Tu som viedol nieko?ko dn? rozhovor na t?to t?mu oneskoren? vo?ba kvantov? vymazanie, ani nie tak diskusia, ako trpezliv? vysvet?ovanie z?kladov kvantovej fyziky moj?m ??asn?m kamar?tom dr_tambowsk?m. Ke??e som v ?kole neu?il dobre fyziku a v starobe ma to rysovalo, nas?vam ju ako ?pongia. Rozhodol som sa zhroma?di? vysvetlivky na jednom mieste, mo?no niekto in?.

Na za?iatok odpor??am pozrie? si karikat?ru pre deti o ru?en? a venova? pozornos? „oku“. Preto?e v skuto?nosti je to cel? z?drhel.

Potom m??ete za?a? ??ta? text od dr_tambowsk?ho, ktor? ni??ie uv?dzam v plnom znen?, alebo kto je ?ikovn? a ?ikovn?, m??e si ho hne? pre??ta?. A lep?ie ako oboje.

?o je ru?enie.
V?emo?n?ch pojmov a pojmov je naozaj ve?a a s? ve?mi zm?ten?. Po?me pekne po poriadku. Po prv?, ide o ru?enie ako tak?. Existuje mnoho pr?kladov interferencie a existuje ve?a r?znych interferometrov. Konkr?tnym experimentom, ktor? sa neust?le men? a ?asto sa pou??va v tejto vede o vymaz?van? (hlavne preto, ?e je jednoduch? a pohodln?), s? dve ?trbiny vyrezan? ved?a seba, paralelne k sebe, v neprieh?adnej obrazovke. Na za?iatok si posvietime na tak?to dvojit? ?trbinu. Svetlo je vlna, v?ak? A neust?le pozorujeme interferenciu svetla. Berte to tak, ?e ak na tieto dve ?trbiny posvietite svetlom a na druh? stranu umiestnite z?stenu (alebo len stenu), potom na tejto druhej z?stene tie? uvid?me interferen?n? obrazec - namiesto dvoch jasn?ch sveteln?ch bodov "prech?dzaj? ?trbinami" na druhej obrazovke (stene) bude plot striedaj?cich sa jasn?ch a tmav?ch pruhov. E?te raz si v?imneme, ?e ide o ?isto vlnov? vlastnos?: ak h?d?eme kamene, potom tie, ktor? padn? do otvorov, bud? na?alej lieta? priamo a ka?d? naraz? do steny za svojou dr??kou, to znamen?, ?e uvid?me dve nez?visl? hromady kamene (ak sa prilepia na stenu samozrejme ?), bez zasahovania.

?alej, pam?tajte, v ?kole sa u?ilo o „dualizme ?ast?c a v?n“? ?e ke? je v?etko ve?mi mal? a ve?mi kvantov?, potom s? objekty ?asticami aj vlnami s??asne? V jednom zo sl?vnych experimentov (Stern-Gerlachov experiment) v 20. rokoch minul?ho storo?ia pou?ili rovnak? nastavenie, ako je op?san? vy??ie, ale namiesto svetla svietili ... elektr?nmi. To znamen?, ?e elektr?ny s? ?astice, v?ak? To znamen?, ?e ak s? „hoden?“ na dvojit? ?trbinu, ako kamienky, potom na stene za ?trbinami uvid?me ?o? Odpove?ou nie s? dve oddelen? miesta, ale op?? interferen?n? obrazec!! To znamen?, ?e elektr?ny m??u tie? ru?i?.

Na druhej strane sa ukazuje, ?e svetlo nie je presne vlna, ale trochu a ?astica - fot?n. To znamen?, ?e sme teraz tak? inteligentn?, ?e ch?peme, ?e dva vy??ie op?san? experimenty s? to ist?. H?dzame (kvantov?) ?astice na ?trbiny a ?astice na t?chto ?trbin?ch ru?ia - na stene s? vidite?n? striedav? pruhy („vidite?n?“ - v zmysle, ako tam registrujeme fot?ny alebo elektr?ny, o?i samotn? na to nie s? potrebn?. ?).

Teraz, vyzbrojen? t?mto univerz?lnym obr?zkom, polo?me si nasleduj?cu, jemnej?iu ot?zku (pozor, ve?mi d?le?it?!!):
Ke? svietime na?imi fot?nmi/elektr?nmi/?asticami na ?trbiny, vid?me interferen?n? obrazec z druhej strany. ??asn?. ?o sa v?ak stane s jedn?m fot?nom/elektr?nom/pi-mez?nom? [a odteraz sa bavme – ?isto pre pohodlie – len o fot?noch]. Koniec koncov, t?to mo?nos? je mo?n?: ka?d? fot?n let? ako kamienok cez svoju ?trbinu, to znamen?, ?e m? presne definovan? trajekt?riu. Tento fot?n let? cez ?av? ?trbinu. A ten tam napravo. Ke? tieto fot?ny-kamienky, ktor? sleduj? svoje ?pecifick? trajekt?rie, dosiahnu stenu za ?trbinami, nejako spolu interaguj? a v d?sledku tejto interakcie sa u? na samotnej stene objav? interferen?n? obrazec. Zatia? ni? v na?ich experimentoch neodporuje tejto interpret?cii – ve? ke? na ?trbinu svietime jasn?m svetlom, vysielame ve?a fot?nov naraz. Pes vie, ?o tam robia.

Na t?to d?le?it? ot?zku m?me odpove?. M??eme hodi? jeden fot?n naraz. Skon?ili. ?akali sme. Vypustil ?al??. Pozorne sa pozrieme na stenu a v?imneme si, kam tieto fot?ny prich?dzaj?. Jedin? fot?n samozrejme nem??e z princ?pu vytvori? pozorovate?n? interferen?n? obrazec – je jeden, a ke? ho zaregistrujeme, m??eme ho vidie? len na ur?itom mieste a nie v?ade naraz. Av?ak sp?? k anal?gii s kamienkami. Tu je jeden kamienok. Narazil do steny za jedn?m slotom (samozrejme t?m, cez ktor? preletel). Tu je ?al?? - op?? zaklopan? za slotom. sed?me. Uv??ime. Po ur?itom ?ase a h?dzan? dostato?n?ho mno?stva kamienkov z?skame distrib?ciu - uvid?me, ?e ve?a kamienkov naraz? na stenu za jedn?m slotom a ve?a za druh?m. A nikde inde. To ist? rob?me s fot?nmi – h?d?eme ich po jednom a pomaly po??tame, ko?ko fot?nov priletelo na ka?d? miesto na stene. Pomaly sa z toho zbl?znime, preto?e v?sledn? rozlo?enie frekvenci? dopadu fot?nov nie s? v?bec dve miesta pod pr?slu?n?mi slotmi. Toto rozlo?enie presne opakuje interferen?n? vzor, ktor? sme videli, ke? sme svietili jasn?m svetlom. Ale fot?ny teraz prich?dzali jeden po druhom! Jeden je dnes. ?al?? je zajtra. Na stene sa nemohli vz?jomne ovplyv?ova?. To znamen?, ?e v ?plnom s?lade s kvantovou mechanikou je jeden samostatn? fot?n s??asne vlnou a ?iadna vlna mu nie je cudzia. Fot?n v na?om experimente nem? ?pecifick? trajekt?riu – ka?d? jednotliv? fot?n prech?dza oboma ?trbinami naraz a akoby do seba zasahuje. Experiment m??eme zopakova?, pri?om nech?me otvoren? len jednu ?trbinu – potom sa fot?ny samozrejme zhlukuj? za ?ou. Zatvorme prv?, otvorme druh?, st?le h?d?eme fot?ny jeden po druhom. Zhlukuj? sa, samozrejme, pod druh?m, otvoren?m slotom. Otv?rame oboje – v?sledn? rozlo?enie miest, kde sa fot?ny radi zhlukuj?, nie je s??tom rozdelen? z?skan?ch, ke? bola otvoren? len jedna ?trbina. Teraz s? st?le zhlukovan? medzi trhlinami. Presnej?ie, ich ob??ben?mi miestami na zhlukovanie s? teraz striedav? pruhy. V tomto sa zhlukuj?, v ?al?om nie, zase ?no, tma, svetlo. Ach, ru?enie...

?o je superpoz?cia a rot?cia.
Tak?e. Budeme predpoklada?, ?e rozumieme v?etk?mu o interferencii ako takej. Po?me sa pozrie? na superpoz?ciu. Neviem ako ste na tom s kvantovou mechanikou, prep??te. Ak je to zl?, potom mus?te ve?a vzia? na vieru, je to ?a?k? vysvetli? v skratke.

Ale v z?sade sme u? boli niekde nabl?zku – ke? sme videli, ?e jednotliv? fot?n prelet? akoby cez dve ?trbiny naraz. D? sa to poveda? jednoducho: fot?n nem? trajekt?riu, vlna a vlna. A m??eme poveda?, ?e fot?n let? s??asne po dvoch trajekt?ri?ch (pr?sne povedan?, nie po dvoch, samozrejme, ale naraz). Toto je ekvivalentn? vyhl?senie. V princ?pe, ak p?jdeme po tejto ceste a? do konca, tak pr?deme k „cestov?mu integr?lu“ – Feynmanovej formul?cii kvantovej mechaniky. T?to formul?cia je neuverite?ne elegantn? a rovnako zlo?it?, je ?a?k? ju pou?i? v praxi, najm? ju pou?i? na vysvetlenie z?kladov. Preto nep?jdeme na koniec, ale rad?ej budeme meditova? nad fot?nom letiacim „po dvoch trajekt?ri?ch naraz“. V zmysle klasick?ch konceptov (a trajekt?ria je presne definovan? klasick? koncept, bu? kame? let? hlava-nehlava, alebo okolo) je fot?n s??asne v r?znych stavoch. E?te raz, trajekt?ria nie je ani presne tak?, ak? by sme potrebovali, na?e ciele s? jednoduch?ie, len vol?m uvedomi? si a prec?ti? skuto?nos?.

Kvantov? mechanika n?m hovor?, ?e t?to situ?cia je pravidlom, nie v?nimkou. Ak?ko?vek kvantov? ?astica m??e by? (a zvy?ajne je) v „nieko?k?ch stavoch“ naraz. V skuto?nosti by sa toto vyhl?senie nemalo bra? pr?li? v??ne. Tieto „viacn?sobn? stavy“ s? vlastne na?ou klasickou intu?ciou. Definujeme r?zne „stavy“ na z?klade niektor?ch na?ich vlastn?ch (extern?ch a klasick?ch) ?vah. Kvantov? ?astica ?ije pod?a svojich vlastn?ch z?konov. M? ?t?t. Bodka. V?rok o „superpoz?cii“ znamen? len to, ?e tento stav sa m??e ve?mi l??i? od na?ich klasick?ch zobrazen?. Zavedieme klasick? pojem trajekt?rie a aplikujeme ho na fot?n v stave, v akom sa mu p??i by?. A fot?n hovor? - "prep??te, m?j ob??ben? stav je, ?e vo vz?ahu k t?mto va?im trajekt?ri?m som na oboch naraz!". To neznamen?, ?e fot?n nem??e by? v?bec v stave, v ktorom je dr?ha (viac-menej) ur?en?. Zatvorme jednu zo ?trb?n – a m??eme do istej miery poveda?, ?e fot?n prelet? druhou po ur?itej trajekt?rii, ktorej dobre rozumieme. To znamen?, ?e tak?to stav v princ?pe existuje. Otvorme oboje – fot?n je rad?ej v superpoz?cii.

