Nikdo v tomto sv?t? nech?pe, co je kvantov? mechanika. To je mo?n? to nejd?le?it?j??, co o n? v?d?t. Samoz?ejm?, ?e mnoho fyzik? se nau?ilo pou??vat z?kony a dokonce p?edpov?dat jevy na z?klad? kvantov?ch v?po?t?. St?le ale nen? jasn?, pro? pozorovatel experimentu ur?uje chov?n? syst?mu a nut? ho zaujmout jeden ze dvou stav?.

Zde je n?kolik p??klad? experiment? s v?sledky, kter? se pod vlivem pozorovatele nevyhnuteln? zm?n?. Ukazuj?, ?e kvantov? mechanika se prakticky zab?v? z?sahem v?dom?ho my?len? do hmotn? reality.

V dne?n? dob? existuje mnoho v?klad? kvantov? mechaniky, ale asi nejzn?m?j?? je v?klad z Kodan?. Ve 20. letech 20. stolet? jej? obecn? postul?ty formulovali Niels Bohr a Werner Heisenberg.

Z?kladem koda?sk? interpretace byla vlnov? funkce. Jedn? se o matematickou funkci obsahuj?c? informace o v?ech mo?n?ch stavech kvantov?ho syst?mu, ve kter?m sou?asn? existuje. Podle Koda?sk? interpretace lze stav syst?mu a jeho polohu vzhledem k ostatn?m stav?m ur?it pouze pozorov?n?m (vlnov? funkce se pou??v? pouze k matematick?mu v?po?tu pravd?podobnosti, ?e se syst?m nach?z? v tom ?i onom stavu).

D? se ??ci, ?e po pozorov?n? se kvantov? syst?m st?v? klasick?m a okam?it? p?est?v? existovat v jin?ch stavech, ne? ve kter?ch byl pozorov?n. Tento z?v?r si na?el sv? odp?rce (vzpome?te si na slavn? Einsteinovo „B?h nehraje v kostky“), ale p?esnost v?po?t? a p?edpov?d? m?la st?le sv?.

P?esto po?et p??znivc? koda?sk? interpretace kles? a hlavn?m d?vodem je z?hadn? okam?it? kolaps vlnov? funkce b?hem experimentu. Slavn? my?lenkov? experiment Erwina Schr?dingera s nebohou ko?kou by m?l demonstrovat absurditu tohoto jevu. P?ipome?me si podrobnosti.

Uvnit? ?ern? sk???ky sed? ?ern? ko?ka a s n? lahvi?ka s jedem a mechanismus, kter? dok??e n?hodn? jed uvolnit. Nap??klad radioaktivn? atom p?i rozpadu m??e rozb?t bublinu. P?esn? ?as rozpadu atomu nen? zn?m. Zn?m? je pouze polo?as, b?hem kter?ho doch?z? k rozpadu s pravd?podobnost? 50 %.

Je z?ejm?, ?e pro vn?j??ho pozorovatele je ko?ka uvnit? krabice ve dvou stavech: bu? je ?iv?, pokud v?e prob?hlo v po??dku, nebo mrtv?, pokud do?lo k rozkladu a lahvi?ka praskla. Oba tyto stavy jsou pops?ny vlnovou funkc? ko?ky, kter? se v ?ase m?n?.

??m v?ce ?asu uplynulo, t?m je pravd?podobn?j??, ?e do?lo k radioaktivn?mu rozpadu. Jakmile ale krabici otev?eme, vlnov? funkce se zhrout? a my okam?it? vid?me v?sledky tohoto nehum?nn?ho experimentu.

Ve skute?nosti, dokud pozorovatel krabici neotev?e, bude ko?ka donekone?na balancovat mezi ?ivotem a smrt?, nebo bude ?iv? i mrtv?. Jeho osud lze ur?it pouze v d?sledku jedn?n? pozorovatele. Na tuto absurditu upozornil Schr?dinger.

Podle pr?zkumu slavn?ch fyzik? The New York Times je experiment elektronov? difrakce jednou z nej??asn?j??ch studi? v historii v?dy. Jakou m? povahu? Existuje zdroj, kter? vys?l? paprsek elektron? na fotocitlivou obrazovku. A t?mto elektron?m stoj? v cest? p?ek??ka, m?d?n? deska se dv?ma ?t?rbinami.

Jak? obraz m??eme na obrazovce o?ek?vat, pokud jsou pro n?s elektrony obvykle p?edstavov?ny jako mal? nabit? kuli?ky? Dva pruhy naproti ?t?rbin?m v m?d?n? desce. Ale ve skute?nosti se na obrazovce objev? mnohem slo?it?j?? vzor st??daj?c?ch se b?l?ch a ?ern?ch pruh?. Je to d?no t?m, ?e p?i pr?chodu ?t?rbinou se elektrony za?nou chovat nejen jako ??stice, ale tak? jako vlny (stejn? se chovaj? fotony nebo jin? sv?teln? ??stice, kter? mohou b?t z?rove? vlnou).

Tyto vlny interaguj? v prostoru, nar??ej? a vz?jemn? se posiluj? a v d?sledku toho se na obrazovce zobrazuje slo?it? vzor st??daj?c?ch se sv?tl?ch a tmav?ch pruh?. V?sledek tohoto experimentu se p?itom nem?n?, i kdy? elektrony proch?zej? jeden po druh?m – i jedna ??stice m??e b?t vlna a proch?zet dv?ma ?t?rbinami sou?asn?. Tento postul?t byl jedn?m z hlavn?ch v koda?sk? interpretaci kvantov? mechaniky, kdy ??stice mohou sou?asn? demonstrovat sv? "oby?ejn?" fyzik?ln? vlastnosti a exotick? vlastnosti jako vlna.

Ale co pozorovatel? Pr?v? on d?l? tento matouc? p??b?h je?t? zmaten?j??m. Kdy? se fyzici v experimentech, jako je tento, pokusili pomoc? p??stroj? ur?it, kterou ?t?rbinou elektron skute?n? proch?z?, obraz na obrazovce se dramaticky zm?nil a stal se „klasick?m“: se dv?ma osv?tlen?mi sekcemi p??mo naproti ?t?rbin?m, bez jak?chkoli st??daj?c?ch se pruh?.

Zd?lo se, ?e elektrony se zdr?haly odhalit svou vlnovou povahu pozorn?mu oku p?ihl??ej?c?ch. Vypad? to jako tajemstv? zahalen? temnotou. Existuje v?ak jednodu??? vysv?tlen?: pozorov?n? syst?mu nelze prov?d?t bez fyzick?ho ovlivn?n?. To probereme pozd?ji.

2. Vyh??van? fullereny

Experimenty s difrakc? ??stic byly prov?d?ny nejen s elektrony, ale tak? s jin?mi, mnohem v?t??mi objekty. Pou??valy se nap??klad fullereny, velk? a uzav?en? molekuly skl?daj?c? se z n?kolika des?tek atom? uhl?ku. Ned?vno se skupina v?dc? z V?de?sk? univerzity pod veden?m profesora Zeilingera pokusila do t?chto experiment? zahrnout prvek pozorov?n?. K tomu oza?ovali pohybuj?c? se molekuly fulleren? laserov?mi paprsky. Pot?, zah??t? vn?j??m zdrojem, za?aly molekuly z??it a nevyhnuteln? odr??ely svou p??tomnost pro pozorovatele.

Spolu s touto inovac? se zm?nilo i chov?n? molekul. P?ed takto komplexn?m pozorov?n?m se fullereny pom?rn? ?sp??n? vyh?baly p?ek??ce (vykazovaly vlnov? vlastnosti), podobn? jako v p?edchoz?m p??kladu s dopady elektron? na st?n?tko. Ale s p??tomnost? pozorovatele se fullereny za?aly chovat jako fyzik?ln? ??stice dokonale dodr?uj?c? z?kony.

3. M??en? chlazen?

Jedn?m z nejzn?m?j??ch z?kon? ve sv?t? kvantov? fyziky je Heisenberg?v princip neur?itosti, podle kter?ho nen? mo?n? ur?it rychlost a polohu kvantov?ho objektu z?rove?. ??m p?esn?ji zm???me hybnost ??stice, t?m m?n? p?esn? m??eme zm??it jej? polohu. V na?em makroskopick?m re?ln?m sv?t? v?ak obvykle z?st?v? platnost kvantov?ch z?kon? p?sob?c?ch na drobn? ??stice bez pov?imnut?.

Ned?vn? experimenty prof. Schwaba z USA k t?to oblasti velmi cenn?m zp?sobem p?isp?vaj?. Kvantov? efekty v t?chto experimentech nebyly prok?z?ny na ?rovni elektron? nebo molekul fulleren? (kter? maj? p?ibli?n? pr?m?r 1 nm), ale na v?t??ch objektech, mal? hlin?kov? p?sce. Tato p?ska byla upevn?na na obou stran?ch, tak?e jej? st?ed byl v zav??en?m stavu a mohl vibrovat pod vn?j??mi vlivy. V bl?zkosti bylo nav?c um?st?no za??zen? schopn? p?esn? zaznamenat polohu p?sku. V?sledkem experimentu bylo objeveno n?kolik zaj?mav?ch v?c?. Za prv?, jak?koli m??en? souvisej?c? s polohou p?edm?tu a pozorov?n?m p?sku to ovlivnilo, po ka?d?m m??en? se poloha p?sku m?nila.

