Bu d?nyadaki hi? kimse kuantum mekani?inin ne oldu?unu anlam?yor. Bu belki de onun hakk?nda bilinmesi gereken en ?nemli ?ey. Elbette bir?ok fizik?i, yasalar? kullanmay? ve hatta kuantum hesaplamaya dayal? fenomenleri tahmin etmeyi ??rendi. Ancak deneyin g?zlemcisinin neden sistemin davran???n? belirledi?i ve onu iki durumdan birini almaya zorlad??? hala a??k de?il.

G?zlemcinin etkisi alt?nda ka??n?lmaz olarak de?i?ecek sonu?lara sahip baz? deney ?rnekleri. Kuantum mekani?inin bilin?li d???ncenin maddi ger?ekli?e m?dahalesiyle pratik olarak ilgilendi?ini g?steriyorlar.

Bug?n kuantum mekani?inin bir?ok yorumu var, ancak Kopenhag yorumu belki de en iyi bilinenidir. 1920'lerde, genel varsay?mlar? Niels Bohr ve Werner Heisenberg taraf?ndan form?le edildi.

Kopenhag yorumunun temeli dalga fonksiyonuydu. Bu, ayn? anda var oldu?u bir kuantum sisteminin t?m olas? durumlar? hakk?nda bilgi i?eren matematiksel bir fonksiyondur. Kopenhag Yorumu'na g?re, bir sistemin durumu ve di?er durumlara g?re konumu ancak g?zlemle belirlenebilir (dalga fonksiyonu yaln?zca sistemin ?u veya bu durumda olma olas?l???n? matematiksel olarak hesaplamak i?in kullan?l?r).

Bir kuantum sisteminin g?zlemden sonra klasik hale geldi?i ve g?zlemlendi?i durum d???ndaki durumlarda hemen varl???n?n sona erdi?i s?ylenebilir. Bu sonu? rakiplerini buldu (?nl? Einstein'?n "Tanr? zar atmaz" s?z?n? hat?rlay?n), ancak hesaplamalar?n ve tahminlerin do?rulu?u hala kendilerine aitti.

Bununla birlikte, Kopenhag yorumunun destek?ilerinin say?s? azalmaktad?r ve bunun ana nedeni, deney s?ras?nda dalga fonksiyonunun gizemli ani ??k???d?r. Erwin Schr?dinger'in fakir bir kediyle yapt??? ?nl? d???nce deneyi, bu olgunun sa?mal???n? g?stermelidir. Detaylar? hat?rlayal?m.

Kara kutunun i?inde kara bir kedi ve onunla birlikte bir ?i?e zehir ve zehri rastgele salabilen bir mekanizma bulunur. ?rne?in, bozunma s?ras?nda bir radyoaktif atom bir balonu k?rabilir. Atomun bozunmas?n?n kesin zaman? bilinmemektedir. Sadece yar?lanma ?mr? bilinmektedir, bu s?re boyunca bozulma %50 olas?l?kla ger?ekle?ir.

D??ar?dan bir g?zlemci i?in, kutunun i?indeki kedi iki haldedir: Her ?ey yolunda gittiyse ya canl?, ya da ??r?me meydana geldiyse ve ?i?e k?r?ld?ysa ?ld?. Bu durumlar?n her ikisi de zamanla de?i?en kedinin dalga fonksiyonu ile tan?mlan?r.

Aradan ne kadar ?ok zaman ge?erse, radyoaktif bozunman?n meydana gelme olas?l??? o kadar artar. Ancak kutuyu a?ar a?maz dalga fonksiyonu ??k?yor ve bu insanl?k d??? deneyin sonu?lar?n? hemen g?r?yoruz.

Asl?nda, g?zlemci kutuyu a?ana kadar, kedi ya?am ve ?l?m aras?nda sonsuz bir denge kuracak ya da hem canl? hem de ?l? olacakt?r. Kaderi ancak g?zlemcinin eylemlerinin bir sonucu olarak belirlenebilir. Bu sa?mal??a Schr?dinger dikkat ?ekti.

The New York Times taraf?ndan ?nl? fizik?iler ?zerinde yap?lan bir ankete g?re, elektron k?r?n?m deneyi bilim tarihindeki en ?a??rt?c? ?al??malardan biridir. Onun do?as? nedir? I???a duyarl? bir ekrana elektron demeti yayan bir kaynak var. Ve bu elektronlar?n ?n?nde bir engel var, iki yuval? bir bak?r levha.

Elektronlar bize genellikle k???k y?kl? toplar olarak g?steriliyorsa, ekranda nas?l bir g?r?nt? bekleyebiliriz? Bak?r plakadaki yuvalar?n kar??s?nda iki ?erit. Ama asl?nda, ekranda de?i?en beyaz ve siyah ?izgilerden olu?an ?ok daha karma??k bir desen belirir. Bunun nedeni, yar?ktan ge?erken elektronlar?n sadece par?ac?klar olarak de?il, ayn? zamanda dalgalar (fotonlar veya ayn? anda dalga olabilen di?er hafif par?ac?klar) olarak da davranmaya ba?lamas?d?r.

Bu dalgalar uzayda etkile?ir, ?arp???r ve birbirini g??lendirir ve sonu? olarak, ekranda de?i?en a??k ve koyu ?eritlerden olu?an karma??k bir desen g?r?nt?lenir. Ayn? zamanda, elektronlar birer birer ge?se bile bu deneyin sonucu de?i?mez - bir par?ac?k bile bir dalga olabilir ve ayn? anda iki yar?ktan ge?ebilir. Bu varsay?m, par?ac?klar?n ayn? anda "s?radan" fiziksel ?zelliklerini ve bir dalga gibi egzotik ?zelliklerini g?sterebildi?i kuantum mekani?inin Kopenhag yorumundaki ana varsay?mlardan biriydi.

Ama ya g?zlemci? Bu kafa kar??t?r?c? hikayeyi daha da kafa kar??t?r?c? yapan o. Bunun gibi deneylerde fizik?iler, bir elektronun ger?ekte hangi yar?ktan ge?ti?ini belirlemek i?in aletler kullanmaya ?al??t???nda, ekrandaki g?r?nt? ?arp?c? bir ?ekilde de?i?ti ve “klasik” oldu: yar?klar?n tam kar??s?nda, birbirini izleyen ?eritler olmadan iki ???kl? b?l?m.

Elektronlar, izleyicilerin dikkatli g?zlerine dalga do?alar?n? g?stermek konusunda isteksiz g?r?n?yordu. Karanl?kta gizlenmi? bir gizem gibi g?r?n?yor. Ancak daha basit bir a??klama var: Sistemin g?zlemi, ?zerinde fiziksel etki olmadan ger?ekle?tirilemez. Bunu daha sonra tart??aca??z.