To ist? plat? pre ostatn? parametre. Napr?klad vlastn? moment hybnosti alebo rot?ciu. Pam?t?te si na dva elektr?ny, ktor? m??u sedie? spolu v rovnakom s-orbit?le - ak maj? s??asne opa?n? spiny? Toto je pr?ve ono. A fot?n m? tie? spin. Fot?nov? spin je dobr?, preto?e v klasike vlastne zodpoved? polariz?cii svetelnej vlny. To znamen?, ?e pomocou v?etk?ch druhov polariz?torov a in?ch kry?t?lov, ktor? m?me, m??eme manipulova? so spinom (polariz?ciou) jednotliv?ch fot?nov, ak ich m?me (a bud?).

Tak?e sp??. Elektr?n m? spin (v n?deji, ?e orbit?ly a elektr?ny s? v?m drah?ie ako fot?ny, tak?e v?etko je rovnak?), ale elektr?nu je ?plne ?ahostajn?, v akom „stave spinu“ to je. Spin je vektor a m??eme sk?si? poveda? "to?enie h?ad? hore". Alebo „to?enie sa pozer? nadol“ (vo vz?ahu k nejak?mu smeru, ktor? sme si vybrali). A elektr?n n?m hovor?: "Nez?le?alo mi na tebe, m??em by? na oboch trajekt?ri?ch v oboch spinov?ch stavoch naraz." Tu je op?? ve?mi d?le?it?, ?e nie je ve?a elektr?nov v r?znych spinov?ch stavoch, v s?bore sa jeden pozer? hore, druh? dole a ka?d? jednotliv? elektr?n je v oboch stavoch naraz. Rovnako ako nie r?zne elektr?ny prech?dzaj? r?znymi ?trbinami, ale jeden elektr?n (alebo fot?n) prech?dza oboma ?trbinami naraz. Elektr?n m??e by? v stave s ur?it?m smerom rot?cie, ak sa na to naozaj p?tate, ale s?m od seba to neurob?. Polokvalitat?vne mo?no situ?ciu op?sa? nasledovne: 1) existuj? dva stavy |+1> (rozto?enie sa) a |-1> (rozto?enie dole); 2) v princ?pe ide o k??er stavy, v ktor?ch m??e existova? elektr?n; 3) ak v?ak nevynalo??te ?peci?lne ?silie, elektr?n sa „rozma?e“ cez oba stavy a jeho stav bude nie?o ako |+1> + |-1>, stav, v ktorom elektr?n nem? ur?it? spin smer (rovnako ako dr?ha 1+ dr?ha 2, v?ak?). Toto je „superpoz?cia ?t?tov“.

O kolapse vlnovej funkcie.
Zost?va n?m ve?mi m?lo – pochopi?, ?o je meranie a „zr?tenie vlnovej funkcie“. Vlnov? funkcia je to, ?o sme nap?sali vy??ie, |+1> + |-1>. Len opis stavu. Pre zjednodu?enie sa m??eme bavi? o samotnom ?t?te, ako takom a o jeho „kolapse“, je to jedno. Toto sa stane: elektr?n let? s?m k sebe v takom neur?itom stave mysle, ?i je hore, alebo dole, alebo oboje naraz. Tu pribehneme s nejak?m desivo vyzeraj?cim zariaden?m a po?me si zmera? smer rot?cie. V tomto konkr?tnom pr?pade sta?? umiestni? elektr?n do magnetick?ho po?a: tie elektr?ny, ktor?ch spin sa pozer? pozd?? smeru po?a, by sa mali odchy?ova? jedn?m smerom, tie, ktor?ch spin je oproti po?u, by sa mali odchy?ova? druh?m smerom. Sadneme si na druh? stranu a ??chame si ruky – vid?me, ktor?m smerom sa elektr?n odch?lil a hne? vieme, ?i sa jeho spin pozer? hore alebo dole. Fot?ny sa daj? vlo?i? do polariza?n?ho filtra - ak je polariz?cia (spin) +1 - fot?n prejde, ak -1, tak nie.

Ale prep??te - elektr?n predsa nemal pred meran?m ur?it? smer rot?cie? To je cel? podstata. Neexistovala ?iadna jednozna?n?, ale bola akoby „zmie?an?“ z dvoch ?t?tov naraz a v ka?dom z t?chto ?t?tov existoval ve?mi priamy smer. V procese merania n?time elektr?n, aby sa rozhodol, kto bude a kam sa bude pozera? – hore alebo dole. Vo vy??ie uvedenej situ?cii samozrejme nem??eme v z?sade vopred predpoveda?, ak? rozhodnutie urob? dan? konkr?tny elektr?n, ke? vlet? do magnetick?ho po?a. S pravdepodobnos?ou 50% sa m??e rozhodn?? "hore", s rovnakou pravdepodobnos?ou - "dole". Ale akon?hle sa tak rozhodne, je v stave s ur?it?m smerom ot??ania. V?sledkom n??ho „merania“! To je ten "kolaps" - pred meran?m bola vlnov? funkcia (pardon, stav) |+1> + |-1>. Potom, ?o sme „zmerali“ a videli, ?e sa elektr?n odch?lil v ur?itom smere, bol ur?en? jeho smer spinu a jeho vlnov? funkcia sa stala jednoducho |+1> (alebo |-1>, ak sa odch?li in?m smerom). To znamen?, ?e ?t?t sa „zr?til“ do jednej zo svojich zlo?iek; U? nedoch?dza k „mie?aniu“ druhej zlo?ky!

Ve?a z pr?zdneho filozofovania v p?vodnom pr?spevku bolo venovan? tomuto a nep??i sa mi koniec karikat?ry. Jednoducho sa tam pritiahne oko a nesk?sen? div?k m??e ma? po prv? il?ziu o ur?itej antropocentrickosti procesu (hovoria, ?e na vykonanie „merania“ je potrebn? pozorovate?), a po druh? o jeho neinvaz?vnosti (no, my len h?ad?m!). Moje n?zory na t?to t?mu boli na?rtnut? vy??ie. Po prv?, „pozorovate?“ ako tak? samozrejme nie je potrebn?. Sta?? privies? kvantov? syst?m do kontaktu s ve?k?m, klasick?m syst?mom a v?etko sa stane samo (elektr?ny vletia do magnetick?ho po?a a rozhodn? sa, kto to bude, bez oh?adu na to, ?i budeme sedie? na druhej strane a pozorova?, resp. nie). Po druh?, neinvaz?vne klasick? meranie kvantovej ?astice je v princ?pe nemo?n?. Nakresli? oko je jednoduch?, ale ?o to znamen? „pozrie? sa na fot?n a zisti?, kam letel“? Aby ste videli, mus?te do oka dosta? fot?ny, najlep?ie ve?a. Ako zariadi?, aby dorazilo ve?a fot?nov a povedali n?m v?etko o stave jedn?ho ne??astn?ho fot?nu, ktor?ho stav n?s zauj?ma? Posvieti? si na neho baterkou? A ?o z neho potom zostane? Je jasn?, ?e na jeho stav budeme ma? ve?mi siln? vplyv, mo?no a? do takej miery, ?e sa mu nebude chcie? ani liez? do jedn?ho slotu. Nie je to a? tak? zauj?mav?. Ale kone?ne sme sa dostali k zauj?mavej ?asti.

O Einstein-Podolsky-Rosenovom paradoxe a koherentn?ch (prepleten?ch) p?roch fot?nov
Teraz vieme o superpoz?cii stavov, ale doteraz sme hovorili len o jednej ?astici. V?hradne pre jednoduchos?. Ale predsa, ?o ak m?me dve ?astice? Je mo?n? pripravi? p?r ?ast?c v celkom kvantovom stave, tak?e ich spolo?n? stav je op?san? jedinou spolo?nou vlnovou funkciou. To, samozrejme, nie je jednoduch? - dva ?ubovo?n? fot?ny v susedn?ch miestnostiach alebo elektr?ny v susedn?ch sk?mavk?ch o sebe navz?jom nevedia, tak?e m??u a mali by by? op?san? ?plne nez?visle. Preto je jednoducho mo?n? vypo??ta? v?zbov? energiu, povedzme, jedn?ho elektr?nu na prot?n v at?me vod?ka, bez toho, aby sme sa v?bec zauj?mali o in? elektr?ny na Marse alebo dokonca na susedn?ch at?moch. Ale ak vynalo??te ?peci?lne ?silie, potom m??e by? naraz vytvoren? kvantov? stav pokr?vaj?ci dve ?astice. Toto sa bude naz?va? „koherentn? stav“, vo vz?ahu k p?rom ?ast?c a najr?znej??m kvantov?m vymazaniam a po??ta?om sa to naz?va aj zapleten? stav.

Ideme ?alej. M??eme vedie? (kv?li obmedzeniam vypl?vaj?cim z procesu pr?pravy tohto koherentn?ho stavu), ?e, povedzme, celkov? spin n??ho dvoj?asticov?ho syst?mu je nulov?. Nevad?, vieme, ?e spiny dvoch elektr?nov v s-orbit?li musia by? antiparaleln?, ?i?e celkov? spin je nulov?, a to n?s v?bec nedes?, v?ak? ?o nevieme je, kam smeruje rot?cia konkr?tnej ?astice. Vieme len, ?e kamko?vek sa pozrie, ot??anie druh?ho sa mus? pozera? opa?n?m smerom. To znamen?, ?e ak ozna??me na?e dve ?astice (A) a (B), potom stav m??e by? v z?sade tak?to: |+1(A), -1(B)> (A pozer? hore, B sa pozer? dole ). Toto je povolen? stav, neporu?uje ulo?en? obmedzenia. ?al?ou mo?nos?ou je |-1(A), +1(B)> (naopak, A dole, B hore). Tie? mo?n? stav. Nepripom?na v?m to stavy, ktor? sme si zap?sali o nie?o sk?r pre spin jedin?ho elektr?nu? Preto?e n?? syst?m dvoch ?ast?c, pokia? je kvantov? a koherentn?, m??e (a bude) by? v superpoz?cii stavov |+1(A); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. To znamen?, ?e obe mo?nosti s? implementovan? s??asne. Ako obe trajekt?rie fot?nu alebo oba smery spinu jedn?ho elektr?nu.

Je ove?a zauj?mavej?ie mera? tak?to syst?m ako jeden fot?n. Predpokladajme, ?e meriame spin len jednej ?astice, A. U? sme pochopili, ?e meranie je pre kvantov? ?asticu ve?k?m stresom, jej stav sa po?as procesu merania v?razne zmen?, d?jde ku kolapsu... V?etko je pravda , ale - v tomto pr?pade je viac druh? ?astica, B, ktor? je tesne spojen? s A, maj? spolo?n? vlnov? funkciu! Predpokladajme, ?e meriame smer rot?cie A a vid?me, ?e je +1. Ale A nem? svoju vlastn? vlnov? funkciu (alebo in?mi slovami, svoj vlastn? nez?visl? stav), aby sa zr?tila na |+1>. V?etko, ?o m? A, je stav „zapleten?“ (zapleten?) s B, nap?san? vy??ie. Ak meranie A d?va +1 a vieme, ?e rot?cie A a B s? antiparaleln?, vieme, ?e rot?cia B smeruje nadol (-1). Vlnov? funkcia p?ru sa zr?ti na ?oko?vek, ?o m??e, alebo m??e len na |+1(A); -1(B)>. Vyp?san? vlnov? funkcia n?m neposkytuje in? mo?nosti.