Experiment?to?i s vysokou p?esnost? ur?ili sou?adnice p?sky, a tak v souladu s Heisenbergov?m principem m?nili jej? rychlost a t?m i n?slednou polohu. Za druh? a zcela neo?ek?van? n?kter? m??en? vedla k ochlazen? p?sky. Pozorovatel tak m??e m?nit fyzik?ln? vlastnosti objekt? pouhou jejich p??tomnost?.

4. Mraziv? ??stice

Jak v?te, nestabiln? radioaktivn? ??stice se rozpadaj? nejen p?i pokusech s ko?kami, ale tak? samy o sob?. Ka?d? ??stice m? pr?m?rnou ?ivotnost, kter? se, jak se ukazuje, m??e pod bedliv?m dohledem pozorovatele prodlu?ovat. Tento kvantov? efekt byl p?edpov?zen ji? v 60. letech a jeho brilantn? experiment?ln? d?kaz se objevil v ?l?nku publikovan?m skupinou vedenou laure?tem Nobelovy ceny za fyziku Wolfgangem Ketterlem z Massachusettsk?ho technologick?ho institutu.

V t?to pr?ci byl studov?n rozpad nestabiln?ch excitovan?ch atom? rubidia. Ihned po p??prav? syst?mu byly atomy excitov?ny pomoc? laserov?ho paprsku. Pozorov?n? prob?halo ve dvou re?imech: kontinu?ln?m (syst?m byl neust?le vystaven mal?m sv?teln?m pulz?m) a pulzn?m (syst?m byl ?as od ?asu oza?ov?n v?konn?j??mi pulzy).

Z?skan? v?sledky byly pln? v souladu s teoretick?mi p?edpov??mi. Vn?j?? sv?teln? efekty zpomaluj? rozpad ??stic a vracej? je do p?vodn?ho stavu, kter? je daleko od stavu rozpadu. Velikost tohoto efektu se tak? shodovala s p?edpov??mi. Maxim?ln? ?ivotnost nestabiln?ch excitovan?ch atom? rubidia se zv??ila o faktor 30.

5. Kvantov? mechanika a v?dom?

Elektrony a fullereny p?est?vaj? vykazovat sv? vlnov? vlastnosti, hlin?kov? desky se ochlazuj? a nestabiln? ??stice zpomaluj? jejich rozpad. Pozorn? oko div?ka doslova m?n? sv?t. Pro? to nem??e b?t d?kazem zapojen? na?? mysli do pr?ce sv?ta? Mo?n? m?li Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakousk? fyzik, laure?t Nobelovy ceny, pr?kopn?k kvantov? mechaniky) p?ece jen pravdu, kdy? ?ekli, ?e z?kony fyziky a v?dom? je t?eba pova?ovat za vz?jemn? se dopl?uj?c??

Jsme jen kr??ek od pozn?n?, ?e sv?t kolem n?s je pouze iluzorn?m produktem na?? mysli. P?edstava je to d?siv? a l?kav?. Zkusme se op?t obr?tit na fyziky. Obzvl??t? v posledn?ch letech, kdy st?le m?n? lid? v??? koda?sk? interpretaci kvantov? mechaniky s jej? z?hadnou vlnovou funkc?, kter? se hrout? a p?ech?z? k v?edn?j?? a spolehliv?j?? dekoherenci.

Faktem je, ?e ve v?ech t?chto experimentech s pozorov?n?m experiment?to?i nevyhnuteln? ovliv?ovali syst?m. Osv?tlili ji laserem a nainstalovali m??ic? p??stroje. Spojoval je d?le?it? princip: nem??ete syst?m pozorovat nebo m??it jeho vlastnosti, ani? byste s n?m interagovali. Jak?koli interakce je procesem ?pravy vlastnost?. Zvl??t? kdy? je mal? kvantov? syst?m vystaven kolos?ln?m kvantov?m objekt?m. N?jak? v??n? neutr?ln? buddhistick? pozorovatel je z principu nemo?n?. A zde vstupuje do hry pojem „dekoherence“, kter? je z hlediska termodynamiky nevratn?: kvantov? vlastnosti syst?mu se m?n? p?i interakci s jin?m velk?m syst?mem.

B?hem t?to interakce kvantov? syst?m ztr?c? sv? p?vodn? vlastnosti a st?v? se klasick?m, jako by „poslouchal“ velk? syst?m. To tak? vysv?tluje paradox Schr?dingerovy ko?ky: ko?ka je p??li? velk? syst?m, tak?e ji nelze izolovat od zbytku sv?ta. Samotn? design tohoto my?lenkov?ho experimentu nen? zcela spr?vn?.

V ka?d?m p??pad?, pokud p?edpokl?d?me realitu aktu stvo?en? v?dom?m, dekoherence se zd? b?t mnohem pohodln?j??m p??stupem. Mo?n? a? p??li? pohodln?. S t?mto p??stupem se cel? klasick? sv?t st?v? jedn?m velk?m d?sledkem dekoherence. A jak uvedl autor jedn? z nejslavn?j??ch knih v oboru, takov? p??stup logicky vede k v?rok?m typu „na sv?t? nejsou ??dn? ??stice“ nebo „na z?kladn? ?rovni neexistuje ?as“.

Co je pravda: ve tv?rci-pozorovateli nebo v mocn? dekoherenci? Mus?me si vybrat mezi dv?ma zly. P?esto jsou v?dci st?le v?ce p?esv?d?eni, ?e kvantov? efekty jsou projevem na?ich ment?ln?ch proces?. A kde kon?? pozorov?n? a za??n? realita, z?le?? na ka?d?m z n?s.

V tomto ?l?nku v?m poskytneme u?ite?n? tipy pro u?en? kvantov? fyzika pro figur?ny. Poj?me si odpov?d?t, v ?em by m?l b?t p??stup u?en? kvantov? fyziky pro za??te?n?ky.

Kvantov? fyzika- jedn? se o pom?rn? slo?itou discipl?nu, kterou nen? pro ka?d?ho snadn? asimilovat. Fyzika jako p?edm?t je nicm?n? zaj?mav? a u?ite?n?, a proto si kvantov? fyzika (http://www.cyberforum.ru/quantum-physics/) nach?z? sv? p??znivce, kte?? jsou p?ipraveni ji studovat a z?skat praktick? v?hody. Aby bylo u?en? l?tky snaz??, je pot?eba za??t ?pln? od za??tku, tedy od t?ch nejjednodu???ch u?ebnic kvantov? fyziky pro za??te?n?ky. To v?m umo?n? z?skat dobr? z?klad pro znalosti a z?rove? si sv? znalosti dob?e strukturovat v hlav?.

Samostudium je pot?eba za??t s dobrou literaturou. Pr?v? literatura je rozhoduj?c?m faktorem v procesu z?sk?v?n? znalost? a zaji??uje jejich kvalitu. Kvantov? mechanika je zvl??t? zaj?mav? a mnoz? ji za??naj? studovat. Fyziku by m?l zn?t ka?d?, proto?e je to v?da o ?ivot?, kter? vysv?tluje mnoh? procesy a ?in? je srozumiteln?mi pro ostatn?.

M?jte na pam?ti, ?e kdy? za??n?te studovat kvantovou fyziku, mus?te m?t znalosti z matematiky a fyziky, proto?e bez nich se prost? neobejdete. Bude dobr?, kdy? budete m?t mo?nost kontaktovat u?itele, abyste na?li odpov?di na sv? ot?zky. Pokud to nen? mo?n?, m??ete se pokusit objasnit situaci na specializovan?ch f?rech. F?ra mohou b?t tak? velmi u?ite?n? p?i u?en?.

Kdy? se rozhodujete pro v?b?r u?ebnice, m?li byste se p?ipravit na to, ?e je pom?rn? slo?it? a budete ji muset nejen ??st, ale pono?it se do v?eho, co je v n? naps?no. Aby na konci tr?ninku nevznikla my?lenka, ?e to v?echno jsou znalosti, kter? nikdo nepot?ebuje, zkuste poka?d? propojit teorii s prax?. D?le?it? je tak? p?edem ur?it, za jak?m ??elem jste se za?ali u?it kvantovou fyziku, abyste p?ede?li my?lence na zbyte?nost z?skan?ch znalost?. Lid? se d?l? do dvou kategori?: na lidi, kte?? pova?uj? kvantovou fyziku za zaj?mav? a u?ite?n? p?edm?t, a na ty, kter?m ne. Vyberte si sami, do kter? kategorie pat??te, a podle toho ur?ete, zda je ve va?em ?ivot? m?sto pro kvantovou fyziku ?i nikoliv. V?dy m??ete z?stat na ?rovni za??te?n?ka ve studiu kvantov? fyziky, nebo m??ete dos?hnout skute?n?ho ?sp?chu, v?e je ve va?ich rukou.

