Oszd meg a cikk linkjét barátaiddal, és a világ még jobb lesz!