2. Is?t?lm?? fullerenler

Par?ac?k k?r?n?m? deneyleri sadece elektronlarla de?il, ayn? zamanda ?ok daha b?y?k nesnelerle de yap?ld?. ?rne?in, onlarca karbon atomundan olu?an b?y?k ve kapal? molek?ller olan fullerenler kullan?ld?. Son zamanlarda, Profes?r Zeilinger liderli?indeki Viyana ?niversitesi'nden bir grup bilim adam?, bu deneylere bir g?zlem unsuru eklemeye ?al??t?. Bunu yapmak i?in hareketli fulleren molek?llerini lazer ???nlar?yla ???nlad?lar. Daha sonra d?? bir kaynak taraf?ndan ?s?t?lan molek?ller parlamaya ba?lad? ve ka??n?lmaz olarak varl?klar?n? g?zlemciye yans?tt?.

Bu yenilikle birlikte molek?llerin davran??lar? da de?i?ti. B?yle kapsaml? bir g?zlemden ?nce, fullerenler, elektronlar?n bir ekrana ?arpt??? ?nceki ?rne?e benzer ?ekilde (dalga ?zellikleri sergileyerek) bir engelden olduk?a ba?ar?l? bir ?ekilde ka??nd?. Ancak bir g?zlemcinin varl???yla fullerenler, yasalara tam olarak uyan fiziksel par?ac?klar gibi davranmaya ba?lad?lar.

3. So?utma ?l??m?

Kuantum fizi?i d?nyas?n?n en ?nl? yasalar?ndan biri, ayn? anda bir kuantum nesnesinin h?z?n? ve konumunu belirlemenin imkans?z oldu?u Heisenberg belirsizlik ilkesidir. Bir par?ac???n momentumunu ne kadar do?ru ?l?ersek, konumunu o kadar az do?ru ?l?ebiliriz. Ancak makroskopik ger?ek d?nyam?zda, k???k par?ac?klar ?zerinde etkili olan kuantum yasalar?n?n ge?erlili?i genellikle fark edilmez.

ABD'den Prof. Schwab'?n son deneyleri bu alana ?ok de?erli bir katk? sa?l?yor. Bu deneylerdeki kuantum etkileri, elektronlar veya fulleren molek?lleri d?zeyinde (yakla??k 1 nm ?apa sahip) de?il, daha b?y?k nesnelerde, k???k bir al?minyum ?eritte g?sterildi. Bu bant, ortas? ask?da kalacak ve d?? etki alt?nda titreyebilecek ?ekilde her iki tarafa sabitlenmi?tir. Ek olarak, yak?na band?n konumunu do?ru bir ?ekilde kaydedebilen bir cihaz yerle?tirildi. Deney sonucunda, birka? ilgin? ?ey ke?fedildi. ?lk olarak, cismin konumuyla ilgili herhangi bir ?l??m ve band?n g?zlemlenmesi onu etkiledi, her ?l??mden sonra band?n konumu de?i?ti.

Deneyciler band?n koordinatlar?n? y?ksek do?rulukla belirlediler ve b?ylece Heisenberg ilkesine g?re h?z?n? ve dolay?s?yla sonraki konumunu de?i?tirdiler. ?kincisi ve olduk?a beklenmedik bir ?ekilde, baz? ?l??mler band?n so?umas?na neden oldu. B?ylece, bir g?zlemci, nesnelerin fiziksel ?zelliklerini yaln?zca varl?klar?yla de?i?tirebilir.

4. Dondurucu par?ac?klar

Bildi?iniz gibi, karars?z radyoaktif par?ac?klar sadece kedilerle yap?lan deneylerde de?il, kendi ba?lar?na da bozunurlar. Her par?ac???n ortalama bir ?mr? vard?r ve bu, bir g?zlemcinin dikkatli g?z? alt?nda artabilece?i ortaya ??kt?. Bu kuantum etkisi 60'larda tahmin edildi ve parlak deneysel kan?t?, Massachusetts Teknoloji Enstit?s?'nden fizik alan?nda Nobel ?d?ll? Wolfgang Ketterle liderli?indeki bir grup taraf?ndan yay?nlanan bir makalede ortaya ??kt?.

Bu ?al??mada, karars?z uyar?lm?? rubidyum atomlar?n?n bozunmas? incelenmi?tir. Sistemin haz?rlanmas?ndan hemen sonra atomlar bir lazer ???n? kullan?larak uyar?ld?. G?zlem iki modda ger?ekle?ti: s?rekli (sistem s?rekli olarak k???k ???k darbelerine maruz kald?) ve darbeli (sistem zaman zaman daha g??l? darbelerle ???nland?).

Elde edilen sonu?lar teorik tahminlerle tam bir uyum i?indeydi. D?? ???k etkileri, par?ac?klar?n bozunmas?n? yava?lat?r ve onlar? bozunma durumundan uzak olan orijinal durumlar?na geri d?nd?r?r. Bu etkinin b?y?kl??? de tahminlerle ?rt???yordu. Karars?z uyar?lm?? rubidyum atomlar?n?n maksimum ?mr? 30 kat artt?.

5. Kuantum mekani?i ve bilin?

Elektronlar ve fullerenler dalga ?zelliklerini g?stermeyi b?rak?rlar, al?minyum levhalar so?ur ve karars?z par?ac?klar bozunmalar?n? yava?lat?r. Seyircinin dikkatli g?z?, kelimenin tam anlam?yla d?nyay? de?i?tirir. Bu neden zihnimizin d?nyan?n i?leyi?ine dahil oldu?unun kan?t? olamaz? Belki de Carl Jung ve Wolfgang Pauli (Avusturyal? fizik?i, Nobel ?d?ll?, kuantum mekani?inin ?nc?s?), fizik ve bilin? yasalar?n?n birbirini tamamlay?c? olarak g?r?lmesi gerekti?ini s?ylerken hakl?yd?lar m??

?evremizdeki d?nyan?n sadece zihnimizin hayal ?r?n? bir ?r?n? oldu?unu kabul etmekten bir ad?m uzaktay?z. Fikir korkutucu ve cazip. Tekrar fizik?ilere d?nmeye ?al??al?m. ?zellikle son y?llarda, giderek daha az insan?n kuantum mekani?inin gizemli dalga fonksiyonuyla Kopenhag yorumunun ??kt???ne ve daha s?radan ve g?venilir bir uyumsuzlu?a d?n??t???ne inand??? zamanlarda.

Ger?ek ?u ki, g?zlemlerle yap?lan t?m bu deneylerde, deneyciler ka??n?lmaz olarak sistemi etkiledi. Bir lazerle yakt?lar ve ?l??m aletleri yerle?tirdiler. ?nemli bir ilke taraf?ndan birle?tirildiler: Bir sistemi g?zlemleyemez veya ?zelliklerini onunla etkile?ime girmeden ?l?emezsiniz. Herhangi bir etkile?im, ?zellikleri de?i?tirme s?recidir. ?zellikle k???k bir kuantum sistemi devasa kuantum nesnelerine maruz kald???nda. Ebedi olarak tarafs?z bir Budist g?zlemci ilke olarak imkans?zd?r. Ve burada termodinamik a??s?ndan tersine ?evrilemez olan "e?evresizlik" terimi devreye girer: bir sistemin kuantum ?zellikleri, ba?ka bir b?y?k sistemle etkile?ime girdi?inde de?i?ir.

