Niekas ?iame pasaulyje nesupranta, kas yra kvantin? mechanika. Tai turb?t svarbiausias dalykas, kur? reikia ?inoti apie j?. ?inoma, daugelis fizik? i?moko naudotis d?sniais ir netgi nusp?ti rei?kinius, pagr?stus kvantine kompiuterija. Ta?iau vis dar neai?ku, kod?l eksperimento steb?tojas nustato sistemos elges? ir ver?ia j? u?imti vien? i? dviej? b?sen?.

?tai keletas eksperiment? pavyzd?i?, kuri? rezultatai nei?vengiamai pasikeis, veikiant steb?tojui. Jie rodo, kad kvantin? mechanika prakti?kai sprend?ia s?moningos minties ?siki?im? ? materiali? tikrov?.

?iandien yra daug kvantin?s mechanikos interpretacij?, ta?iau Kopenhagos interpretacija yra bene geriausiai ?inoma. 1920-aisiais jos bendruosius postulatus suformulavo Nielsas Bohras ir Werneris Heisenbergas.

Kopenhagos interpretacijos pagrindas buvo bang? funkcija. Tai matematin? funkcija, turinti informacij? apie visas galimas kvantin?s sistemos b?senas, kuriose ji egzistuoja vienu metu. Remiantis Kopenhagos ai?kinimu, sistemos b?sen? ir jos pad?t? kit? b?sen? at?vilgiu galima nustatyti tik stebint (bangin? funkcija naudojama tik matemati?kai apskai?iuoti tikimyb?, kad sistema bus vienoje ar kitoje b?senoje).

Galima sakyti, kad po steb?jimo kvantin? sistema tampa klasikine ir i? karto nustoja egzistuoti kitose b?senose nei ta, kurioje buvo stebima. ?i i?vada rado savo prie?inink? (prisiminkime gars?j? Ein?teino „Dievas ne?aid?ia kauliukais“), ta?iau skai?iavim? ir prognozi? tikslumas vis tiek tur?jo savo.

Nepaisant to, Kopenhagos interpretacijos ?alinink? ma??ja, o pagrindin? to prie?astis – paslaptingas momentinis bangos funkcijos ?lugimas eksperimento metu. Garsusis Erwino Schr?dingerio minties eksperimentas su varg?a kate tur?t? parodyti ?io rei?kinio absurdi?kum?. Prisiminkime detales.

Juodosios d???s viduje s?di juoda kat?, o kartu su ja nuod? buteliukas ir mechanizmas, galintis atsitiktinai i?leisti nuodus. Pavyzd?iui, radioaktyvus atomas skilimo metu gali sulau?yti burbul?. Tikslus atomo skilimo laikas ne?inomas. ?inomas tik pusin?s eliminacijos laikas, kurio metu skilimas ?vyksta su 50% tikimybe.

Akivaizdu, kad i?oriniam steb?tojui kat? d??ut?s viduje yra dviej? b?sen?: ji yra gyva, jei viskas buvo gerai, arba negyva, jei ?vyko irimas, o buteliukas sugedo. Abi ?ias b?senas apib?dina kat?s bang? funkcija, kuri laikui b?gant kinta.

Kuo daugiau laiko praeina, tuo didesn? tikimyb?, kad ?vyko radioaktyvus skilimas. Ta?iau vos tik atidarome d??ut?, bang? funkcija ?lunga ir i? karto matome ?io ne?moni?ko eksperimento rezultatus.

Ties? sakant, kol steb?tojas neatidaro d???s, kat? be galo balansuos tarp gyvyb?s ir mirties arba bus gyva ir mirusi. Jo likimas gali b?ti nulemtas tik d?l steb?tojo veiksm?. ? ?? absurd? atkreip? d?mes? Schr?dingeris.

Remiantis „The New York Times“ garsi? fizik? apklausa, elektron? difrakcijos eksperimentas yra vienas nuostabiausi? studij? mokslo istorijoje. Kokia jos prigimtis? Yra ?altinis, kuris skleid?ia elektron? spindul? ? ?viesai jautr? ekran?. Ir ?i? elektron? kelyje yra kli?tis, varin? plok?t? su dviem ply?iais.

Kokio vaizdo galime tik?tis ekrane, jei elektronai mums paprastai vaizduojami kaip ma?i ?krauti rutuliukai? Dvi juostel?s prie?ais varin?s plok?t?s angas. Ta?iau i? tikr?j? ekrane pasirodo daug sud?tingesnis kintam? balt? ir juod? juosteli? modelis. Taip yra d?l to, kad eidami pro ply?? elektronai pradeda elgtis ne tik kaip dalel?s, bet ir kaip bangos (taip elgiasi fotonai ar kitos ?viesos dalel?s, kurios vienu metu gali b?ti banga).

?ios bangos s?veikauja erdv?je, susidurdamos ir sustiprindamos viena kit?, tod?l ekrane rodomas sud?tingas kintan?i? ?viesi? ir tamsi? juost? modelis. Tuo pa?iu metu ?io eksperimento rezultatas nesikei?ia, net jei elektronai praeina po vien? – net ir viena dalel? gali b?ti banga ir vienu metu pereiti per du ply?ius. ?is postulatas buvo vienas pagrindini? Kopenhagos kvantin?s mechanikos interpretacijoje, kai dalel?s gali vienu metu kaip banga demonstruoti savo „?prastas“ fizines ir egzotines savybes.

Bet kaip apie steb?toj?? B?tent jis ?i? paini? istorij? dar labiau painioja. Kai fizikai, atlikdami tokius eksperimentus, band? naudoti prietaisus, kad nustatyt?, per kur? ply?? i? tikr?j? pra?jo elektronas, vaizdas ekrane smarkiai pasikeit? ir tapo „klasikiniu“: su dviem ap?viestomis sekcijomis, esan?iomis tiesiai prie?ais ply?ius, be joki? besikei?ian?i? juosteli?.

Atrod?, kad elektronai nenor?jo atskleisti savo bang? prigimties akylai steb?toj? akiai. Tai atrodo kaip paslaptis, apgaubta tamsos. Ta?iau yra paprastesnis paai?kinimas: sistemos steb?jimas negali b?ti atliktas be fizinio poveikio. Tai aptarsime v?liau.

2. Pakaitinti fullerenai

Daleli? difrakcijos eksperimentai buvo atliekami ne tik su elektronais, bet ir su kitais, daug didesniais objektais. Pavyzd?iui, buvo naudojami fullerenai, didel?s ir u?daros molekul?s, susidedan?ios i? keli? de?im?i? anglies atom?. Neseniai Vienos universiteto mokslinink? grup?, vadovaujama profesoriaus Zeilingerio, paband? ? ?iuos eksperimentus ?traukti steb?jimo element?. Nor?dami tai padaryti, jie lazerio spinduliais ap?vitino judan?ias fullereno molekules. Tada, kaitinamos i?orinio ?altinio, molekul?s prad?jo ?vyt?ti ir nei?vengiamai atspind?jo savo buvim? steb?tojui.

Kartu su ?ia naujove pasikeit? ir molekuli? elgsena. Iki tokio i?samaus steb?jimo fullerenai gana s?kmingai i?veng? kli?ties (pasi?ym?jo bangin?mis savyb?mis), pana?iai kaip ir ankstesniame pavyzdyje, kai elektronai atsitrenk? ? ekran?. Ta?iau esant steb?tojui, fullerenai prad?jo elgtis kaip visi?kai ?statym? paisan?ios fizin?s dalel?s.

3. Au?inimo matavimas

Vienas ?inomiausi? kvantin?s fizikos pasaulio d?sni? yra Heisenbergo neapibr??tumo principas, pagal kur? ne?manoma vienu metu nustatyti kvantinio objekto grei?io ir pad?ties. Kuo tiksliau i?matuojame dalel?s impuls?, tuo ma?iau tiksliai galime i?matuoti jos pad?t?. Ta?iau m?s? makroskopiniame realiame pasaulyje kvantini? d?sni?, veikian?i? ma?as daleles, galiojimas paprastai nepastebimas.

Naujausi JAV profesoriaus Schwabo eksperimentai labai vertingai prisideda prie ?ios srities. Kvantinis poveikis ?iuose eksperimentuose buvo ?rodytas ne elektron? ar fullereno molekuli? (kuri? skersmuo yra apytikslis 1 nm), bet ant didesni? objekt? – ma?yt?s aliuminio juostel?s. ?i juosta buvo pritvirtinta i? abiej? pusi? taip, kad jos vidurys b?t? pakabintas ir gal?t? vibruoti veikiant i?oriniam poveikiui. Be to, ?alia buvo pastatytas prietaisas, galintis tiksliai ?ra?yti juostos pad?t?. Eksperimento metu buvo atrasta keletas ?domi? dalyk?. Pirma, bet koks matavimas, susij?s su objekto pad?timi ir juostos steb?jimas, j? paveik?, po kiekvieno matavimo juostos pad?tis keit?si.