Zatia? ni?? Mysl?te si, ?e sa zachr?ni ?pln? preto?enie? Teraz si predstavte, ?e sme vytvorili tak? p?r A, B a nechali tieto dve ?astice rozpt?li? sa v r?znych smeroch, pri?om by zostali koherentn?. Jedna (A) letela k Merk?ru. A druh? (B) povedzme Jupiterovi. Pr?ve v tomto momente sme sa stali na Merk?re a zmerali sme smer rot?cie A. ?o sa stalo? V tom momente sme poznali smer rot?cie B a zmenili sme vlnov? funkciu B! Upozor?ujeme, ?e to v?bec nie je rovnak? ako v klasike. Nechajte dva lietaj?ce kamene ot??a? sa okolo svojej osi a dajte n?m s istotou vedie?, ?e sa ot??aj? v opa?n?ch smeroch. Ak zmeriame smer rot?cie jedn?ho, ke? dosiahne Merk?r, budeme vedie? aj smer rot?cie druh?ho, nech je v tom momente kdeko?vek, dokonca aj na Jupiteri. Ale tieto kamene sa v?dy pred ak?mko?vek na??m meran?m ot??ali ur?it?m smerom. A ak niekto zmeria kame? letiaci k Jupiteru, potom (a) dostane rovnak? a celkom jednozna?n? odpove?, bez oh?adu na to, ?i sme nie?o namerali na Merk?re alebo nie. S na?imi fot?nmi je situ?cia ?plne in?. ?iadna z nich nemala pred meran?m ?iadny konkr?tny smer ot??ania. Ak by sa niekto bez na?ej ??asti rozhodol zmera? smer rot?cie B niekde v oblasti Marsu, ?o by z?skal? Presne tak, pri 50% pravdepodobnosti by videl +1, pri 50% -1. B m? tak? stav, superpoz?ciu. Ak sa niekto rozhodne zmera? rot?ciu B okam?ite po tom, ?o sme u? zmerali rot?ciu A, videli +1 a sp?sobili kolaps *celej* vlnovej funkcie,
potom dostane ako v?sledok merania len -1, s pravdepodobnos?ou 100%! A? v momente n??ho merania sa A kone?ne rozhodol, kto by mal by? a „zvolil“ smer rot?cie – a t?to vo?ba okam?ite ovplyvnila * cel? * vlnov? funkciu a stav B, ktor? je v tom momente u? v Bohu. vie kde.

Pr?ve tento probl?m sa naz?va „nelok?lnos? kvantovej mechaniky“. Tie? zn?my ako Einstein-Podolsky-Rosenov paradox (EPR paradox) a vo v?eobecnosti s t?m s?vis? to, ?o sa deje pri vymaz?van?. Mo?no, samozrejme, nie?o zle ch?pem, ale na m?j vkus je vymazanie zauj?mav?, preto?e je to len experiment?lna demon?tr?cia nelokality.

Zjednodu?ene by experiment s vymazan?m mohol vyzera? takto: vytvorte koherentn? (prepleten?) p?ry fot?nov. Jeden po druhom: p?r, potom ?al?? at?. V ka?dom p?re let? jeden fot?n (A) jedn?m smerom, druh? (B) druh?m. V?etko, ako sme u? diskutovali o nie?o vy??ie. Na dr?hu fot?nu B d?me dvojit? ?trbinu a uvid?me, ?o sa objav? na stene za touto ?trbinou. Objav? sa interferen?n? obrazec, preto?e ka?d? fot?n B, ako vieme, let? po oboch trajekt?ri?ch, cez oba sloty naraz (e?te si pam?t?me interferenciu, s ktorou sme za?ali tento pr?beh, v?ak?). Fakt, ?e B je st?le koherentne pr?buzn? s A a m? vlnov? funkciu spolo?n? s A, je pre neho sk?r fialov?. Experiment skomplikujeme: jednu ?trbinu zakryjeme filtrom, ktor? prep???a iba fot?ny so spinom +1. Druh? prekryjeme filtrom, ktor? prep???a len fot?ny so spinom (polariz?ciou) -1. Na?alej si u??vame interferen?n? obrazec, preto?e vo v?eobecnom stave dvojice A, B (|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, ke??e pam?tajte), existuj? stavy B s oboma spinmi. To znamen?, ?e „?as?“ B m??e prejs? cez jeden filter / slot, ?as? - cez in?. Rovnako ako predt?m, jedna „?as?“ letela pozd?? jednej trajekt?rie, druh? pozd?? inej (toto je, samozrejme, re?ov? obrazec, ale faktom zost?va).

Nakoniec vrchol: niekde na Merk?re, alebo o nie?o bli??ie, na druh? koniec optickej tabu?ky d?me do dr?hy fot?nov A polariza?n? filter a za filter detektor. Pre istotu nech tento nov? filter prepust? iba fot?ny so spinom +1. Zaka?d?m, ke? sa detektor spust?, vieme, ?e fot?n A pre?iel so spinom +1 (spin -1 neprejde). To ale znamen?, ?e vlnov? funkcia cel?ho p?ru skolabovala a „brat“ n??ho fot?nu, fot?n B, m? v tejto chv?li iba jeden mo?n? stav -1. V?etko. Fot?n B teraz "nem? ?o" preliez?, slot je pokryt? filtrom, ktor? prep???a len polariz?ciu +1. T?to ?as? jednoducho nemal. Je ve?mi ?ahk? „rozpozna?“ tento fot?n B. Sp?rujeme jeden po druhom. Ke? zaregistrujeme fot?n A prech?dzaj?ci cez filter, zaznamen?me ?as, kedy pri?iel. Napr?klad pol druhej. To znamen?, ?e jeho „brat“ B prilet? o pol tretej k stene tie?. No, alebo o 1:36, ak polet? trochu ?alej a teda dlh?ie. Tam zaznamen?vame aj ?asy, ?i?e vieme porovn?va?, kto je kto a kto je vo?i komu relat?vne.

Ak sa teda teraz pozrieme na to, ak? obraz sa objav? na stene, nen?jdeme ?iadne ru?enie. Fot?n B z ka?d?ho p?ru prech?dza bu? jednou ?trbinou, alebo druhou. Na stene s? dve ?kvrny. Teraz odstr??te filter z dr?hy fot?nov A. Interferen?n? obrazec je obnoven?.

... a nakoniec o oneskorenom v?bere
Situ?cia sa st?va dos? nepr?jemnou, ke? fot?nu A trv? dlh?ie, k?m prelet? k svojmu filtru/detektoru, ako fot?n B prelet? do ?trb?n. Meranie vykon?me (a dostaneme rie?enie A a kolaps vlnovej funkcie) potom, ?o by B u? narazil na stenu a vytvoril interferen?n? obrazec. Pokia? v?ak meriame A, dokonca „nesk?r ako by malo“, interferen?n? obrazec pre fot?ny B st?le mizne. Odstr?nime filter pre A - je obnoven?. Toto je u? oneskoren? vymazanie. Nem??em poveda?, ?e dobre rozumiem tomu, s ??m sa jed?va.

Opravy a upresnenia.
V?etko bolo spr?vne, s nevyhnutn?mi zjednodu?eniami, k?m sme nepostavili zariadenie s dvoma zapleten?mi fot?nmi. Po prv?, fot?n B m? interferenciu. Zd? sa, ?e filtre nefunguj?. Mus?te uzavrie? platne, ktor? menia polariz?ciu z line?rnej na kruhov?. ?a??ie sa to vysvet?uje ? Ale o to nejde. Hlavn? je, ?e ke? takto uzatvor?me sloty r?znymi filtrami, ru?enie zmizne. Nie v momente, ke? meriame fot?n A, ale okam?ite. Z?ludn? trik je v tom, ?e umiestnen?m filtrov platne sme „ozna?ili“ fot?ny B. In?mi slovami, fot?ny B nes? dodato?n? inform?cie, ktor? n?m umo??uj? presne zisti?, po ktorej trajekt?rii preleteli. *Ak* zmeriame fot?n A, potom vieme presne zisti?, ktorou trajekt?riou B preletel, ?o znamen?, ?e B nebude ru?i?. Jemnos? spo??va v tom, ?e nie je potrebn? fyzicky „mera?“ A! Tu som sa minule m?lil. Nie je potrebn? mera? A, aby ru?enie zmizlo. Ak *je mo?n?* zmera? a zisti?, na ktorej z trajekt?ri? preletel fot?n B, tak v tomto pr?pade k interferencii ned?jde.

V skuto?nosti sa st?le d? pre?i?. Tam pri odkaze ni??ie ?udia akosi bezradne kr?ia rukami, ale pod?a m?a (mo?no sa zase m?lim? ?) je vysvetlenie tak?to: nasaden?m filtrov do slotov sme u? dos? zmenili syst?m. Nez?le?? na tom, ?i sme skuto?ne zaregistrovali polariz?ciu alebo trajekt?riu, po ktorej fot?n pre?iel, alebo sme na posledn? chv??u m?vli rukou. Je d?le?it?, aby sme v?etko „pripravili“ na meranie, u? ovplyvnili stavy. Preto vlastne „meranie“ (v zmysle uvedomel?ho humanoidn?ho pozorovate?a, ktor? si priniesol teplomer a v?sledok zap?sal do denn?ka) ni? nepotrebuje. V?etko je u? v istom zmysle (v zmysle vplyvu na syst?m) „zmeran?“. Tvrdenie je zvy?ajne formulovan? takto: „*ak* zmeriame polariz?ciu fot?nu A, potom budeme pozna? polariz?ciu fot?nu B, a teda aj jeho trajekt?riu, no, ke??e fot?n B let? po ur?itej trajekt?rii, potom bude ?iadne ru?enie; fot?n A mo?no ani nezmeriame - sta??, ?e toto meranie je mo?n?, fot?n B vie, ?e sa d? zmera? a odmieta ru?i?. Je v tom ist? mystifik?cia. No on odmieta. Jednoducho preto, ?e syst?m bol takto pripraven?. Ak m? syst?m dodato?n? inform?cie (existuje sp?sob), ako ur?i?, po ktorej z dvoch trajekt?ri? fot?n letel, potom ned?jde k ?iadnemu ru?eniu.

Ke? v?m poviem, ?e som v?etko zariadil tak, aby fot?n preletel len cez jeden slot, hne? pochop?te, ?e k ru?eniu ned?jde, v?ak? M??ete be?a? skontrolova? („zmera?“) a uisti? sa, ?e hovor?m pravdu, alebo tomu m??ete aj tak veri?. Ak som neklamal, ned?jde k ?iadnemu ru?eniu, bez oh?adu na to, ?i sa ma pon?h?ate skontrolova? alebo nie ? Preto fr?za „d? sa mera?“ v skuto?nosti znamen? „syst?m je pripraven? tak?m ?peci?lnym sp?sobom, ?e ... “. Pripraven? a pripraven?, to znamen?, ?e na tomto mieste st?le nie je ?iadny kolaps. Existuj? "ozna?en?" fot?ny a ?iadne ru?enie.

Tu je ?alej - pre?o sa to v skuto?nosti v?etko naz?va vymazanie - hovoria n?m: po?me kona? v syst?me tak, aby sme tieto zna?ky „vymazali“ z fot?nov B - potom za?n? znova zasahova?. Zauj?mav?m bodom, ku ktor?mu sme sa u? pribl??ili, aj ke? v chybnom modeli, je, ?e fot?ny B m??u by? ponechan? a platne v ?trbin?ch m??u by? ponechan?. M??ete potiahnu? fot?n A a rovnako ako pri kolapse, zmena jeho stavu sp?sob? (nelok?lne) zmenu celkovej vlnovej funkcie syst?mu, tak?e u? nem?me dostato?n? inform?cie na ur?enie toho, ktor? ?trbinov? fot?n B pre?iel cez. To znamen?, ?e do cesty fot?nu A vlo??me polariz?tor - interferencia fot?nov B sa obnov?. S oneskoren?m je v?etko rovnak? - rob?me to tak, ?e fot?nu A trv? dlh?ie letie? do polariz?tora ako B do slotov. A v ka?dom pr?pade, ak m? A polariz?tor na ceste, potom B ru?? (hoci, ako to bolo, „predt?m, ne? A priletel k polariz?toru)!

