Quantum physics para sa mga dummies! Ang pinakamahusay na mga eksperimento. Quantum Physics: Ano Talaga ang Totoo

Para sa maraming tao, ang pisika ay tila napakalayo at nakakalito, at ang quantum physics ay higit pa. Ngunit nais kong buksan ang belo ng dakilang misteryong ito para sa iyo, dahil sa katotohanan ang lahat ay naging kakaiba, ngunit nakakalas.

At din ang quantum physics ay isang mahusay na paksa upang pag-usapan ang mga matatalinong tao.

Naging madali ang quantum physics

Una, kailangan mong gumuhit ng isang malaking linya sa iyong ulo sa pagitan ng microworld at ng macroworld, dahil ang mga mundong ito ay ganap na naiiba. Lahat ng alam mo tungkol sa espasyo na pamilyar sa iyo at ang mga bagay sa loob nito ay mali at hindi katanggap-tanggap sa quantum physics.

Sa katunayan, ang mga microparticle ay walang bilis o isang tiyak na posisyon hanggang sa tingnan sila ng mga siyentipiko. Ang pahayag na ito ay tila walang katotohanan sa amin, at ito ay para kay Albert Einstein, ngunit kahit na ang mahusay na pisiko ay umatras.

Ang katotohanan ay napatunayan ng pananaliksik na kung titingnan mo minsan ang isang particle na sumasakop sa isang tiyak na posisyon, at pagkatapos ay tumalikod at tumingin muli, makikita mo na ang butil na ito ay nakakuha na ng ganap na naiibang posisyon.

Ang mga malikot na particle na ito

Ang lahat ay tila simple, ngunit kapag tinitingnan natin ang parehong butil, ito ay nakatayo. Ibig sabihin, ang mga particle na ito ay gumagalaw lamang kapag hindi natin ito nakikita.

Ang esensya ay ang bawat particle (ayon sa probability theory) ay may sukat ng probabilidad na nasa isang posisyon o iba pa. At kapag tayo ay tumalikod at pagkatapos ay lumiko muli, maaari nating mahuli ang butil sa alinman sa mga posibleng posisyon nito nang tumpak ayon sa sukat ng posibilidad.

Ayon sa pag-aaral, hinanap nila ang particle sa iba't ibang lugar, pagkatapos ay tumigil sa pagmamasid dito, at pagkatapos ay muling tiningnan kung paano nagbago ang posisyon nito. Ang resulta ay napakaganda. Summing up, ang mga siyentipiko ay talagang nakagawa ng isang sukat ng mga probabilidad kung saan ito o ang particle na iyon ay matatagpuan.

Halimbawa, ang isang neutron ay may kakayahang nasa tatlong posisyon. Pagkatapos magsagawa ng pananaliksik, maaari mong makita na sa unang posisyon ito ay may posibilidad na 15%, sa pangalawa - 60%, sa pangatlo - 25%.

Wala pang nakakatutol sa teoryang ito, kaya ito, kakaiba, ang pinakatama.

Macroworld at microworld

Kung kukuha tayo ng isang bagay mula sa macrocosm, makikita natin na mayroon din itong probability scale, ngunit ito ay ganap na naiiba. Halimbawa, ang posibilidad na tumalikod ka at mahanap ang iyong telepono sa kabilang panig ng mundo ay halos zero, ngunit umiiral pa rin ito.

Pagkatapos ay lumitaw ang tanong: paanong ang mga ganitong kaso ay hindi pa naitala? Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang posibilidad ay napakaliit na ang sangkatauhan ay kailangang maghintay ng maraming taon na ang ating planeta at ang buong uniberso ay hindi pa nabubuhay upang makita ang gayong kaganapan. Lumalabas na halos 100% ang posibilidad na mapunta ang iyong telepono kung saan mo ito nakita.

Quantum tunneling

Mula dito maaari tayong makarating sa konsepto ng quantum tunneling. Ito ang konsepto ng unti-unting paglipat ng isang bagay (upang ilagay ito nang halos lahat) sa isang ganap na naiibang lugar nang walang anumang panlabas na impluwensya.

Iyon ay, ang lahat ay maaaring magsimula sa isang neutron, na sa isang punto ay nahuhulog sa parehong halos zero na posibilidad na nasa isang ganap na magkaibang lugar, at kung mas maraming neutron ang nasa ibang lugar, mas mataas ang posibilidad.

Siyempre, ang gayong paglipat ay tatagal ng maraming taon habang ang ating planeta ay hindi pa nabubuhay, ngunit, ayon sa teorya ng quantum physics, ang quantum tunneling ay nagaganap.

Basahin din:

Ang pisika ay ang pinaka mahiwaga sa lahat ng agham. Ang pisika ay nagbibigay sa atin ng pag-unawa sa mundo sa ating paligid. Ang mga batas ng pisika ay ganap at naaangkop sa lahat nang walang pagbubukod, anuman ang tao o katayuan sa lipunan.

Ang artikulong ito ay inilaan para sa mga taong higit sa 18 taong gulang

18 ka na ba?

Mga pangunahing pagtuklas sa larangan ng quantum physics

Sina Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein at marami pang iba ay ang mga dakilang gabay ng sangkatauhan kamangha-manghang mundo mga physicist na, tulad ng mga propeta, ay nagsiwalat sa sangkatauhan ng pinakadakilang mga lihim ng uniberso at ang mga posibilidad ng pagkontrol sa pisikal na phenomena. Ang kanilang mga maliliwanag na ulo ay pinutol sa kadiliman ng kamangmangan ng hindi makatwirang karamihan at, tulad ng isang gabay na bituin, ay nagpakita ng daan patungo sa sangkatauhan sa kadiliman ng gabi. Isa sa gayong mga gabay sa mundo ng pisika ay si Max Planck, ang ama ng quantum physics.

Si Max Planck ay hindi lamang ang tagapagtatag ng quantum physics, kundi pati na rin ang may-akda ng sikat na quantum theory sa mundo. Ang teorya ng quantum ay ang pinakamahalagang bahagi ng quantum physics. Sa simpleng salita, inilalarawan ng teoryang ito ang paggalaw, pag-uugali at pakikipag-ugnayan ng mga microparticle. Ang tagapagtatag ng quantum physics ay nagdala din sa amin ng marami pang iba mga gawaing siyentipiko, na naging mga pundasyon ng modernong pisika:

• teorya ng thermal radiation;
• espesyal na teorya ng relativity;
• pananaliksik sa thermodynamics;
• pananaliksik sa larangan ng optika.

Ang mga teorya ng quantum physics tungkol sa pag-uugali at pakikipag-ugnayan ng microparticle ay naging batayan para sa condensed matter physics, particle physics, at high-energy physics. Ipinapaliwanag sa atin ng quantum theory ang kakanyahan ng maraming phenomena sa ating mundo - mula sa paggana ng mga elektronikong computer hanggang sa istraktura at pag-uugali ng mga celestial na katawan. Si Max Planck, ang lumikha ng teoryang ito, salamat sa kanyang pagtuklas ay nagbigay-daan sa amin na maunawaan tunay na kakanyahan maraming bagay sa antas ng elementarya na mga particle. Ngunit ang paglikha ng teoryang ito ay malayo sa tanging merito ng siyentipiko. Siya ang naging unang nakatuklas ng pangunahing batas ng Uniberso - ang batas ng konserbasyon ng enerhiya. Ang kontribusyon ni Max Planck sa agham ay mahirap palakihin. Sa madaling salita, ang kanyang mga natuklasan ay napakahalaga para sa pisika, kimika, kasaysayan, pamamaraan at pilosopiya.

Quantum field theory

Sa madaling sabi, ang quantum field theory ay isang teorya para sa paglalarawan ng mga microparticle, pati na rin ang kanilang pag-uugali sa espasyo, pakikipag-ugnayan sa isa't isa at interconversion. Pinag-aaralan ng teoryang ito ang pag-uugali ng mga quantum system sa loob ng tinatawag na mga antas ng kalayaan. Ang maganda at romantikong pangalan na ito ay walang kahulugan sa marami sa atin. Para sa mga dummies, ang mga degree ng kalayaan ay ang bilang ng mga independiyenteng coordinate na kinakailangan upang ipahiwatig ang paggalaw ng isang mekanikal na sistema. Sa madaling salita, ang mga antas ng kalayaan ay mga katangian ng paggalaw. Ang mga kagiliw-giliw na pagtuklas sa larangan ng pakikipag-ugnayan ng mga elementarya ay ginawa ni Steven Weinberg. Natuklasan niya ang tinatawag na neutral current - ang prinsipyo ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga quark at lepton, kung saan natanggap niya ang Nobel Prize noong 1979.

Ang quantum theory ni Max Planck

Noong dekada nobenta ng ika-labing walong siglo, nagsimulang mag-aral ng thermal radiation ang German physicist na si Max Planck at kalaunan ay nakakuha ng formula para sa pamamahagi ng enerhiya. Ang quantum hypothesis, na ipinanganak sa kurso ng mga pag-aaral na ito, ay naglatag ng pundasyon para sa quantum physics, pati na rin ang quantum field theory, na natuklasan noong 1900. Ang quantum theory ni Planck ay na sa thermal radiation ang enerhiya na ginawa ay hindi ibinubuga at hinihigop ng patuloy, ngunit episodically, quantumly. Ang taong 1900, salamat sa pagtuklas na ito na ginawa ni Max Planck, ay naging taon ng kapanganakan ng quantum mechanics. Nararapat ding banggitin ang formula ni Planck. Sa madaling salita, ang kakanyahan nito ay ang mga sumusunod - ito ay batay sa kaugnayan sa pagitan ng temperatura ng katawan at radiation nito.

Quantum mechanical theory ng atomic structure

Ang quantum mechanical theory ng atomic structure ay isa sa mga pangunahing teorya ng mga konsepto sa quantum physics, at sa physics sa pangkalahatan. Ang teoryang ito ay nagpapahintulot sa amin na maunawaan ang istruktura ng lahat ng materyal na bagay at itinaas ang belo ng lihim sa kung ano talaga ang binubuo ng mga bagay. At ang mga konklusyon batay sa teoryang ito ay medyo hindi inaasahan. Isaalang-alang natin sa madaling sabi ang istraktura ng atom. Kaya, ano ang aktwal na gawa sa isang atom? Ang isang atom ay binubuo ng isang nucleus at isang ulap ng mga electron. Ang batayan ng isang atom, ang nucleus nito, ay naglalaman ng halos buong masa ng atom mismo - higit sa 99 porsyento. Ang nucleus ay palaging may positibong singil, at ito ang tumutukoy elemento ng kemikal, kung saan ang atom ay isang bahagi. Ang pinaka-kagiliw-giliw na bagay tungkol sa nucleus ng isang atom ay naglalaman ito ng halos buong masa ng atom, ngunit sa parehong oras ay sumasakop lamang ng isang sampung-libo ng dami nito. Ano ang kasunod nito? At ang konklusyon na lumalabas ay medyo hindi inaasahan. Nangangahulugan ito na mayroon lamang isang sampung-libo ng siksik na sangkap sa isang atom. At ano ang kumukuha ng lahat ng iba pa? At lahat ng iba pa sa atom ay isang electron cloud.