Bu etkile?im s?ras?nda, kuantum sistemi orijinal ?zelliklerini kaybeder ve sanki b?y?k bir sisteme "itaat ediyormu? gibi" klasikle?ir. Bu ayn? zamanda Schr?dinger'in kedisinin paradoksunu da a??klar: kedi ?ok b?y?k bir sistemdir, bu y?zden d?nyan?n geri kalan?ndan izole edilemez. Bu d???nce deneyinin tasar?m? tamamen do?ru de?il.

Her hal?karda, bilincin yaratma eyleminin ger?ekli?ini kabul edersek, uyumsuzluk ?ok daha uygun bir yakla??m gibi g?r?n?yor. Belki de ?ok uygun. Bu yakla??mla, t?m klasik d?nya, uyumsuzlu?un b?y?k bir sonucu haline gelir. Ve bu alandaki en ?nl? kitaplardan birinin yazar?n?n da belirtti?i gibi, b?yle bir yakla??m mant?ksal olarak "d?nyada par?ac?k yoktur" veya "temel d?zeyde zaman yoktur" gibi ifadelere yol a?ar.

Ger?ek nedir: yarat?c?-g?zlemcide mi yoksa g??l? uyumsuzlukta m?? ?ki k?t? aras?nda se?im yapmal?y?z. Bununla birlikte, bilim adamlar?, kuantum etkilerinin zihinsel s?re?lerimizin bir tezah?r? oldu?una giderek daha fazla ikna oluyorlar. Ve g?zlemin nerede bitip ger?ekli?in nerede ba?lad??? her birimize ba?l?d?r.

Bu yaz?da, ??renme i?in faydal? ipu?lar? sunaca??z. aptallar i?in kuantum fizi?i. Yakla??m ne olmal? sorusuna cevap verelim. yeni ba?layanlar i?in kuantum fizi?i ??renme.

kuantum fizi?i- bu, herkesin ?z?msemesi kolay olmayan olduk?a karma??k bir disiplindir. Bununla birlikte, bir konu olarak fizik ilgin? ve faydal?d?r ve bu nedenle kuantum fizi?i (http://www.cyberforum.ru/quantum-physics/) onu incelemeye ve bunun sonucunda pratik faydalar elde etmeye haz?r olan hayranlar?n? bulur. Malzemeyi ??renmeyi kolayla?t?rmak i?in en ba?tan, yani yeni ba?layanlar i?in en basit kuantum fizi?i ders kitaplar?ndan ba?laman?z gerekir. Bu, bilgi i?in iyi bir temel edinmenizi ve ayn? zamanda bilginizi kafan?zda iyi yap?land?rman?z? sa?layacakt?r.

?yi bir edebiyatla kendi kendine ?al??maya ba?lamal?s?n. Bilgi edinme s?recinde belirleyici bir fakt?r olan ve kalitesini sa?layan edebiyatt?r. Kuantum mekani?i ?zellikle ilgi ?ekicidir ve ?o?u ?al??malar?na ondan ba?lar. Herkes fizi?i bilmeli, ??nk? bir?ok s?reci a??klayan ve ba?kalar? taraf?ndan anla??l?r k?lan ya?am bilimidir.

Kuantum fizi?i ?al??maya ba?lad???n?zda, matematik ve fizik bilgisine sahip olman?z gerekti?ini unutmay?n, ??nk? onlars?z ba?a ??kamazs?n?z. Sorular?n?za cevap bulmak i?in ??retmenle ileti?im kurma f?rsat?n?z varsa iyi olur. Bu m?mk?n de?ilse, durumu ?zel forumlarda a??kl??a kavu?turmaya ?al??abilirsiniz. Forumlar ayr?ca ??renmede ?ok yararl? olabilir.

Bir ders kitab? se?imine karar verdi?inizde, olduk?a karma??k oldu?u ger?e?ine haz?rl?kl? olmal?s?n?z ve sadece okumakla kalmay?p, i?inde yaz?lan her ?eyi de ara?t?rman?z gerekecek. E?itimin sonunda, bunlar?n kimsenin ihtiya? duymad??? t?m bilgiler oldu?u d???ncesi ortaya ??kmaz, her seferinde teori ile prati?i birle?tirmeye ?al???n. Kazan?lan bilgilerin yarars?z oldu?u d???ncesini ?nlemek i?in, kuantum fizi?ini ??renmeye ba?lama amac?n?z? ?nceden belirlemek de ?nemlidir. ?nsanlar iki kategoriye ayr?l?r: kuantum fizi?ini ilgin? ve faydal? bir konu bulanlar ve bulmayanlar. Hangi kategoriye ait oldu?unuzu kendiniz se?in ve buna g?re hayat?n?zda kuantum fizi?ine yer olup olmad???na karar verin. Kuantum fizi?i ?al??mas?nda her zaman yeni ba?layanlar d?zeyinde kalabilir veya ger?ek ba?ar?ya ula?abilirsiniz, her ?ey sizin elinizde.

Her ?eyden ?nce, fizik konusunda ger?ekten ilgin? ve kaliteli malzemeler se?in. Baz?lar?n? a?a??daki linklerde bulabilirsiniz.
Ve ?imdilik bu kadar! Kuantum fizi?ini ilgin? bir ?ekilde ??renin ve ?aydanl?k olmay?n!

• Terc?me

Oxford ?niversitesi'nde fizik?i olan Owen Maroney'e g?re, 1900'lerde kuantum teorisinin ortaya ??k???ndan bu yana herkes bu teorinin tuhafl???ndan bahsediyor. Par?ac?klar?n ve atomlar?n ayn? anda birden ?ok y?nde hareket etmesine veya ayn? anda saat y?n?nde ve saat y?n?n?n tersine d?nmesine nas?l izin veriyor. Ama kelimeler hi?bir ?eyi kan?tlayamaz. Maruni, “Kamuya kuantum teorisinin ?ok garip oldu?unu s?ylersek, bu iddiay? deneysel olarak test etmemiz gerekir” diyor. “Aksi takdirde bilim yapm?yoruz, tahtadaki her t?rl? dalgal? ?izgiden bahsediyoruz.”

Maruni ve di?erlerini, dalga fonksiyonunun ?z?n? - kuantum tuhafl?klar?n?n alt?nda yatan gizemli ?z? - ortaya ??karmak i?in yeni bir dizi deney geli?tirmeye y?nlendiren ?ey budur. Ka??t ?zerinde dalga fonksiyonu, psi (PS) (bu dalgal? ?izgilerden biri) harfi ile g?sterilen basit bir matematiksel varl?kt?r ve par?ac?klar?n kuantum davran???n? tan?mlamak i?in kullan?l?r. Deneye ba?l? olarak, dalga fonksiyonu, bilim adamlar?n?n belirli bir yerde bir elektron g?rme olas?l???n? veya d?n???n?n yukar? veya a?a?? olma olas?l???n? hesaplamas?na olanak tan?r. Ama matematik dalga fonksiyonunun ger?ekte ne oldu?unu s?ylemiyor. Fiziksel bir ?ey mi? Yoksa g?zlemcinin ger?ek d?nya hakk?ndaki cehaletiyle ?al??mak i?in sadece bir hesaplama arac? m??

