Tu som viedol niekoľko dní rozhovor na túto tému oneskorená voľba kvantové vymazanie, ani nie tak diskusia, ako trpezlivé vysvetľovanie základov mojej úžasnej kamarátky dr_tambowskej kvantová fyzika. Keďže som v škole neučil dobre fyziku a v starobe ma to rysovalo, nasávam ju ako špongia. Rozhodol som sa zhromaždiť vysvetlivky na jednom mieste, možno niekto iný.
Na začiatok odporúčam pozrieť si karikatúru pre deti o rušení a venovať pozornosť „oku“. Pretože v skutočnosti je to celý zádrhel.
Potom môžete začať čítať text od dr_tambowského, ktorý nižšie uvádzam v plnom znení, alebo kto je šikovný a šikovný, môže si ho prečítať hneď. A lepšie ako oboje.
Čo je rušenie.
Všemožných pojmov a pojmov je naozaj veľa a sú veľmi zmätené. Poďme po poriadku. Po prvé, ide o rušenie ako také. Existuje mnoho príkladov interferencie a existuje veľa rôznych interferometrov. Konkrétnym experimentom, ktorý sa neustále mení a často sa používa v tejto vede o vymazávaní (hlavne preto, že je jednoduchý a pohodlný), sú dve štrbiny vyrezané vedľa seba, paralelne k sebe, v nepriehľadnej obrazovke. Na začiatok si posvietime na takúto dvojitú štrbinu. Svetlo je vlna, však? A neustále pozorujeme interferenciu svetla. Berte to tak, že ak na tieto dve štrbiny posvietite svetlom a na druhú stranu položíte zástenu (alebo len stenu), potom na tejto druhej zástene tiež uvidíme interferenčný obrazec - namiesto dvoch jasných svetelných bodov „pri prechode cez štrbiny“ na druhej obrazovke (stene) bude plot striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Ešte raz si všimneme, že ide o čisto vlnovú vlastnosť: ak hádžeme kamene, potom tie, ktoré padnú do otvorov, budú naďalej lietať priamo a každý narazí do steny za svojou drážkou, to znamená, že uvidíme dve nezávislé hromady kamene (ak sa prilepia na stenu samozrejme 🙂), bez zasahovania.
Ďalej, pamätajte, v škole sa učilo o „dualizme častíc a vĺn“? Že keď je všetko veľmi malé a veľmi kvantové, potom sú objekty časticami aj vlnami súčasne? V jednom zo slávnych experimentov (Stern-Gerlachov experiment) v 20. rokoch minulého storočia použili rovnaké nastavenie, ako je opísané vyššie, ale namiesto svetla svietili ... elektrónmi. To znamená, že elektróny sú častice, však? To znamená, že ak sú „hodené“ na dvojitú štrbinu, ako kamienky, potom na stene za štrbinami uvidíme čo? Odpoveďou nie sú dve oddelené miesta, ale opäť interferenčný obrazec!! To znamená, že elektróny môžu tiež rušiť.
Na druhej strane sa ukazuje, že svetlo nie je presne vlna, ale trochu a častica - fotón. To znamená, že sme teraz takí inteligentní, že chápeme, že dva vyššie opísané experimenty sú to isté. Hádzame (kvantové) častice do štrbín a častice na týchto štrbinách rušia - na stene sú viditeľné striedavé pruhy („viditeľné“ - v zmysle, ako tam registrujeme fotóny alebo elektróny, oči samotné na to nie sú potrebné. 🙂).
Teraz, vyzbrojení týmto univerzálnym obrázkom, položme si nasledujúcu, jemnejšiu otázku (pozor, veľmi dôležitá!!):
Keď svietime našimi fotónmi/elektrónmi/časticami na štrbiny, vidíme interferenčný obrazec z druhej strany. úžasné. Čo sa však stane s jedným fotónom/elektrónom/pi-mezónom? [a odteraz sa bavme – čisto pre pohodlie – len o fotónoch]. Koniec koncov, táto možnosť je možná: každý fotón letí ako kamienok cez svoju štrbinu, to znamená, že má presne definovanú trajektóriu. Tento fotón letí cez ľavú štrbinu. A ten tam napravo. Keď tieto fotóny-kamienky, ktoré sledujú svoje špecifické trajektórie, dosiahnu stenu za štrbinami, nejako spolu interagujú a v dôsledku tejto interakcie sa už na samotnej stene objaví interferenčný vzor. Zatiaľ nič v našich experimentoch neodporuje tejto interpretácii – veď keď na štrbinu svietime jasným svetlom, vysielame veľa fotónov naraz. Pes vie, čo tam robia.
Na túto dôležitú otázku máme odpoveď. Môžeme hodiť jeden fotón naraz. Skončili. Čakali sme. Vypustil ďalší. Pozorne sa pozrieme na stenu a všimneme si, kam tieto fotóny prichádzajú. Jediný fotón samozrejme nemôže z princípu vytvoriť pozorovateľný interferenčný obrazec – je jeden, a keď ho zaregistrujeme, môžeme ho vidieť len na určitom mieste a nie všade naraz. Avšak späť k analógii s kamienkami. Tu je jeden kamienok. Narazil do steny za jedným slotom (samozrejme tým, cez ktorý preletel). Tu je ďalší - opäť zaklopaný za slotom. sedíme. Uvážime. Po určitom čase a hádzaní dostatočného množstva kamienkov získame distribúciu - uvidíme, že veľa kamienkov narazí na stenu za jedným slotom a veľa za druhým. A nikde inde. To isté robíme s fotónmi – hádžeme ich po jednom a pomaly počítame, koľko fotónov priletelo na každé miesto na stene. Pomaly sa z toho zbláznime, pretože výsledné rozloženie frekvencií dopadu fotónov nie sú vôbec dve miesta pod príslušnými slotmi. Toto rozloženie presne opakuje interferenčný vzor, ktorý sme videli, keď sme svietili jasným svetlom. Ale fotóny teraz prichádzali jeden po druhom! Jeden je dnes. Ďalší je zajtra. Na stene sa nemohli vzájomne ovplyvňovať. To znamená, že v úplnom súlade s kvantovou mechanikou je jeden samostatný fotón súčasne vlnou a žiadna vlna mu nie je cudzia. Fotón v našom experimente nemá špecifickú trajektóriu – každý jednotlivý fotón prechádza oboma štrbinami naraz a akoby do seba zasahuje. Experiment môžeme zopakovať, pričom necháme otvorenú iba jednu štrbinu – potom sa fotóny samozrejme zhlukujú za ňou. Zatvorme prvý, otvorme druhý, stále hádžeme fotóny jeden po druhom. Zhlukujú sa, samozrejme, pod druhým, otvoreným slotom. Otvárame oboje – výsledné rozloženie miest, kde sa fotóny radi zhlukujú, nie je súčtom rozdelení získaných, keď bola otvorená iba jedna štrbina. Teraz sú stále zoskupené medzi trhlinami. Presnejšie, ich obľúbené miesta zhluky sú teraz striedavé pruhy. V tomto sa zhlukujú, v ďalšom nie, zase áno, tma, svetlo. Ach, rušenie...
Čo je superpozícia a rotácia.
Takže Budeme predpokladať, že rozumieme všetkému o interferencii ako takej. Poďme sa pozrieť na superpozíciu. Neviem ako ste na tom s kvantovou mechanikou, prepáčte. Ak je to zlé, potom musíte veľa vziať na vieru, je to ťažké vysvetliť v skratke.
Ale v zásade sme už boli niekde nablízku – keď sme videli, že jednotlivý fotón preletí akoby cez dve štrbiny naraz. Dá sa to povedať jednoducho: fotón nemá trajektóriu, vlna a vlna. A môžeme povedať, že fotón letí súčasne po dvoch trajektóriách (prísne povedané, nie po dvoch, samozrejme, ale naraz). Toto je ekvivalentné vyhlásenie. V princípe, ak pôjdeme po tejto ceste až do konca, tak prídeme k „cestovému integrálu“ – Feynmanovej formulácii kvantovej mechaniky. Táto formulácia je neuveriteľne elegantná a rovnako zložitá, je ťažké ju použiť v praxi, najmä ju použiť na vysvetlenie základov. Preto nepôjdeme na koniec, ale radšej budeme meditovať nad fotónom letiacim „po dvoch trajektóriách naraz“. V zmysle klasických pojmov (a trajektória je presne definovaný klasický pojem, buď kameň letí hlava-nehlava, alebo okolo) je fotón súčasne v rôznych stavoch. Ešte raz, trajektória ani nie je presne taká, akú by sme potrebovali, naše ciele sú jednoduchšie, len volám uvedomiť si a precítiť skutočnosť.