Ang isang elektronikong ulap ay hindi isang permanenteng at, sa katunayan, hindi kahit isang materyal na sangkap. Ang isang electron cloud ay ang posibilidad lamang ng mga electron na lumitaw sa isang atom. Iyon ay, ang nucleus ay sumasakop lamang ng isang sampung-libong bahagi ng atom, at ang natitira ay kawalan ng laman. At kung isasaalang-alang natin na ang lahat ng mga bagay sa paligid natin, mula sa mga butil ng alikabok hanggang sa mga celestial na katawan, mga planeta at mga bituin, ay gawa sa mga atomo, kung gayon lumalabas na ang lahat ng materyal ay talagang higit sa 99 porsiyento na binubuo ng kawalan. Ang teoryang ito ay tila ganap na hindi kapani-paniwala, at ang may-akda nito, sa pinakamaliit, ay isang maling tao, dahil ang mga bagay na umiiral sa paligid ay may matatag na pagkakapare-pareho, may timbang at maaaring mahawakan. Paano ito binubuo ng kawalan ng laman? May pagkakamali bang pumasok sa teoryang ito ng istruktura ng bagay? Ngunit walang pagkakamali dito.

Ang lahat ng materyal na bagay ay lumilitaw na siksik lamang dahil sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo. Ang mga bagay ay may solid at siksik na pagkakapare-pareho dahil lamang sa pagkahumaling o pagtanggi sa pagitan ng mga atomo. Tinitiyak nito ang density at tigas ng kristal na sala-sala mga kemikal na sangkap, kung saan binubuo ang lahat ng materyal. Ngunit, isang kawili-wiling punto, kapag, halimbawa, nagbabago ang mga kondisyon ng temperatura kapaligiran, ang mga bono sa pagitan ng mga atomo, iyon ay, ang kanilang pagkahumaling at pagtanggi ay maaaring humina, na humahantong sa isang pagpapahina ng kristal na sala-sala at maging sa pagkawasak nito. Ipinapaliwanag nito ang pagbabago pisikal na katangian mga sangkap kapag pinainit. Halimbawa, kapag ang bakal ay pinainit, ito ay nagiging likido at maaaring hugis sa anumang hugis. At kapag natunaw ang yelo, ang pagkasira ng kristal na sala-sala ay humahantong sa isang pagbabago sa estado ng sangkap, at mula sa solid ito ay nagiging likido. Ito matingkad na mga halimbawa pagpapahina ng mga bono sa pagitan ng mga atomo at, bilang resulta, pagpapahina o pagkasira ng kristal na sala-sala, at pinapayagan ang sangkap na maging amorphous. At ang dahilan para sa mga mahiwagang metamorphoses ay tiyak na ang mga sangkap ay binubuo lamang ng isang sampung-libo ng siksik na bagay, at ang natitira ay kawalan ng laman.

At ang mga sangkap ay tila solid lamang dahil sa malakas na mga bono sa pagitan ng mga atomo, kapag sila ay humina, ang sangkap ay nagbabago. Kaya, ang quantum theory ng atomic structure ay nagpapahintulot sa atin na tingnan ang mundo sa paligid natin sa isang ganap na naiibang paraan.

Ang tagapagtatag ng atomic theory, si Niels Bohr, ay naglagay ng isang kawili-wiling konsepto na ang mga electron sa isang atom ay hindi naglalabas ng enerhiya nang palagian, ngunit sa sandali lamang ng paglipat sa pagitan ng mga trajectory ng kanilang paggalaw. Nakatulong ang teorya ni Bohr na ipaliwanag ang maraming prosesong intra-atomic, at gumawa din ng mga tagumpay sa larangan ng agham tulad ng kimika, na nagpapaliwanag sa mga hangganan ng talahanayan na nilikha ni Mendeleev. Ayon kay , ang huling elementong may kakayahang umiral sa oras at espasyo ay may serial number na isandaan at tatlumpu't pito, at ang mga elemento na nagsisimula sa isandaan at tatlumpu't walo ay hindi maaaring umiral, dahil ang kanilang pag-iral ay sumasalungat sa teorya ng relativity. Gayundin, ipinaliwanag ng teorya ni Bohr ang likas na katangian ng gayong pisikal na phenomena bilang atomic spectra.

Ito ang mga spectra ng interaksyon ng mga libreng atom na lumitaw kapag ang enerhiya ay ibinubuga sa pagitan nila. Ang ganitong mga phenomena ay tipikal para sa mga gas, singaw na sangkap at mga sangkap sa estado ng plasma. Kaya, ang quantum theory ay gumawa ng rebolusyon sa mundo ng pisika at pinahintulutan ang mga siyentipiko na sumulong hindi lamang sa larangan ng agham na ito, kundi pati na rin sa larangan ng maraming kaugnay na agham: kimika, thermodynamics, optika at pilosopiya. At pinahintulutan din ang sangkatauhan na tumagos sa mga lihim ng kalikasan ng mga bagay.

Marami pa ring kailangang baligtarin ang sangkatauhan sa kanyang kamalayan upang mapagtanto ang kalikasan ng mga atomo at maunawaan ang mga prinsipyo ng kanilang pag-uugali at pakikipag-ugnayan. Kapag naunawaan natin ito, mauunawaan natin ang kalikasan ng mundo sa ating paligid, dahil lahat ng bagay na nakapaligid sa atin, mula sa mga butil ng alikabok hanggang sa araw mismo, at tayo mismo, lahat ay binubuo ng mga atomo, ang likas na katangian nito ay misteryoso at kamangha-mangha. at nagtatago ng maraming sikreto.

• Pagsasalin

Ayon kay Owen Maroney, isang physicist sa Unibersidad ng Oxford, mula nang dumating ang quantum theory noong 1900s, lahat ay pinag-uusapan ang kakaiba ng teorya. Paano nito binibigyang-daan ang mga particle at atom na gumalaw sa maraming direksyon nang sabay-sabay, o paikutin ang clockwise at counterclockwise sa parehong oras. Ngunit ang mga salita ay hindi makapagpapatunay ng anuman. "Kung sasabihin namin sa publiko na ang teorya ng quantum ay kakaiba, kailangan naming subukan ang pahayag na ito sa eksperimento," sabi ni Maroney. "Kung hindi, hindi kami gumagawa ng agham, ngunit pinag-uusapan ang lahat ng uri ng mga squiggles sa board."

Ito ang nagbigay kay Maroney at sa kanyang mga kasamahan ng ideya na bumuo ng bagong serye ng mga eksperimento upang matuklasan ang kakanyahan ng function ng wave - ang mahiwagang entity na pinagbabatayan ng mga quantum oddities. Sa papel, ang wave function ay isang mathematical object, na tinutukoy ng letrang psi (Ψ) (isa sa mga squiggles na iyon), at ginagamit upang ilarawan ang quantum behavior ng mga particle. Depende sa eksperimento, ang wave function ay nagbibigay-daan sa mga siyentipiko na kalkulahin ang posibilidad na makakita ng isang electron sa isang partikular na lokasyon, o ang mga pagkakataon na ang pag-ikot nito ay nakatuon pataas o pababa. Ngunit hindi sinasabi sa iyo ng matematika kung ano talaga ang function ng wave. Ito ba ay isang bagay na pisikal? O simpleng computational tool para harapin ang kamangmangan ng nagmamasid sa totoong mundo?

Ang mga pagsusulit na ginamit upang sagutin ang tanong ay napaka banayad at hindi pa nakakagawa ng isang tiyak na sagot. Ngunit umaasa ang mga mananaliksik na malapit na ang wakas. At sa wakas ay masasagot na rin nila ang mga tanong na nagpahirap sa lahat sa loob ng ilang dekada. Maaari ba talagang nasa maraming lugar ang isang particle sa parehong oras? Ang Uniberso ay patuloy na nahahati sa Mga Parallel na Mundo, sa bawat isa ay mayroong alternatibong bersyon sa atin? Mayroon bang tinatawag na "objective reality" kahit na umiiral?

"Lahat ng tao ay may mga tanong na tulad nito sa madaling panahon," sabi ni Alessandro Fedricci, isang physicist sa University of Queensland (Australia). "Ano ba talaga ang totoo?"

Nagsimula ang mga pagtatalo tungkol sa esensya ng realidad kahit na natuklasan ng mga pisiko na ang alon at isang butil ay dalawang panig lamang ng iisang barya. Ang isang klasikong halimbawa ay ang double-slit na eksperimento, kung saan ang mga indibidwal na electron ay pinaputok sa isang hadlang na may dalawang slits: ang electron ay kumikilos na parang dumadaan ito sa dalawang slits sa parehong oras, na lumilikha ng isang may guhit na pattern ng interference sa kabilang panig. Noong 1926, ang Austrian physicist na si Erwin Schrödinger ay nakabuo ng isang wave function upang ilarawan ang pag-uugali na ito at nagmula ng isang equation na maaaring kalkulahin para sa anumang sitwasyon. Ngunit hindi siya o sinuman ang makapagsasabi ng anuman tungkol sa likas na katangian ng pagpapaandar na ito.

Biyaya sa Kamangmangan

Mula sa isang praktikal na pananaw, ang kalikasan nito ay hindi mahalaga. Ang interpretasyon ng Copenhagen ng quantum theory, na nilikha noong 1920s nina Niels Bohr at Werner Heisenberg, ay gumagamit ng wave function lamang bilang isang tool para sa paghula ng mga resulta ng mga obserbasyon, nang hindi kinakailangang isipin kung ano ang nangyayari sa katotohanan. "Hindi mo masisisi ang mga physicist para sa 'shut up and count' na pag-uugaling ito, dahil ito ay humantong sa mga makabuluhang tagumpay sa nuclear at atomic physics, pisika solid at particle physics,” sabi ni Jean Bricmont, isang statistical physicist sa Catholic University of Belgium. "Kaya ang mga tao ay pinapayuhan na huwag mag-alala tungkol sa mga pangunahing isyu."

