Niko na ovom svetu ne razume ?ta je kvantna mehanika. Ovo je mo?da najva?nija stvar koju treba znati o njoj. Naravno, mnogi fizi?ari su nau?ili da koriste zakone, pa ?ak i da predvi?aju fenomene zasnovane na kvantnom ra?unarstvu. Ali i dalje je nejasno za?to posmatra? eksperimenta odre?uje pona?anje sistema i tera ga da zauzme jedno od dva stanja.

Evo nekoliko primjera eksperimenata s rezultatima koji ?e se neizbje?no mijenjati pod utjecajem promatra?a. Oni pokazuju da se kvantna mehanika prakti?no bavi intervencijom svjesne misli u materijalnu stvarnost.

Danas postoje mnoga tuma?enja kvantne mehanike, ali Kopenha?ka interpretacija je mo?da najpoznatija. Tokom 1920-ih, njegove generalne postulate formulirali su Niels Bohr i Werner Heisenberg.

Osnova Kopenhagenske interpretacije bila je valna funkcija. Ovo je matemati?ka funkcija koja sadr?i informacije o svim mogu?im stanjima kvantnog sistema u kojem on postoji istovremeno. Prema Kopenhagenskoj interpretaciji, stanje sistema i njegov polo?aj u odnosu na druga stanja mogu se odrediti samo posmatranjem (talasna funkcija se koristi samo za matemati?ki izra?unavanje vjerovatno?e da sistem bude u jednom ili drugom stanju).

Mo?e se re?i da nakon posmatranja kvantni sistem postaje klasi?an i odmah prestaje da postoji u drugim stanjima od onog u kojem je posmatran. Ovaj zaklju?ak je na?ao svoje protivnike (sjetite se ?uvenog Ajn?tajnova "Bog ne igra kockice"), ali je ta?nost prora?una i predvi?anja ipak imala svoje.

Ipak, broj pristalica Kopenhagenske interpretacije opada, a glavni razlog za to je misteriozni trenutni kolaps valne funkcije tokom eksperimenta. ?uveni misaoni eksperiment Erwina Schr?dingera sa siroma?nom ma?kom trebao bi pokazati apsurdnost ovog fenomena. Prisjetimo se detalja.

Unutar crne kutije sedi crna ma?ka i sa njom bo?ica otrova i mehanizam koji mo?e nasumi?no otpustiti otrov. Na primjer, radioaktivni atom tokom raspada mo?e razbiti mehur. Ta?no vrijeme raspada atoma nije poznato. Poznato je samo vrijeme poluraspada, tokom kojeg dolazi do raspadanja s vjerovatno?om od 50%.

O?igledno, za vanjskog posmatra?a, ma?ka unutar kutije je u dva stanja: ili je ?iva, ako je sve pro?lo u redu, ili mrtva, ako je do?lo do raspadanja i bo?ica se pokvarila. Oba ova stanja su opisana ma?jom talasnom funkcijom, koja se menja tokom vremena.

?to je vi?e vremena pro?lo, ve?a je vjerovatno?a da je do?lo do radioaktivnog raspada. Ali ?im otvorimo kutiju, valna funkcija se uru?ava i odmah vidimo rezultate ovog nehumanog eksperimenta.

Zapravo, sve dok posmatra? ne otvori kutiju, ma?ka ?e beskona?no balansirati izme?u ?ivota i smrti, ili ?e biti i ?iva i mrtva. Njegova sudbina se mo?e odrediti samo kao rezultat radnji posmatra?a. Na ovu apsurdnost ukazao je Schr?dinger.

Prema istra?ivanju poznatih fizi?ara The New York Timesa, eksperiment difrakcije elektrona jedna je od najnevjerovatnijih studija u historiji nauke. Kakva je njegova priroda? Postoji izvor koji emituje snop elektrona na fotoosetljivi ekran. A na putu ovih elektrona postoji prepreka, bakarna plo?a sa dva proreza.

Kakvu sliku mo?emo o?ekivati na ekranu ako nam se elektroni obi?no predstavljaju kao male nabijene kuglice? Dvije trake nasuprot utorima na bakrenoj plo?i. Ali u stvari, na ekranu se pojavljuje mnogo slo?eniji uzorak naizmjeni?nih bijelih i crnih pruga. To je zbog ?injenice da se pri prolasku kroz prorez elektroni po?inju pona?ati ne samo kao ?estice, ve? i kao valovi (fotoni ili druge svjetlosne ?estice koje istovremeno mogu biti valovi pona?aju se na isti na?in).

Ovi valovi me?usobno djeluju u prostoru, sudaraju se i poja?avaju jedni druge, a kao rezultat, na ekranu se prikazuje slo?eni uzorak naizmjeni?nih svijetlih i tamnih pruga. U isto vrijeme, rezultat ovog eksperimenta se ne mijenja, ?ak i ako elektroni prolaze jedan po jedan - ?ak i jedna ?estica mo?e biti val i pro?i kroz dva proreza u isto vrijeme. Ovaj postulat bio je jedan od glavnih u kopenhagenskoj interpretaciji kvantne mehanike, kada ?estice mogu istovremeno pokazati svoja "obi?na" fizi?ka svojstva i egzoti?na svojstva poput vala.

Ali ?ta je sa posmatra?em? On je taj koji ovu zbunjuju?u pri?u ?ini jo? zbunijom. Kada su fizi?ari u ovakvim eksperimentima poku?ali pomo?u instrumenata utvrditi kroz koji prorez zapravo prolazi elektron, slika na ekranu se dramati?no promijenila i postala "klasi?na": sa dva osvijetljena dijela direktno nasuprot proreza, bez ikakvih naizmjeni?nih pruga.

?inilo se da elektroni nerado otkrivaju svoju talasnu prirodu budnom oku posmatra?a. Izgleda kao misterija obavijena tamom. Ali postoji jednostavnije obja?njenje: posmatranje sistema se ne mo?e izvr?iti bez fizi?kog uticaja na njega. O tome ?emo razgovarati kasnije.

2. Zagrijani fulerini

Eksperimenti o difrakciji ?estica vo?eni su ne samo sa elektronima, ve? i sa drugim, mnogo ve?im objektima. Na primjer, kori?teni su fulereni, veliki i zatvoreni molekuli koji se sastoje od nekoliko desetina atoma ugljika. Nedavno je grupa nau?nika sa Univerziteta u Be?u, predvo?ena profesorom Zeilingerom, poku?ala da uklju?i element posmatranja u ove eksperimente. Da bi to u?inili, zra?ili su pokretne molekule fulerena laserskim zrakama. Zatim, zagrijani vanjskim izvorom, molekuli su po?eli svijetliti i neizbje?no odra?avati svoje prisustvo promatra?u.

Uz ovu inovaciju, promijenilo se i pona?anje molekula. Prije ovako sveobuhvatnog promatranja, fulereni su prili?no uspje?no izbjegavali prepreku (pokazuju?i valna svojstva), sli?no kao u prethodnom primjeru kada su elektroni udarili u ekran. Ali uz prisustvo posmatra?a, fulereni su se po?eli pona?ati kao fizi?ke ?estice koje se savr?eno pridr?avaju zakona.

3. Mjerenje hla?enja

Jedan od najpoznatijih zakona u svijetu kvantne fizike je Heisenbergov princip nesigurnosti, prema kojem je nemogu?e istovremeno odrediti brzinu i polo?aj kvantnog objekta. ?to preciznije mjerimo impuls ?estice, to manje precizno mo?emo izmjeriti njen polo?aj. Me?utim, u na?em makroskopskom stvarnom svijetu, valjanost kvantnih zakona koji djeluju na sitne ?estice obi?no ostaje neprimije?ena.

Nedavni eksperimenti prof. Schwaba iz SAD-a daju veoma vrijedan doprinos ovoj oblasti. Kvantni efekti u ovim eksperimentima nisu demonstrirani na nivou elektrona ili molekula fulerena (koji imaju pribli?ni pre?nik od 1 nm), ve? na ve?im objektima, si?u?noj aluminijumskoj vrpci. Ova traka je pri?vr??ena s obje strane tako da je njena sredina bila u opu?tenom stanju i mogla vibrirati pod vanjskim utjecajem. Pored toga, u blizini je postavljen i ure?aj koji mo?e precizno zabilje?iti polo?aj trake. Kao rezultat eksperimenta otkriveno je nekoliko zanimljivih stvari. Prvo, svako mjerenje vezano za polo?aj objekta i posmatranje trake utjecalo je na njega, nakon svakog mjerenja polo?aj trake se mijenjao.