Eksperimentuotojai labai tiksliai nustat? juostos koordinates ir taip, vadovaudamiesi Heisenbergo principu, pakeit? jos greit?, taigi ir tolesn? pad?t?. Antra, ir visai netik?tai, d?l kai kuri? matavim? juosta atv?so. Taigi steb?tojas gali pakeisti fizines objekt? savybes vien j? buvimu.

4. U??alimo dalel?s

Kaip ?inia, nestabilios radioaktyviosios dalel?s skyla ne tik eksperimentuojant su kat?mis, bet ir pa?ios. Kiekviena dalel? turi vidutin? gyvavimo laik?, kuris, kaip paai?k?ja, gali pailg?ti stebint steb?tojui. ?is kvantinis efektas buvo nusp?jamas dar septintajame de?imtmetyje, o puikus eksperimentinis jo ?rodymas buvo paskelbtas Nobelio fizikos premijos laureato Wolfgango Ketterle i? Masa?usetso technologijos instituto vadovaujamos grup?s publikuotame dokumente.

?iame darbe buvo tiriamas nestabili? su?adint? rubid?io atom? skilimas. I? karto po sistemos paruo?imo atomai buvo su?adinami naudojant lazerio spindul?. Steb?jimas vyko dviem re?imais: nuolatiniu (sistema nuolat buvo veikiama nedideli? ?viesos impuls?) ir impulsiniu (sistema karts nuo karto buvo ap?vitinama galingesniais impulsais).

Gauti rezultatai visi?kai sutapo su teorin?mis prognoz?mis. I?oriniai ?viesos efektai sul?tina daleli? skilim?, gr??indami jas ? pradin? b?sen?, kuri toli gra?u n?ra irimo b?sena. ?io poveikio mastas taip pat sutapo su prognoz?mis. Maksimalus nestabili? su?adint? rubid?io atom? tarnavimo laikas padid?jo 30 kart?.

5. Kvantin? mechanika ir s?mon?

Elektronai ir fullerenai nustoja rodyti savo bangines savybes, aliuminio plok?t?s atv?sta, o nestabilios dalel?s sul?tina j? skilim?. Atidi steb?tojo akis tiesiogine prasme kei?ia pasaul?. Kod?l tai negali b?ti m?s? proto ?sitraukimo ? pasaulio darb? ?rodymas? Galb?t Carlas Jungas ir Wolfgangas Pauli (Austrijos fizikas, Nobelio premijos laureatas, kvantin?s mechanikos pradininkas) buvo teis?s, sakydami, kad fizikos ir s?mon?s d?sniai turi b?ti laikomi vienas kit? papildan?iais?

Esame per ?ingsn? nuo pripa?inimo, kad mus supantis pasaulis yra tiesiog iliuzinis m?s? proto produktas. Id?ja g?sdinanti ir viliojanti. Pabandykime v?l kreiptis ? fizikus. Ypa? pastaraisiais metais, kai vis ma?iau ?moni? tiki, kad Kopenhagos kvantin?s mechanikos interpretacija su paslaptinga bang? funkcija ?lunga ir pereina ? kasdieni?kesn? ir patikimesn? dekoherencij?.

Faktas yra tas, kad visuose ?iuose eksperimentuose su steb?jimais eksperimentuotojai nei?vengiamai paveik? sistem?. J? ap?viet? lazeriu ir ?tais? matavimo priemones. Juos vienijo svarbus principas: negalite steb?ti sistemos ar i?matuoti jos savybi?, su ja nebendrav?. Bet kokia s?veika yra savybi? keitimo procesas. Ypa? kai ma?yt? kvantin? sistema yra veikiama mil?ini?k? kvantini? objekt?. Ka?koks am?inai neutralus budizmo steb?tojas i? principo ne?manomas. Ir ?ia atsiranda terminas „dekoherence“, kuris termodinamikos po?i?riu yra negr??tamas: sistemos kvantin?s savyb?s kei?iasi s?veikaujant su kita didele sistema.

?ios s?veikos metu kvantin? sistema praranda pirmines savybes ir tampa klasikine, tarsi „paklusdama“ didelei sistemai. Tai paai?kina ir Schr?dingerio kat?s paradoks?: kat? yra per didel? sistema, tod?l jos negalima izoliuoti nuo likusio pasaulio. Pats ?io minties eksperimento planas n?ra visi?kai teisingas.

Bet kuriuo atveju, jei darytume prielaid?, kad s?mon?s k?rimo aktas yra realus, dekoherencija atrodo daug patogesnis po?i?ris. Galb?t net per patogu. Taikant ?? po?i?r?, visas klasikinis pasaulis tampa viena didele dekoherencijos pasekme. Ir kaip teig? vienos ?inomiausi? ?ios srities knyg? autorius, toks po?i?ris logi?kai veda prie toki? teigini? kaip „pasaulyje n?ra daleli?“ arba „n?ra laiko fundamentaliame lygmenyje“.

Kas yra tiesa: k?r?jas-steb?tojas ar galinga dekoherence? Turime pasirinkti vien? i? dviej? blogybi?. Nepaisant to, mokslininkai vis labiau ?sitikina, kad kvantiniai efektai yra m?s? psichini? proces? aprai?ka. O kur baigiasi steb?jimas ir prasideda tikrov?, priklauso nuo kiekvieno i? m?s?.

?iame straipsnyje pateiksime nauding? patarim?, kaip mokytis Kvantin? fizika manekenams. Atsakykime, koks tur?t? b?ti po?i?ris Kvantin?s fizikos mokymasis pradedantiesiems.

Kvantin? fizika– tai gana sud?tinga disciplina, kuri? ne visiems lengva ?sisavinti. Nepaisant to, fizika kaip dalykas yra ?domus ir naudingas, tod?l kvantin? fizika (http://www.cyberforum.ru/quantum-physics/) randa savo gerb?j?, kurie yra pasireng? j? studijuoti ir gauti praktin?s naudos. Kad b?t? lengviau i?mokti med?iag?, reikia prad?ti nuo pat prad?i?, tai yra nuo papras?iausi? kvantin?s fizikos vadov?li? pradedantiesiems. Tai leis jums ?gyti ger? ?ini? pagrind? ir tuo pa?iu gerai susisteminti savo ?inias savo galvoje.

Savaranki?kas studijas reikia prad?ti nuo geros literat?ros. B?tent literat?ra yra lemiamas veiksnys ?ini? gavimo procese ir u?tikrina j? kokyb?. Kvantin? mechanika yra ypa? ?domi, ir daugelis pradeda studijas nuo jos. Fizik? tur?t? i?manyti kiekvienas, nes tai mokslas apie gyvyb?, kuris paai?kina daugyb? proces? ir daro juos suprantamus kitiems.

Tur?kite omenyje, kad prad?dami studijuoti kvantin? fizik? turite tur?ti matematikos ir fizikos ?ini?, nes be j? tiesiog nei?siversite. B?t? gerai, jei tur?site galimyb? susisiekti su mokytoju ir rasti atsakymus ? savo klausimus. Jei tai ne?manoma, galite pabandyti i?siai?kinti situacij? specializuotuose forumuose. Forumai taip pat gali b?ti labai naudingi mokantis.

Apsispr?sdami d?l vadov?lio pasirinkimo, tur?tum?te b?ti pasiruo??, kad jis gana sud?tingas ir teks ne tik perskaityti, bet ir ?sigilinti ? visk?, kas jame para?yta. Kad mokym? pabaigoje nekilt? mintis, kad tai visos ?inios, kuri? niekam nereikia, kiekvien? kart? stenkit?s teorij? susieti su praktika. Taip pat svarbu i? anksto nustatyti tiksl?, d?l kurio prad?jote mokytis kvantin?s fizikos, kad i?vengtum?te min?i? apie ?gyt? ?ini? nenaudingum?. ?mon?s skirstomi ? dvi kategorijas: ?mones, kuriems kvantin? fizika atrodo ?domi ir naudinga tema, ir tuos, kuriems ne. Pasirinkite patys, kuriai kategorijai priklausote ir pagal tai nustatykite, ar j?s? gyvenime yra vietos kvantinei fizikai, ar ne. Kvantin?s fizikos studijose visada galite i?likti pradedan?iojo lygyje arba pasiekti tikros s?km?s, viskas yra j?s? rankose.

Pirmiausia rinkit?s tikrai ?domias ir kokybi?kas fizikos med?iagas. Kai kuriuos i? j? galite rasti toliau pateiktose nuorodose.
Ir tai kol kas viskas! ?domiai mokykis kvantin?s fizikos ir neb?k arbatinukas!