Ngunit ang ilan ay nag-aalala pa rin. Pagsapit ng 1930s, tinanggihan ni Einstein ang interpretasyon ng Copenhagen, hindi bababa sa dahil pinahintulutan nito ang dalawang partikulo na makasali sa kanilang mga function ng alon, na humahantong sa isang sitwasyon kung saan ang mga sukat ng isa ay maaaring agad na magbigay ng estado ng isa, kahit na sila ay pinaghihiwalay ng napakalaking distansya. . Upang hindi matugunan ang "nakakatakot na pakikipag-ugnayan sa malayo," mas pinili ni Einstein na maniwala na ang mga pag-andar ng alon ng mga particle ay hindi kumpleto. Sinabi niya na posible na ang mga particle ay may ilang mga nakatagong variable na tumutukoy sa resulta ng isang pagsukat na hindi napansin ng quantum theory.

Mula noon ay ipinakita ng mga eksperimento ang functionality ng nakakatakot na pakikipag-ugnayan sa malayo, na tumatanggi sa konsepto ng mga nakatagong variable. ngunit hindi nito napigilan ang ibang mga pisiko sa pagbibigay-kahulugan sa kanila sa kanilang sariling paraan. Ang mga interpretasyong ito ay nahahati sa dalawang kampo. Ang ilan ay sumasang-ayon kay Einstein na ang wave function ay sumasalamin sa ating kamangmangan. Ito ang tinatawag ng mga pilosopo na mga modelong psi-epistemic. At tinitingnan ng iba ang function ng wave bilang isang tunay na bagay - mga modelong psi-ontic.

Upang maunawaan ang pagkakaiba, isipin natin ang eksperimento sa pag-iisip ni Schrödinger, na inilarawan niya sa isang liham noong 1935 kay Einstein. Ang pusa ay nasa isang kahon na bakal. Naglalaman ang kahon ng sample ng radioactive na materyal na may 50% na pagkakataong maglabas ng nabubulok na produkto sa loob ng isang oras, at isang makina na lalasunin ang pusa kung matukoy ang produktong ito. Dahil ang radioactive decay– isang kaganapan sa antas ng quantum, isinulat ni Schrödinger, ang mga tuntunin ng teorya ng quantum ay nagsasabi na sa pagtatapos ng oras ang pag-andar ng alon sa loob ng kahon ay dapat na pinaghalong patay at buhay na pusa.

"Sa halos pagsasalita," mahinang sinabi ni Fedricci, "sa psi-epistemic na modelo, ang pusa sa kahon ay buhay o patay, at hindi namin alam ito dahil sarado ang kahon." At sa karamihan ng mga psionic na modelo ay may kasunduan sa interpretasyon ng Copenhagen: hanggang sa buksan ng tagamasid ang kahon, ang pusa ay parehong buhay at patay.

Ngunit dito umabot sa dead end ang alitan. Aling interpretasyon ang totoo? Ang tanong na ito ay mahirap sagutin nang eksperimental dahil ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga modelo ay napaka banayad. Sila ay mahalagang hulaan ang parehong quantum phenomenon bilang ang napaka-matagumpay na interpretasyon ng Copenhagen. Sinabi ni Andrew White, isang physicist sa Unibersidad ng Queensland, na sa panahon ng kanyang 20-taong karera sa quantum technology, "ang problemang ito ay parang isang napakalaking makinis na bundok na walang mga ledge na hindi mo maaaring lapitan."

Nagbago ang lahat noong 2011, kasama ang paglalathala ng quantum measurement theorem, na tila nag-aalis ng "wave function bilang kamangmangan" na diskarte. Ngunit sa mas malapit na pagsusuri, lumabas na ang teorama na ito ay nag-iiwan ng sapat na puwang para sa kanilang pagmamaniobra. Gayunpaman, ito ay nagbigay inspirasyon sa mga physicist na mag-isip nang seryoso tungkol sa mga paraan upang malutas ang hindi pagkakaunawaan sa pamamagitan ng pagsubok sa katotohanan ng pag-andar ng alon. Nakadisenyo na si Maroney ng isang eksperimento na gumagana sa prinsipyo, at sa lalong madaling panahon siya at ang kanyang mga kasamahan ay nakahanap ng paraan upang gawin itong gumana sa pagsasanay. Ang eksperimento ay isinagawa noong nakaraang taon ni Federicci, White at iba pa.

Upang maunawaan ang ideya ng pagsubok, isipin ang dalawang deck ng mga baraha. Ang isa ay may lamang pula, ang isa ay alas lamang. "Binigyan ka ng isang card at hiniling na tukuyin kung saang deck ito nagmula," sabi ni Martin Ringbauer, isang physicist sa parehong unibersidad. Kung ito ay isang pulang alas, "magkakaroon ng isang crossover at hindi mo masasabi nang sigurado." Ngunit kung alam mo kung gaano karaming mga card ang nasa bawat deck, maaari mong kalkulahin kung gaano kadalas lilitaw ang hindi maliwanag na sitwasyong ito.

Nasa panganib ang pisika

Ang parehong kalabuan ay nangyayari sa mga sistema ng quantum. Hindi laging posible na malaman, halimbawa, kung gaano polarized ang isang photon sa pamamagitan ng isang pagsukat. "Sa totoong buhay, madaling makilala sa pagitan ng kanluran at isang direksyon sa timog ng kanluran, ngunit sa mga sistema ng quantum hindi ito ganoon kadali," sabi ni White. Ayon sa karaniwang interpretasyon ng Copenhagen, walang saysay na magtanong tungkol sa polariseysyon, dahil ang tanong ay walang sagot - hanggang sa isa pang pagsukat ang eksaktong matukoy ang sagot. Ngunit ayon sa modelong wavefunction-as-ignorance, ang tanong ay may katuturan—kulang lang ng impormasyon ang eksperimento, tulad ng may mga deck ng card. Tulad ng sa mga mapa, posibleng hulaan kung gaano karaming mga hindi maliwanag na sitwasyon ang maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng gayong kamangmangan, at ihambing ang mga ito sa malaking bilang ng mga hindi maliwanag na sitwasyon na nalutas ng karaniwang teorya.

Ito mismo ang sinubukan ni Fedrici at ng kanyang koponan. Sinukat ng koponan ang polarization at iba pang mga katangian sa photon beam, at natagpuan ang mga antas ng intersection na hindi maipaliwanag ng mga modelong "kamangmangan." Ang resulta ay sumusuporta sa isang alternatibong teorya - kung ang layunin ng katotohanan ay umiiral, kung gayon ang wave function ay umiiral. "Nakakamangha na ang koponan ay nagawang lutasin ang gayong kumplikadong problema sa gayong simpleng eksperimento," sabi ni Andrea Alberti, isang physicist sa Unibersidad ng Bonn sa Germany.

Ang konklusyon ay hindi pa nakalagay sa bato: dahil ang mga detektor ay nakakuha lamang ng ikalimang bahagi ng mga photon na ginamit sa pagsubok, kailangan nating ipagpalagay na ang mga nawawalang photon ay kumilos sa parehong paraan. Ito ay isang malakas na palagay, at ang koponan ay nagtatrabaho ngayon upang mabawasan ang mga pagkalugi at makagawa ng isang mas tiyak na resulta. Samantala, ang koponan ni Maroney sa Oxford ay nakikipagtulungan sa University of New South Wales sa Australia upang kopyahin ang eksperimento sa mga ion na mas madaling subaybayan. "Sa susunod na anim na buwan magkakaroon kami ng isang tiyak na bersyon ng eksperimentong ito," sabi ni Maroney.

Ngunit kahit na sila ay matagumpay at ang "wave function bilang katotohanan" na mga modelo ay nanalo, ang mga modelong ito ay mayroon din iba't ibang variant. Ang mga eksperimento ay kailangang pumili ng isa sa kanila.

Ang isa sa mga pinakaunang interpretasyon ay ginawa noong 1920s ng Frenchman na si Louis de Broglie, at pinalawak noong 1950s ng American David Bohm. Ayon sa mga modelo ng Broglie-Bohm, ang mga particle ay may isang tiyak na lokasyon at mga katangian, ngunit sila ay hinihimok ng isang tiyak na "pilot wave", na tinukoy bilang isang function ng wave. Ipinapaliwanag nito ang double-slit experiment, dahil ang pilot wave ay maaaring dumaan sa parehong slits at makagawa ng interference pattern, bagama't ang electron mismo, na naaakit nito, ay dumadaan lamang sa isa sa dalawang slits.

Noong 2005, nakatanggap ang modelong ito ng hindi inaasahang suporta. Ang mga physicist na si Emmanuel Fort, na ngayon ay nasa Langevin Institute sa Paris, at Yves Caudier ng Paris Diderot University ay nagbigay sa mga mag-aaral ng inaakala nilang isang simpleng problema: mag-set up ng isang eksperimento kung saan ang mga patak ng langis na nahuhulog sa isang tray ay magsasama-sama dahil sa mga vibrations ng tray. Sa gulat ng lahat, nagsimulang bumuo ng mga alon sa paligid ng mga droplet habang ang tray ay nagvibrate sa isang tiyak na dalas. "Ang mga droplet ay nagsimulang gumalaw nang nakapag-iisa sa kanilang sariling mga alon," sabi ni Fort. "Ito ay isang dalawahang bagay - isang particle na iginuhit ng isang alon."

Mula noon ay ipinakita nina Forth at Caudier na ang mga naturang wave ay maaaring magsagawa ng kanilang mga particle sa isang double-slit na eksperimento nang eksakto tulad ng hinuhulaan ng pilot wave theory, at maaaring magparami ng iba pang mga quantum effect. Ngunit hindi nito pinatutunayan ang pagkakaroon ng mga pilot wave sa quantum world. "Sinabi sa amin na ang gayong mga epekto ay imposible sa klasikal na pisika," sabi ni Fort. "At dito ipinakita namin kung ano ang posible."

Ang isa pang hanay ng mga modelong nakabatay sa katotohanan, na binuo noong 1980s, ay sumusubok na ipaliwanag ang malaking pagkakaiba sa mga katangian sa pagitan ng malalaki at maliliit na bagay. "Bakit ang mga electron at atom ay nasa dalawang lugar nang sabay-sabay, ngunit ang mga mesa, upuan, tao at pusa ay hindi," sabi ni Angelo Basi, isang pisiko sa Unibersidad ng Trieste (Italy). Kilala bilang "mga modelo ng pagbagsak," ang mga teoryang ito ay nagsasabi na ang mga function ng alon ng mga indibidwal na particle ay totoo, ngunit maaaring mawala ang kanilang mga katangian ng quantum at puwersahin ang particle sa isang tiyak na posisyon sa espasyo. Ang mga modelo ay idinisenyo upang ang mga pagkakataon ng naturang pagbagsak ay napakaliit para sa isang indibidwal na particle, upang ang mga quantum effect ay mangibabaw sa atomic level. Ngunit ang posibilidad ng pagbagsak ay mabilis na tumataas habang ang mga particle ay nagsasama, at ang mga macroscopic na bagay ay ganap na nawawala ang kanilang mga katangian ng kabuuan at kumikilos ayon sa mga batas ng klasikal na pisika.