Kvantová mechanika nám hovorí, že táto situácia je pravidlom, nie výnimkou. Akákoľvek kvantová častica môže byť (a zvyčajne je) v „niekoľkých stavoch“ naraz. V skutočnosti by sa toto vyhlásenie nemalo brať príliš vážne. Tieto „viacnásobné stavy“ sú vlastne našou klasickou intuíciou. Definujeme rôzne „stavy“ na základe niektorých našich vlastných (externých a klasických) úvah. Kvantová častica žije podľa svojich vlastných zákonov. Má štát. Bodka. Výrok o „superpozícii“ znamená len to, že tento stav sa môže veľmi líšiť od našich klasických zobrazení. Zavedieme klasický pojem trajektórie a aplikujeme ho na fotón v stave, v akom sa mu páči byť. A fotón hovorí - "prepáčte, môj obľúbený stav je, že vzhľadom na tieto vaše trajektórie som na oboch naraz!". To neznamená, že fotón nemôže byť vôbec v stave, v ktorom je dráha (viac-menej) určená. Zatvorme jednu zo štrbín – a môžeme do istej miery povedať, že fotón preletí druhou po určitej trajektórii, ktorej dobre rozumieme. To znamená, že takýto stav v princípe existuje. Otvorme oboje – fotón je radšej v superpozícii.
To isté platí pre ostatné parametre. Napríklad vlastný moment hybnosti alebo rotáciu. Pamätáte si na dva elektróny, ktoré môžu sedieť spolu v rovnakom s-orbitále - ak majú aj opačné spiny? Toto je práve ono. A fotón má tiež spin. Fotónový spin je dobrý, pretože v klasike vlastne zodpovedá polarizácii svetelnej vlny. To znamená, že pomocou všetkých možných polarizátorov a iných kryštálov, ktoré máme, môžeme manipulovať so spinom (polarizáciou) jednotlivých fotónov, ak ich máme (a budú).
Takže späť. Elektrón má spin (v nádeji, že orbitály a elektróny sú vám drahšie ako fotóny, takže všetko je rovnaké), ale elektrónu je úplne ľahostajné, v akom „stave spinu“ to je. Spin je vektor a môžeme sa pokúsiť povedať „točenie hľadá“. Alebo „točenie sa pozerá nadol“ (vo vzťahu k nejakému smeru, ktorý sme si vybrali). A elektrón nám hovorí: "Nezáležalo mi na tebe, môžem byť na oboch trajektóriách v oboch spinových stavoch naraz." Tu je opäť veľmi dôležité, že nie je veľa elektrónov v rôznych spinových stavoch, v súbore sa jeden pozerá hore, druhý dole a každý jednotlivý elektrón je v oboch stavoch naraz. Rovnako ako nie rôzne elektróny prechádzajú rôznymi štrbinami, ale jeden elektrón (alebo fotón) prechádza oboma štrbinami naraz. Elektrón môže byť v stave s určitým smerom rotácie, ak sa na to naozaj pýtate, ale sám od seba to neurobí. Polokvalitatívne možno situáciu opísať nasledovne: 1) existujú dva stavy, |+1> (roztočenie) a |-1> (roztočenie); 2) v princípe ide o kóšer stavy, v ktorých môže existovať elektrón; 3) ak však nevynaložíte špeciálne úsilie, elektrón sa „rozmaže“ cez oba stavy a jeho stav bude niečo ako |+1> + |-1>, stav, v ktorom elektrón nemá určitý spin smer (rovnako ako dráha 1+ dráha 2, však?). Toto je „superpozícia štátov“.
O kolapse vlnová funkcia.
Zostáva nám veľmi málo – pochopiť, čo je meranie a „zrútenie vlnovej funkcie“. Vlnová funkcia je to, čo sme napísali vyššie, |+1> + |-1>. Len popis stavu. Pre zjednodušenie sa môžeme baviť o samotnom štáte, ako takom a o jeho „kolapse“, je to jedno. To je to, čo sa stane: elektrón letí sám k sebe v takom neurčitom stave mysle, či je hore, alebo dole, alebo oboje naraz. Tu pribehneme s nejakým desivo vyzerajúcim zariadením a poďme zmerať smer rotácie. V tomto konkrétnom prípade stačí umiestniť elektrón do magnetického poľa: tie elektróny, ktorých spin sa pozerá pozdĺž smeru poľa, by sa mali odchyľovať jedným smerom, tie, ktorých spin je oproti poľu, by sa mali odchyľovať druhým smerom. Sadneme si na druhú stranu a šúchame si ručičky – vidíme, ktorým smerom sa elektrón odchýlil a hneď vieme, či sa jeho spin pozerá hore alebo dole. Fotóny sa dajú vložiť do polarizačného filtra - ak je polarizácia (spin) +1 - fotón prejde, ak -1, tak nie.
Ale prepáčte – elektrón predsa nemal pred meraním určitý smer rotácie? To je celá podstata. Neexistovala žiadna jednoznačná, ale bola akoby „zmiešaná“ z dvoch štátov naraz a v každom z týchto štátov existoval veľmi priamy smer. V procese merania nútime elektrón, aby sa rozhodol, kto bude a kam sa bude pozerať – hore alebo dole. Vo vyššie uvedenej situácii samozrejme nemôžeme v zásade vopred predpovedať, aké rozhodnutie daný konkrétny elektrón urobí, keď vletí do magnetického poľa. S pravdepodobnosťou 50% sa môže rozhodnúť "hore", s rovnakou pravdepodobnosťou - "dole". Ale akonáhle sa tak rozhodne, je v stave s určitým smerom otáčania. Výsledkom nášho „merania“! To je ten "kolaps" - pred meraním bola vlnová funkcia (pardon, stav) |+1> + |-1>. Potom, čo sme „zmerali“ a videli, že sa elektrón odchýlil v určitom smere, bol určený jeho smer spinu a jeho vlnová funkcia sa stala jednoducho |+1> (alebo |-1>, ak sa odchýli v inom smere). To znamená, že štát sa „zrútil“ do jednej zo svojich zložiek; Už nedochádza k „miešaniu“ druhej zložky!
Veľa z prázdneho filozofovania v pôvodnom zázname bolo venované tomuto a nepáči sa mi koniec karikatúry. Jednoducho sa tam pritiahne oko a neskúsený divák môže mať po prvé ilúziu určitej antropocentrickosti procesu (hovoria, že na vykonanie „merania“ je potrebný pozorovateľ), a po druhé jeho neinvazívnosť (no, my len hľadám!). Moje názory na túto tému boli načrtnuté vyššie. Po prvé, „pozorovateľ“ ako taký samozrejme nie je potrebný. Stačí uviesť kvantový systém do kontaktu s veľkým, klasickým systémom a všetko sa stane samo (elektróny vletia do magnetického poľa a rozhodnú sa, kto to bude, bez ohľadu na to, či sedíme na druhej strane a pozorujeme, resp. nie). Po druhé, neinvazívne klasické meranie kvantovej častice je v princípe nemožné. Nakresliť oko je jednoduché, ale čo to znamená „pozrieť sa na fotón a zistiť, kam letel“? Aby ste videli, musíte do oka dostať fotóny, najlepšie veľa. Ako zariadiť, aby dorazilo veľa fotónov a povedali nám všetko o stave jedného nešťastného fotónu, ktorého stav nás zaujíma? Posvietiť si na neho baterkou? A čo z neho potom zostane? Je jasné, že na jeho kondíciu budeme mať veľmi silný vplyv, možno až do takej miery, že sa mu do jedného slotu ani nebude chcieť liezť. Nie je to až také zaujímavé. Ale konečne sme sa dostali k zaujímavej časti.
O Einstein-Podolsky-Rosenovom paradoxe a koherentných (prepletených) pároch fotónov
Teraz vieme o superpozícii stavov, ale doteraz sme hovorili len o jednej častici. Výhradne pre jednoduchosť. Ale predsa, čo ak máme dve častice? Je možné pripraviť pár častíc v celkom kvantovom stave, takže ich spoločný stav je opísaný jedinou spoločnou vlnovou funkciou. To, samozrejme, nie je jednoduché - dva ľubovoľné fotóny v susedných miestnostiach alebo elektróny v susedných skúmavkách o sebe nevedia, takže môžu a mali by byť opísané úplne nezávisle. Preto je jednoducho možné vypočítať väzbovú energiu povedzme jedného elektrónu na protón v atóme vodíka bez toho, aby sme sa vôbec zaujímali o iné elektróny na Marse alebo dokonca na susedných atómoch. Ale ak vynaložíte špeciálne úsilie, potom môže byť naraz vytvorený kvantový stav pokrývajúci dve častice. Toto sa bude nazývať „koherentný stav“, vo vzťahu k párom častíc a najrôznejším kvantovým výmazom a počítačom sa tomu hovorí aj zapletený stav.