• Vertimas

Anot Oksfordo universiteto fiziko Oweno Maroney, nuo pat kvantin?s teorijos atsiradimo 1900-aisiais visi kalba apie ?ios teorijos keistum?. Kaip tai leid?ia dalel?ms ir atomams jud?ti keliomis kryptimis tuo pa?iu metu arba suktis pagal laikrod?io rodykl? ir prie? laikrod?io rodykl? tuo pa?iu metu. Bet ?od?iai nieko negali ?rodyti. „Jei pasakysime visuomenei, kad kvantin? teorija yra labai keista, turime i?bandyti ?? teigin? eksperimenti?kai“, – sako Maruni. „Prie?ingu atveju mes nedarome mokslo, o kalbame apie visokius vingius lentoje.

B?tent tai paskatino Maruni ir kt. sukurti nauj? eksperiment? serij?, kad atskleist? bangin?s funkcijos esm? – paslapting? kvantini? keistenybi? esm?. Popieriuje bang? funkcija yra tiesiog matematin? esyb?, ?ymima raide psi (PS) (viena i? t? vingi?), ir naudojama apib?dinti daleli? kvantin? elges?. Priklausomai nuo eksperimento, bang? funkcija leid?ia mokslininkams apskai?iuoti tikimyb? pamatyti elektron? tam tikroje vietoje arba tikimyb?, kad jo sukimasis auk?tyn arba ?emyn. Ta?iau matematika nepasako, kas i? tikr?j? yra bangos funkcija. Ar tai ka?kas fizinio? Ar tai tiesiog skai?iavimo ?rankis, skirtas dirbti su steb?tojo ne?inojimu apie real? pasaul??

Testai, naudojami atsakant ? klausim?, yra labai subtil?s ir vis tiek turi pateikti galutin? atsakym?. Ta?iau mokslininkai optimisti?kai vertina, kad pabaiga jau arti. Ir pagaliau gal?s atsakyti ? visus de?imtme?ius kankinusius klausimus. Ar dalel? tikrai gali b?ti daugelyje viet? vienu metu? Ar visata nuolat dalijama ? paralelinius pasaulius, kuri? kiekvienas turi savo alternatyvi? versij?? Ar yra ka?kas, kas vadinama „objektyvia tikrove“?

„Tokie klausimai anks?iau ar v?liau kyla kiekvienam“, – sako Alessandro Fedrici, fizikas i? Kvinslando universiteto (Australija). "Kas i? tikr?j? yra tikra?"

Gin?ai d?l tikrov?s esm?s prasid?jo dar tada, kai fizikai i?siai?kino, kad banga ir dalel? yra tik dvi tos pa?ios monetos pus?s. Klasikinis pavyzdys yra dvigubo ply?io eksperimentas, kai atskiri elektronai i??aunami ? barjer?, turint? du ply?ius: elektronas elgiasi taip, lyg tuo pa?iu metu praeit? per du ply?ius, sukurdamas dry?uot? interferencijos model? kitoje jo pus?je. 1926 m. austr? fizikas Erwinas Schr?dingeris sugalvojo bang? funkcij? ?iam elgesiui apib?dinti ir i?ved? lygt?, kuri? b?t? galima apskai?iuoti bet kokiai situacijai. Ta?iau nei jis, nei kas nors kitas nieko negal?jo pasakyti apie ?ios funkcijos pob?d?.

Malon? ne?inioje

Praktiniu po?i?riu jo prigimtis n?ra svarbi. Kopenhagos kvantin?s teorijos interpretacija, kuri? XX am?iaus 2 de?imtmetyje suk?r? Nielsas Bohras ir Werneris Heisenbergas, bang? funkcij? naudoja tiesiog kaip ?rank? steb?jim? rezultatams nusp?ti, negalvojant apie tai, kas vyksta tikrov?je. „Negalima kaltinti fizik? d?l tokio „u?si?iaupk ir skai?iuok“, nes tai l?m? reik?mingus prover?ius branduolin?s ir atomin?s fizikos, kietojo k?no fizikos ir daleli? fizikos srityse“, – sako Gene Brickmont, statistikos fizikas i? Katalik? universiteto Belgijoje. „Taigi ?mon?ms patariama nesijaudinti d?l esmini? problem?“.

Ta?iau kai kurie ?mon?s vis dar nerimauja. Iki 1930-?j? Ein?teinas atmet? Kopenhagos interpretacij?, ypa? d?l to, kad ji leido dviem dalel?ms ?sipainioti savo bang? funkcijoms, tod?l susidar? situacija, kai vienos i? j? matavimai gal?jo akimirksniu suteikti b?sen? kitai, net jei jas atskirt? did?iuliai atstumai. Kad nesusitaikyt? su ?ia „bauginan?ia s?veika per atstum?“, Ein?teinas mieliau tik?jo, kad daleli? bangin?s funkcijos buvo nei?samios. Jis teig?, kad galb?t dalel?s turi ka?koki? pasl?pt? kintam?j?, lemian?i? matavimo rezultat?, kuri? nepasteb?jo kvantin? teorija.

Nuo tada eksperimentai parod? bauginan?ios s?veikos per atstum? galimybes, o tai atmeta pasl?pt? kintam?j? koncepcij?. bet tai nesutrukd? kitiems fizikai j? interpretuoti savaip. ?ios interpretacijos skirstomos ? dvi stovyklas. Kai kurie sutinka su Ein?teinu, kad bangos funkcija atspindi m?s? ne?inojim?. Tai yra tai, k? filosofai vadina psi-episteminiais modeliais. Kiti bang? funkcij? mato kaip tikr? dalyk? – psioninius modelius.

Nor?dami suprasti skirtum?, apsvarstykite Schr?dingerio minties eksperiment?, apra?yt? 1935 m. lai?ke Ein?teinui. Kat? yra plienin?je d???je. D??ut?je yra radioaktyvios med?iagos m?ginys, kuris turi 50% tikimyb?, kad per vien? valand? i?skirs skilimo produkt?, ir aparatas, kuris aptik?s produkt? apnuodys kat?. Kadangi radioaktyvusis skilimas yra kvantinio lygio ?vykis, ra?o Schr?dingeris, kvantin?s teorijos taisykl?s sako, kad valandos pabaigoje d??ut?s vidaus bangin? funkcija turi b?ti negyvos ir gyvos kat?s mi?inys.

„Grubiai kalbant, – ?velniai sako Fedrichi, – pagal psichikos epistemin? model? kat? d??ut?je yra gyva arba negyva, o mes to tiesiog ne?inome, nes d??? u?daryta. Ir daugumoje psionini? modeli? sutinkama su Kopenhagos ai?kinimu: kol steb?tojas neatidaro d???s, kat? bus ir gyva, ir mirusi tuo pa?iu metu.

Ta?iau ?ia ir kyla gin?as. Kuris ai?kinimas yra teisingas? ? ?? klausim? sunku atsakyti eksperimenti?kai, nes modeli? skirtumas yra labai subtilus. Jie i? esm?s tur?t? numatyti t? pat? kvantin? rei?kin?, kaip ir labai s?kminga Kopenhagos interpretacija. Kvinslando universiteto fizikas Andrew White'as sako, kad per 20 met? trukusi? karjer? kvantini? technologij? srityje „?i problema buvo tarsi did?iulis lygus kalnas be joki? atbrail?, ? kurias negal?tum u?kopti“.

Viskas pasikeit? 2011 m., kai buvo paskelbta kvantinio matavimo teorema, kuri tarsi pa?alino „bang? funkcijos kaip ne?inojimo“ metod?. Ta?iau atid?iau panagrin?jus paai?k?jo, kad ?i teorema palieka pakankamai erdv?s jiems manevruoti. Nepaisant to, tai ?kv?p? fizikus rimtai pagalvoti apie b?dus, kaip i?spr?sti gin?? i?bandant bangos funkcijos tikrov?. Maruni jau buvo suk?r?s eksperiment?, kuris i? esm?s veik?, ir jis su kolegomis netrukus rado b?d?, kaip tai padaryti prakti?kai. Eksperiment? pernai atliko Fedrici, White ir kt.

Nor?dami suprasti testo id?j?, ?sivaizduokite dvi kort? kalad?s. Viename yra tik raudoni, kitame - tik t?zai. „Jums suteikiama kortel? ir pra?oma atsp?ti, i? kurios kalad?s ji yra“, – sako to paties universiteto fizikas Martinas Ringbaueris. Jei tai raudonas t?zas, „yra kry?minis ir j?s negalite tiksliai pasakyti“. Bet jei ?inote, kiek kort? yra kiekvienoje kalad?je, galite paskai?iuoti, kaip da?nai tokia dviprasmi?ka situacija ?vyks.