Ang isang paraan upang subukan ito ay ang paghahanap ng mga quantum effect sa malalaking bagay. Kung tama ang standard quantum theory, walang limitasyon sa laki. At ang mga physicist ay nagsagawa na ng double-slit experiment gamit ang malalaking molecule. Ngunit kung tama ang mga collapse na modelo, hindi makikita ang mga quantum effect sa itaas ng isang partikular na masa. Plano ng iba't ibang grupo na hanapin ang masa na ito gamit ang mga malamig na atomo, molekula, kumpol ng metal at nanoparticle. Umaasa silang makatuklas ng mga resulta sa susunod na sampung taon. "Ang maganda sa mga eksperimentong ito ay ilalagay namin ang quantum theory sa mga mahigpit na pagsubok kung saan hindi pa ito nasusubok dati," sabi ni Maroney.

Mga Parallel na Mundo

Isang "wave function as reality" na modelo ang kilala at minamahal ng mga manunulat ng science fiction. Ito ay isang maraming-mundo na interpretasyon na binuo noong 1950s ni Hugh Everett, na isang estudyante sa Princeton University sa New Jersey noong panahong iyon. Sa modelong ito, ang pag-andar ng alon ay lubos na tinutukoy ang pag-unlad ng realidad na sa bawat pagsukat ng quantum ay nahahati ang Uniberso sa magkatulad na mga mundo. Sa madaling salita, kapag binuksan natin ang isang kahon na may pusa, ipinanganak tayo ng dalawang Uniberso - ang isa ay may patay na pusa, at ang isa ay may buhay.

Mahirap paghiwalayin ang interpretasyong ito sa karaniwang teorya ng quantum dahil pareho ang kanilang mga hula. Ngunit noong nakaraang taon, iminungkahi ni Howard Wiseman ng Griffith University sa Brisbane at ng kanyang mga kasamahan ang isang masusubok na modelo ng multiverse. Walang function ng wave sa kanilang modelo - ang mga particle ay sumusunod sa klasikal na pisika, ang mga batas ni Newton. At lumilitaw ang mga kakaibang epekto ng mundo ng quantum dahil may mga salungat na pwersa sa pagitan ng mga particle at ng kanilang mga clone sa parallel na uniberso. "Ang salungat na puwersa sa pagitan nila ay lumilikha ng mga alon na kumakalat sa magkatulad na mundo," sabi ni Wiseman.

Gamit ang isang computer simulation kung saan 41 na mga uniberso ang nakipag-ugnayan, ipinakita nila na ang modelo ay halos nagpaparami ng ilang mga quantum effect, kabilang ang mga tilapon ng mga particle sa double-slit na eksperimento. Habang dumarami ang bilang ng mga mundo, ang pattern ng interference ay nagiging tunay. Dahil ang mga hula ng teorya ay nag-iiba-iba depende sa bilang ng mga mundo, sabi ni Wiseman, posibleng masuri kung tama ang multiverse na modelo—iyon ay, na walang function ng wave at ang katotohanan ay gumagana ayon sa mga klasikal na batas.

Dahil hindi kailangan ang wave function sa modelong ito, mananatili itong mabubuhay kahit na ang mga eksperimento sa hinaharap ay hindi na ang mga modelong "kamangmangan." Bukod dito, ang iba pang mga modelo ay mabubuhay, halimbawa, ang interpretasyon ng Copenhagen, na nagtaltalan na walang layunin na katotohanan, ngunit mga kalkulasyon lamang.

Ngunit pagkatapos, sabi ni White, ang tanong na ito ay magiging object ng pag-aaral. At bagama't wala pang nakakaalam kung paano ito gagawin, "ang magiging talagang kawili-wili ay ang bumuo ng isang pagsubok na sumusubok kung mayroon tayong layunin na katotohanan."

Narito ako ay nagkaroon ng isang pag-uusap para sa mga araw sa paksa naantalang pagpili ng quantum erasure, hindi gaanong talakayan bilang isang matiyagang paliwanag sa akin ng aking kahanga-hangang kaibigan na si dr_tambowsky ng mga batayan ng quantum physics. Dahil hindi ako nag-aral ng physics nang mabuti sa paaralan, at sa aking katandaan, sinisipsip ko ito tulad ng isang espongha. Nagpasya akong kolektahin ang mga paliwanag sa isang lugar, marahil para sa ibang tao.

Upang magsimula, inirerekumenda kong manood ng cartoon para sa mga bata tungkol sa pagkagambala at pagbibigay pansin sa "mata." Dahil iyon talaga ang buong punto.

Pagkatapos ay maaari mong simulan ang pagbabasa ng teksto mula sa dr_tambowsky, na sinipi ko sa ibaba sa kabuuan nito, o, kung ikaw ay matalino at savvy, maaari mo itong basahin kaagad. O mas mabuti pa, pareho.

Ano ang interference?
Mayroong talagang maraming iba't ibang mga termino at konsepto dito at sila ay napakalito. Umayos na tayo. Una, panghihimasok tulad nito. Mayroong hindi mabilang na mga halimbawa ng interference at mayroong maraming iba't ibang mga interferometer. Ang isang partikular na eksperimento na patuloy na iminumungkahi at madalas na ginagamit sa pagbubura ng agham na ito (karamihan dahil ito ay simple at maginhawa) ay dalawang slits na gupitin nang magkatabi, parallel sa isa't isa, sa isang opaque na screen. Una, bigyang-liwanag natin ang naturang double slot. Ang liwanag ay isang alon, tama ba? At palagi nating napapansin ang interference ng liwanag. Panaligan na kung magliliwanag tayo sa dalawang hiwa na ito, at maglagay ng screen (o pader lang) sa kabilang panig, pagkatapos ay sa pangalawang screen na ito ay makakakita din tayo ng pattern ng interference - sa halip na dalawang maliwanag na spot ng liwanag " na dumadaan sa mga slits” sa pangalawang screen (wall ) magkakaroon ng bakod ng alternating maliwanag at madilim na guhitan. Tandaan nating muli na ito ay isang purong pag-aari ng alon: kung magtapon tayo ng mga bato, kung gayon ang mga nahuhulog sa mga puwang ay patuloy na lilipad nang diretso at tumama sa dingding, bawat isa sa likod ng sarili nitong puwang, iyon ay, makikita natin ang dalawang independiyenteng tambak. ng mga bato ( kung dumikit sila sa dingding, siyempre 🙂), walang panghihimasok.

Susunod, naaalala mo ba sa paaralan na itinuro nila ang tungkol sa "wave-particle duality"? Na kapag ang lahat ay napakaliit at napaka quantum, kung gayon ang mga bagay ay parehong mga particle at alon? Sa isa sa mga sikat na eksperimento (ang eksperimento ng Stern-Gerlach) noong 20s ng huling siglo, ginamit nila ang parehong setup tulad ng inilarawan sa itaas, ngunit sa halip na liwanag ay nagningning sila... na may mga electron. Well, iyon ay, ang mga electron ay mga particle, tama ba? Iyon ay, kung "itinapon" mo sila sa dobleng puwang, tulad ng mga bato, ano ang makikita natin sa dingding sa likod ng mga puwang? Ang sagot ay hindi dalawang magkahiwalay na lugar, ngunit muli isang larawan ng panghihimasok!! Iyon ay, ang mga electron ay maaari ring makagambala.

Sa kabilang banda, lumalabas na ang liwanag ay hindi eksaktong isang alon, ngunit isang maliit na butil din—isang photon. Ibig sabihin, napakatalino na namin ngayon na nauunawaan namin na ang dalawang eksperimento na inilarawan sa itaas ay magkaparehong bagay. Nagtapon kami ng mga (quantum) na mga particle sa mga slits, at ang mga particle sa mga slits na ito ay nakakasagabal - ang mga alternating stripes ay makikita sa dingding ("nakikita" - sa kahulugan ng kung paano namin irehistro ang mga photon o electron doon, talagang hindi kinakailangan ang mga mata para dito : )).

Ngayon, armado ng unibersal na larawang ito, itanong natin ang sumusunod, mas banayad na tanong (pansin, napakahalaga!!):
Kapag nagliwanag tayo sa mga slits gamit ang ating mga photon/electron/particles, nakakakita tayo ng pattern ng interference sa kabilang panig. Kahanga-hanga. Ngunit ano ang mangyayari sa isang indibidwal na photon/electron/pi-meson? [at mula ngayon, pag-usapan natin—para lang sa kaginhawahan—tungkol sa mga photon lang]. Posible ang pagpipiliang ito: ang bawat photon ay lumilipad tulad ng isang maliit na bato sa pamamagitan ng sarili nitong puwang, iyon ay, mayroon itong isang napaka-tiyak na tilapon. Lumilipad ang photon na ito sa kaliwang puwang. At ang isa doon ay nasa kanan. Kapag ang mga pebble photon na ito, na sumusunod sa kanilang mga tiyak na trajectory, ay umabot sa dingding sa likod ng mga slits, kahit papaano ay nakikipag-ugnayan sila sa isa't isa, at bilang resulta ng pakikipag-ugnayan na ito, lumilitaw ang isang pattern ng interference sa dingding mismo. Sa ngayon, wala sa aming mga eksperimento ang sumasalungat sa interpretasyong ito - pagkatapos ng lahat, kapag nagliwanag kami ng maliwanag na ilaw papunta sa slit, nagpapadala kami ng maraming photon nang sabay-sabay. Alam ng aso nila kung ano ang ginagawa nila doon.