Ideme ďalej. Môžeme vedieť (kvôli obmedzeniam vyplývajúcim z procesu prípravy tohto koherentného stavu), že povedzme, celkový spin nášho dvojčasticového systému je nulový. Nevadí, vieme, že spiny dvoch elektrónov v s-orbitáli musia byť antiparalelné, čiže celkový spin je nulový, a to nás vôbec nedesí, však? Čo nevieme je, kam smeruje rotácia konkrétnej častice. Vieme len, že kamkoľvek sa pozrie, otáčanie druhého sa musí pozerať opačným smerom. To znamená, že ak označíme naše dve častice (A) a (B), potom stav môže byť v zásade takýto: |+1(A), -1(B)> (A pozrie hore, B pozrie dole ). Toto je povolený stav, neporušuje uložené obmedzenia. Ďalšou možnosťou je |-1(A), +1(B)> (naopak, A dole, B hore). Tiež možný stav. Nepripomína vám to stavy, ktoré sme si zapísali o niečo skôr pre spin jediného elektrónu? Pretože náš systém dvoch častíc, pokiaľ je kvantový a koherentný, môže (a bude) byť v superpozícii stavov |+1(A); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. To znamená, že obe možnosti sú implementované súčasne. Ako obe trajektórie fotónu alebo oba smery spinu jedného elektrónu.
Je oveľa zaujímavejšie merať takýto systém ako jeden fotón. Predpokladajme, že meriame spin len jednej častice, A. Už sme pochopili, že meranie je pre kvantovú časticu veľkým stresom, jej stav sa počas procesu merania výrazne zmení, dôjde ku kolapsu... Všetko je pravda , ale - v tomto prípade je viac druhá častica, B, ktorá je tesne spojená s A, majú spoločnú vlnovú funkciu! Predpokladajme, že meriame smer rotácie A a vidíme, že je +1. Ale A nemá svoju vlastnú vlnovú funkciu (alebo inými slovami, svoj vlastný nezávislý stav), aby sa zrútila na |+1>. Všetko, čo má A, je stav „zapletený“ (zapletený) s B, napísaný vyššie. Ak meranie A dáva +1 a vieme, že rotácie A a B sú antiparalelné, vieme, že rotácia B smeruje nadol (-1). Vlnová funkcia páru sa zrúti na čokoľvek, čo môže, alebo môže len na |+1(A); -1(B)>. Vypísaná vlnová funkcia nám neposkytuje iné možnosti.
Zatiaľ nič? Myslíte si, že sa zachráni úplné roztočenie? Teraz si predstavte, že sme vytvorili taký pár A, B a nechali tieto dve častice rozptýliť sa v rôznych smeroch, pričom by zostali koherentné. Jedna (A) letela k Merkúru. A druhý (B) povedzme Jupiterovi. Práve v tomto momente sme sa stali na Merkúre a zmerali sme smer rotácie A. Čo sa stalo? V tom momente sme poznali smer rotácie B a zmenili sme vlnovú funkciu B! Upozorňujeme, že to vôbec nie je rovnaké ako v klasike. Nechajte dva lietajúce kamene otáčať sa okolo svojej osi a dajte nám s istotou vedieť, že sa otáčajú v opačných smeroch. Ak zmeriame smer rotácie jedného, keď dosiahne Merkúr, budeme poznať aj smer rotácie druhého, nech je v tom momente kdekoľvek, dokonca aj na Jupiteri. Ale tieto kamene sa vždy pred akýmkoľvek naším meraním otáčali určitým smerom. A ak niekto zmeria kameň letiaci k Jupiteru, potom (a) dostane rovnakú a celkom jednoznačnú odpoveď, bez ohľadu na to, či sme niečo namerali na Merkúre alebo nie. S našimi fotónmi je situácia úplne iná. Žiadna z nich nemala pred meraním žiadny konkrétny smer otáčania. Ak by sa niekto bez našej účasti rozhodol zmerať smer rotácie B niekde v oblasti Marsu, čo by získal? Presne tak, pri 50% pravdepodobnosti by videl +1, pri 50% -1. B má takýto stav, superpozíciu. Ak sa niekto rozhodne zmerať rotáciu B okamžite po tom, čo sme už zmerali rotáciu A, videli sme +1 a spôsobili kolaps *celej* vlnovej funkcie,
potom dostane ako výsledok merania len -1, s pravdepodobnosťou 100%! Až v momente nášho merania sa A konečne rozhodol, kto by mal byť a „zvolil“ smer rotácie – a táto voľba okamžite ovplyvnila * celú * vlnovú funkciu a stav B, ktorý je v tom momente už v Bohu. vie kde.
Práve tento problém sa nazýva „nelokálnosť kvantovej mechaniky“. Tiež známy ako Einstein-Podolsky-Rosenov paradox (EPR paradox) a vo všeobecnosti s tým súvisí to, čo sa deje pri vymazávaní. Možno, samozrejme, niečo zle chápem, ale na môj vkus je vymazanie zaujímavé, pretože je to len experimentálna demonštrácia nelokality.
Zjednodušene by experiment s vymazaním mohol vyzerať takto: vytvorte koherentné (prepletené) páry fotónov. Jeden po druhom: pár, potom ďalší atď. V každom páre letí jeden fotón (A) jedným smerom, druhý (B) druhým. Všetko, ako sme už diskutovali o niečo vyššie. Na dráhu fotónu B dáme dvojitú štrbinu a uvidíme, čo sa objaví na stene za touto štrbinou. Objaví sa interferenčný obrazec, pretože každý fotón B, ako vieme, letí pozdĺž oboch trajektórií, cez oba sloty naraz (ešte si pamätáme interferenciu, s ktorou sme začali tento príbeh, však?). Fakt, že B je stále koherentne príbuzný s A a má vlnovú funkciu spoločnú s A, je pre neho skôr fialový. Experiment skomplikujeme: jednu štrbinu zakryjeme filtrom, ktorý prepúšťa iba fotóny so spinom +1. Druhý prekryjeme filtrom, ktorý prepúšťa len fotóny so spinom (polarizáciou) -1. Naďalej si užívame interferenčný vzor, pretože vo všeobecnom stave páry A, B(|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, ako si pamätáme), existujú stavy B s oboma spinmi. To znamená, že „časť“ B môže prejsť cez jeden filter / slot, časť - cez iný. Rovnako ako predtým, jedna „časť“ letela pozdĺž jednej trajektórie, druhá pozdĺž druhej (toto je, samozrejme, rečový obrazec, ale faktom zostáva).
Na záver vrchol: niekde na Merkúre, alebo trochu bližšie, na druhý koniec optickej tabuľky dáme do dráhy fotónov A polarizačný filter a za filter detektor. Pre istotu nech tento nový filter prepustí iba fotóny so spinom +1. Zakaždým, keď sa detektor spustí, vieme, že fotón A prešiel so spinom +1 (spin -1 neprejde). To však znamená, že vlnová funkcia celého páru sa zrútila a „brat“ nášho fotónu, fotón B, má v tejto chvíli iba jeden možný stav -1. Všetko. Fotón B teraz "nemá čo" preliezť, slot je pokrytý filtrom, ktorý prepúšťa len polarizáciu +1. Túto časť jednoducho nemal. Je veľmi ľahké „rozpoznať“ tento fotón B. Spárujeme jeden po druhom. Keď zaregistrujeme fotón A prechádzajúci cez filter, zaznamenáme čas, kedy prišiel. Napríklad pol druhej. To znamená, že jeho „brat“ B priletí o pol tretej k stene tiež. Alebo o 1:36, ak poletí trochu ďalej a teda dlhšie. Tam zaznamenávame aj časy, čiže vieme porovnávať, kto je kto a kto je voči komu relatívne.
Ak sa teda teraz pozrieme na to, aký obraz sa objaví na stene, nenájdeme žiadne rušenie. Fotón B z každého páru prechádza jednou alebo druhou štrbinou. Na stene sú dve škvrny. Teraz odstráňte filter z dráhy fotónov A. Interferenčný obrazec je obnovený.
… a nakoniec o oneskorenom výbere
Situácia sa stáva dosť nepríjemnou, keď fotónu A trvá dlhšie, kým preletí k svojmu filtru/detektoru, ako fotón B preletí do štrbín. Meranie vykonáme (a dostaneme riešenie A a kolaps vlnovej funkcie) potom, čo by B už narazil na stenu a vytvoril interferenčný obrazec. Kým však meriame A, dokonca „neskôr ako by malo“, interferenčný obrazec pre fotóny B stále mizne. Odstránime filter pre A - je obnovený. Toto je už oneskorené vymazanie. Nemôžem povedať, že dobre rozumiem tomu, s čím sa to jedáva.
Opravy a upresnenia.