Soruyu cevaplamak i?in kullan?lan testler ?ok incedir ve yine de kesin bir cevap vermek zorundad?rlar. Ancak ara?t?rmac?lar, sonun yak?n oldu?u konusunda iyimserler. Ve nihayet onlarca y?ld?r herkese eziyet eden sorular? cevaplayabilecekler. Bir par?ac?k ger?ekten ayn? anda bir?ok yerde olabilir mi? Evren, her biri alternatif versiyonumuza sahip olan paralel d?nyalara s?rekli olarak m? b?l?n?yor? "Nesnel ger?eklik" diye bir ?ey var m??

Queensland ?niversitesi'nden (Avustralya) fizik?i Alessandro Fedrici, "Bu t?r sorular er ya da ge? herkesin akl?na gelir" diyor. "Ger?ekten ger?ek nedir?"

Ger?ekli?in ?z?yle ilgili tart??malar, fizik?iler bir dalgan?n ve bir par?ac???n ayn? madalyonun sadece iki y?z? oldu?unu ke?fettiklerinde bile ba?lad?. Klasik bir ?rnek, tek tek elektronlar?n iki yar??? olan bir bariyere ate?lendi?i ?ift yar?k deneyidir: elektron, ayn? anda iki yar?ktan ge?iyormu? gibi davran?r ve di?er taraf?nda ?izgili bir giri?im deseni olu?turur. 1926'da Avusturyal? fizik?i Erwin Schr?dinger bu davran??? tan?mlamak i?in bir dalga fonksiyonu tasarlad? ve herhangi bir durum i?in hesaplanabilecek bir denklem t?retti. Ama ne o ne de ba?ka biri bu i?levin do?as? hakk?nda bir ?ey s?yleyemedi.

Cehaletteki Grace

Pratik bir bak?? a??s?ndan, do?as? ?nemli de?ildir. Kuantum teorisinin 1920'lerde Niels Bohr ve Werner Heisenberg taraf?ndan yarat?lan Kopenhag yorumu, dalga fonksiyonunu, ger?ekte ne oldu?unu d???nmeden, g?zlemlerin sonu?lar?n? tahmin etmek i?in bir ara? olarak kullan?r. Bel?ika'daki Katolik ?niversitesi'nde istatistiksel fizik?i olan Jean Brickmont, “Fizik?iler, n?kleer ve atom fizi?i, kat? hal fizi?i ve par?ac?k fizi?inde ?nemli at?l?mlara yol a?t??? i?in bu 'kapa ?eneni ve say' davran???ndan sorumlu tutulamaz” diyor. "Bu y?zden insanlara temel sorunlar hakk?nda endi?elenmemeleri tavsiye ediliyor."

Ama baz? insanlar hala endi?eleniyor. 1930'lara gelindi?inde Einstein, Kopenhag yorumunu reddetmi?ti, en az?ndan iki par?ac???n dalga fonksiyonlar?n? birbirine dola?t?rmas?na izin vererek, birinin ?l??mlerinin di?erine an?nda bir durum verebilece?i bir duruma yol a?m??t?. b?y?k mesafeler. Einstein, bu "uzaktan ?rk?t?c? etkile?im"e katlanmamak i?in par?ac?klar?n dalga fonksiyonlar?n?n eksik oldu?una inanmay? tercih etti. Belki de par?ac?klar?n, kuantum teorisi taraf?ndan fark edilmeyen, ?l??m?n sonucunu belirleyen baz? gizli de?i?kenleri oldu?unu s?yledi.

Deneyler, o zamandan beri, gizli de?i?kenler kavram?n? reddeden, uzaktan korkutucu bir etkile?imin uygulanabilirli?ini g?stermi?tir. ama bu, di?er fizik?ilerin onlar? kendi y?ntemleriyle yorumlamas?n? engellemedi. Bu yorumlar iki kampa ayr?l?r. Baz?lar? dalga fonksiyonunun bilgisizli?imizi yans?tt??? konusunda Einstein ile hemfikirdir. Bunlar filozoflar?n psi-epistemik modeller dedi?i ?eylerdir. Di?erleri dalga fonksiyonunu ger?ek bir ?ey olarak g?r?r - psionik modeller.

Fark? anlamak i?in, Schr?dinger'in 1935'te Einstein'a yazd??? bir mektupta tarif etti?i d???nce deneyini d???n?n. Kedi ?elik bir kutuda. Kutuda, bir saat i?inde bozunma ?r?n? yayma olas?l??? %50 olan bir radyoaktif madde ?rne?i ve ?r?n tespit edilirse kediyi zehirleyecek bir aparat bulunur. Schr?dinger, radyoaktif bozunma kuantum d?zeyinde bir olay oldu?undan, kuantum teorisinin kurallar?, saatin sonunda kutunun i?indeki dalga fonksiyonunun ?l? ve canl? bir kedinin kar???m? olmas? gerekti?ini s?yl?yor.

"Kabaca s?ylemek gerekirse," dedi Fedrichi, yumu?ak bir dille, "psi-epistemik modelde, kutudaki kedi ya ya??yor ya da ?l? ve kutu kapal? oldu?u i?in bilemeyiz." Ve ?o?u psionik modelde, Kopenhag yorumuyla uyum vard?r: g?zlemci kutuyu a?ana kadar, kedi ayn? anda hem canl? hem de ?l? olacakt?r.

Ancak tart??man?n bir noktaya geldi?i yer buras?d?r. Hangi yorum do?rudur? Modeller aras?ndaki fark ?ok ince oldu?u i?in bu soruyu deneysel olarak yan?tlamak zordur. Son derece ba?ar?l? Kopenhag yorumuyla ayn? kuantum fenomenini esasen tahmin etmelidirler. Queensland ?niversitesi'nde fizik?i olan Andrew White, kuantum teknolojisindeki 20 y?ll?k kariyerinde, "bu problem, t?rmanamayaca??n?z hi?bir ??k?nt?s? olmayan devasa, p?r?zs?z bir da? gibiydi" diyor.

2011 y?l?nda, “cehalet olarak dalga fonksiyonu” yakla??m?n? ortadan kald?r?yor gibi g?r?nen kuantum ?l??m teoreminin yay?nlanmas?yla her ?ey de?i?ti. Ancak daha yak?ndan incelendi?inde, bu teoremin manevra yapmalar? i?in yeterli alan b?rakt??? ortaya ??kt?. Yine de, fizik?ilere, dalga fonksiyonunun ger?ekli?ini test ederek anla?mazl??? ??zmenin yollar? hakk?nda ciddi ?ekilde d???nmeleri i?in ilham verdi. Maruni zaten prensipte i?e yarayan bir deney geli?tirmi?ti ve o ve meslekta?lar? k?sa s?re sonra pratikte ?al??mas?n? sa?laman?n bir yolunu buldular. Deney ge?en y?l Fedrici, White ve di?erleri taraf?ndan ger?ekle?tirildi.