V prvn? ?ad? vyb?rejte opravdu zaj?mav? a kvalitn? materi?ly o fyzice. N?kter? z nich najdete na n??e uveden?ch odkazech.
A to je zat?m v?e! Nau?te se kvantovou fyziku zaj?mav?m zp?sobem a nebu?te ?ajov? konvice!

• P?eklad

Podle Owena Maroneyho, fyzika z Oxfordsk? univerzity, od p??chodu kvantov? teorie v roce 1900 ka?d? mluv? o podivnosti t?to teorie. Jak to umo??uje ??stic?m a atom?m pohybovat se ve v?ce sm?rech sou?asn? nebo rotovat ve sm?ru a proti sm?ru hodinov?ch ru?i?ek sou?asn?. Ale slova nemohou nic dok?zat. „Pokud ve?ejnosti ?ekneme, ?e kvantov? teorie je velmi podivn?, mus?me toto tvrzen? experiment?ln? otestovat,“ ??k? Maruni. "Jinak ned?l?me v?du, ale mluv?me o v?ech druz?ch klikyh?k? na tabuli."

To vedlo Maruniho a kol., aby vyvinuli novou s?rii experiment? k odhalen? podstaty vlnov? funkce – tajemn? podstaty, kter? je z?kladem kvantov?ch zvl??tnost?. Na pap??e je vlnov? funkce jednodu?e matematick? entita, ozna?ovan? p?smenem psi (PS) (jedna z t?ch klikyh?k?) a pou??v? se k popisu kvantov?ho chov?n? ??stic. V z?vislosti na experimentu umo??uje vlnov? funkce v?dc?m vypo??tat pravd?podobnost, ?e elektron uvid? na ur?it?m m?st?, nebo pravd?podobnost, ?e jeho rotace bude nahoru nebo dol?. Ale matematika ne??k?, co je to vlastn? vlnov? funkce. Je to n?co fyzick?ho? Nebo jen v?po?etn? n?stroj pro pr?ci s pozorovatelovou neznalost? re?ln?ho sv?ta?

Testy pou??van? k zodpov?zen? ot?zky jsou velmi jemn? a st?le mus? d?t definitivn? odpov??. V?dci jsou ale optimisti?t?, ?e rozuzlen? je bl?zko. A kone?n? budou moci odpov?d?t na ot?zky, kter? v?echny tr?znily des?tky let. M??e b?t ??stice skute?n? na mnoha m?stech sou?asn?? D?l? se vesm?r neust?le na paraleln? sv?ty, z nich? ka?d? m? svou alternativn? verzi? Existuje v?bec n?co, ?emu se ??k? „objektivn? realita“?

„Takov? ot?zky se d??ve nebo pozd?ji vyno?? ka?d?mu,“ ??k? Alessandro Fedrici, fyzik z University of Queensland (Austr?lie). "Co je opravdu skute?n??"

Spory o podstatu reality za?aly u? tehdy, kdy? fyzici zjistili, ?e vlna a ??stice jsou jen dv? strany t??e mince. Klasick?m p??kladem je experiment s dvojitou ?t?rbinou, kdy jsou jednotliv? elektrony vyst?elov?ny do bari?ry, kter? m? dv? ?t?rbiny: elektron se chov?, jako by proch?zel dv?ma ?t?rbinami sou?asn?, a na jej? druh? stran? vytv??? pruhovan? interferen?n? obrazec. V roce 1926 vymyslel rakousk? fyzik Erwin Schr?dinger vlnovou funkci k popisu tohoto chov?n? a odvodil rovnici, kterou lze vypo??tat pro jakoukoli situaci. Ale ani on, ani nikdo jin? nemohl ??ci nic o povaze t?to funkce.

Milost v nev?domosti

Z praktick?ho hlediska nen? jeho povaha d?le?it?. Koda?sk? interpretace kvantov? teorie, kterou vytvo?ili ve 20. letech 20. stolet? Niels Bohr a Werner Heisenberg, pou??v? vlnovou funkci jednodu?e jako n?stroj pro p?edpov?d?n? v?sledk? pozorov?n?, ani? by p?em??lel o tom, co se d?je ve skute?nosti. „Fyzici nemohou b?t obvi?ov?ni z tohoto chov?n? ‚dr? hubu a po??tejte‘, proto?e vedlo k v?znamn?m pr?lom?m v jadern? a atomov? fyzice, fyzice pevn?ch l?tek a fyzice ??stic,“ ??k? Jean Brickmont, statistick? fyzik z Katolick? univerzity v Belgii. "Tak?e se lidem doporu?uje, aby se nestarali o z?kladn? probl?my."

Ale n?kte?? lid? maj? st?le obavy. Ve t?ic?t?ch letech 20. stolet? Einstein odm?tl koda?skou interpretaci, v neposledn? ?ad? proto, ?e umo??ovala dv?ma ??stic?m propojit sv? vlnov? funkce, co? vedlo k situaci, kdy m??en? jedn? z nich mohla okam?it? d?t stav druh?, i kdy? byly odd?leny obrovsk? vzd?lenosti. Aby se Einstein nesm??il s touto „d?sivou interakc? na d?lku“, rad?ji v??il, ?e vlnov? funkce ??stic jsou ne?pln?. ?ekl, ?e mo?n? ??stice maj? n?jak? skryt? prom?nn?, kter? ur?uj? v?sledek m??en?, kter?ch si kvantov? teorie nev?imla.

Experimenty od t? doby prok?zaly proveditelnost d?siv? interakce na d?lku, kter? odm?t? koncept skryt?ch prom?nn?ch. ale to nezabr?nilo dal??m fyzik?m, aby je interpretovali po sv?m. Tyto v?klady se d?l? na dva t?bory. N?kte?? souhlas? s Einsteinem, ?e vlnov? funkce odr??? na?i nev?domost. To jsou to, co filozofov? naz?vaj? psi-epistemick? modely. Jin? vid? vlnovou funkci jako skute?nou v?c – psionick? modely.

Abyste pochopili rozd?l, zva?te my?lenkov? experiment, kter? Schr?dinger popsal v dopise Einsteinovi z roku 1935. Ko?ka je v ocelov? krabici. Krabice obsahuje vzorek radioaktivn?ho materi?lu, kter? m? 50% ?anci, ?e b?hem jedn? hodiny uvoln? produkt rozpadu, a p??stroj, kter? ko?ku otr?v?, pokud je produkt detekov?n. Proto?e radioaktivn? rozpad je ud?lost na kvantov? ?rovni, p??e Schr?dinger, pravidla kvantov? teorie ??kaj?, ?e na konci hodiny mus? b?t vlnov? funkce vnit?ku krabice sm?s? mrtv? a ?iv? ko?ky.

"Zhruba ?e?eno," ??k? m?rn? Fedrichi, "v psy-epistemick?m modelu je ko?ka v krabici bu? ?iv?, nebo mrtv?, a my to prost? nev?me, proto?e krabice je zav?en?." A ve v?t?in? psionick?ch model? panuje shoda s koda?skou interpretac?: dokud pozorovatel neotev?e krabici, bude ko?ka ?iv? i mrtv? z?rove?.

Ale tady p?ich?z? na ?adu argument. Kter? v?klad je pravdiv?? Na tuto ot?zku je obt??n? experiment?ln? odpov?d?t, proto?e rozd?l mezi modely je velmi jemn?. M?li by v podstat? p?edpov?dat stejn? kvantov? jev jako velmi ?sp??n? koda?sk? interpretace. Andrew White, fyzik z University of Queensland, ??k?, ?e b?hem jeho 20let? kari?ry v kvantov? technologii „byl tento probl?m jako obrovsk? hladk? hora bez ??ms, na kterou byste nemohli vyl?zt“.

V?e se zm?nilo v roce 2011, kdy byla zve?ejn?na v?ta o kvantov?m m??en?, kter?, jak se zd?lo, eliminovala p??stup „vlnov? funkce jako ignorance“. Ale p?i bli???m zkoum?n? se uk?zalo, ?e tato v?ta jim ponech?v? dostatek prostoru k man?vrov?n?. P?esto inspirovala fyziky, aby se v??n? zamysleli nad zp?soby, jak spor vy?e?it testov?n?m reality vlnov? funkce. Maruni ji? vyvinul experiment, kter? v principu fungoval, a on a jeho kolegov? brzy na?li zp?sob, jak jej uv?st do praxe. Experiment provedli loni Fedrici, White a dal??.

Abyste pochopili my?lenku testu, p?edstavte si dva bal??ky karet. Jeden obsahuje pouze ?erven?, druh? obsahuje pouze esa. „Dostanete kartu a po??d?te, abyste uhodli, z jak?ho bal??ku je,“ ??k? Martin Ringbauer, fyzik ze stejn? univerzity. Pokud je to ?erven? eso, "je tam crossover a nem??ete to s jistotou ??ct." Pokud ale v?te, kolik karet je v ka?d?m bal??ku, m??ete si spo??tat, jak ?asto k takov? nejednozna?n? situaci dojde.