Fizikai pavojuje

Tas pats dviprasmi?kumas vyksta ir kvantin?se sistemose. Ne visada ?manoma su?inoti, pavyzd?iui, kaip fotonas poliarizuojamas vienu matavimu. „Realiame gyvenime lengva atskirti vakarus nuo piet? nuo vakar?, ta?iau kvantin?se sistemose tai n?ra taip paprasta“, – sako White'as. Pagal standartin? Kopenhagos ai?kinim?, n?ra prasm?s klausti apie poliarizacij?, nes ? klausim? n?ra atsakymo – kol dar vienas matavimas tiksliai nenustatys atsakymo. Ta?iau pagal „bangos funkcijos kaip ne?inojimo“ model? klausimas yra prasmingas - tiesiog eksperimente, kaip ir su kort? kalad?mis, nepakanka informacijos. Kaip ir ?em?lapiuose, galima numatyti, kiek neai?kum? galima paai?kinti tokiu ne?inojimu, ir palyginti su dideliu neai?kum? skai?iumi, leid?iamu standartin?je teorijoje.

B?tent tai Fedrichi ir komanda i?band?. Grup? i?matavo poliarizacij? ir kitas foton? pluo?to savybes ir rado susikirtimo lyg?, kurio negalima paai?kinti „ne?inojimo“ modeliais. Rezultatas patvirtina alternatyvi? teorij? – jei egzistuoja objektyvi tikrov?, tai egzistuoja bangin? funkcija. „?sp?dinga, kad komanda sugeb?jo i?spr?sti toki? sud?ting? problem? tokiu paprastu eksperimentu“, – sako Andrea Alberti, Bonos universiteto (Vokietija) fizik?.

I?vada dar ne?skaptuota ? granit?: kadangi detektoriai u?fiksavo tik penktadal? bandyme naudot? foton?, reikia manyti, kad prarasti fotonai elg?si lygiai taip pat. Tai tvirta prielaida, ir dabar grup? ie?ko b?d?, kaip suma?inti nuostolius ir pasiekti tikslesnius rezultatus. Tuo tarpu Maruni komanda Oksforde bendradarbiauja su Naujojo Piet? Velso universitetu (Australija), siekdama pakartoti ?? eksperiment? su lengviau atsekamais jonais. „Per ateinan?ius ?e?is m?nesius tur?sime neabejotin? ?io eksperimento versij?“, – sako Maruni.

Bet net jei jiems pavyksta ir laimi „bangos funkcijos kaip realyb?s“ modeliai, ?ie modeliai turi skirtingas galimybes. Eksperimentuotojai tur?s pasirinkti vien? i? j?.

Vien? i? ankstyviausi? interpretacij? XX am?iaus 2 de?imtmetyje suk?r? pranc?zas Louisas de Broglie, o ?e?tajame de?imtmetyje i?pl?t? amerikietis Davidas Bohmas. Remiantis Broglie-Bohm modeliais, dalel?s turi tam tikr? viet? ir savybes, ta?iau jos vadovaujasi tam tikra „pilotine banga“, kuri apibr??iama kaip bangos funkcija. Tai paai?kina dvigubo ply?io eksperiment?, nes pilotin? banga gali praeiti per abu ply?ius ir sukurti trukd?i? model?, nors pats elektronas, jo traukiamas, praeina tik per vien? i? dviej? ply?i?.

2005 metais ?is modelis sulauk? netik?to palaikymo. Fizikai Emmanuelis Fortas, dabar dirbantis Langevin institute Pary?iuje, ir Yvesas Codieris i? Pary?iaus Diderot universiteto klaus? student?, kokia, j? nuomone, yra paprasta problema: sukurti eksperiment?, kurio metu ant pad?klo krintantys aliejaus la?ai susijungt? d?l d?klo vibracijos. Vis?, esan?i? aplink la?us, nuostabai, d?klui vibruojant tam tikru da?niu, prad?jo formuotis bangos. „La?ai prad?jo jud?ti patys savo bangomis“, - sako Fortas. „Tai buvo dvigubas objektas – bangos traukiama dalel?.

Nuo tada Fortas ir Coudier parod?, kad tokios bangos gali nukreipti savo daleles dvigubo ply?io eksperimente tiksliai taip, kaip numato bandomosios bangos teorija, ir gali atkurti kitus kvantinius efektus. Bet tai ne?rodo bandom?j? bang? egzistavimo kvantiniame pasaulyje. „Mums buvo pasakyta, kad klasikin?je fizikoje tokie efektai ne?manomi“, – sako Fortas. "Ir ?ia mes parod?me, kas ?manoma."

Kitas tikrove pagr?st? modeli? rinkinys, sukurtas devintajame de?imtmetyje, bando paai?kinti didel? dideli? ir ma?? objekt? savybi? skirtum?. „Kod?l elektronai ir atomai gali b?ti dviejose vietose vienu metu, o stalai, k?d?s, ?mon?s ir kat?s negali“, – sako Angelo Basi, fizikas i? Triesto universiteto (Italija). ?ios teorijos, ?inomos kaip „?lugimo modeliai“, teigia, kad atskir? daleli? bangin?s funkcijos yra tikros, ta?iau gali prarasti savo kvantines savybes ir nuvesti dalel? ? tam tikr? viet? erdv?je. Modeliai sukonstruoti taip, kad tokio ?lugimo tikimyb? vienai dalelei b?t? itin ma?a, tod?l atominiame lygmenyje dominuoja kvantiniai efektai. Ta?iau dalel?ms susijungus ?lugimo tikimyb? spar?iai did?ja, o makroskopiniai objektai visi?kai praranda savo kvantines savybes ir elgiasi pagal klasikin?s fizikos d?snius.

Vienas i? b?d? tai patikrinti – ie?koti kvantini? efekt? dideliuose objektuose. Jei standartin? kvant? teorija yra teisinga, tada n?ra dyd?io apribojimo. O fizikai jau atliko dvigubo ply?io eksperiment? su didel?mis molekul?mis. Bet jei ?lugimo modeliai yra teisingi, kvantiniai efektai nebus matomi u? tam tikros mas?s. ?vairios grup?s planuoja ?ios mas?s ie?koti naudodamos ?altus atomus, molekules, metal? spie?ius ir nanodaleles. Jie tikisi pasiekti rezultat? per ateinan?ius de?imt met?. „?iuose eksperimentuose puiku yra tai, kad kvantin? teorij? pritaikysime tiksliems bandymams ten, kur ji dar nebuvo i?bandyta“, – sako Maruni.

Lygiagret?s pasauliai

Vienas „bang? funkcijos kaip realyb?s“ modelis jau ?inomas ir m?gstamas mokslin?s fantastikos ra?ytoj?. Tai daugelio pasauli? interpretacija, kuri? ?e?tajame de?imtmetyje suk?r? Hugh Everett, kuris tuomet buvo Prinstono universiteto Naujajame D?ersyje studentas. ?iame modelyje bang? funkcija taip stipriai nulemia tikrov?s raid?, kad su kiekvienu kvantiniu matavimu visata skyla ? paralelinius pasaulius. Kitaip tariant, atidar? d??ut? su kate, sukuriame dvi Visatas – vien? su negyva kate, o kit? su gyva.

Sunku atskirti ?? ai?kinim? nuo standartin?s kvantin?s teorijos, nes j? prognoz?s sutampa. Ta?iau pra?jusiais metais Howardas Wisemanas i? Griffith universiteto Brisbene ir kolegos sugalvojo i?bandom? daugialyp?s terp?s model?. J? modelyje bangin?s funkcijos n?ra – dalel?s pakl?sta klasikinei fizikai, Niutono d?sniams. O keistas kvantinio pasaulio poveikis atsiranda tod?l, kad tarp daleli? ir j? klon? lygiagre?iose visatose egzistuoja atstumian?ios j?gos. „Atstumianti j?ga tarp j? sukuria bangas, kurios sklinda per visus lygiagre?ius pasaulius“, - sako Wiseman.

Naudodami kompiuterin? modeliavim?, kuriame s?veikavo 41 visata, jie parod?, kad modelis apytiksliai atkuria kelis kvantinius efektus, ?skaitant daleli? trajektorijas dvigubo ply?io eksperimente. Did?jant pasauli? skai?iui, trukd?i? modelis linksta ? tikr?j?. Kadangi teorijos prognoz?s skiriasi priklausomai nuo pasauli? skai?iaus, Wiseman sako, kad galima patikrinti, ar multivisatos modelis yra teisingas, ty ar n?ra bang? funkcijos ir ar tikrov? veikia pagal klasikinius d?snius.

Kadangi bangos funkcija ?iame modelyje nereikalinga, ji i?liks gyvybinga, net jei b?simi eksperimentai atmes „ne?inojimo“ modelius. Be jo, i?liks ir kiti modeliai, pavyzd?iui, Kopenhagos interpretacija, teigianti, kad objektyvios realyb?s n?ra, o tik skai?iavimai.