Test fikrini anlamak i?in iki deste kart hayal edin. Biri yaln?zca k?rm?z?lar?, di?eri yaln?zca aslar? i?erir. Ayn? ?niversitede fizik?i olan Martin Ringbauer, "Size bir kart veriliyor ve hangi desteden oldu?unu tahmin etmeniz isteniyor" diyor. K?rm?z? bir as ise, "bir ge?i? var ve kesin olarak s?yleyemezsiniz." Ancak her destede ka? kart oldu?unu biliyorsan?z, b?yle belirsiz bir durumun ne s?kl?kta olaca??n? hesaplayabilirsiniz.

Fizik tehlikede

Ayn? belirsizlik kuantum sistemlerinde de olur. ?rne?in, bir fotonun tek bir ?l??mle nas?l polarize edildi?ini bulmak her zaman m?mk?n de?ildir. White, "Ger?ek hayatta, bat?y? bat?n?n hemen g?neyinden s?ylemek kolay, ancak kuantum sistemlerinde o kadar kolay de?il" diyor. Standart Kopenhag yorumuna g?re, kutupla?ma hakk?nda soru sorman?n bir anlam? yok, ??nk? sorunun cevab? yok - bir ?l??m daha cevab? tam olarak belirleyene kadar. Ancak “cehalet olarak dalga fonksiyonu” modeline g?re, soru mant?kl? - sadece deneyde, kart destelerinde oldu?u gibi, yeterli bilgi yok. Haritalarda oldu?u gibi, b?yle bir cehaletle ne kadar ?ok belirsizli?in a??klanabilece?ini tahmin etmek ve standart teorinin izin verdi?i ?ok say?da belirsizlikle kar??la?t?rmak m?mk?nd?r.

Bu tam olarak Fedrichi ve ekibinin test etti?i ?ey. Grup, foton ???n?ndaki polarizasyonu ve di?er ?zellikleri ?l?t? ve "cehalet" modelleriyle a??klanamayan bir kesi?im seviyesi buldu. Sonu?, alternatif bir teoriyi destekler - e?er nesnel ger?eklik varsa, o zaman dalga fonksiyonu da vard?r. Bonn ?niversitesi'nden (Almanya) fizik?i Andrea Alberti, "Ekibin bu kadar basit bir deneyle bu kadar karma??k bir sorunu ??zebilmesi etkileyici" diyor.

Sonu? hen?z granite oyulmu? de?il: dedekt?rler testte kullan?lan fotonlar?n sadece be?te birini yakalad???ndan, kay?p fotonlar?n tamamen ayn? ?ekilde davrand???n? varsaymak gerekiyor. Bu g??l? bir varsay?m ve grup ?imdi kay?plar? azaltman?n ve daha kesin bir sonu? ?retmenin yollar? ?zerinde ?al???yor. Bu arada, Oxford'daki Maruni ekibi, bu deneyi izlemesi daha kolay iyonlarla tekrarlamak i?in New South Wales ?niversitesi (Avustralya) ile birlikte ?al???yor. Maruni, "?n?m?zdeki alt? ay i?inde bu deneyin inkar edilemez bir versiyonuna sahip olaca??z" diyor.

Ancak ba?ar?l? olsalar ve “ger?eklik olarak dalga i?levi” modelleri kazansa bile, o zaman bu modellerin farkl? se?enekleri vard?r. Deneyciler bunlardan birini se?mek zorunda kalacaklar.

?lk yorumlardan biri 1920'lerde Frans?z Louis de Broglie taraf?ndan yap?ld? ve 1950'lerde Amerikal? David Bohm taraf?ndan geni?letildi. Broglie-Bohm modellerine g?re par?ac?klar?n belirli bir konumu ve ?zellikleri vard?r, ancak bir dalga fonksiyonu olarak tan?mlanan bir t?r "pilot dalga" taraf?ndan y?nlendirilirler. Bu, ?ift yar?k deneyini a??klar, ??nk? pilot dalga her iki yar?ktan da ge?ebilir ve kendisi taraf?ndan ?ekilen elektronun kendisi iki yar?ktan yaln?zca birinden ge?se bile bir giri?im deseni ?retebilir.

2005 y?l?nda bu model beklenmedik bir destek ald?. ?imdi Paris'teki Langevin Enstit?s?'nde bulunan fizik?iler Emmanuel Fort ve Paris Diderot ?niversitesi'nden Yves Codier, ??rencilere basit bir problem oldu?unu d???nd?klerini sordular: tepsinin titre?imlerine. Damlalar?n etraf?ndaki herkesi ?a??rtan bir ?ekilde, tepsi belirli bir frekansta titrerken dalgalar olu?maya ba?lad?. Fort, “Damlalar kendi dalgalar? ?zerinde kendi ba?lar?na hareket etmeye ba?lad?” diyor. "?kili bir nesneydi - bir dalga taraf?ndan ?ekilen bir par?ac?k."

O zamandan beri, Fort ve Coudier, bu t?r dalgalar?n, pilot dalga teorisinin ?ng?rd??? gibi ?ift yar?k deneyinde par?ac?klar?n? y?nlendirebilece?ini ve di?er kuantum etkilerini yeniden ?retebilece?ini g?sterdiler. Ancak bu, kuantum d?nyas?nda pilot dalgalar?n varl???n? kan?tlamaz. Fort, “Klasik fizikte bu t?r etkilerin imkans?z oldu?u s?ylendi” diyor. "Ve burada neyin m?mk?n oldu?unu g?sterdik."

1980'lerde geli?tirilen bir ba?ka ger?ekli?e dayal? modeller seti, b?y?k ve k???k nesneler aras?ndaki ?zelliklerdeki g??l? fark? a??klamaya ?al???r. Trieste ?niversitesi'nden (?talya) fizik?i Angelo Basi, "Neden elektronlar ve atomlar ayn? anda iki yerde olabilir de masalar, sandalyeler, insanlar ve kediler olamaz" diyor. "??k?? modelleri" olarak bilinen bu teoriler, bireysel par?ac?klar?n dalga fonksiyonlar?n?n ger?ek oldu?unu, ancak kuantum ?zelliklerini kaybedebilece?ini ve par?ac??? uzayda belirli bir konuma getirebilece?ini s?yl?yor. Modeller, tek bir par?ac?k i?in b?yle bir ??k???n olas?l??? son derece k???k olacak ve b?ylece kuantum etkileri atomik d?zeyde egemen olacak ?ekilde in?a edilmi?tir. Ancak par?ac?klar birle?ti?inde ??kme olas?l??? h?zla artar ve makroskopik nesneler kuantum ?zelliklerini tamamen kaybeder ve klasik fizik yasalar?na g?re davran?r.