Feed. M??ete, alebo z va?ej vlastnej str?nky.

• Preklad

Pod?a Owena Maroneyho, fyzika z Oxfordskej univerzity, od objavenia sa kvantovej te?rie v roku 1900 ka?d? hovor? o zvl??tnosti tejto te?rie. Ako umo??uje ?asticiam a at?mom pohybova? sa vo viacer?ch smeroch s??asne alebo ot??a? v smere a proti smeru hodinov?ch ru?i?iek s??asne. Ale slov? nem??u ni? dok?za?. „Ak povieme verejnosti, ?e kvantov? te?ria je ve?mi zvl??tna, mus?me toto tvrdenie otestova? experiment?lne,“ hovor? Maruni. "Inak nerob?me vedu, ale hovor?me o najr?znej??ch ?m?raniach na tabuli."

To viedlo Maruniho a kol., aby vyvinuli nov? s?riu experimentov na odhalenie podstaty vlnovej funkcie – tajomnej podstaty, ktor? je z?kladom kvantov?ch zvl??tnost?. Na papieri je vlnov? funkcia jednoducho matematick? entita ozna?en? p?smenom psi (PS) (jedna z t?chto vlniek) a pou??va sa na opis kvantov?ho spr?vania ?ast?c. V z?vislosti od experimentu umo??uje vlnov? funkcia vedcom vypo??ta? pravdepodobnos?, ?e uvidia elektr?n na ur?itom mieste, alebo pravdepodobnos?, ?e jeho rot?cia je nahor alebo nadol. Ale matematika nehovor?, ?o vlnov? funkcia v skuto?nosti je. Je to nie?o fyzick?? Alebo len v?po?tov? n?stroj na pr?cu s nevedomos?ou pozorovate?a o skuto?nom svete?

Testy pou??van? na zodpovedanie ot?zky s? ve?mi jemn? a st?le musia da? definit?vnu odpove?. V?skumn?ci s? v?ak optimistick?, ?e rozuzlenie je bl?zko. A kone?ne bud? m?c? odpoveda? na ot?zky, ktor? v?etk?ch tr?pili u? desa?ro?ia. M??e by? ?astica skuto?ne na mnoh?ch miestach s??asne? Rozde?uje sa vesm?r neust?le na paraleln? svety, z ktor?ch ka?d? m? svoju alternat?vnu verziu? Existuje v?bec nie?o, ?o sa naz?va „objekt?vna realita“?

„Tak?to ot?zky sa sk?r ?i nesk?r vynoria ka?d?mu,“ hovor? Alessandro Fedrici, fyzik z University of Queensland (Austr?lia). "?o je naozaj skuto?n??"

Spory o podstatu reality sa za?ali e?te vtedy, ke? fyzici zistili, ?e vlna a ?astica s? len dve strany tej istej mince. Klasick?m pr?kladom je experiment s dvojitou ?trbinou, kde s? jednotliv? elektr?ny vystre?ovan? do bari?ry, ktor? m? dve ?trbiny: elektr?n sa spr?va, ako keby prech?dzal cez dve ?trbiny s??asne, pri?om na jej druhej strane vytv?ra pruhovan? interferen?n? obrazec. V roku 1926 rak?sky fyzik Erwin Schr?dinger navrhol vlnov? funkciu na opis tohto spr?vania a odvodil rovnicu, ktor? sa dala vypo??ta? pre ka?d? situ?ciu. Ale ani on, ani nikto in? nevedel poveda? ni? o povahe tejto funkcie.

Milos? v nevedomosti

Z praktick?ho h?adiska nie je d?le?it? jeho povaha. Kodansk? interpret?cia kvantovej te?rie, ktor? vytvorili v 20. rokoch 20. storo?ia Niels Bohr a Werner Heisenberg, vyu??va vlnov? funkciu jednoducho ako n?stroj na predpovedanie v?sledkov pozorovan? bez toho, aby prem???al o tom, ?o sa deje v skuto?nosti. „Fyzici nem??u by? obvi?ovan? z tohto spr?vania „dr? hubu a po??taj“, preto?e viedlo k v?znamn?m prelomom v jadrovej a at?movej fyzike, fyzike pevn?ch l?tok a fyzike ?ast?c,“ hovor? Jean Brickmont, ?tatistick? fyzik z Katol?ckej univerzity v Belgicku. "Tak?e ?u?om sa odpor??a, aby sa nestarali o z?kladn? ot?zky."

Niektor? ?udia sa v?ak st?le ob?vaj?. V tridsiatych rokoch minul?ho storo?ia Einstein odmietol kodansk? interpret?ciu, v neposlednom rade preto, ?e umo??ovala dvom ?asticiam prepoji? ich vlnov? funkcie, ?o viedlo k situ?cii, v ktorej merania jednej z nich mohli okam?ite poskytn?? stav druhej, aj ke? boli oddelen? obrovsk? vzdialenosti. Aby sa Einstein nezmieril s touto „desivou interakciou na dia?ku“, rad?ej veril, ?e vlnov? funkcie ?ast?c s? ne?pln?. Povedal, ?e mo?no ?astice maj? nejak? skryt? premenn?, ktor? ur?uj? v?sledok merania, ktor? si kvantov? te?ria nev?imla.

Experimenty odvtedy preuk?zali uskuto?nite?nos? desivej interakcie na dia?ku, ktor? odmieta koncept skryt?ch premenn?ch. ale to nezabr?nilo in?m fyzikom interpretova? ich vlastn?m sp?sobom. Tieto interpret?cie sa delia na dva t?bory. Niektor? s?hlasia s Einsteinom, ?e vlnov? funkcia odr??a na?u nevedomos?. To s? to, ?o filozofi naz?vaj? psi-epistemick? modely. In? vidia vlnov? funkciu ako skuto?n? vec – psionick? modely.

Aby ste pochopili rozdiel, zv??te my?lienkov? experiment, ktor? Schr?dinger op?sal v liste Einsteinovi z roku 1935. Ma?ka je v oce?ovej krabici. ?katu?a obsahuje vzorku r?dioakt?vneho materi?lu, ktor? m? 50% ?ancu vy?arova? produkt rozpadu za jednu hodinu, a pr?stroj, ktor? ma?ku otr?vi, ak sa produkt zist?. Ke??e r?dioakt?vny rozpad je udalos? na kvantovej ?rovni, p??e Schr?dinger, pravidl? kvantovej te?rie hovoria, ?e na konci hodiny mus? by? vlnov? funkcia vo vn?tri krabice zmesou m?tvej a ?ivej ma?ky.

"Zhruba povedan?," hovor? mierne Fedrichi, "v psychoepistemickom modeli je ma?ka v krabici bu? ?iv? alebo m?tva, a my jednoducho nevieme, preto?e krabica je zatvoren?." A vo v???ine psionick?ch modelov existuje zhoda s kodanskou interpret?ciou: k?m pozorovate? neotvor? krabicu, ma?ka bude ?iv? aj m?tva s??asne.

Ale tu prich?dza na rad argument. Ktor? v?klad je pravdiv?? Na t?to ot?zku je ?a?k? experiment?lne odpoveda?, preto?e rozdiel medzi modelmi je ve?mi jemn?. Mali by v podstate predpoveda? rovnak? kvantov? jav ako ve?mi ?spe?n? kodansk? interpret?cia. Andrew White, fyzik z University of Queensland, hovor?, ?e po?as jeho 20-ro?nej kari?ry v kvantovej technol?gii „bol tento probl?m ako obrovsk? hladk? hora bez v?stupkov, na ktor? sa nedalo vyliez?“.

V?etko sa zmenilo v roku 2011, ke? bol publikovan? teor?m kvantov?ho merania, ktor? akoby eliminoval pr?stup „vlnov? funkcia ako ignorancia“. Ale pri bli??om sk?man? sa uk?zalo, ?e t?to veta im ponech?va dostato?n? priestor na man?vrovanie. Napriek tomu to in?pirovalo fyzikov, aby sa v??ne zamysleli nad sp?sobmi, ako vyrie?i? spor testovan?m reality vlnovej funkcie. Maruni u? vyvinul experiment, ktor? v princ?pe fungoval, a on a jeho kolegovia ?oskoro na?li sp?sob, ako to urobi? v praxi. Experiment uskuto?nili minul? rok Fedrici, White a ?al??.

Aby ste pochopili my?lienku testu, predstavte si dva bal??ky kariet. Jeden obsahuje iba ?erven?, druh? obsahuje iba es?. „Dostanete kartu a po?iadaj? v?s, aby ste uh?dli, z ktor?ho bal??ka je,“ hovor? Martin Ringbauer, fyzik na tej istej univerzite. Ak je to ?erven? eso, "existuje prekr??enie a ned? sa to s istotou poveda?." Ak ale viete, ko?ko kariet je v jednotliv?ch bal??koch, viete si vypo??ta?, ako ?asto sa tak?to nejednozna?n? situ?cia vyskytne.

Fyzika v ohrozen?

Rovnak? nejednozna?nos? sa vyskytuje aj v kvantov?ch syst?moch. Nie v?dy je mo?n? jedn?m meran?m napr?klad zisti?, ako je fot?n polarizovan?. "V skuto?nom ?ivote je ?ahk? rozl??i? z?pad od juhu z?padu, ale v kvantov?ch syst?moch to nie je tak? ?ahk?," hovor? White. Pod?a ?tandardnej kodanskej interpret?cie nem? zmysel p?ta? sa na polariz?ciu, preto?e ot?zka nem? odpove? – k?m e?te jedno meranie presne neur?? odpove?. Ale pod?a modelu „vlnov? funkcia ako nevedomos?“ m? ot?zka zmysel – ide len o to, ?e v experimente, rovnako ako v pr?pade s bal??kami kariet, nie je dostatok inform?ci?. Podobne ako pri map?ch je mo?n? predpoveda?, ko?ko nejasnost? mo?no vysvetli? takouto neznalos?ou, a porovna? s ve?k?m po?tom nejasnost?, ktor? umo??uje ?tandardn? te?ria.

Presne toto testoval Fedrichi a t?m. Skupina merala polariz?ciu a ?al?ie vlastnosti vo fot?novom l??i a na?la ?rove? priese?n?ka, ktor? nebolo mo?n? vysvetli? modelmi „nevedomosti“. V?sledok podporuje alternat?vnu te?riu – ak existuje objekt?vna realita, potom existuje vlnov? funkcia. „P?sobiv? je, ?e t?m bol schopn? vyrie?i? tak? zlo?it? probl?m s tak?m jednoduch?m experimentom,“ hovor? Andrea Alberti, fyzik na Univerzite v Bonne (Nemecko).

Z?ver e?te nie je vytesan? do ?uly: ke??e detektory zachytili iba p?tinu fot?nov pou?it?ch v teste, treba predpoklada?, ?e straten? fot?ny sa spr?vali ?plne rovnako. To je siln? predpoklad a skupina teraz pracuje na sp?soboch, ako zn??i? straty a dosiahnu? definit?vnej?? v?sledok. Medzit?m t?m Maruni v Oxforde spolupracuje s Univerzitou v Novom Ju?nom Walese (Austr?lia) na replik?cii tohto experimentu s ?ah?ie vysledovate?n?mi i?nmi. „V nasleduj?cich ?iestich mesiacoch budeme ma? nepopierate?n? verziu tohto experimentu,“ hovor? Maruni.

Ale aj ke? uspej? a vyhraj? modely „vlna funguje ako realita“, potom maj? tieto modely r?zne mo?nosti. Experiment?tori si bud? musie? vybra? jednu z nich.