Mayroon kaming sagot sa mahalagang tanong na ito. Alam namin kung paano magtapon ng isang photon sa isang pagkakataon. Umalis sila. Naghintay kami. Inihagis nila ang kasunod. Tinitingnan namin nang mabuti ang dingding at napansin kung saan dumarating ang mga photon na ito. Ang isang solong photon, siyempre, ay hindi maaaring lumikha ng isang nakikitang pattern ng interference sa prinsipyo - ito ay nag-iisa, at kapag irehistro natin ito, makikita lamang natin ito sa isang tiyak na lugar, at hindi sa lahat ng dako nang sabay-sabay. Gayunpaman, bumalik tayo sa pagkakatulad sa mga pebbles. Isang maliit na bato ang lumipad. Nauntog siya sa pader sa likod ng isa sa mga slots (siyempre yung nilipad niya). Narito ang isa pa - muli itong tumama sa likod ng puwang. Nakaupo kami. Nagbibilang kami. Pagkaraan ng ilang oras at paghahagis ng sapat na mga pebbles, makakakuha tayo ng pamamahagi - makikita natin na maraming mga pebbles ang tumama sa pader sa likod ng isang slot at marami sa likod ng isa. At wala nang iba. Ganoon din ang ginagawa namin sa mga photon - ihagis ang mga ito nang paisa-isa at dahan-dahang bilangin kung ilang photon ang dumarating sa bawat lugar sa dingding. Unti-unti tayong nababaliw, dahil ang resultang frequency distribution ng photon impacts ay wala sa lahat ng dalawang spot sa ilalim ng kaukulang mga slits. Eksaktong inuulit ng pamamahagi na ito ang pattern ng interference na nakita namin noong sumikat kami nang may maliwanag na liwanag. Ngunit ang mga photon ay dumarating na ngayon nang paisa-isa! Isa - ngayon. Ang susunod ay bukas. Hindi sila makapag-interact sa isa't isa sa pader. Iyon ay, sa ganap na alinsunod sa quantum mechanics, ang isa, ang hiwalay na photon ay sabay-sabay na isang alon at walang parang wave na kakaiba dito. Ang photon sa aming eksperimento ay walang tiyak na tilapon - bawat indibidwal na photon ay dumadaan sa parehong mga slits nang sabay-sabay at, kumbaga, nakakasagabal sa sarili nito. Maaari nating ulitin ang eksperimento, mag-iiwan lamang ng isang hiwa na bukas - pagkatapos ay ang mga photon ay siyempre magkumpol sa likod nito. Isara natin ang una, buksan ang pangalawa, sabay-sabay pa ring naghahagis ng mga photon. Sila ay kumpol, siyempre, sa ilalim ng pangalawa, bukas, pumutok. Buksan pareho - ang nagresultang distribusyon ng mga lugar kung saan gustong mag-cluster ang mga photon ay hindi ang kabuuan ng mga distribusyon na nakuha noong isang slit lang ang nakabukas. Nakasiksik pa rin sila ngayon sa pagitan ng mga bitak. Mas tiyak, ang kanilang mga paboritong lugar para sa pagpapangkat ay ngayon ay alternating stripes. Sa isang ito sila ay nagsisiksikan, sa susunod - hindi, muli - oo, madilim, maliwanag. Ah, panghihimasok...

Ano ang superposition at spin.
Kaya. Ipagpalagay natin na naiintindihan natin ang lahat ng bagay tungkol sa panghihimasok. Gawin natin ang superposition. Hindi ko alam kung kumusta ka sa quantum mechanics, sorry. Kung ito ay masama, pagkatapos ay kailangan mong kumuha ng maraming sa pananampalataya; ito ay mahirap ipaliwanag sa maikling salita.

Ngunit sa prinsipyo, malapit na kami - nang makita namin na ang isang photon ay lumilipad sa dalawang slits nang sabay-sabay. Masasabi nating simple: ang isang photon ay walang trajectory, isang alon at isang alon. At masasabi natin na ang photon ay sabay-sabay na lumilipad kasama ang dalawang trajectory (mahigpit na pagsasalita, hindi kahit na kasama ang dalawa, siyempre, ngunit kasama ang lahat nang sabay-sabay). Ito ay isang katumbas na pahayag. Sa prinsipyo, kung susundin natin ang landas na ito hanggang sa wakas, darating tayo sa "path integral" - ang pormulasyon ni Feynman ng quantum mechanics. Ang pormulasyon na ito ay hindi kapani-paniwalang elegante at kasing kumplikado, mahirap gamitin sa pagsasanay, mas hindi gaanong gamitin ito upang ipaliwanag ang mga pangunahing kaalaman. Samakatuwid, huwag tayong pumunta sa lahat ng paraan, ngunit sa halip ay magnilay-nilay sa isang photon na lumilipad "kasama ang dalawang trajectory nang sabay-sabay." Sa kahulugan ng mga klasikal na konsepto (at ang trajectory ay isang mahusay na tinukoy na klasikal na konsepto, alinman sa isang bato ay lumipad nang direkta o sa pamamagitan ng), ang photon ay nasa iba't ibang mga estado sa parehong oras. Muli, ang trajectory ay hindi kahit na eksakto kung ano ang kailangan namin, ang aming mga layunin ay mas simple, hinihimok ko lang kayong mapagtanto at madama ang katotohanan.

Sinasabi sa atin ng quantum mechanics na ang sitwasyong ito ay ang panuntunan, hindi ang pagbubukod. Ang anumang quantum particle ay maaaring (at kadalasan ay) sa "ilang mga estado" nang sabay-sabay. Sa katunayan, hindi mo kailangang seryosohin ang pahayag na ito. Ang mga "maraming estado" na ito ay ang aming mga klasikal na intuwisyon. Tinutukoy namin ang iba't ibang "estado" batay sa ilan sa aming sariling (panlabas at klasikal) na mga pagsasaalang-alang. At ang isang quantum particle ay nabubuhay ayon sa sarili nitong mga batas. Siya ay may kayamanan. Dot. Ang ibig sabihin ng pahayag tungkol sa "superposisyon" ay ang estadong ito ay maaaring ibang-iba sa ating mga klasikal na ideya. Ipinakilala namin ang klasikal na konsepto ng trajectory at inilalapat ito sa isang photon sa estado kung saan gusto nitong mapuntahan. At sinabi ng photon - "paumanhin, ang paborito kong estado ay na may kaugnayan sa iyong mga tilapon na ito, pareho ako nang sabay-sabay!" Hindi ito nangangahulugan na ang photon ay hindi maaaring nasa isang estado kung saan ang tilapon ay (higit o mas kaunti) ay tinutukoy. Isara natin ang isa sa mga slits - at maaari nating, sa ilang lawak, sabihin na ang photon ay lumilipad sa pangalawa kasama ang isang tiyak na tilapon, na naiintindihan nating mabuti. Iyon ay, ang gayong estado ay umiiral sa prinsipyo. Buksan natin pareho - mas gusto ng photon na nasa superposition.

Ang parehong naaangkop sa iba pang mga parameter. Halimbawa, ang sarili nitong angular momentum, o spin. Tandaan ang tungkol sa dalawang electron na maaaring umupo nang magkasama sa parehong s orbital - kung mayroon silang magkasalungat na spins? Ito ay eksakto ito. At ang photon ay mayroon ding spin. Ang magandang bagay tungkol sa photon spin ay na sa classics ito ay aktwal na tumutugma sa polariseysyon ng isang light wave. Iyon ay, gamit ang lahat ng uri ng polarizer at iba pang mga kristal na mayroon tayo, maaari nating manipulahin ang spin (polarization) ng mga indibidwal na photon kung mayroon tayo ng mga ito (at lilitaw ang mga ito).

Kaya, iikot. Ang electron ay may spin (sa pag-asa na ang mga orbital at electron ay mas pamilyar sa iyo kaysa sa mga photon, kaya lahat ay pareho), ngunit ang electron ay ganap na walang malasakit sa kung ano ang "spin state" nito. Ang spin ay isang vector at maaari naming subukang sabihin ang "spin points up." O “nakatingin sa ibaba ang pag-ikot” (na may kaugnayan sa ilang direksyon na napili namin). At ang electron ay nagsasabi sa amin: "Wala akong pakialam sa iyo, maaari akong maging sa parehong mga trajectory sa parehong mga estado ng spin nang sabay-sabay." Dito muli, napakahalaga na hindi maraming mga electron ang nasa iba't ibang mga estado ng pag-ikot, sa isang grupo, ang isa ay tumingala, ang isa ay pababa, at ang bawat indibidwal na elektron ay nasa parehong mga estado nang sabay-sabay. Tulad ng hindi iba't ibang mga electron na dumadaan sa iba't ibang slits, ngunit isang electron (o photon) ang dumadaan sa parehong slits nang sabay-sabay. Ang isang electron ay maaaring nasa isang estado na may tiyak na direksyon ng pag-ikot kung tatanungin mo ito, ngunit ito mismo ay hindi gagawin ito. Semi-qualitatively, ang sitwasyon ay maaaring ilarawan tulad ng sumusunod: 1) mayroong dalawang estado, |+1> (spin up) at |-1> (spin down); 2) sa prinsipyo, ito ay mga kosher na estado kung saan maaaring umiral ang isang elektron; 3) gayunpaman, kung hindi ka gagawa ng mga espesyal na pagsisikap, ang electron ay "mapapahid" sa parehong mga estado at ang estado nito ay magiging katulad ng |+1> + |-1>, isang estado kung saan ang electron ay walang partikular na direksyon ng pag-ikot (tulad ng 1+ trajectory trajectory 2, tama ba?). Ito ay isang "superposisyon ng mga estado."

Tungkol sa pagbagsak ng function ng wave.
Napakakaunting natitira para sa amin upang maunawaan kung ano ang pagsukat at "pagbagsak ng function ng alon". Ang wave function ay ang isinulat namin sa itaas, |+1> + |-1>. Isang paglalarawan lamang ng kondisyon. Para sa pagiging simple, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa estado mismo, tulad nito, at ang "pagbagsak" nito, hindi mahalaga. Ito ang nangyayari: lumilipad ang electron sa sarili nito sa isang hindi tiyak na estado ng pag-iisip, ito ay pataas, o pababa, o pareho nang sabay-sabay. Pagkatapos ay tumakbo kami gamit ang ilang nakakatakot na mukhang device at sukatin natin ang direksyon ng pag-ikot. Sa partikular na kaso, ito ay sapat na upang ipasok ang isang electron sa isang magnetic field: ang mga electron na ang mga spin point sa kahabaan ng direksyon ng field ay dapat na lumihis sa isang direksyon, ang mga na ang spin point laban sa field - sa isa pa. Umupo kami sa kabilang gilid at kuskusin ang aming mga kamay - nakikita namin kung saang direksyon lumihis ang electron at agad naming alam kung nakaharap pataas o pababa ang spin nito. Ang mga photon ay maaaring ilagay sa isang polarizing filter - kung ang polarization (spin) ay +1, ang photon ay dumadaan, kung -1, kung gayon ay hindi.