Bunu test etmenin bir yolu, b?y?k nesnelerde kuantum etkilerini aramakt?r. Standart kuantum teorisi do?ruysa, boyut s?n?r? yoktur. Ve fizik?iler b?y?k molek?llerle ?ift yar?k deneyini ?oktan yapt?lar. Ancak ??k?? modelleri do?ruysa, kuantum etkileri belirli bir k?tlenin ?tesinde g?r?nmeyecektir. ?e?itli gruplar, so?uk atomlar, molek?ller, metal k?meler ve nanopar?ac?klar kullanarak bu k?tleyi aramay? planl?yor. ?n?m?zdeki on y?l i?inde sonu? almay? umuyorlar. Maruni, "Bu deneylerle ilgili harika olan ?ey, kuantum teorisini hen?z test edilmedi?i kesin testlere koyaca??z" diyor.

paralel d?nyalar

Bir "ger?eklik olarak dalga i?levi" modeli, bilim kurgu yazarlar? taraf?ndan zaten biliniyor ve seviliyor. Bu, 1950'lerde, o zamanlar New Jersey'deki Princeton ?niversitesi'nde ??renci olan Hugh Everett taraf?ndan geli?tirilen Many Worlds yorumudur. Bu modelde, dalga fonksiyonu ger?ekli?in geli?imini o kadar g??l? bir ?ekilde belirler ki, her kuantum ?l??m? ile evren paralel d?nyalara b?l?n?r. Ba?ka bir deyi?le, bir kedi ile bir kutu a?t???m?zda, biri ?l? bir kedi ve di?eri canl? olan iki Evren yarat?r?z.

Tahminleri ?rt??t??? i?in bu yorumu standart kuantum teorisinden ay?rmak zordur. Ancak ge?en y?l, Brisbane'deki Griffith ?niversitesi'nden Howard Wiseman ve meslekta?lar?, test edilebilir bir ?oklu evren modeli buldular. Modellerinde dalga fonksiyonu yoktur - par?ac?klar klasik fizi?e, Newton yasalar?na uyar. Ve kuantum d?nyas?n?n garip etkileri ortaya ??k?yor ??nk? paralel evrenlerdeki par?ac?klar ve klonlar? aras?nda itici g??ler var. Wiseman, "Aralar?ndaki itici g??, t?m paralel d?nyalarda yay?lan dalgalar yarat?r" diyor.

41 evrenin etkile?ime girdi?i bir bilgisayar sim?lasyonu kullanarak, modelin ?ift yar?k deneyindeki par?ac?k y?r?ngeleri de dahil olmak ?zere birka? kuantum etkisini kabaca yeniden ?retti?ini g?sterdiler. D?nya say?s?ndaki art??la, giri?im deseni ger?ek olana y?nelir. Wiseman, teorinin tahminleri d?nya say?s?na ba?l? olarak farkl?l?k g?sterdi?inden, ?oklu evren modelinin do?ru olup olmad???n?, yani dalga fonksiyonunun olmad???n? ve ger?ekli?in klasik yasalara g?re ?al??t???n? test etmenin m?mk?n oldu?unu s?yl?yor.

Bu modelde dalga fonksiyonuna ihtiya? duyulmad???ndan, gelecekteki deneyler "cehalet" modellerini d??lasa bile ge?erli kalacakt?r. Buna ek olarak, ba?ka modeller de hayatta kalacakt?r, ?rne?in, nesnel ger?ekli?in olmad???n?, sadece hesaplamalar?n oldu?unu iddia eden Kopenhag yorumu.

Ama sonra, White'?n dedi?i gibi, bu soru ?al??man?n konusu olacakt?r. Ve hen?z kimse bunun nas?l yap?laca??n? bilmiyor olsa da, "ger?ekten ilgin? olan ?ey, nesnel bir ger?ekli?e sahip olup olmad???m?z? kontrol eden bir test geli?tirmektir."

Elbette bir?ok kez duydunuz kuantum fizi?i ve kuantum mekani?inin a??klanamaz gizemleri hakk?nda. Kanunlar? mistisizmle b?y?lenir ve fizik?ilerin kendileri bile onlar? tam olarak anlamad?klar?n? kabul ederler. Bir yandan bu yasalar? anlamak merak uyand?r?rken, di?er yandan fizik ?zerine ?ok ciltli ve karma??k kitaplar okumaya vakit yok. Seni ?ok anl?yorum, ??nk? ben de bilgiyi ve ger?e?i aramay? seviyorum ama b?t?n kitaplar i?in fena halde vakit yok. Yaln?z de?ilsiniz, bir?ok merakl? insan arama sat?r?na ?unu yaz?yor: “aptallar i?in kuantum fizi?i, aptallar i?in kuantum mekani?i, yeni ba?layanlar i?in kuantum fizi?i, yeni ba?layanlar i?in kuantum mekani?i, kuantum fizi?inin temelleri, kuantum mekani?inin temelleri, ?ocuklar i?in kuantum fizi?i, Kuantum Mekani?i nedir". Bu yaz? sizin i?in.

Kuantum fizi?inin temel kavramlar?n? ve paradokslar?n? anlayacaks?n?z. Makaleden ??reneceksiniz:

• Kuantum fizi?i ve kuantum mekani?i nedir?
• m?dahale nedir?
• Kuantum dola??kl?k (veya aptallar i?in kuantum ???nlanma) nedir? (makaleye bak?n)
• Schr?dinger'in Kedisi d???nce deneyi nedir? (makaleye bak?n)

Kuantum mekani?i, kuantum fizi?inin bir par?as?d?r.

Bu bilimleri anlamak neden bu kadar zor? Cevap basit: kuantum fizi?i ve kuantum mekani?i (kuantum fizi?inin bir par?as?) mikro d?nyan?n yasalar?n? inceler. Ve bu yasalar makrokozmozumuzun yasalar?ndan kesinlikle farkl?d?r. Bu nedenle, mikrokozmosta elektronlara ve fotonlara ne oldu?unu hayal etmemiz zor.

Makro ve mikro d?nyalar?n yasalar? aras?ndaki fark?n bir ?rne?i: bizim makrokozmosumuzda, 2 kutudan birine bir top koyarsan?z, bunlardan biri bo?, di?eri - bir top. Ancak mikro kozmosta (bir top yerine - bir atom ise), bir atom ayn? anda iki kutuda olabilir. Bu defalarca deneysel olarak do?rulanm??t?r. Bunu kafana sokmak zor de?il mi? Ama ger?eklerle tart??amazs?n?z.

Bir ?rnek daha. H?zl? yar??an k?rm?z? bir spor arabay? foto?raflad?n?z ve foto?rafta, foto?raf?n ?ekildi?i s?rada araba uzayda birka? noktadan geliyormu? gibi bulan?k bir yatay ?erit g?rd?n?z. Foto?rafta g?rd???n?ze ra?men, araban?n foto?raf?n? ?ekti?iniz anda oldu?undan hala eminsiniz. uzayda belirli bir yerde. Mikro d?nyada ?yle de?il. Bir atomun ?ekirde?inin etraf?nda d?nen bir elektron asl?nda d?nmez, fakat k?renin t?m noktalar?nda ayn? anda bulunan bir atomun ?ekirde?inin etraf?nda. Gev?ek bir ?ekilde sar?lm?? kabar?k y?n yuma?? gibi. Fizikte bu kavram denir "elektronik bulut" .