Všetko bolo správne, s nevyhnutnými zjednodušeniami, kým sme nepostavili zariadenie s dvoma zapletenými fotónmi. Po prvé, fotón B má interferenciu. Zdá sa, že filtre nefungujú. Musíte uzavrieť platne, ktoré menia polarizáciu z lineárnej na kruhovú. Ťažšie sa to vysvetľuje 😦 Ale o to nejde. Hlavné je, že keď takto uzatvoríme sloty rôznymi filtrami, rušenie zmizne. Nie v momente, keď meriame fotón A, ale okamžite. Záludný trik je v tom, že umiestnením filtrov platne sme „označili“ fotóny B. Inými slovami, fotóny B nesú dodatočné informácie, ktoré nám umožňujú presne zistiť, po ktorej trajektórii preleteli. *Ak* zmeriame fotón A, potom vieme presne zistiť, ktorou trajektóriou B preletel, čo znamená, že B nebude rušiť. Jemnosť spočíva v tom, že nie je potrebné fyzicky „merať“ A! V tomto som sa minule mýlil. Nie je potrebné merať A, aby rušenie zmizlo. Ak *je možné* zmerať a zistiť, na ktorej z trajektórií preletel fotón B, tak v tomto prípade k interferencii nedôjde.
V skutočnosti sa stále dá prežiť. Tam pri odkaze nižšie ľudia akosi bezradne krčia rukami, ale podľa mňa (možno sa zase mýlim? 😉) je vysvetlenie takéto: nasadením filtrov do slotov sme už dosť zmenili systém. Nezáleží na tom, či sme skutočne zaregistrovali polarizáciu alebo trajektóriu, po ktorej fotón prešiel alebo sme na poslednú chvíľu mávli rukou. Dôležité je, že sme všetko „pripravili“ na meranie, už ovplyvnili stavy. Preto vlastne „meranie“ (v zmysle uvedomelého humanoidného pozorovateľa, ktorý si priniesol teplomer a výsledok zapísal do denníka) nepotrebuje nič. Všetko je už v istom zmysle (v zmysle vplyvu na systém) „zmerané“. Tvrdenie je zvyčajne formulované takto: „*ak* zmeriame polarizáciu fotónu A, potom budeme poznať polarizáciu fotónu B, a teda aj jeho trajektóriu, no, keďže fotón B letí po určitej trajektórii, potom bude žiadne rušenie; fotón A možno ani nezmeriame - stačí, že toto meranie je možné, fotón B vie, že sa dá zmerať a odmieta rušiť. Je v tom istá mystifikácia. No on odmieta. Jednoducho preto, že systém bol takto pripravený. Ak má systém dodatočné informácie (existuje spôsob), ako určiť, po ktorej z dvoch trajektórií fotón letel, nedôjde k žiadnemu rušeniu.
Keď vám poviem, že som všetko zariadil tak, aby fotón preletel len cez jeden slot, hneď pochopíte, že k rušeniu nedôjde, však? Môžete bežať skontrolovať („zmerať“) a uistiť sa, že hovorím pravdu, alebo tomu môžete aj tak veriť. Ak som neklamal, nedôjde k žiadnemu rušeniu, bez ohľadu na to, či sa ponáhľate skontrolovať ma alebo nie 🙂 Preto fráza „dá sa merať“ v skutočnosti znamená „systém je pripravený takým špeciálnym spôsobom, že ... “. Pripravený a pripravený, to znamená, že na tomto mieste stále nie je žiadny kolaps. Existujú "označené" fotóny a žiadne rušenie.
Tu je ďalej - prečo sa to v skutočnosti všetko nazýva vymazanie - hovoria nám: konajme so systémom tak, aby sme tieto značky „vymazali“ z fotónov B - potom začnú znova zasahovať. Zaujímavým bodom, ku ktorému sme sa už priblížili, aj keď v chybnom modeli, je, že fotóny B môžu byť ponechané na pokoji a platne môžu byť ponechané v slotoch. Môžete potiahnuť fotón A a rovnako ako pri kolapse, zmena jeho stavu spôsobí (nelokálne) zmenu celkovej vlnovej funkcie systému, takže už nemáme dostatok informácií na určenie toho, ktorý štrbinový fotón B prešiel cez. To znamená, že do cesty fotónu A vložíme polarizátor - interferencia fotónov B sa obnoví. S oneskorením je všetko rovnaké - robíme to tak, že fotónu A trvá dlhšie letieť do polarizátora ako B do slotov. A v každom prípade, ak má A polarizátor na ceste, potom B ruší (hoci, ako to bolo, „predtým, než A priletel k polarizátoru)!
Krmivo. Môžete, alebo z vašej vlastnej stránky.
Vrátenie auta v záruke alebo kvantová fyzika pre figuríny.
Povedzme, že je rok 3006. Idete do „pripojeného“ a kúpite si lacný čínsky stroj času na splátky na 600 rokov. Chcete sa preplížiť o týždeň dopredu, aby ste porazili kanceláriu stávkovej kancelárie. V očakávaní veľkého jackpotu horúčkovito píšete dátum príchodu na modrú plastovú škatuľku ...
A tu je smiech: Zhorí sa v ňom Nikadim-chronónový prevodník. Stroj, ktorý vydá smrteľné škrípanie, vás hodí do roku 62342. Ľudstvo bolo rozdelené na zadné päty a aglomeráty a roztrúsené po vzdialených galaxiách. Slnko je zapredané mimozemšťanom, Zemi vládnu obrie rádioaktívne kremíkové červy. Atmosféra je zmesou fluóru a chlóru. Teplota je mínus 180 stupňov. Zem erodovala a vy navyše padáte na skalu kryštálov fluoritu z pätnástich metrov. Pri poslednom výdychu uplatňujete svoje občianske galaktické právo uskutočniť jeden medzičasový hovor so svojou kľúčenkou. zavolajte do centra technická podpora„connected“, kde vás slušný robot informuje, že záruka na stroj času je 100 rokov a vo svojej dobe je plne prevádzkyschopný a v roku 62342 ste mechanizmom ľudskej reči dostali na splátky nevysloviteľné množstvo miliónov halierov. nikdy nezaplatené.
Požehnaj a zachráň! Pane, ďakujeme, že žijeme v tejto zatuchnutej medvedej minulosti, kde sú takéto príležitosti nemožné!
...aj keď nie! Len väčšina z tých veľkých vedecké objavy neposkytujú také epické výsledky, ako sa zdá rôznym autorom sci-fi.
Lasery nespaľujú mestá a planéty – zaznamenávajú a prenášajú informácie, zabávajú školákov. Nanotechnológia nezmení vesmír na samoreprodukujúcu sa hordu nanobotov. Vďaka nim je pláštenka vodotesnejšia a betón odolnejší. Atómová bomba, vyhodený do mora ani raz nespustil reťazovú reakciu termonukleárnej fúzie jadier vodíka a premenil nás na iné slnko. Hadrónový urýchľovač neprevrátil planétu naruby a nestiahol celý svet do čiernej diery. Umela inteligencia už bol vytvorený, len sa teraz vysmieva myšlienke zničenia ľudstva.
Stroj času nie je výnimkou. Faktom je, že vznikol v polovici minulého storočia. Nebolo postavené ako samoúčelné, ale iba ako nástroj na vytvorenie jedného malého, nepopísaného, ale veľmi pozoruhodného zariadenia.
Profesor Dmitrij Nikolajevič Grachev bol svojho času veľmi zmätený otázkou tvorby účinnými prostriedkami ochrana pred rádiovým vyžarovaním. Úloha sa na prvý pohľad zdala nemožná - zariadenie pre každú rádiovú vlnu muselo vydať svoju vlastnú reakciu na tú istú a zároveň nemalo byť viazané na zdroj signálu (keďže je to nepriateľ). Dmitrij Nikolajevič raz sledoval, ako sa deti hrajú na dvore „vyhadzovača“. Hru vyhráva ten najšikovnejší, kto sa najefektívnejšie vyhne lopte. To si vyžaduje koordináciu, a čo je najdôležitejšie, schopnosť predpovedať dráhu lopty.
Schopnosť predpovedať je určená výpočtovým zdrojom. Ale v našom prípade zvýšenie výpočtových zdrojov k ničomu nepovedie. Ani najmodernejšie superpočítače na to nebudú mať dostatočnú rýchlosť a presnosť. Išlo o predpoveď samovoľného procesu s rýchlosťou polcyklu mikrovlnnej – rádiovej vlny.
Profesor zobral loptu, ktorá vyletela do kríkov, a hodil ju späť deťom. Prečo predpovedať, kam lopta smeruje, keď už dorazila? Riešenie sa našlo: charakteristiky neznámeho vstupného rádiového signálu sú v blízkej budúcnosti dobre známe a jednoducho ich nie je potrebné počítať. Tam si ich stačí zmerať priamo. Ale tu je problém - nie je možné sa pohybovať v čase ani na nanosekundu. Pre danú úlohu to však nebolo potrebné. Je len potrebné, aby citlivý prvok zariadenia - tranzistor - bol v blízkej budúcnosti aspoň čiastočne. A tu prišiel na pomoc nedávno objavený fenomén kvantovej superpozície. Jeho význam spočíva v tom, že tá istá častica môže byť súčasne na rôznych miestach a v rôznych časoch.