Ngunit ipagpaumanhin mo - pagkatapos ng lahat, ang elektron ay walang tiyak na direksyon ng pag-ikot bago ang pagsukat? Iyon ang buong punto. Walang tiyak na isa, ngunit ito ay, kumbaga, "halo-halong" mula sa dalawang estado nang sabay-sabay, at sa bawat isa sa mga estadong ito ay may napakaraming direksyon. Sa proseso ng pagsukat, pinipilit namin ang electron na magpasya kung sino ito at kung saan titingin - pataas o pababa. Sa sitwasyong inilarawan sa itaas, siyempre, sa prinsipyo, hindi natin mahuhulaan nang maaga kung anong desisyon ang gagawin ng partikular na elektron na ito kapag lumipad ito sa magnetic field. Sa isang probabilidad na 50% ay maaari siyang magpasya "pataas", na may parehong posibilidad na maaari siyang magpasya "pababa". Ngunit sa sandaling napagpasyahan niya ito, siya ay nasa isang estado na may tiyak na direksyon ng pag-ikot. Bilang resulta ng aming "pagsusukat"! Ito ay "collapse" - bago ang pagsukat, ang wave function (paumanhin, estado) ay |+1> + |-1>. Pagkatapos naming "sukatin" at makita na ang electron ay lumihis sa isang tiyak na direksyon, ang direksyon ng pag-ikot nito ay natukoy at ang function ng wave nito ay naging simple |+1> (o |-1>, kung lumihis ito sa ibang direksyon). Iyon ay, ang estado ay "bumagsak" sa isa sa mga bahagi nito; Wala nang anumang bakas ng "paghahalo" ng pangalawang sangkap!

Sa isang malaking lawak, ito ang pokus ng walang laman na pamimilosopiya sa orihinal na entry, at ito ang dahilan kung bakit hindi ko gusto ang pagtatapos ng cartoon. Ang isang mata ay iginuhit doon at ang isang walang karanasan na manonood ay maaaring magkaroon, una, ang ilusyon ng isang tiyak na anthropocentricity ng proseso (sabi nila, kailangan ng isang tagamasid upang maisagawa ang "pagsukat"), at pangalawa, ng hindi invasiveness nito ( well, naghahanap lang kami!). Ang aking mga pananaw sa paksang ito ay nakabalangkas sa itaas. Una, ang isang "tagamasid" bilang tulad ay hindi kailangan, siyempre. Ito ay sapat na upang dalhin ang isang quantum system sa pakikipag-ugnay sa isang malaki, klasikal na sistema at lahat ay mangyayari sa kanyang sarili (ang mga electron ay lilipad sa magnetic field at magpapasya kung sino sila, hindi alintana kung tayo ay nakaupo sa kabilang panig at nagmamasid o hindi). Pangalawa, ang di-nagsasalakay na klasikal na pagsukat ng isang quantum particle ay imposible sa prinsipyo. Madaling gumuhit ng mata, ngunit ano ang ibig sabihin ng "tumingin sa isang photon at alamin kung saan ito napunta"? Upang tumingin, kailangan mo ng mga photon na tumama sa iyong mata, mas mabuti na marami. Paano natin ito maisasaayos upang maraming mga photon ang dumating at sabihin sa atin ang lahat tungkol sa estado ng isang kapus-palad na photon, ang estado kung saan tayo interesado? Magsindi ng flashlight dito? At ano ang matitira sa kanya pagkatapos nito? Malinaw na malaki ang maiimpluwensyahan natin sa kanyang kalagayan, marahil sa isang lawak na ayaw na niyang umakyat sa isa sa mga puwang. Ito ay hindi lahat na kawili-wili. Ngunit sa wakas ay nakarating na kami sa mga kawili-wiling bagay.

Tungkol sa Einstein-Podolsky-Rosen na kabalintunaan at magkakaugnay (nakakabit) na mga pares ng photon
Alam na natin ngayon ang tungkol sa superposisyon ng mga estado, ngunit sa ngayon ay napag-usapan lamang natin ang tungkol sa isang particle. Puro para sa pagiging simple. Ngunit gayon pa man, paano kung mayroon tayong dalawang particle? Maaari kang maghanda ng isang pares ng mga particle sa isang ganap na estado ng kabuuan, upang ang kanilang pangkalahatang estado ay inilarawan ng isang solong, karaniwang function ng wave. Ito, siyempre, ay hindi simple - dalawang di-makatwirang mga photon sa mga kalapit na silid o mga electron sa kalapit na mga tubo ng pagsubok ay hindi alam tungkol sa isa't isa, kaya maaari at dapat silang ilarawan nang ganap nang nakapag-iisa. Samakatuwid, posible lamang na kalkulahin ang nagbubuklod na enerhiya ng, halimbawa, isang elektron sa isang proton sa isang hydrogen atom, nang hindi interesado sa iba pang mga electron sa Mars o kahit na sa mga kalapit na atomo. Ngunit kung gumawa ka ng isang espesyal na pagsisikap, maaari kang lumikha ng isang quantum state na sumasaklaw sa dalawang particle nang sabay-sabay. Ito ay tatawaging isang "coherent state" na may kaugnayan sa mga pares ng mga particle at lahat ng uri ng quantum erasures at mga computer, ito ay tinatawag ding entangled state.

Mag-move on na tayo. Maaari nating malaman (dahil sa mga hadlang na ipinataw ng proseso ng paghahanda ng magkakaugnay na estado) na, sabihin nating, ang kabuuang pag-ikot ng ating dalawang-particle system ay zero. Okay lang, alam natin na ang mga pag-ikot ng dalawang electron sa s-orbital ay dapat na antiparallel, ibig sabihin, ang kabuuang pag-ikot ay zero, at hindi ito nakakatakot sa atin, tama ba? Ang hindi natin alam ay kung saan nakaturo ang spin ng isang partikular na particle. Alam lang natin na kahit saan siya tumingin, ang pangalawang pag-ikot ay dapat tumingin sa kabilang direksyon. Iyon ay, kung itinalaga natin ang ating dalawang particle (A) at (B), kung gayon ang estado ay maaaring, sa prinsipyo, ay maging ganito: |+1(A), -1(B)> (Tumingala si A, tumitingin si B sa ibaba. ). Ito ay isang pinahihintulutang estado at hindi lumalabag sa anumang ipinataw na mga paghihigpit. Ang isa pang posibilidad ay |-1(A), +1(B)> (vice versa, A pababa, B pataas). Gayundin isang posibleng kondisyon. Hindi pa ba ito nagpapaalala sa iyo ng mga estado na isinulat namin nang mas maaga para sa pag-ikot ng isang solong elektron? Dahil ang ating sistema ng dalawang particle, habang ito ay quantum at coherent, ay maaari (at magiging) din sa isang superposisyon ng mga estado |+1(A); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. Iyon ay, ang parehong mga posibilidad ay ipinatupad nang sabay-sabay. Tulad ng parehong mga trajectory ng isang photon o parehong direksyon ng pag-ikot ng isang electron.

Ang pagsukat ng naturang sistema ay mas kapana-panabik kaysa sa pagsukat ng isang photon. Sa katunayan, ipagpalagay natin na sinusukat natin ang pag-ikot ng isang particle lamang, A. Naunawaan na natin na ang pagsukat ay matinding stress para sa isang quantum particle, ang estado nito ay magbabago nang malaki sa proseso ng pagsukat, ang pagbagsak ay magaganap... Totoo iyon, ngunit sa kasong ito mayroon ding pangalawang butil, B, na mahigpit na konektado sa A, mayroon silang isang karaniwang pag-andar ng alon! Ipagpalagay na sinukat namin ang direksyon ng spin A at nakita namin na ito ay +1. Ngunit ang A ay walang sariling wave function (o sa madaling salita, sarili nitong independent state) para ito ay bumagsak sa |+1>. Ang lahat na mayroon si A ay ang estado na "nakakabit" sa B, na nakasulat sa itaas. Kung ang pagsukat A ay nagbibigay ng +1 at alam namin na ang mga spin ng A at B ay antiparallel, alam namin na ang spin ng B ay nakaharap pababa (-1). Ang wave function ng pares ay bumagsak sa anumang magagawa nito, o kaya lang nito sa |+1(A); -1(B)>. Ang nakasulat na function ng wave ay hindi nagbibigay sa amin ng anumang iba pang mga posibilidad.

Wala pa? Isipin na lang, ang buong pag-ikot ay napanatili? Ngayon isipin na lumikha kami ng ganoong pares A, B at hayaan ang dalawang particle na ito na lumipad sa magkaibang direksyon, na nananatiling magkakaugnay. Isang (A) ang lumipad patungong Mercury. At ang isa pa (B), sabihin, kay Jupiter. Sa mismong sandaling ito nangyari kami sa Mercury at sinukat ang direksyon ng spin A. Ano ang nangyari? Sa mismong sandaling iyon natutunan namin ang direksyon ng spin B at binago ang wave function ng B! Pakitandaan na hindi ito katulad ng sa mga classic. Hayaang umikot ang dalawang lumilipad na bato sa kanilang axis at ipaalam sa amin na tiyak na umiikot ang mga ito sa magkasalungat na direksyon. Kung susukatin natin ang direksyon ng pag-ikot ng isa kapag umabot sa Mercury, malalaman din natin ang direksyon ng pag-ikot ng pangalawa, kung saan man ito mapunta sa oras na iyon, kahit na sa Jupiter. Ngunit ang mga batong ito ay palaging umiikot sa isang tiyak na direksyon, bago ang alinman sa aming mga sukat. At kung ang isang tao ay sumukat ng isang bato na lumilipad patungo sa Jupiter, kung gayon siya (mga) ay makakatanggap ng pareho at medyo tiyak na sagot, hindi alintana kung may sinukat tayo sa Mercury o hindi. Sa aming mga photon ang sitwasyon ay ganap na naiiba. Wala sa kanila ang may anumang partikular na direksyon ng pag-ikot bago ang pagsukat. Kung ang isang tao, nang wala ang aming paglahok, ay nagpasya na sukatin ang direksyon ng spin B sa isang lugar sa rehiyon ng Mars, ano ang makukuha nila? Tama, na may 50% na posibilidad na makakita siya ng +1, na may 50% na pagkakataon -1. Ito ang estado ng B, superposisyon. Kung ang isang tao ay nagpasya na sukatin kaagad ang spin B pagkatapos nating sukatin ang spin A, nakita ang +1 at naging sanhi ng pagbagsak ng *buong* function ng wave,
pagkatapos ay makakatanggap lamang siya ng -1 bilang resulta ng pagsukat, na may posibilidad na 100%! Sa sandali lamang ng aming pagsukat, sa wakas ay nagpasya si A kung sino siya at "pinili" ang direksyon ng pag-ikot - at agad na naapektuhan ng pagpipiliang ito ang *buong* function ng wave at ang estado ng B, na sa sandaling ito ay alam na ng Diyos. saan.

Ang problemang ito ay tinatawag na "nonlocality of quantum mechanics." Kilala rin bilang Einstein-Podolsky-Rosen paradox (EPR paradox) at, sa pangkalahatan, ang nangyayari sa pagbura ay nauugnay dito. Marahil ay mayroon akong hindi pagkakaunawaan, siyempre, ngunit para sa aking panlasa na bura ay kawili-wili dahil ito ay tiyak na isang eksperimentong pagpapakita ng hindi lokalidad.