Bet tada, kaip sako White'as, ?is klausimas taps tyrimo objektu. Ir nors dar niekas ne?ino, kaip tai padaryti, „b?t? tikrai ?domu sukurti test?, kuris patikrint?, ar mes apskritai turime objektyvi? tikrov?“.

Tikrai ne kart? gird?jote apie nepaai?kinamas kvantin?s fizikos ir kvantin?s mechanikos paslaptis. Jo d?sniai ?avi mistika, ir net patys fizikai pripa??sta, kad iki galo j? nesupranta. Viena vertus, smalsu suprasti ?iuos d?snius, bet, kita vertus, n?ra laiko skaityti daugiatomes ir sud?tingas fizikos knygas. A? tave labai suprantu, nes man taip pat patinka ?inios ir tiesos ie?kojimas, bet visoms knygoms laiko labai neu?tenka. J?s nesate vieni, tiek daug smalsuoli? ? paie?kos eilut? ?ra?o: „kvantin? fizika manekenams, kvantin? mechanika manekenams, kvantin? fizika pradedantiesiems, kvantin? mechanika pradedantiesiems, kvantin?s fizikos pagrindai, kvantin?s mechanikos pagrindai, kvantin? fizika vaikams , kas yra kvantin? mechanika“. ?is ?ra?as skirtas jums.

Suprasite pagrindines kvantin?s fizikos s?vokas ir paradoksus. I? straipsnio su?inosite:

• Kas yra kvantin? fizika ir kvantin? mechanika?
• Kas yra trukd?iai?
• Kas yra kvantinis ?sipainiojimas (arba kvantin? teleportacija manekenams)? (?r. straipsn?)
• Kas yra ?riodingerio kat?s minties eksperimentas? (?r. straipsn?)

Kvantin? mechanika yra kvantin?s fizikos dalis.

Kod?l taip sunku suprasti ?iuos mokslus? Atsakymas paprastas: kvantin? fizika ir kvantin? mechanika (kvantin?s fizikos dalis) tiria mikropasaulio d?snius. Ir ?ie d?sniai visi?kai skiriasi nuo m?s? makrokosmoso d?sni?. Tod?l mums sunku ?sivaizduoti, kas vyksta su elektronais ir fotonais mikrokosmose.

Makro- ir mikropasaulio d?sni? skirtumo pavyzdys: m?s? makrokosme, jei ? vien? i? 2 d??i? ?d?site kamuol?, tada viena i? j? bus tu??ia, o kita - rutulys. Ta?iau mikrokosme (jei vietoj rutulio – atomas) atomas vienu metu gali b?ti dviejose d???se. Tai ne kart? buvo patvirtinta eksperimenti?kai. Ar nesunku tai ?simesti ? galv?? Bet j?s negalite gin?ytis su faktais.

Dar vienas pavyzdys. Fotografavote greit? lenktynin? raudon? sportin? automobil? ir nuotraukoje mat?te nery?ki? horizontali? juost?, tarsi automobilis nuotraukos metu b?t? i? keli? erdv?s ta?k?. Nepaisant to, k? matote nuotraukoje, vis tiek esate tikri, kad automobilis buvo tuo metu, kai j? fotografavote. vienoje konkre?ioje erdv?s vietoje. Ne taip mikro pasaulyje. Aplink atomo branduol? besisukantis elektronas i? tikr?j? nesisuka, o esan?i? vienu metu visuose sferos ta?kuose aplink atomo branduol?. Kaip laisvai suvyniotas p?kuotos vilnos kamuolys. ?i s?voka fizikoje vadinama "elektroninis debesis" .

Ma?as nukrypimas ? istorij?. Pirm? kart? mokslininkai susim?st? apie kvantin? pasaul?, kai 1900 metais vokie?i? fizikas Maxas Planckas band? i?siai?kinti, kod?l kaitinant metalai kei?ia spalv?. B?tent jis pristat? kvanto s?vok?. Prie? tai mokslininkai man?, kad ?viesa keliauja nuolat. Pirmasis ?mogus, rimtai ?vertin?s Plancko atradim?, buvo tuomet dar ne?inomas Albertas Ein?teinas. Jis suprato, kad ?viesa n?ra tik banga. Kartais jis elgiasi kaip dalel?. Ein?teinas gavo Nobelio premij? u? atradim?, kad ?viesa sklinda dalimis, kvantais. ?viesos kvantas vadinamas fotonu ( fotonas, Vikipedija) .

Kad b?t? lengviau suprasti kvantinius d?snius fizika ir mechanika (Wikipedia), tam tikra prasme b?tina abstrahuotis nuo mums ?inom? klasikin?s fizikos d?sni?. Ir ?sivaizduokite, kad j?s, kaip Alisa, n?r?te ? triu?io duob?, ? Stebukl? ?al?.

O ?tai animacinis filmas vaikams ir suaugusiems. Kalba apie fundamental? kvantin?s mechanikos eksperiment? su 2 ply?iais ir steb?toju. Trunka tik 5 minutes. Per?i?r?kite j? prie? gilindamiesi ? pagrindinius kvantin?s fizikos klausimus ir s?vokas.

Kvantin? fizika manekenams vaizdo ?ra?as. Animaciniame filme atkreipkite d?mes? ? steb?tojo „ak?“. Fizikams tai tapo rimta paslaptimi.

Kas yra trukd?iai?

Animacinio filmo prad?ioje, naudojant skys?io pavyzd?, buvo parodyta, kaip elgiasi bangos – ekrane u? plok?tel?s su ply?iais atsiranda pakaitomis tamsios ir ?viesios vertikalios juostel?s. O tuo atveju, kai ? plok?tel? „?aunamos“ atskiros dalel?s (pavyzd?iui, akmenukai), jos praskrenda per 2 ply?ius ir atsitrenkia ? ekran? tiesiai prie?ais ply?ius. O ekrane „nupie?kite“ tik 2 vertikalias juosteles.

?viesos trukd?iai– Tai ?viesos „bangavimo“ elgesys, kai ekrane rodoma daug kintan?i? ry?ki? ir tamsi? vertikali? juost?. Ir tos vertikalios juostel?s vadinamas trukd?i? modeliu.

Savo makrokosme da?nai pastebime, kad ?viesa elgiasi kaip banga. Jei pad?site rank? prie? ?vak?, ant sienos bus ne ai?kus ?e??lis nuo rankos, o nery?k?s kont?rai.

Taigi, tai n?ra taip sunku! Dabar mums visi?kai ai?ku, kad ?viesa turi bangin? pob?d?, ir jei ?viesa ap?vie?iami 2 ply?iai, tai ekrane u? j? matysime interferencijos model?. Dabar apsvarstykite antr?j? eksperiment?. Tai garsusis Stern-Gerlach eksperimentas (kuris buvo atliktas pra?jusio am?iaus 20-aisiais).

Animaciniame filme apra?ytoje instaliacijoje jie ne ?vie?ia ?viesa, o „?ov?“ elektronais (kaip atskiromis dalel?mis). Tada, pra?jusio am?iaus prad?ioje, viso pasaulio fizikai man?, kad elektronai yra elementarios med?iagos dalel?s ir turi b?ti ne bangin?s, o tokios pat kaip akmenukai. Juk elektronai yra elementarios materijos dalel?s, tiesa? Tai yra, jei jie yra „?mesti“ ? 2 ply?ius, kaip akmenukai, tada ekrane u? lizd? tur?tume matyti 2 vertikalias juosteles.

Bet... Rezultatas buvo stulbinantis. Mokslininkai ??velg? trukd?i? model? – daug vertikali? juosteli?. Tai yra, elektronai, kaip ir ?viesa, taip pat gali tur?ti bangin? pob?d?, jie gali trukdyti. Kita vertus, paai?k?jo, kad ?viesa yra ne tik banga, bet ir dalel? – fotonas (i? istorinio fono straipsnio prad?ioje su?inojome, kad u? ?? atradim? Ein?teinas gavo Nobelio premij?).

Galb?t prisimenate, kad mokykloje mums fizikoje buvo pasakojama apie „daleli?-bang? dualizmas“? Tai rei?kia, kad kalbant apie labai ma?as mikropasaulio daleles (atomus, elektronus), tada jie yra ir bangos, ir dalel?s

B?tent ?iandien j?s ir a? esame tokie protingi ir suprantame, kad 2 auk??iau apra?yti eksperimentai – elektron? ?audymas ir ply?i? ap?vietimas ?viesa – yra vienas ir tas pats. Nes mes paleid?iame kvantines daleles ? ply?ius. Dabar ?inome, kad tiek ?viesa, tiek elektronai yra kvantin?s prigimties, jie yra ir bangos, ir dalel?s vienu metu. O XX am?iaus prad?ioje ?io eksperimento rezultatai buvo sensacija.

D?mesio! Dabar pereikime prie subtilesnio klausimo.