Výsledkom bolo, že profesor Grachev vytvoril Mass-Oriented Quantum Electronic Trap - stroj reálneho času, v ktorom bol prvýkrát vytvorený polovodičový čip, ktorého niektoré elektróny sú v budúcnosti a zároveň v prítomnosti. Prototyp toho istého TMA - čip, ktorý riadi Grachevov rezonátor. Dalo by sa povedať, že táto vec bude vždy jednou nohou v budúcnosti.
Kvantová fyzika radikálne zmenila naše chápanie sveta. Podľa kvantovej fyziky môžeme proces omladzovania ovplyvniť svojím vedomím!
Prečo je to možné?Z pohľadu kvantovej fyziky je naša realita zdrojom čistých potenciálov, zdrojom surovín, ktoré tvoria naše telo, našu myseľ a celý Vesmír.Univerzálne energetické a informačné pole sa nikdy neprestáva meniť a premieňať na každú sekundu niečo nové.
V 20. storočí sa pri fyzikálnych experimentoch so subatomárnymi časticami a fotónmi zistilo, že skutočnosť pozorovania priebehu experimentu mení jeho výsledky. To, na čo sústredíme svoju pozornosť, môže reagovať.
Túto skutočnosť potvrdzuje klasický experiment, ktorý vedcov zakaždým prekvapí. Opakovalo sa to v mnohých laboratóriách a vždy sa dosiahli rovnaké výsledky.
Pre tento experiment bol pripravený svetelný zdroj a clona s dvomi štrbinami. Ako zdroj svetla bolo použité zariadenie, ktoré „vystreľovalo“ fotóny vo forme jednotlivých impulzov.
Priebeh experimentu bol sledovaný. Po skončení experimentu boli na fotografickom papieri, ktorý bol za štrbinami, viditeľné dva zvislé pruhy. Sú to stopy fotónov, ktoré prešli štrbinami a osvetlili fotografický papier.
Keď sa tento experiment opakoval v automatickom režime, bez ľudského zásahu, obraz na fotografickom papieri sa zmenil:
Ak výskumník zapol zariadenie a odišiel a po 20 minútach sa fotografický papier vyvinul, potom sa na ňom nenašli dva, ale veľa zvislých pruhov. Boli to stopy radiácie. Ale kresba bola iná.
Štruktúra stopy na fotografickom papieri pripomínala stopu vlny, ktorá prešla štrbinami Svetlo môže vykazovať vlastnosti vlny alebo častice.
V dôsledku jednoduchého faktu pozorovania vlna zmizne a zmení sa na častice. Ak to nepozorujete, na fotografickom papieri sa objaví stopa vlny. Tento fyzikálny jav sa nazýva efekt pozorovateľa.
Rovnaké výsledky sa získali s inými časticami. Experimenty sa mnohokrát opakovali, no zakaždým vedcov prekvapili. Tak sa zistilo, že na kvantovej úrovni hmota reaguje na pozornosť človeka. To bola novinka vo fyzike.
Podľa koncepcií modernej fyziky sa všetko zhmotňuje z prázdnoty. Táto prázdnota sa nazýva „kvantové pole“, „nulové pole“ alebo „matrica“. Prázdnota obsahuje energiu, ktorá sa môže zmeniť na hmotu.
Hmota pozostáva z koncentrovanej energie – to je zásadný objav fyziky 20. storočia.
V atóme nie sú žiadne pevné časti. Predmety sa skladajú z atómov. Ale prečo sú predmety pevné? Prst pripevnený k tehlovej stene cez ňu neprejde. prečo? Je to spôsobené rozdielmi vo frekvenčných charakteristikách atómov a elektrických nábojov. Každý typ atómu má svoju vlastnú vibračnú frekvenciu. To určuje rozdiely vo fyzikálnych vlastnostiach predmetov. Ak by bolo možné zmeniť frekvenciu vibrácií atómov, ktoré tvoria telo, potom by človek mohol prejsť cez steny. Ale vibračné frekvencie atómov ruky a atómov steny sú blízko. Preto prst spočíva na stene.
Pre akýkoľvek druh interakcie je potrebná frekvenčná rezonancia.
To sa dá ľahko pochopiť na jednoduchom príklade. Ak osvetlíte kamennú stenu svetlom baterky, svetlo bude zablokované stenou. Žiarenie mobilného telefónu však cez túto stenu ľahko prejde. Všetko je to o frekvenčných rozdieloch medzi žiarením baterky a mobilu. Kým čítate tento text, cez vaše telo prechádzajú prúdy veľmi odlišného žiarenia. Je to kozmické žiarenie, rádiové signály, signály miliónov mobilné telefónyžiarenie prichádzajúce zo zeme, slnečné žiarenie, žiarenie generované domácimi spotrebičmi atď.
Necítite to, pretože môžete vidieť iba svetlo a počuť iba zvuk. Aj keď sedíte v tichu so zavretými očami, hlavou vám prechádzajú milióny telefonických rozhovorov, obrázky televíznych správ a rozhlasových správ. Vy to nevnímate, pretože medzi atómami, ktoré tvoria vaše telo, a žiarením nie je žiadna rezonancia frekvencií. Ale ak dôjde k rezonancii, okamžite zareagujete. Napríklad, keď si spomeniete na milovaného človeka, ktorý na vás práve myslel. Všetko vo vesmíre sa riadi zákonmi rezonancie.
Svet pozostáva z energie a informácií. Einstein po dlhom premýšľaní o štruktúre sveta povedal: "Jediná realita, ktorá vo vesmíre existuje, je pole." Tak ako sú vlny výtvorom mora, všetky prejavy hmoty: organizmy, planéty, hviezdy, galaxie sú výtvormi poľa.
Vynára sa otázka, ako vzniká hmota z poľa? Aká sila riadi pohyb hmoty?
Vedci z výskumu ich priviedli k nečakanej odpovedi. Tvorca kvantovej fyziky Max Planck počas svojho prejavu po prijatí nobelová cena vyslovil nasledovné:
„Všetko vo vesmíre je stvorené a existuje vďaka sile. Musíme predpokladať, že za touto silou je vedomá myseľ, ktorá je matricou všetkej hmoty.
HMOTA SA RIADÍ VEDOMÍM
Na prelome 20. a 21. storočia sa v teoretickej fyzike objavili nové myšlienky, ktoré umožňujú vysvetliť podivné vlastnosti elementárne častice. Častice sa môžu objaviť z dutiny a náhle zmiznúť. Vedci pripúšťajú možnosť existencie paralelných vesmírov. Možno sa častice pohybujú z jednej vrstvy vesmíru do druhej. Na vývoji týchto myšlienok sa podieľajú známe osobnosti ako Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind.
Podľa pojmov teoretickej fyziky vesmír pripomína hniezdnu bábiku, ktorá pozostáva z mnohých hniezdiacich bábik - vrstiev. Ide o varianty vesmírov – paralelné svety. Tie vedľa seba sú si veľmi podobné. Ale čím sú vrstvy od seba ďalej, tým je medzi nimi menej podobností. Teoreticky, na presun z jedného vesmíru do druhého nie sú potrebné vesmírne lode. Všetko možné možnosti umiestnené jeden v druhom. Prvýkrát tieto myšlienky vyslovili vedci v polovici 20. storočia. Na prelome 20. a 21. storočia dostali matematické potvrdenie. Dnes sú takéto informácie verejnosťou ľahko prijímané. Pred pár stovkami rokov ich však za takéto vyhlásenia mohli upáliť na hranici alebo vyhlásiť za bláznov.
Všetko vzniká z prázdnoty. Všetko je v pohybe. Položky sú ilúzia. Hmota sa skladá z energie. Všetko je vytvorené myšlienkou. Tieto objavy kvantovej fyziky neobsahujú nič nové. Toto všetko vedeli už starí mudrci. V mnohých mystických náukách, ktoré boli považované za tajné a boli dostupné len zasvätencom, sa hovorilo, že nie je rozdiel medzi myšlienkami a predmetmi.Všetko na svete je plné energie. Vesmír reaguje na myšlienky. Energia nasleduje pozornosť.
To, na čo sústredíte svoju pozornosť, sa začína meniť. Tieto myšlienky v rôznych formuláciách sú uvedené v Biblii, starovekých gnostických textoch, v mystických náukách, ktoré vznikli v Indii a Južná Amerika. Stavitelia starovekých pyramíd to uhádli. Tieto znalosti sú kľúčom k novým technológiám, ktoré sa dnes používajú na manipuláciu reality.
Naše telo je poľom energie, informácií a mysle, ktoré je v stave neustálej dynamickej výmeny s životné prostredie. Impulzy mysle neustále, každú sekundu, dávajú telu nové formy, aby sa prispôsobilo meniacim sa požiadavkám života.
Z pohľadu kvantovej fyziky je naše fyzické telo pod vplyvom našej mysle schopné urobiť kvantový skok z jedného biologického veku do druhého bez toho, aby prešlo všetkými medzivekami. publikovaný
P.S. A pamätajte, že len zmenou vašej spotreby spoločne meníme svet! © econet
Nikto na tomto svete nerozumie tomu, čo je kvantová mechanika. To je možno to najdôležitejšie, čo o nej treba vedieť. Samozrejme, mnohí fyzici sa naučili používať zákony a dokonca predpovedať javy na základe kvantových výpočtov. Stále však nie je jasné, prečo pozorovateľ experimentu určuje správanie systému a núti ho zaujať jeden z dvoch stavov.