Eksperimentatori su sa velikom precizno??u odredili koordinate trake i tako, u skladu s Heisenbergovim principom, promijenili njenu brzinu, a time i kasniji polo?aj. Drugo, sasvim neo?ekivano, neka mjerenja su dovela do hla?enja trake. Dakle, promatra? mo?e promijeniti fizi?ke karakteristike objekata samim njihovim prisustvom.

4. Zamrzavanje ?estica

Kao ?to znate, nestabilne radioaktivne ?estice se raspadaju ne samo u eksperimentima s ma?kama, ve? i same. Svaka ?estica ima prosje?an vijek trajanja, koji se, kako se ispostavilo, mo?e pove?ati pod budnim okom posmatra?a. Ovaj kvantni efekat je predvi?en jo? 60-ih godina, a njegov briljantni eksperimentalni dokaz pojavio se u radu koji je objavila grupa koju je predvodio nobelovac za fiziku Wolfgang Ketterle sa Massachusetts Institute of Technology.

U ovom radu prou?avan je raspad nestabilnih pobu?enih atoma rubidijuma. Neposredno nakon pripreme sistema, atomi su pobu?eni laserskim snopom. Posmatranje se odvijalo u dva na?ina: kontinuiranom (sistem je stalno bio izlo?en malim svjetlosnim impulsima) i impulsnom (sistem je s vremena na vrijeme zra?en sna?nijim impulsima).

Dobijeni rezultati su se u potpunosti slagali sa teorijskim predvi?anjima. Vanjski svjetlosni efekti usporavaju raspadanje ?estica, vra?aju?i ih u prvobitno stanje, koje je daleko od stanja raspadanja. Veli?ina ovog efekta se tako?e poklopila sa predvi?anjima. Maksimalni ?ivotni vijek nestabilnih pobu?enih atoma rubidijuma pove?an je za faktor 30.

5. Kvantna mehanika i svijest

Elektroni i fulereni prestaju da pokazuju svoja talasna svojstva, aluminijumske plo?e se hlade, a nestabilne ?estice usporavaju njihov raspad. Budno oko posmatra?a bukvalno menja svet. Za?to ovo ne mo?e biti dokaz uklju?enosti na?eg uma u rad svijeta? Mo?da su Carl Jung i Wolfgang Pauli (austrijski fizi?ar, nobelovac, pionir kvantne mehanike) ipak bili u pravu kada su rekli da zakone fizike i svijesti treba smatrati komplementarnim jedni drugima?

Na korak smo od spoznaje da je svijet oko nas jednostavno iluzorni proizvod na?eg uma. Ideja je zastra?uju?a i primamljiva. Poku?ajmo se ponovo obratiti fizi?arima. Pogotovo posljednjih godina, kada sve manje ljudi vjeruje da se kopenha?ka interpretacija kvantne mehanike sa svojom misterioznom valnom funkcijom uru?ava, okre?u?i se svjetovnijoj i pouzdanijoj dekoherenciji.

?injenica je da su u svim ovim eksperimentima sa zapa?anjima eksperimentatori neizbe?no uticali na sistem. Zapalili su ga laserom i postavili mjerne instrumente. Objedinio ih je va?an princip: ne mo?ete posmatrati sistem ili meriti njegova svojstva bez interakcije s njim. Svaka interakcija je proces modifikacije svojstava. Naro?ito kada je si?u?ni kvantni sistem izlo?en kolosalnim kvantnim objektima. Neki vje?no neutralni budisti?ki posmatra? je u principu nemogu?. I ovdje dolazi do izra?aja termin "dekoherencija", koji je nepovratan sa stanovi?ta termodinamike: kvantne osobine sistema se mijenjaju prilikom interakcije s drugim velikim sistemom.

Tokom ove interakcije, kvantni sistem gubi svoja prvobitna svojstva i postaje klasi?an, kao da se "pokorava" velikom sistemu. Ovo tako?e obja?njava paradoks ?redingerove ma?ke: ma?ka je prevelik sistem, tako da se ne mo?e izolovati od ostatka sveta. Sam dizajn ovog misaonog eksperimenta nije sasvim ispravan.

U svakom slu?aju, ako pretpostavimo stvarnost ?ina stvaranja putem svijesti, ?ini se da je dekoherencija mnogo prikladniji pristup. Mo?da ?ak i previ?e zgodno. Sa ovim pristupom, cijeli klasi?ni svijet postaje jedna velika posljedica dekoherencije. A kako je naveo autor jedne od najpoznatijih knjiga u ovoj oblasti, takav pristup logi?no dovodi do izjava poput „nema ?estica na svijetu“ ili „nema vremena na fundamentalnom nivou“.

?ta je istina: u stvaraocu-posmatra?u ili mo?noj dekoherenciji? Moramo birati izme?u dva zla. Ipak, nau?nici su sve vi?e uvjereni da su kvantni efekti manifestacija na?ih mentalnih procesa. A gde zavr?ava posmatranje i po?inje stvarnost zavisi od svakog od nas.

U ovom ?lanku ?emo dati korisne savjete za u?enje kvantna fizika za lutke. Hajde da odgovorimo u ?emu bi trebalo da bude pristup u?enje kvantne fizike za po?etnike.

Kvantna fizika- ovo je prili?no slo?ena disciplina, koju nije lako svima asimilirati. Ipak, fizika kao predmet je zanimljiva i korisna, pa stoga kvantna fizika (http://www.cyberforum.ru/quantum-physics/) pronalazi svoje obo?avatelje koji su spremni da je prou?avaju i kao rezultat toga imaju prakti?ne koristi. Da biste lak?e nau?ili gradivo, potrebno je krenuti od samog po?etka, odnosno od najjednostavnijih ud?benika kvantne fizike za po?etnike. To ?e vam omogu?iti da steknete dobru osnovu za znanje, a istovremeno dobro strukturirate svoje znanje u svojoj glavi.

Samou?enje morate zapo?eti dobrom literaturom. Upravo je knji?evnost ta koja je odlu?uju?i faktor u procesu sticanja znanja i osigurava njegov kvalitet. Kvantna mehanika je od posebnog interesa i mnogi po?inju svoje studije od nje. Svako treba da zna fiziku, jer je to nauka o ?ivotu, koja obja?njava mnoge procese i ?ini ih razumljivim drugima.

Imajte na umu da kada po?nete da prou?avate kvantnu fiziku, morate imati znanja iz matematike i fizike, jer bez njih jednostavno ne mo?ete. Bilo bi dobro ako imate priliku kontaktirati nastavnika kako biste prona?li odgovore na va?a pitanja. Ako to nije mogu?e, mo?ete poku?ati razjasniti situaciju na specijaliziranim forumima. Forumi tako?e mogu biti veoma korisni u u?enju.

Kada se odlu?ite za izbor ud?benika, budite spremni na ?injenicu da je prili?no kompliciran i da ?ete ga morati ne samo pro?itati, ve? udubiti u sve ?to je u njemu napisano. Kako se na kraju treninga ne bi pojavila misao da je to sve znanje koje nikome nije potrebno, poku?ajte svaki put povezati teoriju sa praksom. Tako?er je va?no unaprijed odrediti svrhu zbog koje ste po?eli u?iti kvantnu fiziku, kako biste sprije?ili pomisao o beskorisnosti ste?enog znanja. Ljudi se dijele u dvije kategorije: ljudi kojima je kvantna fizika zanimljiva i korisna tema i oni koji to ne ?ine. Odaberite sami kojoj kategoriji pripadate i u skladu s tim odredite ima li mjesta za kvantnu fiziku u va?em ?ivotu ili ne. Uvijek mo?ete ostati na nivou po?etnika u prou?avanju kvantne fizike, ili mo?ete posti?i pravi uspjeh, sve je u va?im rukama.