Ant savo ply?i? ?vie?iame foton? (elektron?) srautu – ir u? ekrano ply?i? matome trukd?i? ra?t? (vertikalias juosteles). Ai?ku. Ta?iau mums ?domu pamatyti, kaip kiekvienas elektronas praskrenda pro ply??.

Tik?tina, kad vienas elektronas skrenda ? kair?j? ply??, kitas – ? de?in?. Bet tada ekrane tur?t? atsirasti 2 vertikalios juostel?s, esan?ios tiesiai prie?ais lizdus. Kod?l gaunamas trukd?i? modelis? Galb?t elektronai ka?kaip s?veikauja tarpusavyje jau ekrane, praskriej? pro ply?ius. Ir rezultatas yra toks bang? ra?tas. Kaip mes galime tai sekti?

Elektronus messime ne ? spindul?, o po vien?. Numesk, palauk, numesk kit?. Dabar, kai elektronas skrenda vienas, jis nebegal?s s?veikauti ekrane su kitais elektronais. Kiekvien? elektron? po metimo u?registruosime ekrane. Vienas ar du, ai?ku, mums ai?kaus paveikslo „nepie?“. Bet kai po vien? j? daug siun?iame ? lizdus, pasteb?sime... o siaube - jie v?l „nupie??“ trukd?i? bangos model?!

Mes pradedame pama?u eiti i? proto. Juk tik?jom?s, kad prie?ais lizdus bus 2 vertikalios juostos! Pasirodo, kai mes m?t?me fotonus po vien?, kiekvienas i? j? vienu metu tarsi per 2 ply?ius pra?jo ir trukd? sau. Gro?in? literat?ra! Prie ?io rei?kinio paai?kinimo gr??ime kitame skyriuje.

Kas yra sukimasis ir superpozicija?

Dabar mes ?inome, kas yra trukd?iai. Tai yra mikrodaleli? – foton?, elektron?, kit? mikrodaleli? (paprastumo d?lei nuo ?iol pavadinkime juos fotonais) banginis elgesys.

Eksperimento rezultate, kai ?met?me 1 foton? ? 2 ply?ius, supratome, kad jis skrenda tarsi per du ply?ius vienu metu. Kaip kitaip paai?kinti trukd?i? model? ekrane?

Ta?iau kaip ?sivaizduoti vaizd?, kuriame fotonas vienu metu praskrieja per du ply?ius? Yra 2 variantai.

• 1 variantas: fotonas, kaip banga (kaip vanduo) "plaukia" per 2 ply?ius vienu metu
• 2 variantas: fotonas, kaip dalel?, vienu metu skrenda 2 trajektorijomis (net ne dviem, o visomis i? karto)

I? esm?s ?ie teiginiai yra lygiaver?iai. Pri?jome „kelio integral?“. Tai Richardo Feynmano kvantin?s mechanikos formuluot?.

Beje, tiksliai Richardas Feynmanas priklauso gerai ?inomai posakiui, kad galime dr?siai teigti, kad niekas nesupranta kvantin?s mechanikos

Ta?iau ?i jo i?rai?ka veik? am?iaus prad?ioje. Ta?iau dabar esame protingi ir ?inome, kad fotonas gali elgtis ir kaip dalel?, ir kaip banga. Kad jis ka?kaip mums nesuprantamu b?du gali skristi per 2 lizdus vienu metu. Tod?l mums bus lengva suprasti ?? svarb? kvantin?s mechanikos teigin?:

Grie?tai kalbant, kvantin? mechanika mums sako, kad toks foton? elgesys yra taisykl?, o ne i?imtis. Bet kuri kvantin? dalel?, kaip taisykl?, yra keliose b?senose arba keliuose erdv?s ta?kuose vienu metu.

Makropasaulio objektai gali b?ti tik vienoje konkre?ioje vietoje ir vienoje konkre?ioje b?senoje. Ta?iau kvantin? dalel? egzistuoja pagal savo d?snius. Ir jai ner?pi, kad mes j? nesuprantame. Tai yra esm?.

Belieka tiesiog priimti kaip aksiom?, kad kvantinio objekto „superpozicija“ rei?kia, kad jis gali b?ti 2 ar daugiau trajektorij? vienu metu, 2 ar daugiau ta?k? vienu metu.

Tas pats pasakytina ir apie kit? fotono parametr? – sukim?si (savo kampin? impuls?). Sukas yra vektorius. Kvantinis objektas gali b?ti laikomas mikroskopiniu magnetu. Esame ?prat?, kad magneto vektorius (sukimas) yra nukreiptas auk?tyn arba ?emyn. Bet elektronas arba fotonas v?l mums sako: „Vaikinai, mums nesvarbu, prie ko esate ?prat?, mes galime b?ti abiejose sukimosi b?senose vienu metu (vektorius auk?tyn, vektorius ?emyn), lygiai taip pat, kaip galime eiti 2 trajektorijomis tuo pa?iu metu arba 2 ta?kais tuo pa?iu metu!

Kas yra „matavimas“ arba „bangos funkcijos ?lugimas“?

Mums belieka ?iek tiek – suprasti, kas yra „matavimas“, o kas „bangin?s funkcijos ?lugimas“.

bangos funkcija yra kvantinio objekto (m?s? fotono arba elektrono) b?senos apra?ymas.

Tarkime, kad turime elektron?, jis skrenda ? save neapibr??toje b?senoje jo sukimasis yra nukreiptas ir auk?tyn, ir ?emyn tuo pa?iu metu. Turime i?matuoti jo b?kl?.

Matuokime naudodami magnetin? lauk?: elektronai, kuri? sukinys buvo nukreiptas lauko kryptimi, nukryps viena kryptimi, o elektronai, kuri? sukinys nukreiptas prie? lauk? – kita kryptimi. Fotonai taip pat gali b?ti siun?iami ? poliarizacin? filtr?. Jei fotono sukinys (poliarizacija) yra +1, jis praeina pro filtr?, o jei -1, tai ne.

Sustabdyti! ?tai ?ia nei?vengiamai kyla klausimas: prie? matavim?, juk elektronas netur?jo jokios konkre?ios sukimosi krypties, ar ne? Ar jis buvo visose valstijose vienu metu?

Tai yra kvantin?s mechanikos triukas ir poj?tis.. Kol nematuojate kvantinio objekto b?senos, jis gali suktis bet kuria kryptimi (tur?ti bet kuri? savo kampinio momento vektoriaus krypt? – sukim?si). Ta?iau tuo metu, kai i?matavote jo b?sen?, atrodo, kad jis sprend?ia, kur? sukimosi vektori? pasirinkti.

?is kvantinis objektas yra toks ?aunus – jis priima sprendim? d?l savo b?senos. Ir negalime i? anksto numatyti, kok? sprendim? jis priims, kai ?skris ? magnetin? lauk?, kuriame mes j? matuojame. Tikimyb?, kad jis nuspr?s tur?ti sukimosi vektori? „auk?tyn“ arba „?emyn“, yra 50–50%. Bet kai tik jis nusprend?ia, jis yra tam tikroje b?senoje su konkre?ia sukimosi kryptimi. Jo sprendimo prie?astis – m?s? „matmenys“!

Tai vadinama " bangos funkcijos ?lugimas". Bangin? funkcija prie? matavim? buvo neapibr??ta, t.y. elektron? sukimosi vektorius buvo vienu metu visomis kryptimis, po matavimo elektronas fiksavo tam tikr? savo sukimosi vektoriaus krypt?.

D?mesio! Puikus pavyzdys-asociacija i? m?s? makrokosmoso, siekiant suprasti:

Sukite monet? ant stalo kaip vir??. Kol moneta sukasi, ji neturi konkre?ios reik?m?s – galvos ar uodegos. Ta?iau kai tik nusprendi „pasimatuoti“ ?i? vert? ir trinkteli monet? ranka, ?ia ir gaunama specifin? monetos b?sena – galvut?s ar uodegos. Dabar ?sivaizduokite, kad ?i moneta nusprend?ia, koki? vert? jums „parodyti“ – galvas ar uodegas. Elektronas elgiasi ma?daug taip pat.

Dabar prisiminkite eksperiment?, parodyt? animacinio filmo pabaigoje. Kai fotonai buvo praleisti pro ply?ius, jie elg?si kaip banga ir ekrane rod? trukd?i? model?. O kai mokslininkai nor?jo fiksuoti (i?matuoti) moment?, kai pro ply?? prasibrov? fotonai ir u? ekrano pastat? „steb?toj?“, fotonai prad?jo elgtis ne kaip bangos, o kaip dalel?s. Ir ekrane "nupie??" 2 vertikalias juosteles. Tie. matavimo ar steb?jimo momentu kvantiniai objektai patys pasirenka, kokioje b?senoje jie turi b?ti.

Gro?in? literat?ra! Ar ne taip?