Tu je niekoľko príkladov experimentov s výsledkami, ktoré sa pod vplyvom pozorovateľa nevyhnutne zmenia. Ukazujú, že kvantová mechanika sa prakticky zaoberá zásahom vedomého myslenia do materiálnej reality.
V súčasnosti existuje veľa interpretácií kvantovej mechaniky, ale kodanská interpretácia je snáď najznámejšia. V 20. rokoch 20. storočia sformulovali jeho všeobecné postuláty Niels Bohr a Werner Heisenberg.
Základom kodanskej interpretácie bola vlnová funkcia. Ide o matematickú funkciu obsahujúcu informácie o všetkých možných stavoch kvantového systému, v ktorom súčasne existuje. Podľa Kodanskej interpretácie stav systému a jeho polohu voči iným stavom možno určiť len pozorovaním (vlnová funkcia sa používa len na matematický výpočet pravdepodobnosti, že sa systém nachádza v jednom alebo druhom stave).
Dá sa povedať, že po pozorovaní sa kvantový systém stáva klasickým a okamžite prestáva existovať v iných stavoch, ako bol ten, v ktorom bol pozorovaný. Tento záver si našiel svojich odporcov (spomeňte si na slávne Einsteinovo „Boh nehrá kocky“), no presnosť výpočtov a predpovedí mala predsa len svoje.
Napriek tomu počet priaznivcov kodanskej interpretácie klesá a hlavným dôvodom je záhadný okamžitý kolaps vlnovej funkcie počas experimentu. Slávny myšlienkový experiment Erwina Schrödingera s úbohou mačkou by mal demonštrovať absurdnosť tohto javu. Pripomeňme si detaily.
Vo vnútri čiernej skrinky sedí čierna mačka a s ňou liekovka s jedom a mechanizmus, ktorý dokáže náhodne uvoľniť jed. Napríklad rádioaktívny atóm počas rozpadu môže rozbiť bublinu. Presný čas rozpadu atómu nie je známy. Známy je len polčas rozpadu, počas ktorého dochádza k rozpadu s pravdepodobnosťou 50 %.
Je zrejmé, že pre vonkajšieho pozorovateľa je mačka vo vnútri krabice v dvoch stavoch: buď je živá, ak všetko prebehlo dobre, alebo mŕtva, ak došlo k rozkladu a fľaštička sa rozbila. Oba tieto stavy sú opísané vlnovou funkciou mačky, ktorá sa časom mení.
Čím viac času uplynulo, tým je to pravdepodobnejšie rádioaktívny rozpad Stalo. No akonáhle otvoríme krabicu, vlnová funkcia skolabuje a my okamžite vidíme výsledky tohto neľudského experimentu.
V skutočnosti, kým pozorovateľ neotvorí krabicu, mačka bude nekonečne balansovať medzi životom a smrťou, alebo bude živá aj mŕtva. O jej osude možno rozhodnúť iba v dôsledku konania pozorovateľa. Na túto absurditu poukázal Schrödinger.
Podľa prieskumu medzi známymi fyzikmi, ktorý uskutočnila Nové York Times, experiment elektrónovej difrakcie je jednou z najúžasnejších štúdií v histórii vedy. Aká je jeho povaha? Existuje zdroj, ktorý vysiela lúč elektrónov na fotocitlivú obrazovku. A týmto elektrónom stojí v ceste prekážka, medená platňa s dvoma štrbinami.
Aký obraz môžeme očakávať na obrazovke, ak sú pre nás elektróny zvyčajne reprezentované ako malé nabité guľôčky? Dva pruhy oproti štrbinám v medenej doske. Ale v skutočnosti sa na obrazovke objaví oveľa zložitejší vzor striedajúcich sa bielych a čiernych pruhov. Je to spôsobené tým, že pri prechode štrbinou sa elektróny začnú správať nielen ako častice, ale aj ako vlny (fotóny alebo iné svetelné častice, ktoré môžu byť zároveň vlnou, sa správajú rovnako).
Tieto vlny interagujú v priestore, narážajú a navzájom sa posilňujú, a v dôsledku toho sa na obrazovke zobrazuje zložitý vzor striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Zároveň sa výsledok tohto experimentu nemení, aj keď elektróny prechádzajú jeden po druhom - aj jedna častica môže byť vlna a prechádzať cez dve štrbiny súčasne. Tento postulát bol jedným z hlavných v kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky, keď častice môžu súčasne demonštrovať svoje „obyčajné“ fyzikálne vlastnosti a exotické vlastnosti ako vlna.
Ale čo pozorovateľ? Práve on robí tento mätúci príbeh ešte mätúcim. Keď sa fyzici v experimentoch, ako je tento, pokúsili použiť prístroje na určenie, ktorou štrbinou elektrón skutočne prechádza, obraz na obrazovke sa dramaticky zmenil a stal sa „klasickým“: s dvoma osvetlenými časťami priamo oproti štrbinám bez akýchkoľvek striedajúcich sa pruhov.
Zdalo sa, že elektróny sa zdráhali odhaliť svoju vlnovú povahu pozornému oku prizerajúcich sa. Vyzerá to ako tajomstvo zahalené tmou. Existuje však jednoduchšie vysvetlenie: pozorovanie systému nemožno vykonávať bez fyzického vplyvu naň. Budeme o tom diskutovať neskôr.
Experimenty s difrakciou častíc sa robili nielen s elektrónmi, ale aj s inými, oveľa väčšími objektmi. Používali sa napríklad fullerény, veľké a uzavreté molekuly pozostávajúce z niekoľkých desiatok atómov uhlíka. Nedávno sa skupina vedcov z Viedenskej univerzity pod vedením profesora Zeilingera pokúsila do týchto experimentov zahrnúť prvok pozorovania. Aby to urobili, ožiarili pohybujúce sa molekuly fullerénu laserovými lúčmi. Potom, zahrievané vonkajším zdrojom, molekuly začali žiariť a nevyhnutne odrážali svoju prítomnosť pre pozorovateľa.
Spolu s touto inováciou sa zmenilo aj správanie molekúl. Pred takýmto komplexným pozorovaním sa fullerény celkom úspešne vyhýbali prekážke (vykazujúcej vlnové vlastnosti), podobne ako v predchádzajúcom príklade s elektrónmi narážajúcimi na obrazovku. Ale s prítomnosťou pozorovateľa sa fullerény začali správať ako fyzikálne častice, ktoré dokonale dodržiavajú zákony.
Jedným z najznámejších zákonov vo svete kvantovej fyziky je Heisenbergov princíp neurčitosti, podľa ktorého nie je možné určiť rýchlosť a polohu kvantového objektu súčasne. Čím presnejšie zmeriame hybnosť častice, tým presnejšie dokážeme zmerať jej polohu. Avšak v našom makroskopickom reálny svet platnosť kvantových zákonov pôsobiacich na drobné častice zvyčajne zostáva nepovšimnutá.
Nedávne experimenty prof. Schwaba z USA sú veľmi cenným príspevkom k tejto oblasti. Kvantové efekty v týchto experimentoch sa nepreukázali na úrovni elektrónov alebo molekúl fullerénu (ktorých približný priemer je 1 nm), ale pri viac veľké zariadenia, drobná hliníková páska. Táto páska bola upevnená na oboch stranách, takže jej stred bol v zavesenom stave a mohol vibrovať pod vonkajším vplyvom. Okrem toho bolo v blízkosti umiestnené zariadenie schopné presne zaznamenať polohu pásky. Výsledkom experimentu bolo objavených niekoľko zaujímavých vecí. Po prvé, akékoľvek meranie týkajúce sa polohy objektu a pozorovania pásky ju ovplyvnilo, po každom meraní sa poloha pásky zmenila.
Experimentátori určili súradnice pásky s vysokou presnosťou, a tak v súlade s Heisenbergovým princípom zmenili jej rýchlosť a tým aj následnú polohu. Po druhé, a celkom neočakávane, niektoré merania viedli k ochladeniu pásky. Pozorovateľ teda môže meniť fyzikálne vlastnosti predmetov už len ich prítomnosťou.
Ako viete, nestabilné rádioaktívne častice sa rozpadajú nielen pri pokusoch s mačkami, ale aj samostatne. Každá častica má priemernú životnosť, ktorá sa, ako sa ukazuje, môže pod drobnohľadom pozorovateľa predĺžiť. Tento kvantový efekt bol predpovedaný už v 60. rokoch a jeho brilantný experimentálny dôkaz sa objavil v článku publikovanom skupinou vedenou kandidát na Nobelovu cenu vo fyzike Wolfgang Ketterle z Massachusettského technologického inštitútu.