Prije svega odaberite zaista zanimljive i kvalitetne materijale o fizici. Neke od njih mo?ete prona?i na linkovima ispod.
I to je sve za sada! Nau?ite kvantnu fiziku na zanimljiv na?in i nemojte biti ?ajnik!

• Prevod

Od pojave kvantne teorije 1900-ih, svi pri?aju o neobi?nosti ove teorije, ka?e Owen Maroney, fizi?ar sa Univerziteta u Oksfordu. Kako dozvoljava ?esticama i atomima da se kre?u u vi?e smjerova u isto vrijeme, ili da se rotiraju u smjeru kazaljke na satu i suprotno od kazaljke na satu u isto vrijeme. Ali rije?i ne mogu ni?ta dokazati. "Ako javnosti ka?emo da je kvantna teorija vrlo ?udna, moramo eksperimentalno testirati ovu tvrdnju", ka?e Maruni. „U suprotnom, mi se ne bavimo naukom, ve? pri?amo o svakojakim ?kripcima na tabli."

To je ono ?to je navelo Marunija i druge da razviju novu seriju eksperimenata kako bi otkrili su?tinu valne funkcije – misteriozne su?tine u osnovi kvantnih neobi?nosti. Na papiru, valna funkcija je jednostavno matemati?ki entitet, ozna?en slovom psi (PS) (jedan od tih ?golja), i koristi se za opisivanje kvantnog pona?anja ?estica. U zavisnosti od eksperimenta, talasna funkcija omogu?ava nau?nicima da izra?unaju verovatno?u da se elektron vidi na odre?enoj lokaciji, ili ?anse da je njegov spin gore ili dole. Ali matematika ne govori ?ta je zapravo talasna funkcija. Je li to ne?to fizi?ko? Ili samo ra?unski alat za rad sa neznanjem posmatra?a o stvarnom svijetu?

Testovi koji se koriste za odgovor na pitanje su vrlo suptilni i jo? uvijek moraju dati kona?an odgovor. Ali istra?iva?i su optimisti?ni da je rasplet blizu. I kona?no ?e mo?i da odgovore na pitanja koja decenijama mu?e sve. Mo?e li ?estica zaista biti na vi?e mjesta u isto vrijeme? Da li je svemir stalno podijeljen na paralelne svjetove, od kojih svaki ima svoju alternativnu verziju? Postoji li uop?e ne?to ?to se zove "objektivna stvarnost"?

„Takva pitanja se prije ili kasnije pojave za svakoga“, ka?e Alessandro Fedrici, fizi?ar sa Univerziteta Queensland (Australija). "?ta je stvarno stvarno?"

Sporovi o su?tini stvarnosti po?eli su jo? kada su fizi?ari otkrili da su talas i ?estica samo dve strane istog nov?i?a. Klasi?an primjer je eksperiment sa dvostrukim prorezom, gdje se pojedina?ni elektroni ispaljuju u barijeru koja ima dva proreza: elektron se pona?a kao da prolazi kroz dva proreza u isto vrijeme, stvaraju?i prugasti interferencijski uzorak s druge strane. Godine 1926. austrijski fizi?ar Erwin Schr?dinger osmislio je talasnu funkciju da opi?e ovo pona?anje i izveo jedna?inu koja se mo?e izra?unati za svaku situaciju. Ali ni on ni bilo ko drugi nije mogao ni?ta re?i o prirodi ove funkcije.

Milost u neznanju

Sa prakti?ne ta?ke gledi?ta, njegova priroda nije va?na. Kopenha?ka interpretacija kvantne teorije, koju su 1920-ih stvorili Niels Bohr i Werner Heisenberg, koristi valnu funkciju jednostavno kao alat za predvi?anje rezultata promatranja, bez razmi?ljanja o tome ?to se doga?a u stvarnosti. „Fizi?ari se ne mogu kriviti za ovo pona?anje 'za?epi i broji', jer je dovelo do zna?ajnih otkri?a u nuklearnoj i atomskoj fizici, fizici ?vrstog stanja i fizici ?estica," ka?e Jean Brickmont, statisti?ki fizi?ar sa Katoli?kog univerziteta u Belgiji. “Zato se ljudima savjetuje da ne brinu o fundamentalnim pitanjima.”

Ali neki ljudi i dalje brinu. Do 1930-ih, Ajn?tajn je odbacio kopenhagensko tuma?enje, ne samo zato ?to je dozvoljavalo dvema ?esticama da zaplete svoje talasne funkcije, ?to je dovelo do situacije u kojoj merenja jedne od njih mogu trenutno da daju stanje drugoj, ?ak i ako su razdvojene ogromne udaljenosti. Kako ne bi trpio ovu "zastra?uju?u interakciju na daljinu", Einstein je radije vjerovao da su valne funkcije ?estica nepotpune. Rekao je da mo?da ?estice imaju neke skrivene varijable koje odre?uju rezultat mjerenja, a koje kvantna teorija nije primijetila.

Eksperimenti su od tada pokazali izvodljivost zastra?uju?e interakcije na daljinu, ?to odbacuje koncept skrivenih varijabli. ali to nije sprije?ilo druge fizi?are da ih tuma?e na svoj na?in. Ova tuma?enja dijele se u dva tabora. Neki se sla?u sa Einsteinom da valna funkcija odra?ava na?e neznanje. To je ono ?to filozofi nazivaju psi-epistemi?kim modelima. Drugi vide talasnu funkciju kao stvarnu stvar - psioni?ke modele.

Da biste razumjeli razliku, razmotrite misaoni eksperiment koji je Schr?dinger opisao u pismu Einsteinu iz 1935. godine. Ma?ka je u ?eli?noj kutiji. Kutija sadr?i uzorak radioaktivnog materijala koji ima 50% ?anse da emituje produkt raspada u jednom satu, i aparat koji ?e otrovati ma?ku ako se proizvod otkrije. Budu?i da je radioaktivni raspad doga?aj na kvantnom nivou, pi?e Schr?dinger, pravila kvantne teorije ka?u da na kraju sata talasna funkcija unutra?njosti kutije mora biti mje?avina mrtve i ?ive ma?ke.

„Grubo govore?i“, blago ka?e Fedrichi, „u psiholo?ko-epistemi?kom modelu, ma?ka u kutiji je ili ?iva ili mrtva, a mi to jednostavno ne znamo jer je kutija zatvorena.“ I u ve?ini psioni?kih modela postoji slaganje sa tuma?enjem iz Kopenhagena: sve dok posmatra? ne otvori kutiju, ma?ka ?e biti i ?iva i mrtva u isto vreme.

Ali tu argument dolazi do vrhunca. Koje je tuma?enje istinito? Na ovo pitanje je te?ko odgovoriti eksperimentalno jer je razlika izme?u modela vrlo suptilna. Oni bi u su?tini trebali predvidjeti isti kvantni fenomen kao vrlo uspje?na interpretacija u Kopenhagenu. Endrju Vajt, fizi?ar sa Univerziteta Kvinslend, ka?e da je u njegovoj 20-godi?njoj karijeri u kvantnoj tehnologiji "ovaj problem bio kao ogromna glatka planina bez izbo?ina na koje se ne biste mogli popeti".

Sve se promijenilo 2011. godine, objavljivanjem teoreme kvantnog mjerenja, koja je, ?ini se, eliminirala pristup „talasne funkcije kao neznanja“. Ali nakon detaljnijeg ispitivanja, pokazalo se da im ova teorema ostavlja dovoljno prostora za manevrisanje. Ipak, to je inspirisalo fizi?are da ozbiljno razmisle o na?inima rje?avanja spora testiranjem realnosti valne funkcije. Maruni je ve? razvio eksperiment koji je u principu funkcionirao, a on i njegove kolege ubrzo su prona?li na?in da ga provedu u praksi. Eksperiment su pro?le godine izveli Fedrici, White i drugi.

Da biste razumjeli ideju testa, zamislite dva ?pila karata. Jedan sadr?i samo crvene boje, drugi samo asove. „Dobijate kartu i tra?ite da pogodite iz kojeg je ?pila“, ka?e Martin Ringbauer, fizi?ar sa istog univerziteta. Ako je crveni as, "postoji skretnica i ne mo?ete sa sigurno??u re?i." Ali ako znate koliko je karata u svakom ?pilu, mo?ete izra?unati koliko ?e se ?esto dogoditi takva dvosmislena situacija.