Pinasimple, ang isang eksperimento na may pagbura ay maaaring magmukhang ganito: gumagawa kami ng magkakaugnay (nakakulong) na mga pares ng mga photon. Isa-isa: mag-asawa, pagkatapos ay ang susunod, atbp. Sa bawat pares, lumilipad ang isang photon (A) sa isang direksyon, ang isa (B) sa kabilang direksyon. Ang lahat ay tulad ng napag-usapan na natin nang mas mataas. Sa landas ng photon B naglalagay kami ng double slit at nakikita kung ano ang lumilitaw sa dingding sa likod ng slit na ito. Lumilitaw ang isang pattern ng interference, dahil ang bawat photon B, tulad ng alam natin, ay lumilipad sa magkabilang trajectories, sa parehong mga slits nang sabay-sabay (naaalala pa rin natin ang tungkol sa interference kung saan natin sinimulan ang kuwentong ito, tama ba?). Ang katotohanan na ang B ay magkakaugnay pa rin na konektado sa A at may isang karaniwang function ng wave sa A ay medyo purple para sa kanya. Palubhain natin ang eksperimento: takpan ang isang slot na may filter na nagbibigay-daan lamang sa mga photon na may spin +1 na dumaan. Sinasaklaw namin ang pangalawa gamit ang isang filter na nagpapadala lamang ng mga photon na may spin (polarization) -1. Patuloy naming tinatamasa ang pattern ng interference, dahil sa pangkalahatang estado pares A, B(|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, gaya ng natatandaan namin), may mga state B na may parehong spins. Iyon ay, ang "bahagi" B ay maaaring dumaan sa isang filter/slot, at bahagi sa isa pa. Tulad ng dati, ang isang "bahagi" ay lumipad sa isang tilapon, ang isa pa kasama ang isa pa (ito, siyempre, ay isang pigura ng pagsasalita, ngunit ang katotohanan ay nananatiling isang katotohanan).

Sa wakas, ang paghantong: sa isang lugar sa Mercury, o medyo malapit, sa kabilang dulo ng optical table, naglalagay kami ng polarizing filter sa landas ng mga photon A, at isang detektor sa likod ng filter. Linawin natin na ang bagong filter na ito ay nagpapahintulot lamang sa mga photon na may spin +1 na dumaan. Sa bawat oras na ang detector ay na-trigger, alam namin na ang photon A na may spin +1 ay dumaan (ang spin -1 ay hindi dadaan). Ngunit nangangahulugan ito na ang wave function ng buong pares ay bumagsak at ang "kapatid" ng aming photon, photon B, sa sandaling ito ay mayroon lamang isang posibleng estado -1. Lahat. Ang Photon B ay wala na ngayong "wala" na madadaanan, isang puwang na sakop ng isang filter na nagbibigay-daan lamang sa +1 na polarization na dumaan. Wala na siyang sangkap na iyon. Ang "pagkilala" sa photon B na ito ay napakasimple. Lumilikha kami ng mga pares nang paisa-isa. Kapag nakita namin ang photon A na dumadaan sa isang filter, itinatala namin ang oras kung kailan ito dumating. Ala-una y medya, halimbawa. Nangangahulugan ito na ang kanyang "kapatid" na si B ay lilipad din sa dingding sa alas-dose y media. Well, o sa 1:36, kung lumipad siya nang kaunti pa at, samakatuwid, mas mahaba. Doon din tayo nagtatala ng mga oras, ibig sabihin, maikukumpara natin kung sino sino at sino ang may kaugnayan sa kanino.

Kaya, kung titingnan natin ngayon kung anong larawan ang lumalabas sa dingding, hindi natin makikita ang anumang pagkagambala. Ang Photon B mula sa bawat pares ay dumadaan sa alinman sa isang puwang o sa isa pa. May dalawang spot sa dingding. Ngayon, inaalis namin ang filter mula sa landas ng mga photon A. Ang pattern ng interference ay naibalik.

...at sa wakas tungkol sa naantalang pagpili
Ang sitwasyon ay nagiging ganap na miserable kapag mas matagal para sa photon A na makarating sa filter/detector nito kaysa sa photon B na makarating sa mga slits. Ginagawa namin ang pagsukat (at pinipilit ang A na malutas at ang pag-andar ng alon na bumagsak) pagkatapos na maabot na ni B ang pader at lumikha ng isang pattern ng interference. Gayunpaman, habang sinusukat namin ang A, kahit na "mamaya kaysa sa nararapat," nawawala pa rin ang pattern ng interference para sa mga photon B. Inalis namin ang filter para sa A - naibalik ito. Isa na itong delayed erasure. Hindi ko masasabi na naiintindihan kong mabuti kung ano ang kinakain nila.

Mga susog at paglilinaw.
Ang lahat ay tama, napapailalim sa hindi maiiwasang pagpapasimple, hanggang sa bumuo kami ng isang aparato na may dalawang gusot na photon. Una, ang photon B ay nakakaranas ng interference. Mukhang hindi ito gumagana sa mga filter. Kailangan mong takpan ito ng mga plato na nagbabago ng polariseysyon mula sa linear hanggang sa pabilog. Ito ay mas mahirap ipaliwanag 😦 Ngunit hindi ito ang pangunahing bagay. Ang pangunahing bagay ay kapag tinakpan namin ang mga slits na may iba't ibang mga filter, nawawala ang pagkagambala. Hindi sa sandaling sinusukat natin ang photon A, ngunit kaagad. Ang nakakalito na lansihin ay sa pamamagitan ng pag-install ng mga filter ng plato, "nilagyan namin ng label" ang mga photon na B. Sa madaling salita, ang mga photon B ay nagdadala ng karagdagang impormasyon na nagbibigay-daan sa amin upang malaman kung aling trajectory ang kanilang nilipad. *Kung* susukatin natin ang photon A, malalaman natin kung aling trajectory B ang lumipad, ibig sabihin ay hindi makakaranas ng interference ang B. Ang kapitaganan ay hindi kinakailangan na pisikal na "sukatin" ang A! Dito ako nagkamali ng husto noong nakaraan. Hindi na kailangang sukatin ang A para mawala ang interference. Kung *posible* na sukatin at alamin kung alin sa mga trajectory na kinuha ng photon B, kung gayon sa kasong ito ay walang magiging interference.

Sa katunayan, ito ay maaari pa ring maranasan. Doon, sa link sa ibaba, ang mga tao sa paanuman ay nagkibit-balikat ng kanilang mga kamay, ngunit sa aking palagay (baka mali na naman ako? 😉) ang paliwanag ay ito: sa pamamagitan ng paglalagay ng mga filter sa mga puwang, nabago na natin ang sistema. Hindi mahalaga kung talagang nairehistro natin ang polariseysyon o ang tilapon kung saan dumaan ang photon o iwagayway ang ating kamay sa huling sandali. Mahalaga na "inihanda" natin ang lahat para sa pagsukat at naimpluwensyahan na natin ang mga estado. Samakatuwid, hindi na kailangang aktwal na "sukatin" (sa kahulugan ng isang nakakamalay na humanoid na tagamasid na nagdala ng thermometer at naitala ang resulta sa isang journal). Ang lahat sa ilang kahulugan (sa kahulugan ng epekto sa sistema) ay "nasusukat". Karaniwang binabalangkas ang pahayag tulad ng sumusunod: "*kung* susukatin natin ang polarisasyon ng photon A, malalaman natin ang polarisasyon ng photon B, at samakatuwid ang tilapon nito, at dahil ang photon B ay lumilipad sa isang tiyak na tilapon, kung gayon ay walang magiging panghihimasok; hindi na natin kailangang sukatin ang photon A—sapat na ang pagsukat na ito ay posible; Mayroong ilang misteryo dito. Well, oo, tumanggi siya. Dahil lang ang sistema ay inihanda sa ganoong paraan. Kung ang system ay may karagdagang impormasyon (may paraan) upang matukoy kung alin sa dalawang trajectory ang lumipad kasama ang photon, pagkatapos ay walang magiging interference.

Kung sasabihin ko sa iyo na inayos ko ang lahat upang ang photon ay lumipad sa isang puwang lamang, agad mong mauunawaan na walang magiging interference? Maaari kang tumakbo upang suriin ang (“sukatin”) at tiyaking nagsasabi ako ng totoo, o maaari kang maniwala sa ganoong paraan. Kung hindi ako nagsisinungaling, hindi magkakaroon ng interference kahit na magmadali ka upang suriin ako o hindi :) Alinsunod dito, ang pariralang "masusukat" ay talagang nangangahulugang "ang sistema ay inihanda sa isang espesyal na paraan na.. .”. Inihanda at pinaghandaan, ibig sabihin, wala pang pagguho sa lugar na ito. May mga "tag" na photon at walang interference.

Susunod - bakit, sa katunayan, burahin ang lahat ng ito - sinasabi nila sa amin: kumilos tayo sa sistema sa paraang "burahin" ang mga markang ito mula sa mga photon B - pagkatapos ay magsisimula silang makagambala muli. Kawili-wiling punto, na nilapitan na natin, kahit na sa isang maling modelo, ay ang mga photon B ay maaaring iwanang hindi nagalaw at ang mga plato ay naiwan sa mga puwang. Maaari mong hilahin ang photon A at, tulad ng pag-collapse, ang pagbabago sa estado nito ay magdudulot (hindi lokal) ng pagbabago sa kabuuang function ng wave ng system upang wala na kaming sapat na impormasyon upang matukoy kung aling slit photon B ang dumaan. Iyon ay, nagpasok kami ng isang polarizer sa landas ng photon A - ang pagkagambala ng mga photon B ay naibalik. Sa pagkaantala, ang lahat ay pareho - ginagawa namin ito upang ang photon A ay mas matagal lumipad sa polarizer kaysa sa B upang makarating sa mga slits. At gayon pa man, kung ang A ay may isang polarizer sa kanyang paraan, kung gayon ang B ay nakakasagabal (kahit na, parang, "bago" A maabot ang polarizer)!

Magpakain.