Fyzika v ohro?en?

Stejn? nejednozna?nost se vyskytuje i v kvantov?ch syst?mech. Ne v?dy je mo?n? jedn?m m??en?m nap??klad zjistit, jak je foton polarizov?n. "Ve skute?n?m ?ivot? je snadn? rozeznat z?pad od jihu od z?padu, ale v kvantov?ch syst?mech to tak snadn? nen?," ??k? White. Podle standardn? koda?sk? interpretace nem? smysl se pt?t na polarizaci, proto?e ot?zka nem? odpov?? – dokud jedno dal?? m??en? neur?? odpov?? p?esn?. Ale podle modelu „vlnov? funkce jako nev?domost“ m? ot?zka smysl – jde jen o to, ?e v experimentu, stejn? jako v tom s bal??ky karet, nen? dostatek informac?. Stejn? jako u map je mo?n? p?edpov?d?t, kolik nejasnost? lze vysv?tlit takovou neznalost?, a porovnat s velk?m po?tem nejasnost?, kter? umo??uje standardn? teorie.

To je p?esn? to, co Fedrichi a t?m testovali. Skupina m??ila polarizaci a dal?? vlastnosti fotonov?ho paprsku a na?la ?rove? pr?niku, kterou nebylo mo?n? vysv?tlit modely „neznalosti“. V?sledek podporuje alternativn? teorii – pokud existuje objektivn? realita, pak existuje vlnov? funkce. „P?sobiv?, ?e t?m byl schopen vy?e?it tak slo?it? probl?m s tak jednoduch?m experimentem,“ ??k? Andrea Alberti, fyzik na univerzit? v Bonnu (N?mecko).

Z?v?r je?t? nen? vytes?n do ?uly: proto?e detektory zachytily pouze p?tinu foton? pou?it?ch v testu, je t?eba p?edpokl?dat, ?e se ztracen? fotony chovaly ?pln? stejn?. To je siln? p?edpoklad a skupina nyn? pracuje na zp?sobech, jak sn??it ztr?ty a dos?hnout definitivn?ho v?sledku. Mezit?m t?m Maruni v Oxfordu spolupracuje s University of New South Wales (Austr?lie) na replikaci tohoto experimentu se snadn?ji sledovateln?mi ionty. „V p???t?ch ?esti m?s?c?ch budeme m?t nepopiratelnou verzi tohoto experimentu,“ ??k? Maruni.

Ale i kdy? usp?j? a zv?t?z? modely „vlnov? funkce jako realita“, pak maj? tyto modely r?zn? mo?nosti. Experiment?to?i si budou muset vybrat jednu z nich.

Jednu z nejran?j??ch interpretac? vytvo?il ve 20. letech Francouz Louis de Broglie a v 50. letech ji roz???il Ameri?an David Bohm. Podle Broglie-Bohmov?ch model? maj? ??stice ur?it? um?st?n? a vlastnosti, ale jsou vedeny jakousi „pilotn? vlnou“, kter? je definov?na jako vlnov? funkce. To vysv?tluje experiment s dvojitou ?t?rbinou, proto?e pilotn? vlna m??e proch?zet ob?ma ?t?rbinami a vytv??et interferen?n? obrazec, i kdy? samotn? elektron, j?m ta?en?, proch?z? pouze jednou ze dvou ?t?rbin.

V roce 2005 se tomuto modelu dostalo ne?ekan? podpory. Fyzici Emmanuel Fort, nyn? v Langevinov? institutu v Pa???i, a Yves Codier z University of Paris Diderot, se student? zeptali, jak? je podle nich jednoduch? probl?m: vytvo?it experiment, p?i kter?m by se kapky oleje padaj?c? na t?c spojily. vibrac?m podnosu. K p?ekvapen? v?ech kolem kapek se za?aly tvo?it vlny, jak t?c vibroval na ur?it? frekvenci. "Kapky se za?aly samy pohybovat na vlastn?ch vln?ch," ??k? Fort. "Byl to du?ln? objekt - ??stice ta?en? vlnou."

Od t? doby Fort a Coudier uk?zali, ?e takov? vlny mohou v?st sv? ??stice v experimentu s dvojitou ?t?rbinou p?esn? tak, jak p?edpov?d? teorie pilotn?ch vln, a mohou reprodukovat dal?? kvantov? efekty. To ale nedokazuje existenci pilotn?ch vln v kvantov?m sv?t?. "Bylo n?m ?e?eno, ?e takov? efekty jsou v klasick? fyzice nemo?n?," ??k? Fort. "A tady jsme uk?zali, co je mo?n?."

Dal?? sada model? zalo?en?ch na realit?, vyvinut? v 80. letech 20. stolet?, se pokou?? vysv?tlit velk? rozd?l ve vlastnostech mezi velk?mi a mal?mi objekty. „Pro? mohou b?t elektrony a atomy na dvou m?stech sou?asn?, ale stoly, ?idle, lid? a ko?ky ne,“ ??k? Angelo Basi, fyzik na univerzit? v Terstu (It?lie). Tyto teorie, zn?m? jako „modely kolapsu“, ??kaj?, ?e vlnov? funkce jednotliv?ch ??stic jsou skute?n?, ale mohou ztratit sv? kvantov? vlastnosti a p?iv?st ??stici do konkr?tn? pozice v prostoru. Modely jsou konstruov?ny tak, ?e ?ance na takov? kolaps jsou pro jednu ??stici extr?mn? mal?, tak?e na atomov? ?rovni dominuj? kvantov? efekty. Pravd?podobnost kolapsu se ale rapidn? zvy?uje, kdy? se ??stice spoj? a makroskopick? objekty zcela ztrat? sv? kvantov? vlastnosti a chovaj? se podle z?kon? klasick? fyziky.

Jedn?m ze zp?sob?, jak to otestovat, je hledat kvantov? efekty ve velk?ch objektech. Pokud je standardn? kvantov? teorie spr?vn?, pak neexistuje ??dn? omezen? velikosti. A fyzikov? ji? provedli dvou?t?rbinov? experiment s velk?mi molekulami. Ale pokud jsou modely kolapsu spr?vn?, pak kvantov? efekty nebudou viditeln? za ur?itou hmotnost?. R?zn? skupiny pl?nuj? hledat tuto hmotu pomoc? studen?ch atom?, molekul, kovov?ch shluk? a nano??stic. Doufaj?, ?e v p???t?ch deseti letech najdou v?sledky. „Na t?chto experimentech je skv?l?, ?e kvantovou teorii podrob?me exaktn?m test?m tam, kde je?t? nebyla testov?na,“ ??k? Maruni.

Paraleln? sv?ty

Jeden model „vlnov? funkce jako reality“ ji? znaj? a miluj? spisovatel? sci-fi. Toto je interpretace mnoha sv?t?, kterou v 50. letech minul?ho stolet? vyvinul Hugh Everett, kter? byl tehdy studentem Princetonsk? univerzity v New Jersey. V tomto modelu ur?uje vlnov? funkce v?voj reality tak siln?, ?e p?i ka?d?m kvantov?m m??en? se vesm?r rozd?l? na paraleln? sv?ty. Jin?mi slovy, kdy? otev?eme krabici s ko?kou, vytvo??me dva vesm?ry – jeden s mrtvou ko?kou a druh? s ?ivou.

Je obt??n? odd?lit tento v?klad od standardn? kvantov? teorie, proto?e jejich p?edpov?di se shoduj?. Loni ale Howard Wiseman z Griffith University v Brisbane a jeho kolegov? p?i?li s testovateln?m modelem multivesm?ru. V jejich modelu nen? ??dn? vlnov? funkce - ??stice se ??d? klasickou fyzikou, Newtonov?mi z?kony. A podivn? efekty kvantov?ho sv?ta se objevuj?, proto?e mezi ??sticemi a jejich klony v paraleln?ch vesm?rech existuj? odpudiv? s?ly. "Odpudiv? s?la mezi nimi vytv??? vlny, kter? se ???? v?emi paraleln?mi sv?ty," ??k? Wiseman.

Pomoc? po??ta?ov? simulace, ve kter? interagovalo 41 vesm?r?, uk?zali, ?e model zhruba reprodukuje n?kolik kvantov?ch efekt?, v?etn? trajektori? ??stic v experimentu s dvojitou ?t?rbinou. S n?r?stem po?tu sv?t? interferen?n? obrazec inklinuje ke skute?n?mu. Vzhledem k tomu, ?e se p?edpov?di teorie li?? v z?vislosti na po?tu sv?t?, ??k? Wiseman, je mo?n? otestovat, zda je model multivesm?ru spr?vn? – to znamen?, ?e neexistuje ??dn? vlnov? funkce a ?e realita funguje podle klasick?ch z?kon?.