Bet tai dar ne viskas. Pagaliau mes pateko ? ?domiausi?.

Bet... man atrodo, kad bus informacijos perteklius, tod?l ?ias 2 s?vokas panagrin?sime atskiruose ?ra?uose:

• K? ?
• Kas yra minties eksperimentas.

O dabar ar norite, kad informacija b?t? dedama ? lentynas? ?i?r?kite Kanados teorin?s fizikos instituto sukurt? dokumentin? film?. Per 20 minu?i? labai trumpai ir chronologine tvarka papasakos apie visus kvantin?s fizikos atradimus, pradedant Plancko atradimu 1900 m. Ir tada jie jums pasakys, kokie praktiniai poky?iai ?iuo metu vykdomi remiantis kvantin?s fizikos ?iniomis: nuo tiksliausi? atomini? laikrod?i? iki itin greit? kvantinio kompiuterio skai?iavim?. Labai rekomenduoju pa?i?r?ti ?? film?.

Iki!

Linkiu ?kv?pimo visiems j?s? planams ir projektams!

P.S.2 Savo klausimus ir mintis ra?ykite komentaruose. Para?yk, kokie dar kvantin?s fizikos klausimai tave domina?

P.S.3 Prenumeruoti tinklara?t? – prenumeratos forma po straipsniu.

Klasikin? fizika, egzistavusi iki kvantin?s mechanikos i?radimo, gamt? apib?dina ?prastu (makroskopiniu) mastu. Daugum? klasikin?s fizikos teorij? galima i?vesti kaip aproksimacijas, veikian?ias tomis mastel?mis, prie kuri? esame ?prat?. Kvantin? fizika (tai taip pat yra kvantin? mechanika) skiriasi nuo klasikinio mokslo tuo, kad susietos sistemos energija, impulsas, kampinis momentas ir kiti dyd?iai apsiriboja atskiromis reik?m?mis (kvantizacija). Objektai turi ypating? charakteristik? tiek daleli? pavidalu, tiek bang? pavidalu (bang? daleli? dvilypumas). Taip pat ?iame moksle yra ribos tikslumui, kuriuo galima i?matuoti dyd?ius (neapibr??tumo principas).

Galima sakyti, kad po kvantin?s fizikos atsiradimo tiksliuosiuose moksluose ?vyko savoti?ka revoliucija, kuri leido persvarstyti ir i?analizuoti visus senus d?snius, kurie anks?iau buvo laikomi negin?ijamomis tiesomis. Ar tai gerai ar blogai? Galb?t tai ir gerai, nes tikrasis mokslas niekada netur?t? stov?ti vietoje.

Ta?iau „kvantin? revoliucija“ buvo savoti?kas sm?gis senosios mokyklos fizikams, kurie tur?jo susitaikyti su faktu, kad tai, kuo jie tik?jo anks?iau, pasirod? es?s tik klaiding? ir archaji?k? teorij? rinkinys, kur? reikia skubiai per?i?r?ti. ir prisitaikymas prie naujos realyb?s. Dauguma fizik? entuziastingai pri?m? ?ias naujas id?jas apie gerai ?inom? moksl?, prisid?dami prie jo tyrimo, k?rimo ir ?gyvendinimo. ?iandien kvantin? fizika nustato viso mokslo dinamik?. Pa?ang?s eksperimentiniai projektai (pvz., Didysis hadron? greitintuvas) atsirado b?tent d?l jos.

Atidarymas

K? galima pasakyti apie kvantin?s fizikos pagrindus? Jis palaipsniui atsirado i? ?vairi? teorij?, skirt? paai?kinti rei?kinius, kuri? negalima suderinti su klasikine fizika, pavyzd?iui, Maxo Plancko sprendimas 1900 m. ir jo po?i?ris ? daugelio mokslini? problem? spinduliavimo problem? bei energijos ir da?nio atitikimas 1905 m. Alberto Ein?teino, kuris paai?kino fotoelektrinius efektus. Ankstyv?j? kvantin?s fizikos teorij? XX am?iaus tre?iojo de?imtme?io viduryje nuodugniai per?i?r?jo Werneris Heisenbergas, Maxas Bornas ir kiti. ?iuolaikin? teorija suformuluota ?vairiomis specialiai sukurtomis matematin?mis s?vokomis. Viename i? j? aritmetin? funkcija (arba bangin? funkcija) suteikia mums i?sami? informacij? apie impulso vietos tikimyb?s amplitud?.

?viesos bangin?s esm?s moksliniai tyrimai prasid?jo daugiau nei prie? 200 met?, kai didieji ir pripa?inti to meto mokslininkai pasi?l?, suk?r? ir ?rod? ?viesos teorij?, pagr?st? savo eksperimentiniais steb?jimais. Jie tai vadino banga.

1803 m. garsus angl? mokslininkas Thomas Youngas atliko savo gars?j? dvigub? eksperiment?, po kurio para?? gars?j? veikal? „Apie ?viesos ir spalvos prigimt?“, suvaidinus? did?iul? vaidmen? formuojant ?iuolaikines id?jas apie ?iuos mums ?inomus rei?kinius. visi. ?is eksperimentas suvaidino pagrindin? vaidmen? bendram ?ios teorijos pripa?inimui.

Tokie eksperimentai da?nai apra?omi ?vairiose knygose, pavyzd?iui, „Kvantin?s fizikos pagrindai manekenams“. ?iuolaikiniai eksperimentai su elementari?j? daleli? pagrei?iu, pavyzd?iui, Higso bozono paie?ka Did?iajame hadron? greitintuve (sutrumpintai LHC) atliekami b?tent tam, kad b?t? galima rasti praktin? daugelio grynai teorini? kvantini? teorij? patvirtinim?.

Istorija

1838 metais Michaelas Farad?jus, viso pasaulio d?iaugsmui, atrado katodinius spindulius. Po ?i? sensacing? tyrim? sek? Gustavo Kirchhoffo teiginys apie radiacijos problem?, vadinam?j? „juod?j? k?n?“ (1859), taip pat garsioji Ludwigo Boltzmanno prielaida, kad bet kurios fizin?s sistemos energetin?s b?senos taip pat gali. b?k diskreti?kas (1877). ). V?liau pasirod? Maxo Plancko (1900) sukurta kvantin? hipotez?. Jis laikomas vienu i? kvantin?s fizikos pagrind?. Dr?sus teiginys, kad energija gali b?ti i?spinduliuojama ir sugerta atskiruose „kvantuose“ (arba energijos paketuose), tiksliai atitinka stebimus juodojo k?no spinduliavimo modelius.

Didel? ind?l? ? kvantin? fizik? ?ne?? visame pasaulyje ?inomas Albertas Ein?teinas. Su?av?tas kvantini? teorij?, jis suk?r? savo. Bendroji reliatyvumo teorija – taip ji vadinama. Kvantin?s fizikos atradimai taip pat tur?jo ?takos specialiosios reliatyvumo teorijos raidai. Daugelis mokslinink? pra?jusio am?iaus pirmoje pus?je prad?jo tyrin?ti ?? moksl? Ein?teino pasi?lymu. Ji tuo metu buvo prie?akyje, visiems patiko, visi ja dom?josi. Nieko keisto, nes ji u?vert? tiek daug „skyli?“ klasikiniame fizikos moksle (ta?iau suk?r? ir nauj?), pasi?l? mokslin? kelioni? laiku, telekinez?s, telepatijos ir paralelini? pasauli? pateisinim?.

Steb?tojo vaidmuo

Bet koks ?vykis ar b?sena tiesiogiai priklauso nuo steb?tojo. Da?niausiai taip kvantin?s fizikos pagrindai trumpai paai?kinami iki tiksli?j? moksl? nutolusiems ?mon?ms. Ta?iau i? tikr?j? viskas yra daug sud?tingiau.

Tai puikiai dera su daugeliu okultini? ir religini? tradicij?, kurios ?imtme?ius reikalavo ?moni? geb?jimo daryti ?tak? aplinkiniams ?vykiams. Tam tikra prasme tai yra ir mokslinio ekstrasensorinio suvokimo paai?kinimo pagrindas, nes dabar teiginys, kad ?mogus (steb?tojas) geba minties galia paveikti fizinius ?vykius, neatrodo absurdi?kas.

Kiekviena stebimo ?vykio ar objekto savoji b?sena atitinka sav?j? steb?tojo vektori?. Jei operatoriaus (steb?tojo) spektras yra diskretus, stebimas objektas gali pasiekti tik atskiras sav?sias reik?mes. Tai yra, steb?jimo objekt?, taip pat jo savybes, visi?kai nustato ?is operatorius.

Skirtingai nuo ?prastos klasikin?s mechanikos (arba fizikos), negalima vienu metu numatyti konjuguot? kintam?j?, toki? kaip pad?tis ir impulsas. Pavyzd?iui, elektronai gali (su tam tikra tikimybe) b?ti apytiksliai tam tikrame erdv?s regione, ta?iau matematin? tiksli j? pad?tis i? tikr?j? ne?inoma.