V tejto práci sa študoval rozpad nestabilných excitovaných atómov rubídia. Ihneď po príprave systému boli atómy excitované pomocou laserového lúča. Pozorovanie prebiehalo v dvoch režimoch: kontinuálnom (systém bol neustále vystavený malým svetelným impulzom) a pulznom (systém bol z času na čas ožarovaný silnejšími impulzmi).
Získané výsledky plne súhlasili s teoretickými predpoveďami. Vonkajšie svetelné efekty spomaľujú rozpad častíc a vracajú ich do pôvodného stavu, ktorý je vzdialený od stavu rozpadu. Veľkosť tohto efektu sa tiež zhodovala s predpoveďami. Maximálna životnosť nestabilných excitovaných atómov rubídia sa zvýšila 30-krát.
Elektróny a fullerény prestávajú vykazovať svoje vlnové vlastnosti, hliníkové platne sa ochladzujú a nestabilné častice spomaľujú ich rozpad. Pozorné oko diváka doslova mení svet. Prečo to nemôže byť dôkazom zapojenia našej mysle do práce sveta? Možno mali Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakúsky fyzik, laureát Nobelovej ceny, priekopník kvantovej mechaniky) predsa len pravdu, keď povedali, že zákony fyziky a vedomia by sa mali považovať za vzájomne sa dopĺňajúce?
Sme len krôčik od toho, aby sme si uvedomili, že svet okolo nás je len iluzórnym produktom našej mysle. Predstava je to desivá a lákavá. Skúsme sa opäť obrátiť na fyzikov. Najmä v posledných rokoch, keď čoraz menej ľudí verí kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky s jej záhadnými vlnovými kolapsmi, ktoré sa obracia na svetskejšiu a spoľahlivejšiu dekoherenciu.
Faktom je, že pri všetkých týchto experimentoch s pozorovaniami experimentátori nevyhnutne ovplyvňovali systém. Osvetlili ho laserom a nainštalovali meracie prístroje. Boli jednotní dôležitý princíp: Nemôžete pozorovať systém alebo merať jeho vlastnosti bez interakcie s ním. Akákoľvek interakcia je proces úpravy vlastností. Najmä keď je malý kvantový systém vystavený kolosálnym kvantovým objektom. Nejaký večne neutrálny budhistický pozorovateľ je z princípu nemožný. A tu vstupuje do hry pojem „dekoherencia“, ktorý je z hľadiska termodynamiky nezvratný: kvantové vlastnosti systému sa menia pri interakcii s iným veľkým systémom.
Počas tejto interakcie kvantový systém stráca svoje pôvodné vlastnosti a stáva sa klasickým, akoby „poslúchal“ veľký systém. To vysvetľuje aj paradox Schrödingerovej mačky: mačka je priveľa veľký systém, takže nemôže byť izolovaná od zvyšku sveta. Samotný dizajn tohto myšlienkového experimentu nie je úplne správny.
V každom prípade, ak predpokladáme realitu aktu stvorenia vedomím, dekoherencia sa javí ako oveľa pohodlnejší prístup. Možno až príliš pohodlné. S týmto prístupom sa celý klasický svet stáva jedným veľkým dôsledkom dekoherencie. A ako uviedol autor jednej z najznámejších kníh v tejto oblasti, takýto prístup logicky vedie k výrokom ako „na svete nie sú žiadne častice“ alebo „na základnej úrovni neexistuje čas“.
Čo je pravda: v tvorcovi-pozorovateľovi alebo v silnej dekoherencii? Musíme si vybrať medzi dvoma zlami. Napriek tomu sú vedci čoraz viac presvedčení, že kvantové efekty sú prejavom našich duševných procesov. A kde končí pozorovanie a začína realita, závisí od každého z nás.
Klasická fyzika, ktorá existovala pred vynálezom kvantovej mechaniky, popisuje prírodu v obyčajnom (makroskopickom) meradle. Väčšina teórií klasickej fyziky sa dá odvodiť ako aproximácia fungujúca na mierkach, na ktoré sme zvyknutí. Kvantová fyzika (je to aj kvantová mechanika) sa líši od klasickej vedy tým, že energia, hybnosť, moment hybnosti a ďalšie veličiny pripojený systém obmedzené na diskrétne hodnoty (kvantizácia). Objekty majú špeciálne vlastnosti ako vo forme častíc, tak aj vo forme vĺn (dualita vlnových častíc). Aj v tejto vede existujú hranice presnosti, s ktorou je možné merať veličiny (princíp neistoty).
Dá sa povedať, že po nástupe kvantovej fyziky nastala v exaktných vedách akási revolúcia, ktorá umožnila prehodnotiť a rozobrať všetky staré zákony, ktoré boli predtým považované za nespochybniteľné pravdy. Je to dobré alebo zlé? Možno je to dobré, pretože skutočná veda by nikdy nemala stáť na mieste.
„Kvantová revolúcia“ však bola akýmsi úderom pre fyzikov zo starej školy, ktorí sa museli vyrovnať s tým, že to, v čo verili predtým, sa ukázalo byť len súborom mylných a archaických teórií, ktoré potrebovali naliehavú revízia a prispôsobenie sa novej realite. Väčšina fyzikov s nadšením prijala tieto nové myšlienky o známej vede a prispela k jej štúdiu, rozvoju a implementácii. Kvantová fyzika dnes určuje dynamiku celej vedy ako celku. Pokročilé experimentálne projekty (ako Veľký hadrónový urýchľovač) vznikli práve kvôli nej.
Čo možno povedať o základoch kvantovej fyziky? Postupne sa vynoril z rôznych teórií určených na vysvetlenie javov, ktoré nebolo možné zosúladiť s klasickou fyzikou, ako napríklad riešenie Maxa Plancka v roku 1900 a jeho prístup k problému žiarenia mnohých vedeckých problémov a súlad medzi energiou a frekvenciou v článku z roku 1905 Albert Einstein, ktorý vysvetlil fotoelektrické efekty. Raná teória kvantovej fyziky bola dôkladne prepracovaná v polovici 20. rokov 20. storočia Wernerom Heisenbergom, Maxom Bornom a ďalšími. Moderná teória formulované v rôznych špeciálne vyvinutých matematických konceptoch. V jednom z nich nám aritmetická funkcia (alebo vlnová funkcia) poskytuje komplexnú informáciu o amplitúde pravdepodobnosti umiestnenia impulzu.
Vedecký výskum Vlnová podstata svetla začala pred viac ako 200 rokmi, keď veľkí a uznávaní vedci tej doby navrhli, rozvinuli a dokázali teóriu svetla na základe vlastných experimentálnych pozorovaní. Nazvali to vlna.
V roku 1803 slávny angl vedec Thomas Young uskutočnil svoj slávny dvojitý experiment, ktorého výsledkom je jeho slávne dielo „O povahe svetla a farieb“, ktoré zohralo obrovskú úlohu pri formovaní súčasné myšlienky o týchto nám všetkým známym javom. Tento experiment zohral hlavnú úlohu vo všeobecnom prijatí tejto teórie.
Takéto experimenty sú často opísané v rôznych knihách, napríklad „Základy kvantovej fyziky pre figuríny“. Moderné experimenty s urýchľovaním elementárnych častíc, napríklad hľadanie Higgsovho bozónu vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (skrátene LHC) sa vykonávajú práve preto, aby sa našli praktické potvrdenie mnohých čisto teoretických kvantových teórií.
V roku 1838 Michael Faraday na radosť celého sveta objavil katódové lúče. Po týchto senzačných štúdiách nasledovalo vyhlásenie o probléme žiarenia, takzvané „čierne teleso“ (1859), ktoré vytvoril Gustav Kirchhoff, ako aj slávny predpoklad Ludwiga Boltzmanna, že energetické stavy akéhokoľvek fyzikálneho systému môžu tiež byť diskrétny (1877). Neskôr sa objavila kvantová hypotéza vyvinutá Maxom Planckom (1900). Považuje sa za jeden zo základov kvantovej fyziky. Odvážne tvrdenie, že energia môže byť emitovaná aj absorbovaná v diskrétnych „kvantách“ (alebo energetických balíčkoch), je presne v súlade s pozorovateľnými vzormi žiarenia čierneho telesa.
Veľký prínos do kvantovej fyziky priniesol svetoznámy Albert Einstein. Pod dojmom kvantových teórií vyvinul svoju vlastnú. Všeobecná teória relativity – tak sa to volá. Objavy v kvantovej fyzike ovplyvnili aj vývoj špeciálnej teórie relativity. Mnohí vedci v prvej polovici minulého storočia začali študovať túto vedu na návrh Einsteina. Bola vtedy v popredí, každý ju mal rád, každý sa o ňu zaujímal. Niet sa čomu čudovať, veď uzavrela toľko „dier“ v klasickej fyzikálnej vede (vytvorila však aj nové), ponúkla vedecké zdôvodnenie cestovania v čase, telekinézy, telepatie a paralelných svetov.