Jednu z prv?ch interpret?ci? vytvoril v 20. rokoch 20. storo?ia Franc?z Louis de Broglie a v 50. rokoch ju roz??ril Ameri?an David Bohm. Pod?a modelov Broglie-Bohm maj? ?astice ur?it? umiestnenie a vlastnosti, ale s? veden? ur?itou „pilotnou vlnou“, ktor? je definovan? ako vlnov? funkcia. To vysvet?uje experiment s dvojitou ?trbinou, preto?e pilotn? vlna m??e prech?dza? oboma ?trbinami a vytv?ra? interferen?n? vzor, aj ke? samotn? elektr?n, ktor? je ?ou ?ahan?, prech?dza len jednou z dvoch ?trb?n.

V roku 2005 tento model z?skal ne?akan? podporu. Fyzici Emmanuel Fort, teraz v Langevinovom in?tit?te v Par??i, a Yves Codier z par??skej univerzity Diderot sa p?tali ?tudentov, ?o pova?uj? za jednoduch? probl?m: vytvori? experiment, v ktorom by sa kvapky oleja padaj?ce na t?cku spojili. vibr?ci?m podnosu. Na prekvapenie v?etk?ch okolo kvapiek sa za?ali vytv?ra? vlny, ke? t?cka vibrovala s ur?itou frekvenciou. "Kvapky sa za?ali pohybova? sami na vlastn?ch vln?ch," hovor? Fort. "Bol to du?lny objekt - ?astica ?ahan? vlnou."

Odvtedy Fort a Coudier uk?zali, ?e tak?to vlny m??u vies? svoje ?astice v experimente s dvojitou ?trbinou presne tak, ako to predpoved? te?ria pilotn?ch v?n, a m??u reprodukova? ?al?ie kvantov? efekty. To v?ak nedokazuje existenciu pilotn?ch v?n v kvantovom svete. "Bolo n?m povedan?, ?e tak?to efekty s? v klasickej fyzike nemo?n?," hovor? Fort. "A tu sme uk?zali, ?o je mo?n?."

?al?? s?bor modelov zalo?en?ch na realite, vyvinut? v 80. rokoch, sa pok??a vysvetli? ve?k? rozdiel vo vlastnostiach medzi ve?k?mi a mal?mi objektmi. „Pre?o m??u by? elektr?ny a at?my na dvoch miestach s??asne, ale stoly, stoli?ky, ?udia a ma?ky nie,“ hovor? Angelo Basi, fyzik na univerzite v Terste (Taliansko). Tieto te?rie, zn?me ako „modely kolapsu“, hovoria, ?e vlnov? funkcie jednotliv?ch ?ast?c s? skuto?n?, ale m??u strati? svoje kvantov? vlastnosti a privies? ?asticu do ur?itej polohy v priestore. Modely s? kon?truovan? tak, ?e ?ance na tak?to kolaps s? extr?mne mal? pre jednu ?asticu, tak?e na at?movej ?rovni dominuj? kvantov? efekty. Ale pravdepodobnos? kolapsu sa r?chlo zvy?uje, ke? sa ?astice spoja a makroskopick? objekty ?plne stratia svoje kvantov? vlastnosti a spr?vaj? sa pod?a z?konov klasickej fyziky.

Jedn?m zo sp?sobov, ako to otestova?, je h?ada? kvantov? efekty vo ve?k?ch objektoch. Ak je ?tandardn? kvantov? te?ria spr?vna, potom neexistuje ?iadne obmedzenie ve?kosti. A fyzici u? urobili dvoj?trbinov? experiment s ve?k?mi molekulami. Ale ak s? modely kolapsu spr?vne, potom kvantov? efekty nebud? vidite?n? nad ur?itou hmotnos?ou. R?zne skupiny pl?nuj? t?to hmotu h?ada? pomocou studen?ch at?mov, molek?l, kovov?ch zhlukov a nano?ast?c. D?faj?, ?e v?sledky n?jdu v nasleduj?cich desiatich rokoch. "Na t?chto experimentoch je skvel?, ?e kvantov? te?riu podrob?me presn?m testom tam, kde e?te nebola testovan?," hovor? Maruni.

Paraleln? svety

Jeden model „funkcie vlny ako reality“ u? poznaj? a miluj? spisovatelia sci-fi. Toto je interpret?cia mnoh?ch svetov, ktor? v 50. rokoch minul?ho storo?ia vyvinul Hugh Everett, ktor? bol vtedy ?tudentom Princetonskej univerzity v New Jersey. V tomto modeli vlnov? funkcia ur?uje v?voj reality tak silno, ?e pri ka?dom kvantovom meran? sa vesm?r rozdel? na paraleln? svety. In?mi slovami, ke? otvor?me krabicu s ma?kou, vytvor?me dva vesm?ry – jeden s m?tvou ma?kou a druh? so ?ivou ma?kou.

Je ?a?k? oddeli? t?to interpret?ciu od ?tandardnej kvantovej te?rie, preto?e ich predpovede sa zhoduj?. Minul? rok v?ak Howard Wiseman z Griffith University v Brisbane a kolegovia pri?li s testovate?n?m modelom multivesm?ru. V ich modeli nie je ?iadna vlnov? funkcia - ?astice sa riadia klasickou fyzikou, Newtonov?mi z?konmi. A zvl??tne efekty kvantov?ho sveta sa objavuj?, preto?e medzi ?asticami a ich klonmi v paraleln?ch vesm?roch existuj? odpudiv? sily. "Odpudiv? sila medzi nimi vytv?ra vlny, ktor? sa ??ria v?etk?mi paraleln?mi svetmi," hovor? Wiseman.

Pomocou po??ta?ovej simul?cie, v ktorej interagovalo 41 vesm?rov, uk?zali, ?e model zhruba reprodukuje nieko?ko kvantov?ch efektov, vr?tane trajekt?ri? ?ast?c v experimente s dvojitou ?trbinou. S n?rastom po?tu svetov sa interferen?n? obrazec prikl??a k skuto?n?mu. Ke??e predpovede te?rie sa l??ia v z?vislosti od po?tu svetov, hovor? Wiseman, je mo?n? otestova?, ?i je multivesm?rny model spr?vny – to znamen?, ?e neexistuje ?iadna vlnov? funkcia a ?e realita funguje pod?a klasick?ch z?konov.

Ke??e vlnov? funkcia nie je v tomto modeli potrebn?, zostane ?ivotaschopn?, aj ke? bud?ce experimenty vyl??ia modely „nevedomosti“. Okrem nej pre?ij? aj ?al?ie modely, napr?klad kodansk? interpret?ciu, ktor? tvrdia, ?e neexistuje objekt?vna realita, ale iba v?po?ty.

Ale potom, ako hovor? White, sa t?to ot?zka stane predmetom ?t?dia. A hoci zatia? nikto nevie, ako na to, „?o by bolo naozaj zauj?mav?, je vyvin?? test, ktor? prever?, ?i v?bec m?me objekt?vnu realitu“.

Ke? ?udia po?uj? slov? „kvantov? fyzika“, zvy?ajne to zmizn?: „Je to nie?o stra?ne zlo?it?.“ Medzit?m to absol?tne neplat? a v slove „kvantov?“ nie je absol?tne ni? stra?n?. Nepochopite?n? - dos?, zauj?mav? - ve?a, ale stra?ideln? - nie.

O poli?k?ch, rebr?koch a Ivanovi Ivanovi?ovi

V?etky procesy, javy a veli?iny vo svete okolo n?s mo?no rozdeli? do dvoch skup?n: nepretr?it? (vedecky). nepretr?it? ) a nespojit? (vedecky diskr?tne resp kvantovan? ).

Predstavte si st?l, na ktor? m??ete polo?i? knihu. Knihu m??ete polo?i? kdeko?vek na stole. Napravo, na?avo, v strede ... Kdeko?vek chcete - dajte to tam. V tomto pr?pade fyzici hovoria, ?e poz?cia knihy na stole sa men? nepretr?ite .

Teraz si predstavte police na knihy. Knihu m??ete polo?i? na prv? poli?ku, na druh?, tretiu alebo ?tvrt? – ale nem??ete ju umiestni? „niekam medzi tretiu a ?tvrt?“. V tomto pr?pade sa poz?cia knihy zmen? diskontinu?lne , diskr?tne , kvantovan? (V?etky tieto slov? znamenaj? to ist?.)

Svet okolo n?s je pln? spojit?ch a kvantovan?ch veli??n. Tu s? dve diev?at? - Katya a Masha. Ich v??ka je 135 a 136 centimetrov. Ak? je t?to hodnota? V??ka sa plynule men?, m??e to by? 135 a pol centimetra a 135 centimetrov a ?tvr?. Ale ??slo ?koly, kde diev?at? ?tuduj?, je kvantovan? hodnota! Povedzme, ?e K??a ?tuduje v ?kole ??slo 135 a M??a v ?kole ??slo 136. Nikto z nich v?ak nem??e ?tudova? v ?kole ??slo 135 a pol, v?ak?

?al??m pr?kladom kvantovan?ho syst?mu je ?achovnica. Na ?achovnici je 64 pol? a ka?d? fig?rka m??e zabera? iba jedno pole. M??eme da? pe?iaka niekde medzi polia alebo postavi? dvoch pe?iakov na jedno pole naraz? V skuto?nosti m??eme, ale pod?a pravidiel nie.

Zostup kontinua

A tu je ?myk?avka na ihrisku. Deti sa z nej ?m?kaj? dole – v??ka ?myk?avky sa toti? men? plynulo, plynulo. Teraz si predstavte, ?e sa tento kopec zrazu (m?vnut?m ?arovn?ho pr?tika!) zmenil na schodisko. Sko?i? z jej zadku sa u? nebude da?. Mus?te chodi? nohami - najprv jeden krok, potom druh?, potom tret?. Hodnota (v??ka), ktor? sme zmenili nepretr?ite - ale za?al sa meni? v krokoch, to znamen? diskr?tne, kvantovan? .

Kvantovan? zostup

Skontrolujme to!

1. Sused na vidieku Ivan Ivanovi? i?iel do susednej dediny a povedal: "Odd?chnem si niekde po ceste."

2. Sused v krajine Ivan Ivanovi? odi?iel do susednej dediny a povedal: "P?jdem nejak?m autobusom."

Ktor? z t?chto dvoch situ?ci? ("syst?mov") mo?no pova?ova? za spojit? a ktor? - kvantovan??

odpove?:

V prvom pr?pade Ivan Ivanovi? kr??a a m??e sa zastavi? na odpo?inok v akomko?vek bode. Tento syst?m je teda nepretr?it?.

V druhom m??e Ivan Ivanovi? nast?pi? do autobusu, ktor? zastavil. M??e presko?i? a po?ka? na ?al?? autobus. Nebude si v?ak m?c? sadn?? „niekde medzi“ autobusy. Tak?e tento syst?m je kvantovan?!

V?etko je to o astron?mii

Existenciu spojit?ch (spojit?ch) a nespojit?ch (kvantovan?ch, nespojit?ch, diskr?tnych) veli??n dobre poznali u? star? Gr?ci. Archimedes vo svojej knihe „Psammit“ („V?po?et z?n piesku“) dokonca urobil prv? pokus o stanovenie matematick?ho vz?ahu medzi spojit?mi a kvantovan?mi veli?inami. V tom ?ase v?ak neexistovala ?iadna kvantov? fyzika.