Fizika u opasnosti

Ista dvosmislenost se de?ava iu kvantnim sistemima. Nije uvijek mogu?e otkriti, na primjer, kako je foton polariziran jednim mjerenjem. "U stvarnom ?ivotu, lako je razlikovati zapad od juga od zapada, ali u kvantnim sistemima to nije tako lako", ka?e Vajt. Prema standardnom tuma?enju iz Kopenhagena, nema smisla pitati se o polarizaciji, jer pitanje nema odgovor - dok jo? jedno mjerenje ne utvrdi ta?no odgovor. Ali prema modelu „valna funkcija kao neznanje“ pitanje ima smisla - samo u eksperimentu, kao i u onom sa ?pilom karata, nema dovoljno informacija. Kao i kod mapa, mogu?e je predvidjeti koliko se nejasno?a mo?e objasniti takvim neznanjem i uporediti s velikim brojem nejasno?a koje dozvoljava standardna teorija.

To je upravo ono ?to su Fedrichi i tim testirali. Grupa je izmjerila polarizaciju i druga svojstva u snopu fotona i prona?la nivo ukr?tanja koji se ne mo?e objasniti modelima "neznanja". Rezultat podr?ava alternativnu teoriju - ako objektivna stvarnost postoji, tada postoji i valna funkcija. „Impresivno da je tim uspeo da re?i tako slo?en problem sa tako jednostavnim eksperimentom“, ka?e Andrea Alberti, fizi?ar sa Univerziteta u Bonu (Nema?ka).

Zaklju?ak jo? nije urezan u granit: budu?i da su detektori uhvatili samo petinu fotona kori?tenih u testu, treba pretpostaviti da su se izgubljeni fotoni pona?ali na potpuno isti na?in. Ovo je jaka pretpostavka i grupa sada radi na na?inima da smanji gubitke i proizvede kona?niji rezultat. U me?uvremenu, Maruni tim sa Oksforda radi sa Univerzitetom Novog Ju?nog Velsa (Australija) na repliciranju ovog eksperimenta sa ionima koje je lak?e pratiti. „U narednih ?est mjeseci imat ?emo neospornu verziju ovog eksperimenta“, ka?e Maruni.

Ali ?ak i ako uspiju i pobijede modeli „valne funkcije kao stvarnosti“, onda ti modeli imaju razli?ite opcije. Eksperimentatori ?e morati da izaberu jedan od njih.

Jedno od najranijih tuma?enja napravio je 1920-ih Francuz Louis de Broglie, a pro?irio 1950-ih Amerikanac David Bohm. Prema Broglie-Bohmovim modelima, ?estice imaju odre?enu lokaciju i svojstva, ali su vo?ene odre?enim "pilot valom", koji je definiran kao valna funkcija. Ovo obja?njava eksperiment dvostrukog proreza, budu?i da pilot val mo?e pro?i kroz oba proreza i proizvesti interferencijski uzorak, iako sam elektron, povu?en njime, prolazi samo kroz jedan od dva proreza.

Godine 2005. ovaj model je dobio neo?ekivanu podr?ku. Fizi?ari Emmanuel Fort, sada na Institutu Langevin u Parizu, i Yves Codier sa Pariskog univerziteta Diderot, pitali su studente ?ta misle da je jednostavan problem: postaviti eksperiment u kojem bi se kapi ulja koje padnu na poslu?avnik spojile zbog na vibracije tacne. Na iznena?enje svih oko kapi, po?eli su se stvarati valovi dok je poslu?avnik vibrirao na odre?enoj frekvenciji. „Kapi su po?ele da se kre?u same od sebe na sopstvenim talasima“, ka?e Fort. “Bio je to dvostruki objekt – ?estica koju je povukao val.”

Od tada, Fort i Coudier su pokazali da takvi valovi mogu voditi svoje ?estice u eksperimentu sa dvostrukim prorezom to?no onako kako predvi?a teorija pilot valova, i mogu reproducirati druge kvantne efekte. Ali to ne dokazuje postojanje pilot talasa u kvantnom svetu. „Re?eno nam je da su takvi efekti nemogu?i u klasi?noj fizici“, ka?e Fort. “I ovdje smo pokazali ?ta je mogu?e.”

Drugi skup modela zasnovanih na stvarnosti, razvijen 1980-ih, poku?ava da objasni sna?nu razliku u svojstvima izme?u velikih i malih objekata. „Za?to elektroni i atomi mogu biti na dva mjesta u isto vrijeme, a stolovi, stolice, ljudi i ma?ke ne mogu“, ka?e Angelo Basi, fizi?ar sa Univerziteta u Trstu (Italija). Poznate kao "modeli kolapsa", ove teorije ka?u da su valne funkcije pojedina?nih ?estica stvarne, ali mogu izgubiti svoja kvantna svojstva i dovesti ?esticu u odre?eni polo?aj u prostoru. Modeli su konstruisani na na?in da su ?anse za takav kolaps izuzetno male za jednu ?esticu, tako da na atomskom nivou dominiraju kvantni efekti. Ali vjerovatno?a kolapsa brzo raste kada se ?estice kombinuju, a makroskopski objekti potpuno gube svoja kvantna svojstva i pona?aju se prema zakonima klasi?ne fizike.

Jedan od na?ina da se ovo testira je tra?enje kvantnih efekata u velikim objektima. Ako je standardna kvantna teorija ta?na, onda nema ograni?enja veli?ine. A fizi?ari su ve? uradili eksperiment sa dvostrukim prorezom s velikim molekulima. Ali ako su modeli kolapsa ta?ni, tada kvantni efekti ne?e biti vidljivi izvan odre?ene mase. Razli?ite grupe planiraju da tra?e ovu masu koriste?i hladne atome, molekule, metalne klastere i nano?estice. Nadaju se da ?e do?i do rezultata u narednih deset godina. "Ono ?to je cool kod ovih eksperimenata je to ?to ?emo kvantnu teoriju staviti na egzaktne testove tamo gdje jo? nije testirana", ka?e Maruni.

Parallel Worlds

Jedan model “talasne funkcije kao stvarnosti” ve? je poznat i voljen od strane pisaca nau?ne fantastike. Ovo je interpretacija mnogih svjetova koju je 1950-ih razvio Hugh Everett, koji je tada bio student na Univerzitetu Princeton u New Jerseyu. U ovom modelu, valna funkcija toliko sna?no odre?uje razvoj stvarnosti da se svakim kvantnim mjerenjem svemir dijeli na paralelne svjetove. Drugim rije?ima, kada otvorimo kutiju s ma?kom, stvaramo dva Univerzuma - jedan sa mrtvom ma?kom, a drugi sa ?ivom.

Te?ko je odvojiti ovu interpretaciju od standardne kvantne teorije, jer se njihova predvi?anja poklapaju. Ali pro?le godine, Howard Wiseman sa Univerziteta Griffith u Brisbaneu i kolege do?li su do modela multiverzuma koji se mo?e testirati. U njihovom modelu ne postoji valna funkcija - ?estice se pokoravaju klasi?noj fizici, Newtonovim zakonima. A ?udni efekti kvantnog svijeta pojavljuju se jer postoje odbojne sile izme?u ?estica i njihovih klonova u paralelnim svemirima. „Sila odbijanja izme?u njih stvara talase koji se ?ire kroz sve paralelne svetove“, ka?e Vajzman.

Koriste?i kompjutersku simulaciju u kojoj je stupio u interakciju 41 univerzum, pokazali su da model grubo reproducira nekoliko kvantnih efekata, uklju?uju?i putanje ?estica u eksperimentu sa dvostrukim prorezom. Sa pove?anjem broja svjetova, obrazac interferencije te?i stvarnom. Budu?i da se predvi?anja teorije razlikuju ovisno o broju svjetova, ka?e Wiseman, mogu?e je testirati da li je model multiverzuma ispravan – to jest, da ne postoji valna funkcija i da stvarnost funkcionira prema klasi?nim zakonima.