Akákoľvek udalosť alebo stav závisí priamo od pozorovateľa. Zvyčajne sa takto stručne vysvetľujú základy kvantovej fyziky ľuďom, ktorí majú ďaleko od exaktných vied. V skutočnosti je však všetko oveľa komplikovanejšie.
To je v dokonalom súlade s mnohými okultnými a náboženskými tradíciami, ktoré po stáročia trvali na schopnosti ľudí ovplyvňovať okolité dianie. Určitým spôsobom je to základ aj pre vedecké vysvetlenie mimozmyslového vnímania, pretože teraz sa nezdá absurdné tvrdenie, že človek (pozorovateľ) je schopný ovplyvňovať fyzikálne deje silou myšlienky.
Každý vlastný stav pozorovateľnej udalosti alebo objektu zodpovedá vlastnému vektoru pozorovateľa. Ak je spektrum operátora (pozorovateľa) diskrétne, pozorovaný objekt môže dosiahnuť iba diskrétny vlastné hodnoty. To znamená, že predmet pozorovania, ako aj jeho charakteristiky sú úplne určené práve týmto operátorom.
Na rozdiel od klasickej klasickej mechaniky (alebo fyziky) nie je možné simultánne predpovedať konjugované premenné, ako je poloha a hybnosť. Napríklad elektróny sa môžu (s určitou pravdepodobnosťou) nachádzať približne v určitej oblasti priestoru, ale ich presná matematická poloha je v skutočnosti neznáma.
Obrysy konštantnej hustoty pravdepodobnosti, často označované ako "oblaky", môžu byť nakreslené okolo jadra atómu, aby sa konceptualizovalo, kde sa elektrón s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza. Heisenbergov princíp neistoty dokazuje neschopnosť presne lokalizovať časticu vzhľadom na jej konjugovanú hybnosť. Niektoré modely v tejto teórii majú čisto abstraktný výpočtový charakter a neimplikujú aplikovanú hodnotu. Často sa však používajú na výpočet zložitých interakcií na úrovni a iných jemných záležitostí. Okrem toho toto odvetvie fyziky umožnilo vedcom predpokladať možnosť skutočnej existencie mnohých svetov. Snáď ich budeme môcť čoskoro vidieť.
Zákony kvantovej fyziky sú veľmi rozsiahle a rozmanité. Prelínajú sa s myšlienkou vlnových funkcií. Niektoré špeciálne vytvárajú rozptyl pravdepodobností, ktorý je vo svojej podstate konštantný alebo nezávislý od času, napríklad keď sa v stacionárnom stave energie zdá, že čas mizne vzhľadom na vlnovú funkciu. Toto je jeden z efektov kvantovej fyziky, ktorá je pre ňu zásadná. Zaujímavým faktom je, že fenomén času bol v tejto nezvyčajnej vede radikálne revidovaný.
Existuje však niekoľko spoľahlivých spôsobov, ako vyvinúť riešenia potrebné na prácu so vzorcami a teóriami v kvantovej fyzike. Jedna z takýchto metód, bežne známa ako „teória porúch“, využíva analytický výsledok pre elementárny kvantový mechanický model. Bol vytvorený, aby priniesol výsledky z experimentov s cieľom vyvinúť ešte zložitejší model, ktorý súvisí s jednoduchším modelom. Tu je rekurzia.
Tento prístup je dôležitý najmä v teórii kvantového chaosu, ktorá je mimoriadne populárna na interpretáciu rôznych udalostí v mikroskopickej realite.
Základom sú pravidlá kvantovej mechaniky. Tvrdia, že priestor na nasadenie systému je absolútne zásadný (má skalárny produkt). Ďalším tvrdením je, že efekty pozorované týmto systémom sú zároveň zvláštnymi operátormi, ktoré ovplyvňujú vektory práve v tomto médiu. Nepovedia nám však, v ktorom Hilbertovom priestore alebo ktorí operátori existujú tento moment. Môžu byť zvolené vhodne na získanie kvantitatívneho popisu kvantového systému.
Od vzniku tejto nezvyčajnej vedy mnohé antiintuitívne aspekty a výsledky štúdia kvantovej mechaniky vyvolali hlasné filozofické debaty a mnohé interpretácie. Aj zásadné otázky, akými sú pravidlá výpočtu rôznych amplitúd a rozdelení pravdepodobnosti, si zaslúžia rešpekt verejnosti a mnohých popredných vedcov.
Napríklad jedného dňa smutne poznamenal, že si vôbec nie je istý, či niekto z vedcov vôbec rozumie kvantovej mechanike. Podľa Stevena Weinberga v súčasnosti neexistuje žiadna univerzálna interpretácia kvantovej mechaniky. To naznačuje, že vedci vytvorili „monštrum“, aby plne pochopili a vysvetlili existenciu, ktorej sami nie sú schopní. To však nijako nepoškodzuje relevantnosť a popularitu tejto vedy, ale priťahuje mladých odborníkov, ktorí chcú riešiť skutočne zložité a nepochopiteľné problémy.
Kvantová mechanika si navyše vynútila úplnú revíziu objektívnych fyzikálnych zákonov vesmíru, čo je dobrá správa.
Podľa tejto interpretácie už nie je potrebná štandardná definícia kauzality, ktorú poznáme z klasickej fyziky. Podľa kvantových teórií kauzalita v pre nás obvyklom zmysle vôbec neexistuje. Všetky fyzikálne javy v nich sú vysvetlené z pohľadu interakcie najmenších elementárnych častíc na subatomárnej úrovni. Táto oblasť je napriek zdanlivej nepravdepodobnosti mimoriadne perspektívna.
Čo možno povedať o vzťahu medzi kvantovou fyzikou a ľudským vedomím? Krásne je to napísané v knihe, ktorú napísal Robert Anton Wilson v roku 1990 s názvom Kvantová psychológia.
Podľa teórie uvedenej v knihe sú všetky procesy prebiehajúce v našom mozgu determinované zákonmi opísanými v tomto článku. To znamená, že ide o akýsi pokus o prispôsobenie teórie kvantovej fyziky psychológii. Táto teória sa považuje za paravedeckú a akademická obec ju neuznáva.
Wilsonova kniha je pozoruhodná tým, že v nej poskytuje súbor rôznych techník a praktík, ktoré do istej miery potvrdzujú jeho hypotézu. Tak či onak, čitateľ sa musí sám rozhodnúť, či verí alebo neverí v životaschopnosť takýchto pokusov aplikovať matematické a fyzikálne modely na humanitné vedy.
Niektorí brali Wilsonovu knihu ako pokus ospravedlniť mystické myslenie a spojiť ho s vedecky overenými novodobými fyzikálnymi formuláciami. Toto veľmi netriviálne a nápadné dielo je žiadané už viac ako 100 rokov. Kniha vychádza, prekladá a číta sa po celom svete. Ktovie, možno sa s rozvojom kvantovej mechaniky zmení aj postoj vedeckej komunity ku kvantovej psychológii.
Vďaka tejto pozoruhodnej teórii, ktorá sa čoskoro stala samostatnou vedou, sme mohli skúmať okolitú realitu na úrovni subatomárnych častíc. Toto je najmenšia úroveň zo všetkých možných, úplne neprístupná nášmu vnímaniu. To, čo fyzici predtým vedeli o našom svete, si vyžaduje okamžitú revíziu. S týmto súhlasí úplne každý. Ukázalo sa, že rôzne častice môžu navzájom interagovať na úplne nepredstaviteľné vzdialenosti, ktoré môžeme merať iba zložitými matematickými vzorcami.
Okrem toho kvantová mechanika (a kvantová fyzika) dokázala možnosť mnohých paralelných realít, cestovania v čase a iných vecí, ktoré boli v histórii považované len za sci-fi. Je to nepochybne obrovský prínos nielen pre vedu, ale aj pre budúcnosť ľudstva.
Pre milovníkov vedeckého obrazu sveta môže byť táto veda priateľom aj nepriateľom. Faktom je, že kvantová teória otvára široké možnosti pre rôzne špekulácie na paravedeckú tému, ako sa už ukázalo na príklade jednej z alternatívnych psychologických teórií. Niektorí moderní okultisti, ezoterici a priaznivci alternatívnych náboženských a duchovných hnutí (najčastejšie psychokultov) sa obracajú k teoretickým konštrukciám tejto vedy, aby dokázali racionalitu a pravdivosť svojich mystických teórií, presvedčení a praktík.
Ide o bezprecedentný prípad, keď jednoduché myšlienky teoretikov a abstraktné matematické vzorce viedli k skutočnému vedecká revolúcia a vytvoril novú vedu, ktorá prečiarkla všetko, čo bolo predtým známe. Kvantová fyzika do istej miery vyvrátila zákony aristotelovskej logiky, pretože ukázala, že pri výbere „buď-alebo“ existuje ešte jedna (alebo možno niekoľko) alternatív.