Tarihe k???k bir giri?. 1900'de Alman fizik?i Max Planck metallerin ?s?t?ld???nda neden renk de?i?tirdi?ini bulmaya ?al??t???nda, bilim adamlar? kuantum d?nyas?n? ilk kez d???nd?ler. Kuantum kavram?n? tan?tan oydu. Ondan ?nce bilim adamlar? ?????n s?rekli hareket etti?ini d???n?yorlard?. Planck'?n ke?fini ciddiye alan ilk ki?i, o zamanlar bilinmeyen Albert Einstein'd?. I????n sadece bir dalga olmad???n? anlad?. Bazen bir par?ac?k gibi davran?r. Einstein, ?????n k?s?mlar halinde yay?ld???n? ke?fetti?i i?in Nobel ?d?l?'n? ald?, kuantum. Bir kuantum ????a foton denir ( foton, Vikipedi) .

Kuantum yasalar?n? anlamay? kolayla?t?rmak i?in fizik ve mekanik (Wikipedia), bir anlamda, bize tan?d?k olan klasik fizik yasalar?ndan soyutlamak gerekir. Ve Alice gibi tav?an deli?inden Harikalar Diyar?'na dald???n?z? hayal edin.

Ve i?te ?ocuklar ve yeti?kinler i?in bir ?izgi film. 2 yar?k ve bir g?zlemci ile kuantum mekani?inin temel deneyi hakk?nda konu?uyor. Sadece 5 dakika s?rer. Kuantum fizi?inin temel sorular?n? ve kavramlar?n? incelemeden ?nce izleyin.

Aptallar i?in kuantum fizi?i videosu. Karikat?rde, g?zlemcinin "g?z?ne" dikkat edin. Fizik?iler i?in ciddi bir gizem haline geldi.

m?dahale nedir?

Karikat?r?n ba??nda, bir s?v? ?rne?i kullan?larak, dalgalar?n nas?l davrand??? g?sterildi - ekranda yar?kl? bir plakan?n arkas?nda de?i?en koyu ve a??k dikey ?izgiler beliriyor. Ve ayr? par?ac?klar?n (?rne?in ?ak?l ta?lar?) plakaya "vurulmas?" durumunda, 2 yuvadan u?arlar ve ekrana yuvalar?n tam kar??s?na ?arparlar. Ve ekranda sadece 2 dikey ?izgi "?iz".

I??k giri?imi- Bu, ekranda ?ok say?da de?i?en parlak ve koyu dikey ?erit g?r?nt?lendi?inde ?????n "dalga" davran???d?r. Ve bu dikey ?izgiler giri?im deseni denir.

Makrokozmosumuzda, ?????n bir dalga gibi davrand???n? s?kl?kla g?zlemleriz. Elinizi mumun ?n?ne koyarsan?z, duvarda elden net bir g?lge de?il, bulan?k konturlar olacakt?r.

Yani, o kadar da zor de?il! I????n dalgal? bir yap?ya sahip oldu?u art?k bizim i?in olduk?a a??k ve e?er 2 yar?k ???kla ayd?nlat?l?rsa, arkalar?ndaki ekranda bir giri?im deseni g?rece?iz. ?imdi 2. deneyi d???n?n. Bu, ge?en y?zy?l?n 20'li y?llar?nda ger?ekle?tirilen ?nl? Stern-Gerlach deneyidir.

Karikat?rde a??klanan kurulumda, ???kla parlamad?lar, elektronlarla (ayr? par?ac?klar olarak) “vuruyorlard?”. Daha sonra, ge?en y?zy?l?n ba??nda, d?nyan?n d?rt bir yan?ndaki fizik?iler, elektronlar?n maddenin temel par?ac?klar? oldu?una ve dalga do?as?na sahip olmamas? gerekti?ine, ?ak?l ta?lar?yla ayn? oldu?una inan?yorlard?. Sonu?ta, elektronlar maddenin temel par?ac?klar?d?r, de?il mi? Yani, ?ak?l ta?lar? gibi 2 yuvaya “at?l?rlarsa”, yuvalar?n arkas?ndaki ekranda 2 dikey ?erit g?rmeliyiz.

Ama… Sonu? ?arp?c?yd?. Bilim adamlar? bir giri?im deseni g?rd?ler - bir?ok dikey ?izgi. Yani elektronlar da ???k gibi dalga ?zelli?ine sahip olabilir, m?dahale edebilirler. ?te yandan, ?????n sadece bir dalga de?il, ayn? zamanda bir par?ac?k - bir foton oldu?u ortaya ??kt? (makalenin ba??ndaki tarihsel arka plandan Einstein'?n bu ke?if i?in Nobel ?d?l? ald???n? ??rendik).

Okulda bize fizik dersinde "par?ac?k dalgas? ikili?i"? Bunun anlam?, mikro d?nyan?n ?ok k???k par?ac?klar? (atomlar, elektronlar) s?z konusu oldu?unda, o zaman onlar hem dalga hem de par?ac?kt?r

Bug?n, sen ve ben ?ok ak?ll?y?z ve yukar?da a??klanan 2 deneyin - elektronlar? ate?lemek ve ???kla yuvalar? ayd?nlatmak - bir ve ayn? oldu?unu anl?yoruz. ??nk? yar?klara kuantum par?ac?klar? g?nderiyoruz. Art?k hem ?????n hem de elektronlar?n kuantum do?as? oldu?unu biliyoruz, bunlar ayn? anda hem dalga hem de par?ac?kt?r. Ve 20. y?zy?l?n ba??nda bu deneyin sonu?lar? sansasyon yaratt?.

Dikkat! ?imdi daha ince bir konuya ge?elim.

Yar?klar?m?zda bir foton (elektron) ak???yla parl?yoruz - ve ekrandaki yar?klar?n arkas?nda bir giri?im deseni (dikey ?izgiler) g?r?yoruz. Gayet net. Ancak elektronlar?n her birinin yar?ktan nas?l ge?ti?ini g?rmek istiyoruz.

Muhtemelen, bir elektron sol yar??a, di?eri sa?a u?ar. Ancak daha sonra ekranda yuvalar?n tam kar??s?nda 2 dikey ?erit g?r?nmelidir. Neden bir giri?im deseni elde edilir? Belki elektronlar, yar?klardan ge?tikten sonra zaten ekranda birbirleriyle etkile?ime giriyor. Ve sonu? b?yle bir dalga paterni. Bunu nas?l takip edebiliriz?

Elektronlar? bir demet halinde de?il, birer birer ataca??z. B?rak, bekle, bir sonrakini b?rak. Art?k elektron tek ba??na u?tu?unda, ekranda di?er elektronlarla etkile?ime giremeyecek. At??tan sonra her elektronu ekrana kaydedece?iz. Bir ya da iki, elbette bizim i?in net bir resim “?izmeyecek”. Ama bir?o?unu tek tek yuvalara g?nderdi?imizde, fark edece?iz ... oh deh?et - yine bir giri?im dalgas? deseni “?izdiler”!