Budu?i da valna funkcija nije potrebna u ovom modelu, ona ?e ostati odr?iva ?ak i ako budu?i eksperimenti isklju?e modele "neznanja". Pored njega, opstat ?e i drugi modeli, na primjer, Kopenha?ka interpretacija, koja tvrdi da ne postoji objektivna realnost, ve? samo prora?uni.

Ali tada ?e, kako ka?e Vajt, ovo pitanje postati predmet prou?avanja. I dok jo? niko ne zna kako to u?initi, „ono ?to bi bilo zaista interesantno je da se razvije test koji provjerava imamo li uop?e objektivnu stvarnost“.

Sigurno ste ?uli mnogo puta o neobja?njivim misterijama kvantne fizike i kvantne mehanike. Njegovi zakoni fasciniraju misticizmom, a ?ak i sami fizi?ari priznaju da ih ne razumiju u potpunosti. S jedne strane, znati?eljno je razumjeti ove zakone, ali s druge strane, nema vremena za ?itanje vi?etomnih i slo?enih knjiga o fizici. Jako vas razumijem, jer i ja volim znanje i potragu za istinom, ali za sve knjige itekako nema dovoljno vremena. Niste sami, mnogi radoznali ljudi upisuju u liniju za pretragu: „kvantna fizika za lutke, kvantna mehanika za lutke, kvantna fizika za po?etnike, kvantna mehanika za po?etnike, osnove kvantne fizike, osnove kvantne mehanike, kvantna fizika za djecu, ?ta je kvantna mehanika". Ovaj post je za vas.

Razumjet ?ete osnovne koncepte i paradokse kvantne fizike. Iz ?lanka ?ete nau?iti:

• ?ta je kvantna fizika i kvantna mehanika?
• ?ta je smetnja?
• ?ta je kvantna zapetljanost (ili kvantna teleportacija za lutke)? (vidi ?lanak)
• ?ta je misaoni eksperiment Schr?dingerove ma?ke? (vidi ?lanak)

Kvantna mehanika je dio kvantne fizike.

Za?to je tako te?ko razumjeti ove nauke? Odgovor je jednostavan: kvantna fizika i kvantna mehanika (dio kvantne fizike) prou?avaju zakone mikrosvijeta. I ovi zakoni su apsolutno druga?iji od zakona na?eg makrokosmosa. Stoga nam je te?ko zamisliti ?ta se de?ava sa elektronima i fotonima u mikrokosmosu.

Primjer razlike izme?u zakona makro- i mikrosvijeta: u na?em makrokosmosu, ako stavite loptu u jednu od 2 kutije, onda ?e jedna od njih biti prazna, a druga - lopta. Ali u mikrokosmosu (ako je umjesto lopte - atom), atom mo?e biti istovremeno u dvije kutije. Ovo je vi?e puta eksperimentalno potvr?eno. Nije li te?ko to ubaciti u svoju glavu? Ali ne mo?ete se raspravljati sa ?injenicama.

Jo? jedan primjer. Fotografirali ste brzi trka?i crveni sportski automobil i na fotografiji ste vidjeli mutnu horizontalnu traku, kao da je automobil u trenutku fotografije bio iz nekoliko ta?aka u svemiru. Uprkos onome ?to vidite na fotografiji, i dalje ste sigurni da je automobil bio u trenutku kada ste ga fotografisali. na jednom odre?enom mestu u prostoru. Nije tako u mikro svijetu. Elektron koji se okre?e oko jezgra atoma zapravo se ne okre?e, ve? locirane istovremeno u svim ta?kama sfere oko jezgra atoma. Kao labavo namotano klupko pahuljaste vune. Ovaj koncept u fizici se zove "elektronski oblak" .

Mala digresija u istoriju. Po prvi put, nau?nici su razmi?ljali o kvantnom svetu kada je 1900. godine nema?ki fizi?ar Maks Plank poku?ao da otkrije za?to metali menjaju boju kada se zagreju. On je bio taj koji je uveo koncept kvanta. Prije toga, nau?nici su mislili da svjetlost putuje neprekidno. Prva osoba koja je ozbiljno shvatila Planckovo otkri?e bio je tada nepoznati Albert Ajn?tajn. Shvatio je da svetlost nije samo talas. Ponekad se pona?a kao ?estica. Ajn?tajn je dobio Nobelovu nagradu za otkri?e da se svetlost emituje u delovima, kvantima. Kvant svjetlosti naziva se foton ( foton, Wikipedia) .

Kako bismo lak?e razumjeli kvantne zakone fizike i mehanika (Wikipedia), potrebno je, u odre?enom smislu, apstrahovati od nama poznatih zakona klasi?ne fizike. I zamislite da ste zaronili, kao Alisa, niz ze?ju rupu, u Zemlju ?uda.

A evo i crtanog filma za djecu i odrasle. Govori o fundamentalnom eksperimentu kvantne mehanike sa 2 proreza i posmatra?em. Traje samo 5 minuta. Pogledajte prije nego ?to u?emo u osnovna pitanja i koncepte kvantne fizike.

Kvantna fizika za lutke video. U crtanom filmu obratite pa?nju na "oko" posmatra?a. To je postala ozbiljna misterija za fizi?are.

?ta je smetnja?

Na po?etku crti?a, na primjeru teku?ine, prikazano je kako se valovi pona?aju - na ekranu iza plo?e s utorima pojavljuju se naizmjeni?no tamne i svijetle okomite pruge. A u slu?aju kada se diskretne ?estice (na primjer, kamen?i?i) "pucaju" na plo?u, one lete kroz 2 proreza i udaraju u ekran direktno nasuprot utora. I "nacrtajte" na ekranu samo 2 okomite pruge.

Smetnje svetlosti- Ovo je "talasno" pona?anje svjetlosti, kada se na ekranu prikazuje puno naizmjeni?nih svijetlih i tamnih vertikalnih pruga. I te okomite pruge naziva interferencijski obrazac.

U na?em makrokosmosu ?esto primje?ujemo da se svjetlost pona?a kao talas. Ako stavite ruku ispred svije?e, tada na zidu ne?e biti jasne sjene od ruke, ve? s mutnim konturama.

Dakle, nije sve tako te?ko! Sada nam je sasvim jasno da svjetlost ima talasnu prirodu, a ako su 2 proreza osvijetljena svjetlo??u, onda ?emo na ekranu iza njih vidjeti interferencijski uzorak. Sada razmotrite 2. eksperiment. Ovo je poznati Stern-Gerlach eksperiment (koji je izveden 20-ih godina pro?log stolje?a).

U instalaciji opisanoj u crti?u nisu sijali svjetlo??u, ve? su "pucali" elektronima (kao odvojene ?estice). Tada, po?etkom pro?log veka, fizi?ari ?irom sveta verovali su da su elektroni elementarne ?estice materije i da ne bi trebalo da imaju talasnu prirodu, ve? istu kao i kamen?i?i. Na kraju krajeva, elektroni su elementarne ?estice materije, zar ne? Odnosno, ako su "ba?eni" u 2 utora, poput kamen?i?a, onda bi na ekranu iza utora trebali vidjeti 2 okomite pruge.

Ali… Rezultat je bio zapanjuju?i. Nau?nici su vidjeli uzorak interferencije - puno vertikalnih pruga. Odnosno, elektroni, kao i svjetlost, mogu imati i talasnu prirodu, mogu interferirati. S druge strane, postalo je jasno da svjetlost nije samo talas, ve? i ?estica - foton (iz istorijske pozadine na po?etku ?lanka saznali smo da je Ajn?tajn za ovo otkri?e dobio Nobelovu nagradu).

Mo?da se sje?ate da su nam u ?koli govorili o fizici "dualizam ?estica-talas"? To zna?i da kada su u pitanju vrlo male ?estice (atomi, elektroni) mikrosvijeta, onda oni su i talasi i ?estice

Danas smo ti i ja toliko pametni i razumijemo da su 2 gore opisana eksperimenta - ispaljivanje elektrona i osvjetljavanje proreza svjetlom - jedno te isto. Zato ?to ispaljujemo kvantne ?estice na proreze. Sada znamo da su i svjetlost i elektroni kvantne prirode, i valovi i ?estice u isto vrijeme. I po?etkom 20. veka rezultati ovog eksperimenta bili su senzacija.