A? do za?iatku 20. storo?ia neexistoval! Tak? ve?k? fyzici ako Galileo, Descartes, Newton, Faraday, Jung alebo Maxwell nikdy nepo?uli o ?iadnej kvantovej fyzike a zaobi?li sa bez nej dobre. M??ete sa op?ta?: pre?o potom vedci pri?li s kvantovou fyzikou? ?o zvl??tne sa stalo vo fyzike? Predstavte si, ?o sa stalo. Len nie vo fyzike, ale v astron?mii!

Tajomn? satelit

V roku 1844 pozoroval nemeck? astron?m Friedrich Bessel najjasnej?iu hviezdu na?ej no?nej oblohy, Sirius. V tom ?ase u? astron?movia vedeli, ?e hviezdy na na?ej oblohe nie s? nehybn? - pohybuj? sa len ve?mi, ve?mi pomaly. Navy?e, ka?d? hviezda je d?le?it?! - pohybuje sa v priamom smere. Tak?e pri pozorovan? Siriusa sa uk?zalo, ?e sa v?bec nepohybuje v priamom smere. Zdalo sa, ?e hviezda sa „zatriasla“ najsk?r jedn?m smerom, potom druh?m. Dr?ha Siriusa na oblohe bola ako k?ukat? ?iara, ktor? matematici naz?vaj? "s?nusoida".

Hviezda Sirius a jej satelit - Sirius B

Bolo jasn?, ?e samotn? hviezda sa takto pohybova? nem??e. Na premenu priamo?iareho pohybu na s?nusov? pohyb je potrebn? nejak? „ru?iv? sila“. Preto Bessel navrhol, ?e okolo Siriusa sa to?? ?a?k? satelit - to bolo najprirodzenej?ie a najrozumnej?ie vysvetlenie.

V?po?ty v?ak uk?zali, ?e hmotnos? tohto satelitu by mala by? pribli?ne rovnak? ako hmotnos? n??ho Slnka. Pre?o potom nem??eme vidie? tento satelit zo Zeme? Sirius nie je ?aleko od Slne?nej s?stavy - asi dva a pol parseku a objekt ve?kosti Slnka by mal by? vidite?n? ve?mi dobre ...

Uk?zalo sa, ?e je to n?ro?n? ?loha. Niektor? vedci uviedli, ?e tento satelit je studen?, chladen? hviezda - preto je absol?tne ?ierna a z na?ej plan?ty nevidite?n?. In? hovorili, ?e tento satelit nie je ?ierny, ale prieh?adn?, a preto ho nevid?me. Astron?movia z cel?ho sveta sa na Siriusa pozerali cez teleskopy a pok??ali sa „chyti?“ z?hadn? nevidite?n? satelit a on sa im zdalo, ?e sa im posmieva. Bolo ?o prekvapi?, vie?...

Potrebujeme z?zra?n? ?alekoh?ad!

V takomto ?alekoh?ade ?udia prv?kr?t videli satelit Sirius

V polovici 19. storo?ia ?il a pracoval v Spojen?ch ?t?toch vynikaj?ci kon?trukt?r ?alekoh?adov Alvin Clark. P?vodn?m povolan?m bol v?tvarn?k, no n?hodou sa z neho stal prvotriedny in?inier, skl?r a astron?m. Doteraz nikto nedok?zal prekona? jeho ??asn? ?o?ovkov? teleskopy! Jednu zo ?o?oviek od Alvina Clarkea (priemer 76 centimetrov) mo?no vidie? v Petrohrade, v m?zeu hvezd?rne Pulkovo...

To sme v?ak odbo?ili. Alvin Clark teda v roku 1867 zostrojil nov? ?alekoh?ad – s objekt?vom s priemerom 47 centimetrov; bol v tom ?ase najv???? teleskop v USA. Pr?ve z?hadn? S?rius bol vybran? ako prv? nebesk? objekt, ktor? bolo mo?n? po?as testov pozorova?. A n?deje astron?mov boli brilantne opodstatnen? - hne? v prv? noc bol objaven? nepolapite?n? satelit Sirius, ktor? predpovedal Bessel.

Z panvice do oh?a...

Astron?movia sa v?ak po obdr?an? Clarkov?ch pozorovac?ch ?dajov neradovali dlho. Pod?a v?po?tov by toti? hmotnos? satelitu mala by? pribli?ne rovnak? ako hmotnos? n??ho Slnka (333 000-n?sobok hmotnosti Zeme). Ale namiesto obrovsk?ho ?ierneho (alebo prieh?adn?ho) nebesk?ho telesa astron?movia videli ... mal? bielu hviezdu! T?to hviezdi?ka bola ve?mi hor?ca (25 000 stup?ov, v porovnan? s 5 500 stup?ami n??ho Slnka) a z?rove? mali?k? (pod?a kozmick?ch ?tandardov), nie v???ia ako Zem (nesk?r sa tak?to hviezdy naz?vali „bieli trpasl?ci“). Uk?zalo sa, ?e t?to hviezdi?ka mala absol?tne nepredstavite?n? hustotu. Z akej l?tky sa teda sklad??

Na Zemi pozn?me materi?ly s vysokou hustotou ako olovo (kocka so stranou centimetra vyroben? z tohto kovu v??i 11,3 gramu) alebo zlato (19,3 gramu na centimeter kubick?). Hustota substancie satelitu Sirius (naz?vala sa „Sirius B“) je mili?n (!!!) gramov na kubick? centimeter - je 52-tis?ckr?t ?a??? ako zlato!

Vezmite si napr?klad oby?ajn? z?palkov? ?katu?ku. Jeho objem je 28 kubick?ch centimetrov. To znamen?, ?e z?palkov? ?katu?ka naplnen? l?tkou zo satelitu Sirius bude v??i? ... 28 ton! Sk?ste si predstavi? - na jednej v?he je z?palkov? ?katu?ka a na druhej - n?dr?!

Bol tu ?al?? probl?m. Vo fyzike existuje z?kon naz?van? Charlesov z?kon. Tvrd?, ?e v rovnakom objeme je tlak l?tky t?m vy???, ??m vy??ia je teplota tejto l?tky. Spome?te si, ako tlak hor?cej pary odtrhne pokrievku z varenej kanvice – a hne? pochop?te, o ?o ide. Tak?e teplota substancie satelitu Sirius poru?ila pr?ve tento Charlesov z?kon t?m najnehanebnej??m sp?sobom! Tlak bol nepredstavite?n? a teplota relat?vne n?zka. V?sledkom boli „nespr?vne“ fyzik?lne z?kony a vo v?eobecnosti „nespr?vna“ fyzika. Ako Macko P? – „nespr?vne v?ely a nespr?vny med“.

?plne z?vraty...

Aby sa fyzika „zachr?nila“, museli vedci na za?iatku 20. storo?ia prizna?, ?e na svete existuj? DVE fyziky naraz – jedna „klasick?“, zn?ma u? dvetis?c rokov. T? druh? je nezvy?ajn? kvantov? . Vedci sa domnievaj?, ?e z?kony klasickej fyziky funguj? na be?nej, „makroskopickej“ ?rovni n??ho sveta. Ale na najmen?ej, „mikroskopickej“ ?rovni sa hmota a energia riadia ?plne in?mi z?konmi – kvantov?mi.

Predstavte si na?u plan?tu Zem. Okolo nej sa teraz to?? viac ako 15 000 r?znych umel?ch objektov, ka?d? na svojej vlastnej obe?nej dr?he. Okrem toho sa t?to dr?ha m??e v pr?pade potreby zmeni? (opravi?) - napr?klad dr?ha na Medzin?rodnej vesm?rnej stanici (ISS) sa pravidelne opravuje. Ide o makroskopick? ?rove?, funguj? tu z?kony klasickej fyziky (napr?klad Newtonove z?kony).

Teraz prejdime na mikroskopick? ?rove?. Predstavte si jadro at?mu. Okolo neho, podobne ako satelity, sa to?ia elektr?ny - nem??e ich v?ak by? ?ubovo?ne ve?a (povedzme, ?e at?m h?lia m? najviac dva). A dr?hy elektr?nov u? nebud? ?ubovo?n?, ale kvantovan?, „schodovit?“. Tak?to dr?hy fyziky sa tie? naz?vaj? „povolen? energetick? hladiny“. Elektr?n sa nem??e „hladko“ pohybova? z jednej povolenej ?rovne na druh?, m??e len okam?ite „sk?ka?“ z ?rovne na ?rove?. Pr?ve som bol „tam“ a okam?ite som sa objavil „tu“. Nem??e by? niekde medzi „tam“ a „tu“. Okam?ite zmen? polohu.

Podivuhodn?? Podivuhodn?! To v?ak nie je v?etko. Faktom je, ?e pod?a z?konov kvantovej fyziky nem??u dva rovnak? elektr?ny zabera? rovnak? energetick? hladinu. Nikdy. Vedci tento jav naz?vaj? „Pauliho z?kaz“ (pre?o tento „z?kaz“ funguje, dodnes nevedia vysvetli?). Zo v?etk?ho najviac tento „z?kaz“ pripom?na ?achovnicu, ktor? sme uviedli ako pr?klad kvantov?ho syst?mu – ak je na poli ?achovnice pe?iak, na toto pole sa u? ned? umiestni? ?al?? pe?iak. Presne to ist? sa deje s elektr?nmi!

Rie?enie probl?mu

P?tate sa, ako m??e kvantov? fyzika vysvetli? tak? nezvy?ajn? javy, ako je poru?enie Charlesovho z?kona vo vn?tri Sirius B? Ale ako.

Predstavte si mestsk? park, ktor? m? tane?n? parket. Po ulici chod? ve?a ?ud?, chodia tancova? na parket. Nech po?et ?ud? na ulici predstavuje tlak a po?et ?ud? na diskot?ke teplotu. Na tane?n? parket m??e ?s? obrovsk? mno?stvo ?ud? – ??m viac ?ud? chod? v parku, t?m viac ?ud? tancuje na parkete, teda ??m vy??? tlak, t?m vy??ia teplota. Takto funguj? z?kony klasickej fyziky – vr?tane Charlesovho z?kona. Vedci naz?vaj? tak?to l?tku „ide?lny plyn“.

?udia na tane?nom parkete - "ide?lny plyn"

Na mikroskopickej ?rovni v?ak z?kony klasickej fyziky nefunguj?. Za??naj? tam fungova? kvantov? z?kony a to radik?lne men? situ?ciu.

Predstavte si, ?e na mieste tane?n?ho parketu v parku bola otvoren? kaviare?. V ?om je rozdiel? ?no, v tom, ?e do kaviarne, na rozdiel od diskot?ky, nevst?pi ?udia „ko?ko chcete“. Akon?hle bud? v?etky miesta pri stoloch obsaden?, ochranka prestane p???a? ?ud? dovn?tra. A k?m jeden z host? neuvo?n? st?l, ochranka nikoho nepust?! V parku sa prech?dza st?le viac ?ud? – a ko?ko ?ud? bolo v kaviarni, to?ko ich zostalo. Ukazuje sa, ?e tlak sa zvy?uje a teplota „stoj?“.

?udia v kaviarni - "kvantov? plyn"

Vo vn?tri Sirius B samozrejme nie s? ?iadni ?udia, tane?n? parkety a kaviarne. Princ?p v?ak zost?va rovnak?: elektr?ny naplnia v?etky povolen? ?rovne energie (ako n?v?tevn?ci - stoly v kaviarni) a u? nem??u nikoho „pusti?“ – presne pod?a Pauliho z?kazu. V?sledkom je, ?e vo vn?tri hviezdy sa z?ska nepredstavite?ne obrovsk? tlak, ale teplota je z?rove? vysok?, ale pre hviezdy celkom be?n?. Tak?to l?tka sa vo fyzike naz?va „degenerovan? kvantov? plyn“.

Ideme pokra?ova??..