Vzhledem k tomu, ?e vlnov? funkce nen? v tomto modelu pot?ebn?, z?stane ?ivotaschopn?, i kdy? budouc? experimenty vylou?? modely „nev?domosti“. Krom? n? p?e?ij? i dal?? modely, nap??klad koda?sk? v?klad, kter? tvrd?, ?e neexistuje objektivn? realita, ale pouze v?po?ty.

Ale pak, jak ??k? White, se tato ot?zka stane p?edm?tem studia. A i kdy? zat?m nikdo nev?, jak to ud?lat, „co by bylo opravdu zaj?mav?, je vyvinout test, kter? ov???, zda v?bec m?me objektivn? realitu“.

Ur?it? jste sly?eli mnohokr?t o nevysv?tliteln?ch z?had?ch kvantov? fyziky a kvantov? mechaniky. Jeho z?kony fascinuj? mystikou a i sami fyzici p?izn?vaj?, ?e jim zcela nerozum?. Na jednu stranu je zv?dav? t?mto z?konitostem porozum?t, ale na druhou nen? ?as ??st mnohasvazkov? a slo?it? knihy o fyzice. Moc v?m rozum?m, proto?e tak? miluji pozn?n? a hled?n? pravdy, ale na v?echny knihy je stra?n? m?lo ?asu. Nejste sami, mnoho zv?dav?ch lid? p??e do vyhled?vac?ho ??dku: „kvantov? fyzika pro figur?ny, kvantov? mechanika pro figur?ny, kvantov? fyzika pro za??te?n?ky, kvantov? mechanika pro za??te?n?ky, z?klady kvantov? fyziky, z?klady kvantov? mechaniky, kvantov? fyzika pro d?ti, co je kvantov? mechanika“. Tento p??sp?vek je pro v?s.

Pochop?te z?kladn? pojmy a paradoxy kvantov? fyziky. Z ?l?nku se dozv?te:

• Co je to kvantov? fyzika a kvantov? mechanika?
• Co je ru?en??
• Co je kvantov? zapleten? (nebo kvantov? teleportace pro figur?ny)? (viz ?l?nek)
• Co je my?lenkov? experiment Schr?dingerovy ko?ky? (viz ?l?nek)

Kvantov? mechanika je sou??st? kvantov? fyziky.

Pro? je tak t??k? porozum?t t?mto v?d?m? Odpov?? je jednoduch?: kvantov? fyzika a kvantov? mechanika (sou??st kvantov? fyziky) studuj? z?kony mikrosv?ta. A tyto z?kony jsou absolutn? odli?n? od z?kon? na?eho makrokosmu. Proto je pro n?s obt??n? si p?edstavit, co se d?je s elektrony a fotony v mikrokosmu.

Uk?zka rozd?lu mezi z?kony makro- a mikrosv?ta: v na?em makrokosmu, pokud vlo??te m?? do jedn? ze 2 krabic, pak jedna z nich bude pr?zdn? a druh? - m??. Ale v mikrokosmu (pokud m?sto koule - atom) m??e b?t atom sou?asn? ve dvou krabic?ch. To bylo opakovan? experiment?ln? potvrzeno. Nen? t??k? si to srovnat v hlav?? Ale nem??ete argumentovat fakty.

Je?t? jeden p??klad. Vyfotografovali jste rychl? z?vodn? ?erven? spor??k a na fotce jste vid?li rozmazan? vodorovn? pruh, jako by auto v dob? po??zen? fotografie bylo z n?kolika bod? ve vesm?ru. Navzdory tomu, co vid?te na fotografii, jste si st?le jisti, ?e auto bylo v okam?iku, kdy jste ho vyfotografovali. na jednom konkr?tn?m m?st? ve vesm?ru. Ne tak v mikrosv?t?. Elektron, kter? ob?h? kolem j?dra atomu, se ve skute?nosti neto??, ale nach?z? se sou?asn? ve v?ech bodech koule kolem j?dra atomu. Jako voln? namotan? klubko nad?chan? vlny. Tento pojem ve fyzice se naz?v? "elektronick? cloud" .

Mal? odbo?ka do historie. V?dci poprv? p?em??leli o kvantov?m sv?t?, kdy? se v roce 1900 n?meck? fyzik Max Planck pokusil zjistit, pro? kovy m?n? barvu p?i zah??v?n?. Byl to on, kdo p?edstavil koncept kvanta. P?edt?m si v?dci mysleli, ?e sv?tlo putuje nep?etr?it?. Prvn?, kdo vzal Planck?v objev v??n?, byl tehdy nezn?m? Albert Einstein. Uv?domil si, ?e sv?tlo nen? jen vlna. N?kdy se chov? jako ??stice. Einstein dostal Nobelovu cenu za objev, ?e sv?tlo je vyza?ov?no po ??stech, kvantech. Kvantum sv?tla se naz?v? foton ( foton, Wikipedie) .

Abychom usnadnili pochopen? kvantov?ch z?kon? fyzika a mechanika (Wikipedia), je nutn? v ur?it?m smyslu abstrahovat od n?m zn?m?ch z?kon? klasick? fyziky. A p?edstavte si, ?e jste se pono?ili jako Alenka do kr?li?? nory do ???e div?.

A tady je karikatura pro d?ti i dosp?l?. Pov?d?n? o z?kladn?m experimentu kvantov? mechaniky se 2 ?t?rbinami a pozorovatelem. Trv? pouze 5 minut. Pod?vejte se na to, ne? se pono??me do z?kladn?ch ot?zek a koncept? kvantov? fyziky.

Video o kvantov? fyzice pro figur?ny. V karikatu?e v?nujte pozornost "oku" pozorovatele. Pro fyziky se to stalo v??nou z?hadou.

Co je ru?en??

Na za??tku kreslen?ho filmu bylo na p??kladu kapaliny uk?z?no, jak se chovaj? vlny - na obrazovce se za deskou se ?t?rbinami objevuj? st??dav? tmav? a sv?tl? svisl? pruhy. A v p??pad?, ?e jsou diskr?tn? ??stice (nap??klad obl?zky) „vyst?eleny“ na desku, prolet? 2 otvory a naraz? na obrazovku p??mo naproti otvor?m. A "nakreslit" na obrazovku pouze 2 svisl? pruhy.

Ru?en? sv?tla- Toto je "vlnov?" chov?n? sv?tla, kdy se na obrazovce zobrazuje spousta st??daj?c?ch se jasn?ch a tmav?ch svisl?ch pruh?. A ty svisl? pruhy naz?v?n interferen?n? vzor.

V na?em makrokosmu ?asto pozorujeme, ?e se sv?tlo chov? jako vlna. Pokud polo??te ruku p?ed sv??ku, pak na st?n? nebude jasn? st?n z ruky, ale s rozmazan?mi obrysy.

Tak?e to nen? tak t??k?! Nyn? je n?m zcela jasn?, ?e sv?tlo m? vlnovou povahu a pokud jsou sv?tlem osv?tleny 2 ?t?rbiny, pak na obrazovce za nimi uvid?me interferen?n? obrazec. Nyn? zva?te 2. experiment. Jde o slavn? Stern-Gerlach?v experiment (kter? byl proveden ve 20. letech minul?ho stolet?).

V instalaci popsan? v karikatu?e nesv?tily sv?tlem, ale „st??lely“ elektrony (jako samostatn? ??stice). Na za??tku minul?ho stolet? pak fyzici po cel?m sv?t? v??ili, ?e elektrony jsou element?rn? ??stice hmoty a nem?ly by m?t vlnovou povahu, ale stejnou jako obl?zky. Koneckonc?, elektrony jsou element?rn? ??stice hmoty, ne? To znamen?, ?e pokud jsou „hozeny“ do 2 slot?, jako obl?zky, pak na obrazovce za sloty bychom m?li vid?t 2 svisl? pruhy.

Ale... V?sledek byl ohromuj?c?. V?dci vid?li interferen?n? obrazec - spoustu svisl?ch pruh?. To znamen?, ?e elektrony, stejn? jako sv?tlo, mohou m?t tak? vlnovou povahu, mohou ru?it. Na druhou stranu se uk?zalo, ?e sv?tlo nen? jen vlna, ale tak? ??stice – foton (z historick?ho pozad? na za??tku ?l?nku jsme se dozv?d?li, ?e Einstein za tento objev dostal Nobelovu cenu).

Mo?n? si pamatujete, ?e ve ?kole o n?s ve fyzice ??kali "dualismus ??sticov?ch vln"? To znamen?, ?e pokud jde o velmi mal? ??stice (atomy, elektrony) mikrosv?ta, pak jsou jak vlny, tak ??stice

Pr?v? dnes jsme vy a j? tak chyt?? a ch?peme, ?e 2 v??e popsan? experimenty – st?elba elektrony a osv?tlen? ?t?rbin sv?tlem – jsou tot??. Proto?e na ?t?rbiny p?l?me kvantov? ??stice. Nyn? v?me, ?e jak sv?tlo, tak elektrony jsou kvantov? povahy, jsou to vlny i ??stice z?rove?. A na za??tku 20. stolet? byly v?sledky tohoto experimentu senzac?.