Pa?nja! Sada pre?imo na suptilnije pitanje.

Sjajmo na na?im prorezima strujom fotona (elektrona) - i vidimo interferencijski uzorak (vertikalne pruge) iza proreza na ekranu. Jasno je. Ali nas zanima da vidimo kako svaki od elektrona leti kroz prorez.

Pretpostavlja se da jedan elektron leti u lijevi prorez, drugi udesno. Ali tada bi se 2 okomite trake trebale pojaviti na ekranu direktno nasuprot utora. Za?to se dobija interferentni obrazac? Mo?da elektroni na neki na?in interaguju jedni s drugima ve? na ekranu nakon ?to prolete kroz proreze. A rezultat je takav talasni uzorak. Kako ovo mo?emo pratiti?

Ne?emo bacati elektrone u snop, ve? jedan po jedan. Baci ga, cekaj, ispusti sledeceg. Sada, kada elektron leti sam, vi?e ne?e mo?i da komunicira na ekranu sa drugim elektronima. Registrova?emo na ekranu svaki elektron nakon bacanja. Jedan ili dva nam, naravno, ne?e „naslikati“ jasnu sliku. Ali kada jednog po jednog po?aljemo puno njih u proreze, primijetit ?emo ... o u?as - opet su "nacrtali" interferentni talasni obrazac!

Po?injemo polako da ludujemo. Uostalom, o?ekivali smo da ?e nasuprot utora biti 2 okomite pruge! Ispostavilo se da kada smo bacali fotone jedan po jedan, svaki od njih je pro?ao, takore?i, kroz 2 proreza u isto vrijeme i interferirao sam sa sobom. Fikcija! Vratit ?emo se na obja?njenje ovog fenomena u sljede?em dijelu.

?ta je spin i superpozicija?

Sada znamo ?ta je smetnja. Ovo je valno pona?anje mikro?estica - fotona, elektrona, drugih mikro?estica (nazovimo ih od sada fotonima radi jednostavnosti).

Kao rezultat eksperimenta, kada smo 1 foton bacili u 2 proreza, shvatili smo da on leti kao da kroz dva proreza istovremeno. Kako druga?ije objasniti obrazac interferencije na ekranu?

Ali kako zamisliti sliku da foton leti kroz dva proreza u isto vrijeme? Postoje 2 opcije.

• 1. opcija: foton, poput talasa (kao voda) "lebdi" kroz 2 proreza u isto vreme
• 2. opcija: foton, poput ?estice, leti istovremeno du? 2 putanje (?ak ne dvije, ve? sve odjednom)

U principu, ove izjave su ekvivalentne. Stigli smo do "integralnog puta". Ovo je formulacija kvantne mehanike Richarda Feynmana.

Usput, ta?no Richard Feynman pripada dobro poznatom izrazu da sa sigurno??u mo?emo re?i da niko ne razumije kvantnu mehaniku

Ali ovaj njegov izraz djelovao je na po?etku stolje?a. Ali sada smo pametni i znamo da se foton mo?e pona?ati i kao ?estica i kao talas. Da mo?e da leti kroz 2 slota istovremeno na neki nama neshvatljiv na?in. Stoga ?e nam biti lako razumjeti sljede?u va?nu izjavu kvantne mehanike:

Strogo govore?i, kvantna mehanika nam govori da je ovakvo pona?anje fotona pravilo, a ne izuzetak. Bilo koja kvantna ?estica je, po pravilu, istovremeno u vi?e stanja ili u vi?e ta?aka u prostoru.

Objekti makrosvijeta mogu biti samo na jednom odre?enom mjestu iu jednom odre?enom stanju. Ali kvantna ?estica postoji po sopstvenim zakonima. I nije ju briga ?to ih mi ne razumijemo. Ovo je poenta.

Ostaje nam da jednostavno prihvatimo kao aksiom da "superpozicija" kvantnog objekta zna?i da on mo?e biti na 2 ili vi?e putanja u isto vrijeme, u 2 ili vi?e ta?aka u isto vrijeme

Isto va?i i za drugi parametar fotona - spin (sopstveni ugaoni moment). Spin je vektor. Kvantni objekt se mo?e zamisliti kao mikroskopski magnet. Navikli smo na ?injenicu da je vektor magneta (spin) usmjeren ili gore ili dolje. Ali elektron ili foton nam opet govori: „Momci, nije nas briga na ?ta ste navikli, mo?emo biti u oba stanja okretanja odjednom (vektor gore, vektor dolje), kao ?to mo?emo biti na 2 putanje na u isto vrijeme ili u 2 to?ke u isto vrijeme!

?to je "mjerenje" ili "kolaps valne funkcije"?

Ostaje nam jo? malo - da shvatimo ?ta je "merenje", a ?ta "kolaps talasne funkcije".

valna funkcija je opis stanja kvantnog objekta (na? foton ili elektron).

Pretpostavimo da imamo elektron, on leti do samog sebe u neodre?enom stanju, njegov okret je usmjeren i gore i dolje u isto vrijeme. Moramo da izmerimo njegovo stanje.

Izmjerimo pomo?u magnetnog polja: elektroni ?iji je spin bio usmjeren u smjeru polja ?e odstupiti u jednom smjeru, a elektroni ?iji je spin usmjeren protiv polja ?e odstupiti u drugom smjeru. Fotoni se tako?er mogu poslati na polarizacijski filter. Ako je spin (polarizacija) fotona +1, on prolazi kroz filter, a ako je -1, onda ne.

Stani! Tu se neminovno postavlja pitanje: prije mjerenja, na kraju krajeva, elektron nije imao nikakav poseban smjer okretanja, zar ne? Je li bio u svim dr?avama u isto vrijeme?

Ovo je trik i senzacija kvantne mehanike.. Sve dok ne mjerite stanje kvantnog objekta, on se mo?e rotirati u bilo kojem smjeru (imati bilo koji smjer vlastitog vektora ugaonog momenta - spin). Ali u trenutku kada ste izmjerili njegovo stanje, ?ini se da odlu?uje koji ?e spin vektor uzeti.

Ovaj kvantni objekat je tako kul - donosi odluku o svom stanju. I ne mo?emo unaprijed predvidjeti kakvu ?e odluku donijeti kada uleti u magnetsko polje u kojem ga mjerimo. Vjerovatno?a da on odlu?i da ima vektor spina "gore" ili "dolje" je 50 do 50%. Ali ?im se odlu?i, nalazi se u odre?enom stanju s odre?enim smjerom okretanja. Razlog za njegovu odluku je na?a "dimenzija"!

ovo se zove " kolaps talasne funkcije". Talasna funkcija prije mjerenja je bila neodre?ena, tj. vektor spina elektrona bio je istovremeno u svim pravcima, nakon merenja, elektron je fiksirao odre?eni pravac svog vektora spina.

Pa?nja! Odli?an primjer-asocijacija iz na?eg makrokosmosa za razumijevanje:

Vrtite nov?i? na stolu kao vrh. Dok se nov?i? vrti, nema odre?eno zna?enje - glava ili rep. Ali ?im odlu?ite da "izmjerite" ovu vrijednost i zalupite nov?i? rukom, ovdje ?ete dobiti specifi?no stanje nov?i?a - glava ili rep. Sada zamislite da ovaj nov?i? odlu?uje koju ?e vam vrijednost "pokazati" - glavu ili rep. Elektron se pona?a pribli?no na isti na?in.

Sada se prisjetite eksperimenta prikazanog na kraju crti?a. Kada su fotoni prolazili kroz proreze, pona?ali su se kao talas i pokazivali interferencijski obrazac na ekranu. A kada su nau?nici hteli da fiksiraju (izmere) trenutak kada fotoni prolaze kroz prorez i stave „posmatra?a“ iza ekrana, fotoni su po?eli da se pona?aju ne kao talasi, ve? kao ?estice. I "nacrtane" 2 okomite trake na ekranu. One. u trenutku mjerenja ili posmatranja, kvantni objekti sami biraju u kakvom stanju trebaju biti.