Anom?lne vysok? hustota bielych trpasl?kov nie je z?aleka jedin?m javom vo fyzike vy?aduj?cim pou?itie kvantov?ch z?konov. Ak v?s t?to t?ma zauj?ma, v ?al??ch ??slach Luchika sa m??eme porozpr?va? o in?ch, nemenej zauj?mav?ch, kvantov?ch javoch. Nap??te! Zatia? si pripome?me to hlavn?:

1. V na?om svete (Vesm?re) na makroskopickej (t.j. „ve?kej“) ?rovni funguj? z?kony klasickej fyziky. Opisuj? vlastnosti be?n?ch kvapal?n a plynov, pohyby hviezd a plan?t a mnoho in?ho. Toto je fyzika, ktor? ?tudujete (alebo budete ?tudova?) v ?kole.

2. Na mikroskopickej (teda neskuto?ne malej, mili?nkr?t men?ej ako najmen?ie bakt?rie) v?ak funguj? ?plne in? z?kony – z?kony kvantovej fyziky. Tieto z?kony s? op?san? ve?mi zlo?it?mi matematick?mi vzorcami a v ?kole sa o nich ne?tuduje. Iba kvantov? fyzika n?m v?ak umo??uje pomerne jasne vysvetli? ?trukt?ru tak?ch ??asn?ch vesm?rnych objektov, ak?mi s? bieli trpasl?ci (ako Sirius B), neutr?nov? hviezdy, ?ierne diery at?.

Ak ste si zrazu uvedomili, ?e ste zabudli na z?klady a postul?ty kvantovej mechaniky alebo neviete, o ak? druh mechaniky ide, potom je ?as si tieto inform?cie osvie?i? v pam?ti. Nikto predsa nevie, kedy sa kvantov? mechanika m??e v ?ivote hodi?.

M?rne sa u?krniete a u?k??ate v domnen?, ?e t?to t?mu u? nikdy v ?ivote nebudete musie? rie?i?. Koniec koncov, kvantov? mechanika m??e by? u?ito?n? pre takmer ka?d?ho ?loveka, dokonca aj pre t?ch, ktor? s? od nej nekone?ne ?aleko. Napr?klad m?te nespavos?. Pre kvantov? mechaniku to nie je probl?m! Pred span?m si pre??tajte u?ebnicu – a u? na tretej strane sa dobre vysp?te. Alebo tak m??ete pomenova? svoju skvel? rockov? kapelu. Pre?o nie?

Srandu bokom, za?nime v??nu kvantov? konverz?ciu.

kde za?a?? Samozrejme, z toho, ?o je kvantum.

Kvantov?

Kvantum (z latinsk?ho quantum - „ko?ko“) je nedelite?n? ?as? nejakej fyzickej veli?iny. Napr?klad hovoria - kvantum svetla, kvantum energie alebo po?n? kvantum.

?o to znamen?? To znamen?, ?e menej to jednoducho nem??e by?. Ke? hovoria, ?e nejak? hodnota je kvantovan?, ch?pu, ?e t?to hodnota nadob?da mno?stvo ?pecifick?ch, diskr?tnych hodn?t. Energia elektr?nu v at?me je teda kvantovan?, svetlo sa ??ri v „?astiach“, teda kvant?ch.

Samotn? pojem „kvantov?“ m? mnohorak? vyu?itie. Kvantum svetla (elektromagnetick? pole) je fot?n. Analogicky sa ?astice alebo kv?zi?astice zodpovedaj?ce in?m poliam interakcie naz?vaj? kvant?. Tu si m??eme pripomen?? zn?my Higgsov boz?n, ktor? je kvantom Higgsovho po?a. Ale do t?chto d?ungl? e?te nelezieme.

Kvantov? mechanika pre figur?ny

Ako m??e by? mechanika kvantov??

Ako ste si u? v?imli, v na?om rozhovore sme ve?akr?t spom?nali ?astice. Mo?no ste si u? zvykli, ?e svetlo je vlna, ktor? sa jednoducho ??ri r?chlos?ou s . Ale ak sa na v?etko pozriete z poh?adu kvantov?ho sveta, teda sveta ?ast?c, v?etko sa zmen? na nepoznanie.

Kvantov? mechanika je odvetvie teoretickej fyziky, s??as? kvantovej te?rie, ktor? popisuje fyzik?lne javy na tej najz?kladnej?ej ?rovni – na ?rovni ?ast?c.

??inok tak?chto javov je ve?kos?ou porovnate?n? s Planckovou kon?tantou a Newtonova klasick? mechanika a elektrodynamika sa uk?zali ako ?plne nevhodn? na ich popis. Napr?klad pod?a klasickej te?rie mus? elektr?n rotuj?ci vysokou r?chlos?ou okolo jadra vy?arova? energiu a nakoniec dopadn?? na jadro. Toto, ako viete, sa nest?va. Preto pri?li s kvantovou mechanikou – objaven? javy bolo potrebn? nejako vysvetli? a uk?zalo sa, ?e je to pr?ve te?ria, v ktorej bolo vysvetlenie najprijate?nej?ie a v?etky experiment?lne d?ta sa „zbl??ili“.

Mimochodom! Pre na?ich ?itate?ov je teraz z?ava 10 %.

Trochu hist?rie

Zrod kvantovej te?rie sa udial v roku 1900, ke? Max Planck vyst?pil na stretnut? Nemeckej fyzik?lnej spolo?nosti. ?o vtedy povedal Planck? A skuto?nos?, ?e ?iarenie at?mov je diskr?tne a najmen?ia ?as? energie tohto ?iarenia sa rovn?

Kde h je Planckova kon?tanta, nu je frekvencia.

Potom Albert Einstein, ktor? predstavil koncept „sveteln?ho kvanta“, pou?il Planckovu hypot?zu na vysvetlenie fotoelektrick?ho efektu. Niels Bohr predpokladal existenciu stacion?rnych energetick?ch hlad?n v at?me a Louis de Broglie vyvinul my?lienku duality vlna-?astica, to znamen?, ?e ?astica (telieska) m? tie? vlnov? vlastnosti. Schr?dinger a Heisenberg sa pripojili k veci, a tak v roku 1925 vy?la prv? formul?cia kvantovej mechaniky. V skuto?nosti kvantov? mechanika nie je ani z?aleka ?pln? te?ria, v s??asnosti sa akt?vne rozv?ja. Treba tie? uzna?, ?e kvantov? mechanika so svojimi predpokladmi nedok??e vysvetli? v?etky ot?zky, ktor?m ?el?. Je dos? mo?n?, ?e ho nahrad? dokonalej?ia te?ria.

Pri prechode z kvantov?ho sveta do sveta zn?mych vec? sa z?kony kvantovej mechaniky prirodzene transformuj? na z?kony klasickej mechaniky. D? sa poveda?, ?e klasick? mechanika je ?peci?lnym pr?padom kvantovej mechaniky, kedy sa akcia odohr?va v na?om zn?mom a zn?mom makrokozme. Teles? sa tu ticho pohybuj? v neinerci?lnych vz?a?n?ch s?stav?ch r?chlos?ou ove?a ni??ou ako je r?chlos? svetla a v?bec – v?etko okolo je pokojn? a zrozumite?n?. Ak chcete pozna? polohu tela v s?radnicovom syst?me - ?iadny probl?m, ak chcete zmera? hybnos? - ste v?dy v?tan?.

Kvantov? mechanika m? ?plne in? pr?stup k ot?zke. V nej maj? v?sledky meran? fyzik?lnych veli??n pravdepodobnostn? charakter. To znamen?, ?e pri zmene hodnoty je mo?n?ch nieko?ko v?sledkov, z ktor?ch ka?d? zodpoved? ur?itej pravdepodobnosti. Uve?me pr?klad: minca sa to?? na stole. Zatia? ?o sa to??, nie je v ?iadnom konkr?tnom stave (hlavy-chvosty), ale m? len pravdepodobnos?, ?e sa nach?dza v jednom z t?chto stavov.

Tu sa pomaly bl??ime Schr?dingerova rovnica a Heisenbergov princ?p neur?itosti.

Pod?a legendy bol Erwin Schr?dinger, vystupuj?ci na vedeckom semin?ri v roku 1926 so spr?vou o dualite medzi vlnami a ?asticami, kritizovan? ist?m star??m vedcom. Schr?dinger po tomto incidente odmietol po??va? star??ch a akt?vne sa zapojil do v?voja vlnovej rovnice na opis ?ast?c v r?mci kvantovej mechaniky. A zvl?dol to brav?rne! Schr?dingerova rovnica (z?kladn? rovnica kvantovej mechaniky) m? tvar:

Tento typ rovnice, jednorozmern? stacion?rna Schr?dingerova rovnica, je najjednoduch??.

Tu x je vzdialenos? alebo s?radnica ?astice, m je hmotnos? ?astice, E a U s? jej celkov? a potenci?lne energie. Rie?en?m tejto rovnice je vlnov? funkcia (psi)

Vlnov? funkcia je ?al??m z?kladn?m konceptom v kvantovej mechanike. Tak?e ka?d? kvantov? syst?m, ktor? je v nejakom stave, m? vlnov? funkciu, ktor? tento stav popisuje.

Napr?klad, pri rie?en? jednorozmernej stacion?rnej Schr?dingerovej rovnice vlnov? funkcia opisuje polohu ?astice v priestore. Presnej?ie povedan?, pravdepodobnos? n?jdenia ?astice v ur?itom bode priestoru. In?mi slovami, Schr?dinger uk?zal, ?e pravdepodobnos? mo?no op?sa? vlnovou rovnicou! S?hlas, na toto sa malo myslie?!

Ale pre?o? Pre?o sa mus?me zaobera? t?mito nepochopite?n?mi pravdepodobnos?ami a vlnov?mi funkciami, ke?, zdalo by sa, nie je ni? jednoduch?ie, ako len zobra? a zmera? vzdialenos? ?astice alebo jej r?chlos?.

V?etko je ve?mi jednoduch?! Koniec koncov, v makrokozme to plat? - vzdialenos? meriame p?skov?m metrom s ur?itou presnos?ou a chyba merania je ur?en? charakteristikami zariadenia. Na druhej strane m??eme takmer presne ur?i? vzdialenos? k objektu, napr?klad k stolu, okom. V ka?dom pr?pade presne rozli?ujeme jeho polohu v miestnosti vo?i n?m a in?m predmetom. Vo svete ?ast?c je situ?cia z?sadne in? – jednoducho fyzicky nem?me meracie n?stroje na presn? meranie po?adovan?ch veli??n. Merac? n?stroj toti? prich?dza do priameho kontaktu s meran?m objektom a v na?om pr?pade s? objektom aj n?strojom ?astice. Pr?ve t?to nedokonalos?, z?sadn? nemo?nos? zoh?adni? v?etky faktory p?sobiace na ?asticu, ako aj samotn? skuto?nos? zmeny stavu syst?mu pod vplyvom merania, s? z?kladom Heisenbergovho princ?pu neur?itosti.

Predstavme si jeho najjednoduch?iu formul?ciu. Predstavte si, ?e existuje nejak? ?astica a my chceme pozna? jej r?chlos? a s?radnicu.

V tejto s?vislosti Heisenbergov princ?p neistoty uv?dza, ?e nie je mo?n? presne zmera? polohu a r?chlos? ?astice s??asne. . Matematicky je to nap?san? takto:

Tu delta x je chyba pri ur?en? s?radnice, delta v je chyba pri ur?en? r?chlosti. Zd?raz?ujeme, ?e tento princ?p hovor?, ?e ??m presnej?ie ur??me s?radnicu, t?m menej presne budeme pozna? r?chlos?. A ak zadefinujeme r?chlos?, nebudeme ma? ani najmen?iu predstavu o tom, kde sa ?astica nach?dza.