Pozornost! Nyn? p?ejd?me k jemn?j??mu probl?mu.

Sv?t?me na na?e ?t?rbiny proudem foton? (elektron?) – a za ?t?rbinami na st?n?tku vid?me interferen?n? obrazec (svisl? pruhy). Je to jasn?. Ale zaj?m? n?s, jak ka?d? z elektron? prol?tne ?t?rbinou.

Pravd?podobn? jeden elektron let? do lev? ?t?rbiny, druh? doprava. Ale pak by se na obrazovce m?ly objevit 2 svisl? pruhy p??mo naproti slot?m. Pro? se z?sk? interferen?n? obrazec? Mo?n?, ?e elektrony spolu n?jak interaguj? u? na obrazovce pot?, co prolet?ly ?t?rbinami. A v?sledkem je takov? vlnov? vzor. Jak to m??eme sledovat?

Budeme h?zet elektrony ne v paprsku, ale jeden po druh?m. Pus? to, po?kej, pus? dal??. Nyn?, kdy? elektron let? s?m, ji? nebude schopen interagovat na obrazovce s jin?mi elektrony. Ka?d? elektron po hodu zaregistrujeme na obrazovce. Jeden nebo dva n?m samoz?ejm? „nenakresl?“ jasn? obr?zek. Ale kdy? jich jeden po druh?m po?leme do slot? hodn?, v?imneme si... ach hr?za - op?t „nakreslily“ interferen?n? vlnov? vzor!

Za??n?me pomalu ??let. Ostatn? jsme ?ekali, ?e naproti slot?m budou 2 svisl? pruhy! Uk?zalo se, ?e kdy? jsme h?zeli fotony jeden po druh?m, ka?d? z nich pro?el jakoby 2 ?t?rbinami sou?asn? a zasahoval do sebe. Beletrie! K vysv?tlen? tohoto jevu se vr?t?me v dal?? ??sti.

Co je to spin a superpozice?

Nyn? v?me, co je ru?en?. Toto je vlnov? chov?n? mikro??stic - foton?, elektron?, dal??ch mikro??stic (??kejme jim pro zjednodu?en? od nyn?j?ka fotony).

V?sledkem experimentu, kdy jsme hodili 1 foton do 2 ?t?rbin, jsme si uv?domili, ?e let? jakoby dv?ma ?t?rbinami sou?asn?. Jak jinak vysv?tlit interferen?n? obrazec na obrazovce?

Jak si ale p?edstavit obr?zek, ?e foton prolet? dv?ma ?t?rbinami sou?asn?? Jsou 2 mo?nosti.

• 1. mo?nost: foton, jako vlna (jako voda) "proplouv?" 2 ?t?rbinami sou?asn?
• 2. mo?nost: foton, jako ??stice, let? sou?asn? po 2 trajektori?ch (ani ne po dvou, ale najednou)

V z?sad? jsou tato tvrzen? ekvivalentn?. Dosp?li jsme k „cestov?mu integr?lu“. Toto je formulace kvantov? mechaniky Richarda Feynmana.

Mimochodem, p?esn? tak Richard Feynman pat?? ke zn?m?mu v?razu, ?e m??eme s jistotou ??ci, ?e kvantov? mechanice nikdo nerozum?

Ale tento jeho v?raz fungoval na po??tku stolet?. Ale te? jsme chyt?? a v?me, ?e foton se m??e chovat jako ??stice i jako vlna. ?e dok??e, pro n?s n?jak?m zp?sobem nepochopiteln?m zp?sobem, prol?tnout sou?asn? 2 sloty. Proto pro n?s bude snadn? pochopit n?sleduj?c? d?le?it? tvrzen? kvantov? mechaniky:

P??sn? vzato, kvantov? mechanika n?m ??k?, ?e toto chov?n? foton? je pravidlem, nikoli v?jimkou. Jak?koli kvantov? ??stice je zpravidla v n?kolika stavech nebo v n?kolika bodech prostoru sou?asn?.

P?edm?ty makrosv?ta mohou b?t pouze na jednom konkr?tn?m m?st? a v jednom konkr?tn?m stavu. Ale kvantov? ??stice existuje podle sv?ch vlastn?ch z?kon?. A je j? jedno, ?e jim nerozum?me. To je podstata.

Zb?v? n?m jednodu?e p?ijmout jako axiom, ?e „superpozice“ kvantov?ho objektu znamen?, ?e m??e b?t na 2 nebo v?ce trajektori?ch sou?asn?, ve 2 nebo v?ce bodech ve stejnou dobu.

Tot?? plat? pro dal?? parametr fotonu - spin (jeho vlastn? moment hybnosti). Spin je vektor. Kvantov? objekt lze pova?ovat za mikroskopick? magnet. Jsme zvykl?, ?e vektor magnetu (spin) sm??uje bu? nahoru nebo dol?. Ale elektron nebo foton n?m zase ??k?: „Kluci, je n?m jedno, na co jste zvykl?, m??eme b?t v obou spinov?ch stavech najednou (vektor nahoru, vektor dol?), stejn? jako m??eme b?t na 2 trajektori?ch na ve stejnou dobu nebo ve 2 bodech ve stejnou dobu!

Co je to „m??en?“ nebo „kolaps vlnov? funkce“?

Zb?v? n?m trochu - pochopit, co je to "m??en?" a co "kolaps vlnov? funkce".

vlnov? funkce je popis stavu kvantov?ho objektu (n?? foton nebo elektron).

P?edpokl?dejme, ?e m?me elektron, let? k sob? v neur?it?m stavu sm??uje jeho rotace sou?asn? nahoru i dol?. Mus?me zm??it jeho stav.

M??me pomoc? magnetick?ho pole: elektrony, jejich? spin sm??oval ve sm?ru pole, se budou odchylovat jedn?m sm?rem a elektrony, jejich? spin je nam??en proti poli, se budou odchylovat druh?m sm?rem. Fotony lze tak? poslat do polariza?n?ho filtru. Pokud je spin (polarizace) fotonu +1, projde filtrem, a pokud je -1, pak ne.

Stop! Zde nevyhnuteln? vyvst?v? ot?zka: p?ed m??en?m koneckonc? elektron nem?l ??dn? konkr?tn? sm?r rotace, ?e? Byl ve v?ech st?tech sou?asn??

To je trik a senzace kvantov? mechaniky.. Dokud nem???te stav kvantov?ho objektu, m??e se ot??et libovoln?m sm?rem (m? libovoln? sm?r vlastn?ho vektoru momentu hybnosti - spin). Ale ve chv?li, kdy jste zm??ili jeho stav, zd? se, ?e se rozhoduje, jak? spin vektor vz?t.

Tento kvantov? objekt je tak cool - rozhoduje o sv?m stavu. A nem??eme dop?edu p?edv?dat, jak? rozhodnut? u?in?, a? vlet? do magnetick?ho pole, ve kter?m jej m???me. Pravd?podobnost, ?e se rozhodne m?t spinov? vektor „nahoru“ nebo „dol?“, je 50 a? 50 %. Jakmile se ale rozhodne, je v ur?it?m stavu s konkr?tn?m sm?rem ot??en?. D?vodem jeho rozhodnut? je na?e „dimenze“!

Tomu se ??k? " kolaps vlnov? funkce". Vlnov? funkce p?ed m??en?m byla neur?it?, tzn. elektronov? spinov? vektor byl sou?asn? ve v?ech sm?rech, po m??en? si elektron zafixoval ur?it? sm?r sv?ho spinov?ho vektoru.

Pozornost! Vynikaj?c? p??klad asociace z na?eho makrokosmu pro pochopen?:

Rozto?te minci na stole jako vr?ek. Zat?mco se mince to??, nem? ??dn? konkr?tn? v?znam – hlavy nebo ocasy. Jakmile se ale rozhodnete tuto hodnotu „zm??it“ a bouchnete minc? rukou, zde z?sk?te konkr?tn? stav mince – hlavy nebo ocasy. Nyn? si p?edstavte, ?e tato mince rozhoduje o tom, jakou hodnotu v?m „uk??e“ – hlavy nebo ocasy. Elektron se chov? p?ibli?n? stejn?.

Nyn? si vzpome?te na experiment zobrazen? na konci karikatury. Kdy? fotony pro?ly ?t?rbinami, chovaly se jako vlna a na obrazovce vykazovaly interferen?n? obrazec. A kdy? cht?li v?dci opravit (zm??it) okam?ik, kdy fotony pro?ly ?t?rbinou a um?stit „pozorovatele“ za clonu, fotony se za?aly chovat nikoli jako vlny, ale jako ??stice. A „nakresli“ 2 svisl? pruhy na obrazovku. Tito. v okam?iku m??en? nebo pozorov?n? si kvantov? objekty samy vyb?raj?, v jak?m stavu by se m?ly nach?zet.

Beletrie! Nen? to ono?