Fikcija! Nije li?

Ali to nije sve. Kona?no mi do?ao do najzanimljivijeg.

Ali ... ?ini mi se da ?e do?i do preoptere?enja informacijama, pa ?emo ova 2 koncepta razmotriti u zasebnim postovima:

• ?ta ?
• ?ta je misaoni eksperiment.

A sada, da li ?elite da se informacije stave na police? Pogledajte dokumentarac Kanadskog instituta za teorijsku fiziku. Za 20 minuta ?e vam vrlo kratko i hronolo?kim redom ispri?ati sva otkri?a kvantne fizike, po?ev?i od otkri?a Plancka 1900. godine. A onda ?e vam re?i koji se prakti?ni razvoj trenutno provode na osnovu znanja kvantne fizike: od najpreciznijih atomskih satova do superbrzih prora?una kvantnog kompjutera. Toplo preporu?ujem gledanje ovog filma.

Vidimo se!

?elim vam svima inspiraciju za sve va?e planove i projekte!

P.S.2 Napi?ite svoja pitanja i mi?ljenja u komentarima. Napi?ite, koja vas jo? pitanja o kvantnoj fizici zanimaju?

P.S.3 Pretplatite se na blog - obrazac za pretplatu ispod ?lanka.

Klasi?na fizika, koja je postojala prije pronalaska kvantne mehanike, opisuje prirodu na obi?noj (makroskopskoj) skali. Ve?ina teorija u klasi?noj fizici mo?e se izvesti kao aproksimacija koja djeluje na skali na koju smo navikli. Kvantna fizika (tako?er je kvantna mehanika) razlikuje se od klasi?ne nauke po tome ?to su energija, impuls, ugaoni moment i druge veli?ine spregnutog sistema ograni?ene na diskretne vrijednosti (kvantizacija). Objekti imaju posebne karakteristike kako u obliku ?estica tako iu obliku talasa (dvostrukost talasnih ?estica). Tako?e u ovoj nauci postoje ograni?enja ta?nosti sa kojom se veli?ine mogu meriti (princip nesigurnosti).

Mo?e se re?i da se nakon pojave kvantne fizike dogodila svojevrsna revolucija u egzaktnim naukama, koja je omogu?ila preispitivanje i analizu svih starih zakona koji su se ranije smatrali neospornim istinama. Da li je to dobro ili lo?e? Mo?da je to i dobro, jer prava nauka nikada ne bi trebalo da miruje.

Me?utim, "kvantna revolucija" je bila svojevrsni udarac za fizi?are stare ?kole, koji su se morali pomiriti s ?injenicom da se ono u ?ta su prije vjerovali pokazalo samo skup pogre?nih i arhai?nih teorija kojima je hitno bilo potrebno revizija i prilago?avanje novoj stvarnosti. Ve?ina fizi?ara je sa entuzijazmom prihvatila ove nove ideje o dobro poznatoj nauci, doprinose?i njenom prou?avanju, razvoju i implementaciji. Danas kvantna fizika postavlja dinamiku za cijelu nauku u cjelini. Napredni eksperimentalni projekti (poput Velikog hadronskog sudara?a) nastali su upravo zbog nje.

Otvaranje

?ta se mo?e re?i o osnovama kvantne fizike? Postupno je proiza?ao iz razli?itih teorija osmi?ljenih da objasne fenomene koji se ne mogu pomiriti s klasi?nom fizikom, kao ?to je rje?enje Maxa Plancka iz 1900. i njegov pristup problemu zra?enja mnogih nau?nih problema, te korespondencija izme?u energije i frekvencije u radu iz 1905. Albert Ajn?tajn, koji je objasnio fotoelektri?ne efekte. Ranu teoriju kvantne fizike su sredinom 1920-ih temeljito revidirali Werner Heisenberg, Max Born i drugi. Moderna teorija je formulirana u razli?itim posebno razvijenim matemati?kim konceptima. U jednom od njih, aritmeti?ka funkcija (ili valna funkcija) daje nam sveobuhvatne informacije o amplitudi vjerovatno?e lokacije impulsa.

Nau?no prou?avanje talasne esencije svetlosti po?elo je pre vi?e od 200 godina, kada su veliki i priznati nau?nici tog vremena predlo?ili, razvili i dokazali teoriju svetlosti na osnovu sopstvenih eksperimentalnih zapa?anja. Zvali su to talas.

Godine 1803. poznati engleski nau?nik Thomas Young izveo je svoj ?uveni dvostruki eksperiment, kao rezultat kojeg je napisao ?uveno djelo "O prirodi svjetlosti i boje", koje je odigralo ogromnu ulogu u oblikovanju modernih ideja o ovim poznatim pojavama. Ovaj eksperiment je odigrao veliku ulogu u op?tem prihvatanju ove teorije.

Takvi eksperimenti se ?esto opisuju u raznim knjigama, na primjer, "Osnove kvantne fizike za lutke". Moderni eksperimenti s ubrzanjem elementarnih ?estica, na primjer, potraga za Higgsovim bozonom u Velikom hadronskom sudara?u (skra?eno LHC) provodi se upravo kako bi se prona?la prakti?na potvrda mnogih ?isto teorijskih kvantnih teorija.

Pri?a

Godine 1838. Michael Faraday, na radost cijelog svijeta, otkrio je katodne zrake. Nakon ovih senzacionalnih studija uslijedila je izjava o problemu zra?enja, takozvanog „crnog tijela“ (1859), koju je dao Gustav Kirchhoff, kao i ?uvena pretpostavka Ludwiga Boltzmanna da energetska stanja bilo kojeg fizi?kog sistema tako?er mogu biti diskretan (1877). Kasnije se pojavila kvantna hipoteza koju je razvio Max Planck (1900). Smatra se jednim od temelja kvantne fizike. Podebljana izjava da se energija mo?e i emitovati i apsorbovati u diskretnim "kvantima" (ili energetskim paketima) je ta?no u skladu sa vidljivim obrascima zra?enja crnog tela.

Veliki doprinos kvantnoj fizici dao je svjetski poznati Albert Ajn?tajn. Impresioniran kvantnim teorijama, razvio je vlastitu. Op?ta teorija relativnosti - tako se zove. Otkri?a u kvantnoj fizici tako?e su uticala na razvoj specijalne teorije relativnosti. Mnogi nau?nici u prvoj polovini pro?log veka po?eli su da prou?avaju ovu nauku na predlog Ajn?tajna. Ona je tada bila na ?elu, svi su je voleli, svi su je zanimali. Nije ni ?udo, jer je zatvorila toliko "rupa" u klasi?noj fizici (me?utim, stvorila je i nove), ponudila nau?no opravdanje za putovanje kroz vrijeme, telekinezu, telepatiju i paralelne svjetove.

Uloga posmatra?a

Svaki doga?aj ili stanje direktno zavisi od posmatra?a. Obi?no se ovako ukratko obja?njavaju osnove kvantne fizike ljudima koji su daleko od egzaktnih nauka. Me?utim, u stvarnosti je sve mnogo komplikovanije.

Ovo je u savr?enom skladu sa mnogim okultnim i religijskim tradicijama koje su vekovima insistirale na sposobnosti ljudi da uti?u na doga?aje oko sebe. Ovo je na neki na?in i osnova za nau?no obja?njenje ekstrasenzorne percepcije, jer sada tvrdnja da je osoba (posmatra?) u stanju da uti?e na fizi?ke doga?aje snagom misli ne izgleda apsurdno.

Svako svojstveno stanje posmatranog doga?aja ili objekta odgovara svojstvenom vektoru posmatra?a. Ako je spektar operatora (posmatra?a) diskretan, promatrani objekt mo?e dose?i samo diskretne vlastite vrijednosti. Odnosno, predmet posmatranja, kao i njegove karakteristike, u potpunosti odre?uje upravo ovaj operator.

Za razliku od konvencionalne klasi?ne mehanike (ili fizike), ne mo?e se napraviti simultana predvi?anja konjugiranih varijabli kao ?to su polo?aj i impuls. Na primjer, elektroni mogu (sa odre?enom vjerovatno?om) biti locirani pribli?no u odre?enom podru?ju prostora, ali je njihov ta?an matemati?ki polo?aj zapravo nepoznat.