Maaari mo, o mula sa iyong sariling site. Noong 1803, itinuro ni Thomas Young ang isang sinag ng liwanag sa isang opaque na screen na may dalawang slits. Sa halip na ang inaasahang dalawang guhit ng liwanag sa screen ng projection, nakita niya ang ilang guhit, na parang may interference (superposition) ng dalawang alon ng liwanag mula sa bawat slot. Sa katunayan, ito ay sa sandaling ito na ang quantum physics ay ipinanganak, o sa halip ang mga tanong sa core nito. Sa XX at XXI siglo ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

video

Salamat sa pagtuklas noong 1927, libu-libong siyentipiko at mag-aaral ang umuulit ng parehong simpleng eksperimento sa pamamagitan ng pagpapasikat ng laser beam sa isang makitid na hiwa. Sa lohikal na paraan, ang nakikitang bakas mula sa laser sa screen ng projection ay nagiging mas makitid at mas makitid habang bumababa ang puwang. Ngunit sa isang tiyak na sandali, kapag ang hiwa ay naging sapat na makitid, ang lugar mula sa laser ay biglang nagsimulang maging mas malawak at mas malawak, na lumalawak sa screen at lumalabo hanggang sa mawala ang biyak. Ito ang pinaka-halatang patunay ng quintessence ng quantum physics - ang uncertainty principle ni Werner Heisenberg, isang natitirang theoretical physicist. Ang kakanyahan nito ay na mas tumpak na tinutukoy natin ang isa sa mga ipinares na katangian ng isang quantum system, mas nagiging hindi tiyak ang pangalawang katangian. Sa kasong ito, mas tumpak na tinutukoy namin ang mga coordinate ng mga photon ng laser na may makitid na slit, mas nagiging hindi tiyak ang momentum ng mga photon na ito. Sa macrocosm, maaari rin nating tumpak na sukatin ang alinman sa eksaktong lokasyon ng isang lumilipad na espada sa pamamagitan ng pagkuha nito, o ang direksyon nito, ngunit hindi sa parehong oras, dahil ito ay sumasalungat at nakakasagabal sa isa't isa. ( , ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

Quantum superconductivity at ang Meissner effect

Noong 1933, natuklasan ni Walter Meissner ang isang kawili-wiling kababalaghan sa quantum physics: sa isang superconductor na pinalamig sa pinakamababang temperatura, ang magnetic field ay inilipat nang lampas sa mga limitasyon nito. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na Meissner effect. Kung ang isang ordinaryong magnet ay inilagay sa aluminyo (o isa pang superconductor), at pagkatapos ay pinalamig ng likidong nitrogen, ang magnet ay lilipad at mag-hang sa hangin, dahil ito ay "makikita" ang sarili nitong magnetic field ng parehong polarity na inilipat mula sa cooled. aluminyo, at ang parehong mga gilid ng magnet ay nagtataboy . ( , ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

Quantum superfluidity

Noong 1938, pinalamig ni Pyotr Kapitsa ang likidong helium sa isang temperatura na malapit sa zero at natuklasan na ang sangkap ay nawala ang lagkit nito. Ang kababalaghang ito sa quantum physics ay tinatawag na superfluidity. Kung ang pinalamig na likidong helium ay ibubuhos sa ilalim ng isang baso, ito ay dadaloy pa rin palabas nito kasama ang mga dingding. Sa katunayan, hangga't ang helium ay sapat na pinalamig, walang limitasyon para sa pagtapon nito, anuman ang hugis o sukat ng lalagyan. Sa pagtatapos ng ika-20 at simula ng ika-21 siglo, natuklasan din ang superfluidity sa ilalim ng ilang mga kundisyon sa hydrogen at iba't ibang mga gas. ( , ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

Quantum tunneling

Noong 1960, nagsagawa si Ivor Jayever ng mga eksperimento sa elektrikal na may mga superconductor na pinaghihiwalay ng isang mikroskopikong pelikula ng non-conducting aluminum oxide. Ito ay lumabas na, salungat sa pisika at lohika, ang ilang mga electron ay dumadaan pa rin sa pagkakabukod. Kinumpirma nito ang teorya tungkol sa posibilidad ng epekto ng quantum tunnel. Nalalapat ito hindi lamang sa kuryente, kundi pati na rin sa anumang elementarya na mga particle, sila rin ay mga alon ayon sa quantum physics. Maaari silang dumaan sa mga hadlang kung ang lapad ng mga hadlang na ito ay mas mababa kaysa sa wavelength ng particle. Ang mas makitid ang balakid, mas madalas na dumaan ang mga particle dito. ( , ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

Quantum entanglement at teleportation

Noong 1982, ang physicist na si Alain Aspe, isang nanalo sa Nobel Prize sa hinaharap, ay nagpadala ng dalawang magkasabay na lumikha ng mga photon sa magkasalungat na direksyon ng mga sensor upang matukoy ang kanilang spin (polarization). Ito ay lumabas na ang pagsukat ng pag-ikot ng isang photon ay agad na nakakaapekto sa posisyon ng pag-ikot ng pangalawang photon, na nagiging kabaligtaran. Kaya, napatunayan ang posibilidad ng quantum entanglement ng elementary particles at quantum teleportation. Noong 2008, nagawang sukatin ng mga siyentipiko ang estado ng quantum entangled photon sa layong 144 kilometro at ang interaksyon sa pagitan ng mga ito ay madalian pa rin, na parang nasa iisang lugar o walang espasyo. Ito ay pinaniniwalaan na kung ang naturang quantum entangled photon ay mapupunta sa magkabilang bahagi ng uniberso, ang interaksyon sa pagitan ng mga ito ay magiging madalian pa rin, bagaman ang liwanag ay tumatagal ng sampu-sampung bilyong taon upang maglakbay sa parehong distansya. Nakaka-curious, ngunit ayon kay Einstein, wala ring oras para sa mga photon na naglalakbay sa bilis ng liwanag. Ito ba ay isang pagkakataon? Hindi iniisip ng mga physicist ng hinaharap! ( , ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

Quantum Zeno effect at paghinto ng oras

Noong 1989, isang pangkat ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni David Wineland ang naobserbahan ang bilis ng paglipat ng mga beryllium ions sa pagitan ng mga antas ng atomic. Ito ay lumabas na ang mismong katotohanan ng pagsukat sa estado ng mga ion ay nagpabagal sa kanilang paglipat sa pagitan ng mga estado. Sa simula ng ika-21 siglo, sa isang katulad na eksperimento sa rubidium atoms, isang 30-tiklop na pagbagal ay nakamit. Ang lahat ng ito ay kumpirmasyon ng quantum Zeno effect. Ang kahulugan nito ay ang mismong katotohanan ng pagsukat ng estado ng isang hindi matatag na particle sa quantum physics ay nagpapabagal sa rate ng pagkabulok nito at, sa teorya, ay maaaring ganap na ihinto ito. ( , video english)

Quantum eraser na may naantalang pagpili

Noong 1999, ang isang pangkat ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Marlan Scali ay nagdirekta ng mga photon sa pamamagitan ng dalawang slits, sa likod kung saan nakatayo ang isang prisma na nag-convert sa bawat umuusbong na photon sa isang pares ng quantum entangled photon at pinaghiwalay ang mga ito sa dalawang direksyon. Ang unang nagpadala ng mga photon sa pangunahing detektor. Ang pangalawang direksyon ay nagpadala ng mga photon sa isang sistema ng 50% na mga reflector at detector. Ito ay lumabas na kung ang isang photon mula sa pangalawang direksyon ay umabot sa mga detektor na tumutukoy sa hiwa kung saan ito naglalabas, pagkatapos ay naitala ng pangunahing detektor ang ipinares na photon nito bilang isang butil. Kung ang isang photon mula sa pangalawang direksyon ay umabot sa mga detector na hindi nakakita ng hiwa kung saan ito naglalabas, pagkatapos ay naitala ng pangunahing detektor ang ipinares na photon nito bilang isang alon. Hindi lamang ang pagsukat ng isang photon ay sumasalamin sa kanyang quantum entangled pair, ngunit nangyari rin ito nang lampas sa distansya at oras, dahil ang pangalawang sistema ng detektor ay nagtala ng mga photon nang mas huli kaysa sa pangunahing isa, na parang tinutukoy ng hinaharap ang nakaraan. Ito ay pinaniniwalaan na ito ang pinaka-hindi kapani-paniwalang eksperimento hindi lamang sa kasaysayan ng quantum physics, kundi pati na rin sa kasaysayan ng lahat ng agham, dahil pinapahina nito ang marami sa mga karaniwang pundasyon ng pananaw sa mundo. ( , video Ingles)

Quantum superposition at Schrödinger's cat

Noong 2010, inilagay ni Aaron O'Connell ang isang maliit na metal plate sa isang opaque na vacuum chamber, na pinalamig niya sa halos ganap na zero. Pagkatapos ay nilagyan niya ng impulse ang plato kaya nagvibrate ito. Gayunpaman, ipinakita ng sensor ng posisyon na ang plato ay nanginginig at tahimik sa parehong oras, na eksaktong tumutugma sa teoretikal na quantum physics. Ito ang unang pagkakataon na napatunayan ang prinsipyo ng superposisyon sa mga macro-object. Sa mga nakahiwalay na kondisyon, kapag walang interaksyon sa pagitan ng mga quantum system, ang isang bagay ay maaaring sabay na nasa isang walang limitasyong bilang ng anumang posibleng mga posisyon, na parang hindi na materyal. ( , ipinakita na hindi lamang liwanag, ngunit anumang solong elementarya na butil at maging ang ilang mga molekula ay kumikilos tulad ng isang alon, tulad ng quanta, na parang dumadaan sa magkabilang hiwa nang sabay. Gayunpaman, kung maglalagay ka ng sensor sa mga slits na tumutukoy kung ano ang eksaktong nangyayari sa particle sa lugar na ito at kung saan ang partikular na slit ay dumaan pa rin ito, pagkatapos ay dalawang guhit lamang ang lilitaw sa screen ng projection, na parang katotohanan ng pagmamasid (hindi direktang impluwensya) sinisira ang pag-andar ng alon at ang bagay ay kumikilos tulad ng bagay. ()

Quantum Cheshire Cat at Physics

Noong 2014, hinati ni Tobias Denkmair at ng kanyang mga kasamahan ang neutron beam sa dalawang beam at nagsagawa ng serye ng mga kumplikadong sukat. Ito ay lumabas na sa ilalim ng ilang mga pangyayari, ang mga neutron ay maaaring nasa isang sinag, at ang kanilang magnetic moment sa isa pang sinag. Kaya, ang quantum paradox ng ngiti ng Cheshire cat ay nakumpirma, kapag ang mga particle at ang kanilang mga pag-aari ay maaaring, ayon sa aming pang-unawa, sa iba't ibang bahagi ng espasyo, tulad ng isang ngiti na hiwalay sa pusa sa fairy tale na "Alice in Wonderland." Muli, ang quantum physics ay naging mas misteryoso at kamangha-manghang kaysa sa anumang fairy tale! ( , video english.)

Salamat sa pagbabasa! Ngayon ay naging mas matalino ka ng kaunti at ito ay nagpapatingkad ng ating mundo. Ibahagi ang link sa artikulong ito sa iyong mga kaibigan at ang mundo ay magiging isang mas mahusay na lugar!

Facebook

Twitter

Sa pakikipag-ugnayan sa

Mga kaklase

Google+