Aplink atomo branduol? galima nubr??ti pastovaus tikimyb?s tankio kont?rus, da?nai vadinamus „debesimis“, kad b?t? galima suprasti, kur grei?iausiai yra elektronas. Heisenbergo neapibr??tumo principas ?rodo nesugeb?jim? tiksliai nustatyti dalel?s vietos, atsi?velgiant ? jos konjuguot? impuls?. Kai kurie ?ios teorijos modeliai turi grynai abstrakt? skai?iavimo pob?d? ir nerei?kia taikomosios vert?s. Ta?iau jie da?nai naudojami sud?tingoms s?veikoms lygiu ir kitiems subtiliems dalykams apskai?iuoti. Be to, ?i fizikos ?aka leido mokslininkams daryti prielaid? apie daugelio pasauli? real? egzistavim?. Galb?t netrukus gal?sime juos pamatyti.

bang? funkcijos

Kvantin?s fizikos d?sniai yra labai plat?s ir ?vair?s. Jie susikerta su bang? funkcij? id?ja. Kai kurios specialios sukuria tikimybi? sklaid?, kuri i? prigimties yra pastovi arba nepriklausoma nuo laiko, pavyzd?iui, kai stacionarioje energijos b?senoje laikas tarsi i?nyksta bangos funkcijos at?vilgiu. Tai vienas i? kvantin?s fizikos padarini?, kuris jai yra esminis. ?domus faktas yra tai, kad ?iame ne?prastame moksle laiko rei?kinys buvo radikaliai per?i?r?tas.

Perturbacijos teorija

Ta?iau yra keletas patikim? b?d? sukurti sprendimus, reikalingus dirbti su kvantin?s fizikos formul?mis ir teorijomis. Vienas i? toki? metod?, paprastai ?inomas kaip „perturbacijos teorija“, naudoja analitin? elementaraus kvantinio mechaninio modelio rezultat?. Jis buvo sukurtas siekiant gauti rezultatus i? eksperiment? ir sukurti dar sud?tingesn? model?, susijus? su paprastesniu modeliu. ?ia yra rekursija.

?is po?i?ris ypa? svarbus kvantinio chaoso teorijoje, kuri itin populiari ?vairiems ?vykiams mikroskopin?je tikrov?je interpretuoti.

Taisykl?s ir ?statymai

Kvantin?s mechanikos taisykl?s yra pagrindin?s. Jie teigia, kad sistemos diegimo erdv? yra absoliu?iai esmin? (ji turi ta?kin? produkt?). Kitas teiginys yra tas, kad ?ios sistemos stebimi efektai tuo pa?iu metu yra ir savoti?ki operatoriai, kurie veikia vektorius ?ioje terp?je. Ta?iau jie mums nepasako, kuri Hilbert erdv? ar operatoriai ?iuo metu egzistuoja. Juos galima tinkamai pasirinkti, norint gauti kiekybin? kvantin?s sistemos apra?ym?.

Reik?m? ir ?taka

Nuo tada, kai atsirado ?is ne?prastas mokslas, daugelis antiintuityvi? kvantin?s mechanikos tyrim? aspekt? ir rezultat? suk?l? garsi? filosofini? diskusij? ir daugyb? interpretacij?. Netgi esminiai klausimai, tokie kaip ?vairi? amplitudi? ir tikimybi? skirstini? skai?iavimo taisykl?s, nusipelno visuomen?s ir daugelio pirmaujan?i? mokslinink? pagarbos.

Pavyzd?iui, vien? dien? jis li?dnai pasteb?jo, kad n?ra visi?kai tikras, kad kuris nors i? mokslinink? apskritai supranta kvantin? mechanik?. Pasak Steveno Weinbergo, ?iuo metu n?ra universalaus kvantin?s mechanikos ai?kinimo. Tai rodo, kad mokslininkai suk?r? „pabais?“, kad iki galo suprast? ir paai?kint?, kurios egzistavimo jie patys nesugeba. Ta?iau tai jokiu b?du nekenkia ?io mokslo aktualumui ir populiarumui, o pritraukia jaunus specialistus, norin?ius spr?sti tikrai sud?tingas ir nesuprantamas problemas.

Be to, kvantin? mechanika privert? visi?kai per?i?r?ti objektyvius fizinius Visatos d?snius, o tai yra gera ?inia.

Kopenhagos interpretacija

Pagal ?? ai?kinim? standartinis prie?astingumo apibr??imas, mums ?inomas i? klasikin?s fizikos, nebereikalingas. Remiantis kvantin?mis teorijomis, prie?astingumas mums ?prasta prasme i? viso neegzistuoja. Visi fizikiniai rei?kiniai juose paai?kinami ma?iausi? elementari?j? daleli? s?veikos subatominiame lygmeniu po?i?riu. ?i sritis, nepaisant atrodan?ios netikrumo, yra labai perspektyvi.

kvantin? psichologija

K? galima pasakyti apie kvantin?s fizikos ir ?mogaus s?mon?s ry??? Tai gra?iai para?yta knygoje, kuri? 1990 m. para?? Robertas Antonas Wilsonas, pavadinimu Kvantin? psichologija.

Remiantis knygoje i?d?styta teorija, visus m?s? smegenyse vykstan?ius procesus lemia ?iame straipsnyje apra?yti d?sniai. Tai yra, tai savoti?kas bandymas pritaikyti kvantin?s fizikos teorij? psichologijai. ?i teorija laikoma paramoksline ir akademin?s bendruomen?s nepripa??sta.

Wilsono knyga i?siskiria tuo, kad joje pateikia ?vairi? technik? ir praktik? rinkin?, vienaip ar kitaip ?rodan?i? jo hipotez?. Vienaip ar kitaip, skaitytojas turi pats nuspr?sti, ar jis tiki toki? bandym? pritaikyti matematinius ir fizikinius modelius humanitariniams mokslams gyvybingumu.

Kai kurie Wilsono knyg? laik? bandymu pateisinti mistin? m?stym? ir susieti j? su moksli?kai ?rodytomis naujovi?komis fizin?mis formuluot?mis. ?is labai nebanalus ir ?sp?dingas darbas buvo paklausus daugiau nei 100 met?. Knyga leid?iama, ver?iama ir skaitoma visame pasaulyje. Kas ?ino, galb?t tobul?jant kvantinei mechanikai pasikeis ir mokslo bendruomen?s po?i?ris ? kvantin? psichologij?.

I?vada

D?l ?ios nuostabios teorijos, kuri netrukus tapo atskiru mokslu, gal?jome tyrin?ti supan?i? tikrov? subatomini? daleli? lygmeniu. Tai yra ma?iausias i? vis? galim? lygi?, visi?kai neprieinamas m?s? suvokimui. Tai, k? fizikai anks?iau ?inojo apie m?s? pasaul?, reikia skubiai per?i?r?ti. Absoliu?iai visi su tuo sutinka. Tapo akivaizdu, kad skirtingos dalel?s gali s?veikauti viena su kita visi?kai ne?sivaizduojamais atstumais, kuriuos galime i?matuoti tik sud?tingomis matematin?mis formul?mis.

Be to, kvantin? mechanika (ir kvantin? fizika) ?rod? daugelio lygiagre?i? realybi?, kelioni? laiku ir kit? dalyk?, kurie istorijoje buvo laikomi tik mokslin?s fantastikos dalykais, galimyb?. Tai neabejotinai did?iulis ind?lis ne tik ? moksl?, bet ir ? ?monijos ateit?.

Mokslinio pasaulio paveikslo m?g?jams ?is mokslas gali b?ti ir draugas, ir prie?as. Faktas yra tas, kad kvantin? teorija atveria pla?ias galimybes ?vairioms spekuliacijoms paramoksline tema, kaip jau buvo parodyta vienos i? alternatyvi? psichologini? teorij? pavyzdyje. Kai kurie ?iuolaikiniai okultistai, ezoterikai ir alternatyvi? religini? bei dvasini? jud?jim? ?alininkai (da?niausiai psichokultai) kreipiasi ? teorines ?io mokslo konstrukcijas, siekdami pagr?sti savo mistini? teorij?, ?sitikinim? ir praktik? racionalum? ir teisingum?.

Tai precedento neturintis atvejis, kai paprasti teoretik? sp?jimai ir abstrak?ios matematin?s formul?s suk?l? tikr? mokslo revoliucij? ir suk?r? nauj? moksl?, kuris i?brauk? visk?, kas buvo ?inoma anks?iau. Tam tikru mastu kvantin? fizika paneig? Aristotelio logikos d?snius, nes parod?, kad renkantis „arba-arba“ yra dar viena (arba, galb?t, kelios) alternatyva.