Konture konstantne gustine vjerovatno?e, koje se ?esto nazivaju "oblacima", mogu se nacrtati oko jezgra atoma kako bi se konceptualiziralo gdje ?e se elektron najvjerovatnije nalaziti. Heisenbergov princip nesigurnosti dokazuje nemogu?nost preciznog lociranja ?estice s obzirom na njen konjugirani impuls. Neki modeli u ovoj teoriji imaju ?isto apstraktni ra?unski karakter i ne podrazumijevaju primijenjenu vrijednost. Me?utim, oni se ?esto koriste za izra?unavanje slo?enih interakcija na nivou i drugih suptilnih stvari. Osim toga, ova grana fizike omogu?ila je nau?nicima da pretpostave mogu?nost stvarnog postojanja mnogih svjetova. Mo?da ?emo ih uskoro mo?i vidjeti.

valne funkcije

Zakoni kvantne fizike su veoma obimni i raznovrsni. One se presijecaju s idejom valnih funkcija. Neki posebni stvaraju ?irenje vjerojatnosti koje je inherentno konstantno ili neovisno o vremenu, na primjer, kada je u stacionarnom stanju energije, vrijeme izgleda da nestaje u odnosu na valnu funkciju. Ovo je jedan od efekata kvantne fizike, koji je za nju fundamentalan. Zanimljiva je ?injenica da je fenomen vremena radikalno revidiran u ovoj neobi?noj nauci.

Teorija perturbacije

Me?utim, postoji nekoliko pouzdanih na?ina za razvoj rje?enja potrebnih za rad s formulama i teorijama u kvantnoj fizici. Jedna takva metoda, op?te poznata kao "teorija perturbacije", koristi analiti?ki rezultat za elementarni kvantnomehani?ki model. Stvoren je da donese rezultate eksperimenata kako bi se razvio jo? slo?eniji model koji je povezan sa jednostavnijim modelom. Evo rekurzije.

Ovaj pristup je posebno va?an u teoriji kvantnog haosa, koja je izuzetno popularna za tuma?enje razli?itih doga?aja u mikroskopskoj stvarnosti.

Pravila i zakoni

Pravila kvantne mehanike su fundamentalna. Oni tvrde da je prostor za implementaciju sistema apsolutno fundamentalan (ima ta?kasti proizvod). Druga tvrdnja je da su efekti koje posmatra ovaj sistem istovremeno i neobi?ni operatori koji uti?u na vektore upravo u ovom mediju. Me?utim, oni nam ne govore koji Hilbertov prostor ili koji operatori postoje u ovom trenutku. Mogu se odabrati na odgovaraju?i na?in kako bi se dobio kvantitativni opis kvantnog sistema.

Zna?aj i uticaj

Od nastanka ove neobi?ne nauke, mnogi antiintuitivni aspekti i rezultati prou?avanja kvantne mehanike izazvali su glasne filozofske rasprave i mnoga tuma?enja. ?ak i fundamentalna pitanja, kao ?to su pravila za izra?unavanje razli?itih amplituda i distribucija vjerovatno?e, zaslu?uju po?tovanje javnosti i mnogih vode?ih nau?nika.

Na primjer, jednog dana je sa ?aljenjem primijetio da uop?e nije siguran da li neko od nau?nika uop?e razumije kvantnu mehaniku. Prema Stevenu Weinbergu, trenutno ne postoji jedinstvena interpretacija kvantne mehanike. To sugerira da su nau?nici stvorili "?udovi?te", da u potpunosti razumiju i objasne postojanje ?ijeg postojanja oni sami nisu u stanju. Me?utim, to ni na koji na?in ne ?teti relevantnosti i popularnosti ove nauke, ve? privla?i mlade stru?njake koji ?ele rije?iti zaista slo?ene i neshvatljive probleme.

Osim toga, kvantna mehanika je prisilila potpunu reviziju objektivnih fizi?kih zakona svemira, ?to je dobra vijest.

Kopenha?ka interpretacija

Prema ovom tuma?enju, standardna definicija kauzalnosti koja nam je poznata iz klasi?ne fizike vi?e nije potrebna. Prema kvantnim teorijama, kauzalnost u na?em uobi?ajenom smislu uop?te ne postoji. Sve fizi?ke pojave u njima su obja?njene sa stanovi?ta interakcije najmanjih elementarnih ?estica na subatomskom nivou. Ovo podru?je, uprkos naizgled nevjerovatnosti, izuzetno je obe?avaju?e.

kvantna psihologija

?ta se mo?e re?i o odnosu izme?u kvantne fizike i ljudske svijesti? Ovo je prekrasno napisano u knjizi koju je 1990. napisao Robert Anton Wilson pod nazivom Kvantna psihologija.

Prema teoriji iznesenoj u knjizi, svi procesi koji se odvijaju u na?em mozgu odre?eni su zakonima opisanim u ovom ?lanku. Odnosno, ovo je svojevrsni poku?aj prilago?avanja teorije kvantne fizike psihologiji. Ova teorija se smatra paranau?nom i akademska zajednica je ne priznaje.

Wilsonova knjiga je zna?ajna po tome ?to u njoj nudi niz razli?itih tehnika i praksi, u jednoj ili drugoj mjeri dokazuju?i njegovu hipotezu. Na ovaj ili onaj na?in, ?italac mora sam da odlu?i da li veruje u odr?ivost ovakvih poku?aja primene matemati?kih i fizi?kih modela na humanisti?ke nauke.

Neki su Wilsonovu knjigu shvatili kao poku?aj da se opravda misti?no razmi?ljanje i ve?e ga za nau?no dokazane novonastale fizi?ke formulacije. Ovaj vrlo netrivijalan i upe?atljiv rad tra?en je vi?e od 100 godina. Knjiga je objavljena, prevedena i ?itana u cijelom svijetu. Ko zna, mo?da ?e se razvojem kvantne mehanike promijeniti i odnos nau?ne zajednice prema kvantnoj psihologiji.

Zaklju?ak

Zahvaljuju?i ovoj izvanrednoj teoriji, koja je ubrzo postala posebna nauka, bili smo u mogu?nosti da istra?ujemo okolnu stvarnost na nivou subatomskih ?estica. Ovo je najmanji nivo od svih mogu?ih, potpuno nedostupan na?oj percepciji. Ono ?to su fizi?ari ranije znali o na?em svijetu treba hitnu reviziju. Apsolutno se svi sla?u sa ovim. Postalo je o?igledno da razli?ite ?estice mogu me?usobno komunicirati na potpuno nezamislivim udaljenostima, koje mo?emo mjeriti samo slo?enim matemati?kim formulama.

Osim toga, kvantna mehanika (i kvantna fizika) je dokazala mogu?nost postojanja mnogih paralelnih realnosti, putovanja kroz vrijeme i drugih stvari koje su kroz povijest smatrane samo stvarima nau?ne fantastike. Ovo je nesumnjivo ogroman doprinos ne samo nauci, ve? i budu?nosti ?ovje?anstva.

Za ljubitelje nau?ne slike sveta ova nauka mo?e biti i prijatelj i neprijatelj. ?injenica je da kvantna teorija otvara ?iroke mogu?nosti za razne spekulacije na paranau?nu temu, kao ?to je ve? pokazano na primjeru jedne od alternativnih psiholo?kih teorija. Neki moderni okultisti, ezoteri?ari i pristalice alternativnih religijskih i duhovnih pokreta (naj?e??e psihokulti) okre?u se teorijskim konstrukcijama ove nauke kako bi potkrijepili racionalnost i istinitost svojih misti?nih teorija, vjerovanja i praksi.

Ovo je slu?aj bez presedana, kada su jednostavne pretpostavke teoreti?ara i apstraktne matemati?ke formule dovele do prave znanstvene revolucije i stvorile novu nauku koja je precrtala sve ?to je prije bilo poznato. Kvantna fizika je donekle opovrgla zakone aristotelovske logike, jer je pokazala da pri izboru "ili-ili" postoji jo? jedna (ili, mo?da, nekoliko) alternativa.