Ale to nen? v?echno. Kone?n? my dostal k tomu nejzaj?mav?j??mu.

Ale ... zd? se mi, ?e dojde k p?et??en? informac?, tak?e tyto 2 pojmy zv???me v samostatn?ch p??sp?vc?ch:

• Co ?
• Co je my?lenkov? experiment.

A te?, chcete, aby byly informace um?st?ny na police? Pod?vejte se na dokument z produkce Kanadsk?ho institutu pro teoretickou fyziku. B?hem 20 minut v?m velmi stru?n? a chronologicky pov? o v?ech objevech kvantov? fyziky, po??naje objevem Plancka v roce 1900. A pak v?m ?eknou, jak? praktick? v?voj se v sou?asnosti prov?d? na z?klad? znalost? kvantov? fyziky: od nejp?esn?j??ch atomov?ch hodin a? po superrychl? v?po?ty kvantov?ho po??ta?e. V?ele doporu?uji shl?dnout tento film.

Uvid?me se!

P?eji v?m v?em inspiraci pro v?echny va?e pl?ny a projekty!

P.S.2 Sv? dotazy a my?lenky pi?te do koment???. Napi?te, jak? dal?? ot?zky z kvantov? fyziky v?s zaj?maj??

P.S.3 P?ihlaste se k odb?ru blogu - formul?? odb?ru pod ?l?nkem.

Klasick? fyzika, kter? existovala p?ed vyn?lezem kvantov? mechaniky, popisuje p??rodu v b??n?m (makroskopick?m) m???tku. V?t?inu teori? klasick? fyziky lze odvodit jako aproximaci funguj?c? na m???tk?ch, na kter? jsme zvykl?. Kvantov? fyzika (je to tak? kvantov? mechanika) se li?? od klasick? v?dy t?m, ?e energie, hybnost, moment hybnosti a dal?? veli?iny sdru?en?ho syst?mu jsou omezeny na diskr?tn? hodnoty (kvantizace). P?edm?ty maj? zvl??tn? vlastnosti jak ve form? ??stic, tak ve form? vln?n? (dualita vlnov?ch ??stic). Tak? v t?to v?d? existuj? hranice p?esnosti, s n?? lze m??it veli?iny (princip nejistoty).

D? se ??ci, ?e po n?stupu kvantov? fyziky nastala v exaktn?ch v?d?ch jak?si revoluce, kter? umo?nila p?ehodnotit a rozebrat v?echny star? z?kony, kter? byly d??ve pova?ov?ny za nezpochybniteln? pravdy. Je to dobr? nebo ?patn?? Mo?n? je to dob?e, proto?e prav? v?da by nikdy nem?la st?t na m?st?.

„Kvantov? revoluce“ v?ak byla jakousi ranou pro fyziky star? ?koly, kte?? se museli sm??it s t?m, ?e to, v co v??ili d??ve, se uk?zalo b?t jen souborem myln?ch a archaick?ch teori?, kter? pot?ebovaly nal?havou revizi a adaptace na novou realitu. V?t?ina fyzik? nad?en? p?ijala tyto nov? my?lenky o zn?m? v?d? a p?isp?la k jej?mu studiu, rozvoji a realizaci. Kvantov? fyzika dnes ur?uje dynamiku cel? v?d? jako celku. Pokro?il? experiment?ln? projekty (jako Large Hadron Collider) vznikly pr?v? kv?li n?.

Otev?rac?

Co lze ??ci o z?kladech kvantov? fyziky? Postupn? se vyno?il z r?zn?ch teori? navr?en?ch k vysv?tlen? jev?, kter? nebylo mo?n? uv?st v soulad s klasickou fyzikou, jako bylo ?e?en? Maxe Plancka v roce 1900 a jeho p??stup k radia?n?mu probl?mu mnoha v?deck?ch probl?m? a korespondence mezi energi? a frekvenc? v ?l?nku z roku 1905 Albert Einstein, kter? vysv?tlil fotoelektrick? jevy. Ran? teorie kvantov? fyziky byla d?kladn? revidov?na v polovin? 20. let 20. stolet? Wernerem Heisenbergem, Maxem Bornem a dal??mi. Modern? teorie je formulov?na v r?zn?ch speci?ln? vyvinut?ch matematick?ch konceptech. V jednom z nich n?m aritmetick? funkce (nebo vlnov? funkce) poskytuje komplexn? informaci o amplitud? pravd?podobnosti um?st?n? impulsu.

V?deck? studium vlnov? podstaty sv?tla za?alo p?ed v?ce ne? 200 lety, kdy velc? a uzn?van? v?dci t? doby navrhli, rozvinuli a dok?zali teorii sv?tla na z?klad? vlastn?ch experiment?ln?ch pozorov?n?. ??kali tomu vlna.

V roce 1803 provedl slavn? anglick? v?dec Thomas Young sv?j slavn? dvojit? experiment, v jeho? d?sledku napsal slavn? d?lo „O povaze sv?tla a barev“, kter? hr?lo obrovskou roli p?i formov?n? modern?ch p?edstav o t?chto zn?m?ch jevech. Tento experiment hr?l hlavn? roli ve v?eobecn?m p?ijet? t?to teorie.

Takov? experimenty jsou ?asto pops?ny v r?zn?ch knih?ch, nap??klad „Z?klady kvantov? fyziky pro figur?ny“. Modern? experimenty s urychlov?n?m element?rn?ch ??stic, nap??klad hled?n? Higgsova bosonu ve Velk?m hadronov?m urychlova?i (zkr?cen? LHC) se prov?d? pr?v? za ??elem praktick?ho potvrzen? mnoha ?ist? teoretick?ch kvantov?ch teori?.

P??b?h

V roce 1838 objevil Michael Faraday k radosti cel?ho sv?ta katodov? paprsky. Po t?chto senza?n?ch studi?ch n?sledovalo prohl??en? o probl?mu z??en?, tzv. „?ern? t?leso“ (1859), kter? provedl Gustav Kirchhoff, a tak? slavn? p?edpoklad Ludwiga Boltzmanna, ?e energetick? stavy jak?hokoli fyzik?ln?ho syst?mu mohou tak? b?t diskr?tn? (1877). Pozd?ji se objevila kvantov? hypot?za vyvinut? Maxem Planckem (1900). Je pova?ov?n za jeden ze z?klad? kvantov? fyziky. Odv??n? tvrzen?, ?e energie m??e b?t emitov?na i absorbov?na v diskr?tn?ch „kvant?ch“ (nebo energetick?ch bal??c?ch), je p?esn? v souladu s pozorovateln?mi vzory z??en? ?ern?ho t?lesa.

Velk? p??nos pro kvantovou fyziku p?inesl sv?tozn?m? Albert Einstein. Pod dojmem kvantov?ch teori? vyvinul svou vlastn?. Obecn? teorie relativity – tak se tomu ??k?. Objevy v kvantov? fyzice ovlivnily i v?voj speci?ln? teorie relativity. Mnoho v?dc? v prvn? polovin? minul?ho stolet? za?alo studovat tuto v?du na n?vrh Einsteina. Byla v t? dob? na ?pici, v?ichni ji m?li r?di, v?ichni se o ni zaj?mali. Nen? divu, v?dy? v klasick? fyzik?ln? v?d? uzav?ela tolik „d?r“ (av?ak vytvo?ila i nov?), nab?dla v?deck? zd?vodn?n? cestov?n? ?asem, telekineze, telepatie a paraleln?ch sv?t?.

Role pozorovatele

Jak?koli ud?lost nebo stav z?vis? p??mo na pozorovateli. Obvykle se takto stru?n? vysv?tluj? z?klady kvantov? fyziky lidem, kte?? maj? k exaktn?m v?d?m daleko. Ve skute?nosti je v?ak v?e mnohem slo?it?j??.

To je v dokonal?m souladu s mnoha okultn?mi a n?bo?ensk?mi tradicemi, kter? po stalet? trvaly na schopnosti lid? ovliv?ovat d?n? kolem sebe. To je sv?m zp?sobem i z?kladem pro v?deck? vysv?tlen? mimosmyslov?ho vn?m?n?, proto?e nyn? se nezd? absurdn? tvrzen?, ?e ?lov?k (pozorovatel) je schopen ovliv?ovat fyzik?ln? d?je silou my?lenky.

Ka?d? vlastn? stav pozorovateln? ud?losti nebo objektu odpov?d? vlastn?mu vektoru pozorovatele. Pokud je spektrum oper?tora (pozorovatele) diskr?tn?, m??e pozorovan? objekt dosahovat pouze diskr?tn?ch vlastn?ch ??sel. To znamen?, ?e p?edm?t pozorov?n?, stejn? jako jeho charakteristiky, jsou zcela ur?eny pr?v? t?mto oper?torem.

Na rozd?l od konven?n? klasick? mechaniky (nebo fyziky) nelze prov?d?t simult?nn? p?edpov?di konjugovan?ch prom?nn?ch, jako je poloha a hybnost. Nap??klad elektrony se mohou (s ur?itou pravd?podobnost?) nach?zet p?ibli?n? v ur?it? oblasti prostoru, ale jejich p?esn? matematick? poloha je ve skute?nosti nezn?m?.