Existuje ve?a vtipov a anekdot o princ?pe neur?itosti. Tu je jeden z nich:

Policajt zastav? kvantov?ho fyzika.
- Pane, viete ako r?chlo ste sa pohybovali?
- Nie, ale presne viem, kde som.

A, samozrejme, pripom?name! Ak v?m zrazu z nejak?ho d?vodu rie?enie Schr?dingerovej rovnice pre ?asticu v potenci?lnej studni nedovol? zaspa?, obr??te sa na – profesion?lov, ktor? boli vychovan? s kvantovou mechanikou na per?ch!

Fyzika je najz?hadnej?ia zo v?etk?ch vied. Fyzika n?m umo??uje pochopi? svet okolo n?s. Fyzik?lne z?kony s? absol?tne a platia pre ka?d?ho bez v?nimky, bez oh?adu na osobu a spolo?ensk? postavenie.

Tento ?l?nok je ur?en? pre osoby star?ie ako 18 rokov.

U? m?? viac ako 18?

Z?kladn? objavy v kvantovej fyzike

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein a mnoh? ?al?? s? ve?k?mi sprievodcami ?udstva v n?dhernom svete fyziky, ktor? ako proroci odhalili ?udstvu najv???ie tajomstv? vesm?ru a schopnos? ovl?da? fyzik?lne javy. Ich svetl? hlavy pre?ali temnotu nevedomosti nerozumnej v???iny a ako vodiaca hviezda v tme noci ukazovali cestu ?udstvu. Jedn?m z t?chto vodi?ov vo svete fyziky bol Max Planck, otec kvantovej fyziky.

Max Planck je nielen zakladate?om kvantovej fyziky, ale aj autorom svetozn?mej kvantovej te?rie. Kvantov? te?ria je najd?le?itej?ou s??as?ou kvantovej fyziky. Jednoducho povedan?, t?to te?ria popisuje pohyb, spr?vanie a interakciu mikro?ast?c. Zakladate? kvantovej fyziky n?m priniesol aj mnoh? ?al?ie vedeck? pr?ce, ktor? sa stali z?kladn?mi kame?mi modernej fyziky:

• te?ria tepeln?ho ?iarenia;
• ?peci?lna te?ria relativity;
• v?skum v oblasti termodynamiky;
• v?skum v oblasti optiky.

Te?ria kvantovej fyziky o spr?van? a interakcii mikro?ast?c sa stala z?kladom fyziky kondenzovan?ch l?tok, fyziky element?rnych ?ast?c a fyziky vysok?ch energi?. Kvantov? te?ria n?m vysvet?uje podstatu mnoh?ch javov n??ho sveta – od fungovania elektronick?ch po??ta?ov a? po ?trukt?ru a spr?vanie nebesk?ch telies. Max Planck, tvorca tejto te?rie, n?m v?aka svojmu objavu umo?nil pochopi? skuto?n? podstatu mnoh?ch vec? na ?rovni element?rnych ?ast?c. Vytvorenie tejto te?rie v?ak z?aleka nie je jedinou z?sluhou vedca. Ako prv? objavil z?kladn? z?kon vesm?ru – z?kon zachovania energie. Pr?spevok Maxa Plancka k vede je ?a?k? prece?ova?. Jeho objavy s? skr?tka na nezaplatenie pre fyziku, ch?miu, hist?riu, metodol?giu a filozofiu.

kvantov? te?ria po?a

Stru?ne povedan?, kvantov? te?ria po?a je te?ria popisu mikro?ast?c, ako aj ich spr?vania v priestore, vz?jomnej interakcie a vz?jomn?ch premien. T?to te?ria ?tuduje spr?vanie sa kvantov?ch syst?mov v r?mci takzvan?ch stup?ov vo?nosti. Toto kr?sne a romantick? meno mnoh?m z n?s ni? nehovor?. Pre figur?ny s? stupne vo?nosti po?tom nez?visl?ch s?radn?c, ktor? s? potrebn? na ozna?enie pohybu mechanick?ho syst?mu. Zjednodu?ene povedan?, stupne vo?nosti s? charakteristikami pohybu. Zauj?mav? objavy v oblasti interakcie element?rnych ?ast?c urobil Steven Weinberg. Objavil takzvan? neutr?lny pr?d – princ?p interakcie medzi kvarkami a lept?nmi, za ?o dostal v roku 1979 Nobelovu cenu.

Kvantov? te?ria Maxa Plancka

V dev??desiatych rokoch osemn?steho storo?ia sa nemeck? fyzik Max Planck pustil do ?t?dia tepeln?ho ?iarenia a nakoniec dostal vzorec na rozdelenie energie. Kvantov? hypot?za, ktor? sa zrodila v priebehu t?chto ?t?di?, znamenala za?iatok kvantovej fyziky, ako aj kvantovej te?rie po?a, objavenej v roku 1900. Planckova kvantov? te?ria hovor?, ?e po?as tepeln?ho ?iarenia je vyprodukovan? energia emitovan? a absorbovan? nie neust?le, ale epizodicky, kvantovo. Rok 1900 sa v?aka tomuto objavu Maxa Plancka stal rokom zrodu kvantovej mechaniky. Za zmienku stoj? aj Planckov vzorec. Jeho podstata je v skratke nasledovn? – vych?dza z pomeru telesnej teploty a jeho vy?arovania.

Kvantovo-mechanick? te?ria ?trukt?ry at?mu

Kvantov? mechanick? te?ria ?trukt?ry at?mu je jednou zo z?kladn?ch te?ri? pojmov v kvantovej fyzike a vlastne vo fyzike v?eobecne. T?to te?ria n?m umo??uje pochopi? ?trukt?ru v?etk?ho hmotn?ho a otv?ra z?voj tajomstva nad t?m, z ?oho sa veci vlastne skladaj?. A z?very zalo?en? na tejto te?rii s? ve?mi neo?ak?van?. Stru?ne zv??te ?trukt?ru at?mu. Z ?oho je teda at?m skuto?ne vyroben?? At?m pozost?va z jadra a oblaku elektr?nov. Z?klad at?mu, jeho jadro, obsahuje takmer cel? hmotnos? samotn?ho at?mu – viac ako 99 percent. Jadro m? v?dy kladn? n?boj a ten ur?uje chemick? prvok, ktor?ho je at?m s??as?ou. Na jadre at?mu je najzauj?mavej?ie, ?e obsahuje takmer cel? hmotnos? at?mu, no z?rove? zaber? len jednu desa?tis?cinu jeho objemu. ?o z toho vypl?va? A z?ver je ve?mi ne?akan?. To znamen?, ?e hust? hmota v at?me je len jedna desa?tis?cina. A ?o v?etko ostatn?? V?etko ostatn? v at?me je elektr?nov? oblak.

Elektr?nov? oblak nie je trval? a dokonca ani v skuto?nosti nie je hmotn? l?tka. Elektr?nov? oblak je len pravdepodobnos? v?skytu elektr?nov v at?me. To znamen?, ?e jadro zaber? iba jednu desa?tis?cinu v at?me a v?etko ostatn? je pr?zdnota. A ak vezmeme do ?vahy, ?e v?etky objekty okolo n?s, od prachov?ch ?ast?c a? po nebesk? teles?, plan?ty a hviezdy, pozost?vaj? z at?mov, uk??e sa, ?e v?etko hmotn? v skuto?nosti pozost?va z viac ako 99 percent pr?zdnoty. T?to te?ria sa zd? by? ?plne ned?veryhodn? a jej autor je prinajmen?om pom?len? ?lovek, preto?e veci, ktor? existuj? okolo, maj? pevn? konzistenciu, v?hu a s? c?ti?. Ako m??e pozost?va? z pr?zdnoty? Vkradla sa do tejto te?rie o ?trukt?re hmoty chyba? Ale tu nie je ?iadna chyba.

V?etky hmotn? veci sa javia ako hust? len v?aka interakcii medzi at?mami. Veci maj? pevn? a hust? konzistenciu iba v?aka pr??a?livosti alebo odpudzovaniu medzi at?mami. To zais?uje hustotu a tvrdos? kry?t?lovej mrie?ky chemik?li?, z ktor?ch pozost?va v?etok materi?l. Zauj?mavos?ou v?ak je, ?e ke? sa napr?klad zmenia teplotn? podmienky prostredia, v?zby medzi at?mami, to znamen? ich pr??a?livos? a odpudzovanie, sa m??u oslabi?, ?o vedie k oslabeniu kry?t?lovej mrie?ky a dokonca k jej zni?eniu. To vysvet?uje zmenu fyzik?lnych vlastnost? l?tok pri zahrievan?. Napr?klad, ke? sa ?elezo zahreje, stane sa tekut?m a d? sa tvarova? do ak?hoko?vek tvaru. A ke? sa ?ad top?, de?trukcia kry?t?lovej mrie?ky vedie k zmene stavu hmoty a z pevnej l?tky sa men? na kvapalinu. Toto s? jasn? pr?klady oslabenia v?zieb medzi at?mami a v d?sledku toho oslabenia alebo zni?enia kry?t?lovej mrie?ky a umo??uj?, aby sa l?tka stala amorfnou. A d?vodom tak?chto z?hadn?ch metamorf?z je pr?ve to, ?e l?tky pozost?vaj? z hustej hmoty len z jednej desa?tis?ciny a v?etko ostatn? je pr?zdnota.

A l?tky sa zdaj? by? pevn? len v?aka siln?m v?zb?m medzi at?mami, ktor?ch oslaben?m sa l?tka men?. Kvantov? te?ria ?trukt?ry at?mu n?m teda umo??uje ?plne in? poh?ad na svet okolo n?s.

Zakladate? te?rie at?mu Niels Bohr predlo?il zauj?mav? koncept, ?e elektr?ny v at?me nevy?aruj? energiu neust?le, ale iba v momente prechodu medzi trajekt?riami svojho pohybu. Bohrova te?ria pomohla vysvetli? mnoh? vn?troat?mov? procesy a tie? urobila prelom vo vede ch?mie, ke? vysvetlila hranicu tabu?ky, ktor? vytvoril Mendelejev. Pod?a , posledn? prvok, ktor? m??e existova? v ?ase a priestore, m? poradov? ??slo sto tridsa?sedem a prvky za??naj?ce od stotridsiateho ?smeho nem??u existova?, preto?e ich existencia je v rozpore s te?riou relativity. Bohrova te?ria tie? vysvetlila povahu tak?ho fyzik?lneho javu, ak?m s? at?mov? spektr?.

S? to spektr? interakcie vo?n?ch at?mov, ktor? vznikaj? vy?arovan?m energie medzi nimi. Tak?to javy s? typick? pre plynn?, parn? l?tky a l?tky v plazmovom stave. Kvantov? te?ria teda urobila revol?ciu vo svete fyziky a umo?nila vedcom napredova? nielen v oblasti tejto vedy, ale aj v oblasti mnoh?ch pr?buzn?ch vied: ch?mie, termodynamiky, optiky a filozofie. A tie? umo?nil ?udstvu prenikn?? do tajomstiev podstaty vec?.

?udstvo mus? vo svojom vedom? e?te ve?a urobi?, aby si uvedomilo podstatu at?mov, pochopilo princ?py ich spr?vania a vz?jomn?ho p?sobenia. Ke? to pochop?me, budeme schopn? pochopi? povahu sveta okolo n?s, preto?e v?etko, ?o n?s obklopuje, po?n?c prachov?mi ?asticami a kon?iac samotn?m slnkom, a my sami - v?etko pozost?va z at?mov, ktor?ch povaha je tajomn?. a ??asn? a pln? tajomstiev.