Kolem j?dra atomu lze nakreslit obrysy s konstantn? hustotou pravd?podobnosti, ?asto ozna?ovan? jako „mraky“, aby bylo mo?n? vytvo?it koncept, kde se elektron s nejv?t?? pravd?podobnost? nach?z?. Heisenberg?v princip nejistoty dokazuje neschopnost p?esn? lokalizovat ??stici vzhledem k jej? konjugovan? hybnosti. N?kter? modely v t?to teorii jsou ?ist? abstraktn? v?po?etn? povahy a neimplikuj? aplikovanou hodnotu. ?asto se v?ak pou??vaj? k v?po?tu slo?it?ch interakc? na ?rovni a dal??ch jemn?ch z?le?itost?. Nav?c toto odv?tv? fyziky umo?nilo v?dc?m p?edpokl?dat mo?nost skute?n? existence mnoha sv?t?. Snad je budeme moci brzy vid?t.

vlnov? funkce

Z?kony kvantov? fyziky jsou velmi objemn? a rozmanit?. Prol?naj? se s my?lenkou vlnov?ch funkc?. N?kter? speci?ln? vytv??ej? rozp?t? pravd?podobnost?, kter? je ze sv? podstaty konstantn? nebo nez?visl? na ?ase, nap??klad kdy? se ve stacion?rn?m stavu energie zd?, ?e ?as miz? vzhledem k vlnov? funkci. To je jeden z efekt? kvantov? fyziky, kter? je pro ni z?sadn?. Zaj?mav?m faktem je, ?e fenom?n ?asu byl v t?to neobvykl? v?d? radik?ln? revidov?n.

Poruchov? teorie

Existuje v?ak n?kolik spolehliv?ch zp?sob?, jak vyvinout ?e?en? pot?ebn? pro pr?ci se vzorci a teoriemi v kvantov? fyzice. Jedna takov? metoda, b??n? zn?m? jako „teorie poruch“, pou??v? analytick? v?sledek pro element?rn? kvantov? mechanick? model. Byl vytvo?en, aby p?inesl v?sledky z experiment? a vyvinul je?t? slo?it?j?? model, kter? souvis? s jednodu???m modelem. Zde je rekurze.

Tento p??stup je d?le?it? zejm?na v teorii kvantov?ho chaosu, kter? je mimo??dn? obl?ben? pro interpretaci r?zn?ch ud?lost? v mikroskopick? realit?.

Pravidla a z?kony

Z?kladem jsou pravidla kvantov? mechaniky. Tvrd?, ?e prostor nasazen? syst?mu je naprosto z?sadn? (m? bodov? sou?in). Dal??m tvrzen?m je, ?e efekty pozorovan? t?mto syst?mem jsou z?rove? zvl??tn?mi oper?tory ovliv?uj?c?mi vektory pr?v? v tomto m?diu. Ne?eknou n?m v?ak, kter? Hilbert?v prostor nebo kte?? oper?to?i v tuto chv?li existuj?. Mohou b?t vhodn? zvoleny pro z?sk?n? kvantitativn?ho popisu kvantov?ho syst?mu.

V?znam a vliv

Od vzniku t?to neobvykl? v?dy vyvolalo mnoho antiintuitivn?ch aspekt? a v?sledk? studia kvantov? mechaniky hlasit? filozofick? debaty a mnoho v?klad?. I z?sadn? ot?zky, jako jsou pravidla pro v?po?et r?zn?ch amplitud a rozd?len? pravd?podobnosti, si zaslou?? respekt ve?ejnosti a mnoha p?edn?ch v?dc?.

Nap??klad jednoho dne smutn? poznamenal, ?e si v?bec nen? jist?, zda n?kdo z v?dc? v?bec rozum? kvantov? mechanice. Podle Stevena Weinberga v sou?asnosti neexistuje ??dn? univerz?ln? interpretace kvantov? mechaniky. To nazna?uje, ?e v?dci vytvo?ili „monstrum“, aby pln? pochopili a vysv?tlili existenci, kter?ho sami nejsou schopni. To v?ak nijak ne?kod? relevanci a popularit? t?to v?dy, ale p?itahuje mlad? odborn?ky, kte?? cht?j? ?e?it skute?n? slo?it? a nepochopiteln? probl?my.

Kvantov? mechanika si nav?c vynutila kompletn? revizi objektivn?ch fyzik?ln?ch z?kon? vesm?ru, co? je dobr? zpr?va.

Koda?sk? v?klad

Podle tohoto v?kladu ji? nen? pot?eba standardn? definice kauzality, kterou zn?me z klasick? fyziky. Podle kvantov?ch teori? kauzalita v pro n?s obvykl?m smyslu v?bec neexistuje. V?echny fyzik?ln? jevy v nich jsou vysv?tleny z pohledu interakce nejmen??ch element?rn?ch ??stic na subatom?rn? ?rovni. Tato oblast je i p?es zd?nlivou nepravd?podobnost mimo??dn? perspektivn?.

kvantov? psychologie

Co lze ??ci o vztahu mezi kvantovou fyzikou a lidsk?m v?dom?m? To je kr?sn? naps?no v knize napsan? Robertem Antonem Wilsonem v roce 1990 s n?zvem Quantum Psychology.

Podle teorie uveden? v knize jsou v?echny procesy prob?haj?c? v na?em mozku ur?ov?ny z?kony popsan?mi v tomto ?l?nku. To znamen?, ?e jde o jak?si pokus o p?izp?soben? teorie kvantov? fyziky psychologii. Tato teorie je pova?ov?na za parav?dn? a akademick? obec ji neuzn?v?.

Wilsonova kniha je pozoruhodn? t?m, ?e v n? poskytuje soubor r?zn?ch technik a praktik, kter? v t? ?i on? m??e potvrzuj? jeho hypot?zu. Tak ?i onak se ?ten?? mus? s?m rozhodnout, zda v??? nebo nev??? v ?ivotaschopnost takov?ch pokus? aplikovat matematick? a fyzik?ln? modely na humanitn? obory.

N?kte?? brali Wilsonovu knihu jako pokus ospravedlnit mystick? my?len? a spojit je s v?decky ov??en?mi nov?mi fyzik?ln?mi formulacemi. Toto vysoce netrivi?ln? a n?padn? d?lo je ??dan? ji? v?ce ne? 100 let. Kniha vych?z?, p?ekl?d? a ?te se po cel?m sv?t?. Kdo v?, t?eba se s rozvojem kvantov? mechaniky zm?n? i postoj v?deck? komunity ke kvantov? psychologii.

Z?v?r

D?ky t?to pozoruhodn? teorii, kter? se brzy stala samostatnou v?dou, jsme mohli prozkoumat okoln? realitu na ?rovni subatom?rn?ch ??stic. Toto je nejmen?? ?rove? ze v?ech mo?n?ch, zcela nep??stupn? na?emu vn?m?n?. To, co fyzici d??ve v?d?li o na?em sv?t?, pot?ebuje nal?havou revizi. S t?m souhlas? naprosto v?ichni. Uk?zalo se, ?e r?zn? ??stice spolu mohou interagovat na zcela nemysliteln? vzd?lenosti, kter? m??eme zm??it pouze slo?it?mi matematick?mi vzorci.

Nav?c kvantov? mechanika (a kvantov? fyzika) prok?zala mo?nost mnoha paraleln?ch realit, cestov?n? v ?ase a dal??ch v?c?, kter? byly v pr?b?hu historie pova?ov?ny pouze za sci-fi. To je bezpochyby obrovsk? p??nos nejen pro v?du, ale i pro budoucnost lidstva.

Pro milovn?ky v?deck?ho obrazu sv?ta m??e b?t tato v?da p??telem i nep??telem. Faktem je, ?e kvantov? teorie otev?r? ?irok? mo?nosti pro r?zn? spekulace na parav?dn? t?ma, jak se ji? uk?zalo na p??kladu jedn? z alternativn?ch psychologick?ch teori?. N?kte?? modern? okultist?, esoterici a p??znivci alternativn?ch n?bo?ensk?ch a duchovn?ch hnut? (nej?ast?ji psychokult?) se obracej? k teoretick?m konstrukc?m t?to v?dy, aby dolo?ili racionalitu a pravdivost sv?ch mystick?ch teori?, p?esv?d?en? a praktik.

Jde o bezprecedentn? p??pad, kdy jednoduch? dohady teoretik? a abstraktn? matematick? vzorce vedly ke skute?n? v?deck? revoluci a vytvo?ily novou v?du, kter? p?e?krtla v?e, co bylo d??ve zn?mo. Kvantov? fyzika do jist? m?ry vyvr?tila z?kony aristotelsk? logiky, proto?e uk?zala, ?e p?i volb? „bu?-nebo“ existuje je?t? jedna (nebo mo?n? n?kolik) alternativ.