Yava? yava? delirmeye ba?l?yoruz. Sonu?ta, yuvalar?n kar??s?nda 2 dikey ?erit olmas?n? bekliyorduk! Fotonlar? birer birer att???m?zda, her birinin adeta ayn? anda 2 yar?ktan ge?ti?i ve kendi kendine m?dahale etti?i ortaya ??kt?. Kurgu! Bu fenomenin a??klamas?na bir sonraki b?l?mde d?nece?iz.

Spin ve s?perpozisyon nedir?

Art?k m?dahalenin ne oldu?unu biliyoruz. Bu, mikro par?ac?klar?n dalga davran???d?r - fotonlar, elektronlar, di?er mikro par?ac?klar (bundan sonra basitle?tirmek i?in onlara foton diyelim).

Deney sonucunda 1 fotonu 2 yar??a att???m?zda, sanki ayn? anda iki yar?ktan ge?er gibi u?tu?unu fark ettik. Ekrandaki giri?im deseni ba?ka nas?l a??klan?r?

Ama bir fotonun ayn? anda iki yar?ktan ge?ti?i bir resim nas?l hayal edilir? 2 se?enek var.

• 1. se?enek: foton, bir dalga gibi (su gibi) ayn? anda 2 yar?ktan "y?zer"
• 2. se?enek: bir foton, bir par?ac?k gibi, ayn? anda 2 y?r?nge boyunca u?ar (iki bile de?il, hepsi ayn? anda)

Prensip olarak, bu ifadeler e?de?erdir. "Yol integraline" ula?t?k. Bu, Richard Feynman'?n kuantum mekani?i form?lasyonudur.

Bu arada, tam olarak Richard Feynman iyi bilinen ifadeye aittir Kuantum mekani?ini kimsenin anlamad???n? g?venle s?yleyebiliriz.

Ama onun bu ifadesi y?zy?l?n ba??nda i?e yarad?. Ama ?imdi ak?ll?y?z ve bir fotonun hem par?ac?k hem de dalga gibi davranabilece?ini biliyoruz. Bizim i?in anla??lmaz bir ?ekilde ayn? anda 2 yuvadan u?abilmesi. Bu nedenle, kuantum mekani?inin a?a??daki ?nemli ifadesini anlamam?z kolay olacakt?r:

Kesin konu?mak gerekirse, kuantum mekani?i bize bu foton davran???n?n istisna de?il kural oldu?unu s?yler. Herhangi bir kuantum par?ac???, kural olarak, ayn? anda birka? durumda veya uzayda birka? noktadad?r.

Makrod?nyan?n nesneleri yaln?zca belirli bir yerde ve belirli bir durumda olabilir. Ama bir kuantum par?ac??? kendi yasalar?na g?re var olur. Ve onlar? anlamamam?z umurunda de?il. Bu nokta.

Bir kuantum nesnesinin "s?perpozisyonunun", ayn? anda 2 veya daha fazla y?r?ngede, ayn? anda 2 veya daha fazla noktada olabilece?i anlam?na geldi?ini bir aksiyom olarak kabul etmek bize kal?r.

Ayn?s? ba?ka bir foton parametresi i?in de ge?erlidir - d?n?? (kendi a??sal momentumu). Spin bir vekt?rd?r. Bir kuantum nesnesi, mikroskobik bir m?knat?s olarak d???n?lebilir. M?knat?s vekt?r?n?n (spin) yukar? veya a?a?? y?nlendirilmesine al??k?n?z. Ama elektron ya da foton bize yine ?unu s?yler: "Arkada?lar, neye al??t???n?z umurumuzda de?il, ayn? anda iki d?n?? durumunda da olabiliriz (vekt?r yukar?, vekt?r a?a??), t?pk? iki y?r?ngede olabilece?imiz gibi. ayn? anda veya ayn? anda 2 noktada!

"?l??m" veya "dalga fonksiyonu ??k???" nedir?

Bizim i?in biraz kald? - "?l??m" in ne oldu?unu ve "dalga fonksiyonunun ??k???" n?n ne oldu?unu anlamak.

dalga fonksiyonu kuantum nesnesinin (fotonumuz veya elektronumuz) durumunun bir a??klamas?d?r.

Diyelim ki bir elektronumuz var, kendi kendine u?uyor. belirsiz bir durumda, d?n??? ayn? anda hem yukar? hem de a?a?? y?nlendirilir. Durumunu ?l?memiz gerekiyor.

Bir manyetik alan kullanarak ?l?elim: spini alan y?n?ne y?nlendirilen elektronlar bir y?nde sapacak ve spini alana kar?? y?nlendirilen elektronlar di?er y?nde sapacakt?r. Fotonlar ayr?ca bir polarizasyon filtresine de g?nderilebilir. Bir fotonun spini (polarizasyonu) +1 ise filtreden ge?er, -1 ise ge?mez.

Durmak! ??te burada ka??n?lmaz olarak ?u soru ortaya ??k?yor: Ne de olsa ?l??mden ?nce elektronun belirli bir d?n?? y?n? yoktu, de?il mi? Ayn? anda t?m eyaletlerde miydi?

Kuantum mekani?inin hilesi ve hissi budur.. Bir kuantum nesnesinin durumunu ?l?medi?iniz s?rece, herhangi bir y?nde d?nebilir (kendi a??sal momentum vekt?r?n?n herhangi bir y?n?ne sahiptir - spin). Ama durumunu ?l?t???n?z anda, hangi spin vekt?r?n? alaca??na karar veriyor gibi g?r?n?yor.

Bu kuantum nesnesi ?ok haval? - durumu hakk?nda bir karar veriyor. Ve onu ?l?t???m?z manyetik alana girdi?inde ne karar verece?ini ?nceden tahmin edemeyiz. "Yukar?" veya "a?a??" bir d?nd?rme vekt?r?ne sahip olmaya karar verme olas?l??? %50 ila %50'dir. Ancak karar verir vermez, belirli bir d?n?? y?n? olan belirli bir durumda olur. Karar?n?n sebebi bizim "boyutumuz"!

Buna " denir dalga fonksiyonu ??k???". ?l??mden ?nceki dalga fonksiyonu belirsizdi, yani. elektron spin vekt?r? ayn? anda t?m y?nlerdeydi, ?l??mden sonra elektron spin vekt?r?n?n belirli bir y?n?n? sabitledi.

Dikkat! Anlamak i?in makrokozmosumuzdan m?kemmel bir ?rnek ili?kilendirme:

Masan?n ?zerinde bir top gibi bir jeton d?nd?r?n. Madeni para d?nerken, belirli bir anlam? yoktur - tura veya tura. Ancak bu de?eri "?l?meye" karar verdi?inizde ve madeni paray? elinizle ?arpt???n?zda, madeni paran?n ?zel durumunu - yaz? veya tura - elde etti?iniz yer buras?d?r. ?imdi, bu madeni paran?n size hangi de?eri "g?sterece?ine" karar verdi?ini hayal edin - tura m? yoksa tura m?? Elektron yakla??k olarak ayn? ?ekilde davran?r.

?imdi karikat?r?n sonunda g?sterilen deneyi hat?rlay?n. Fotonlar yar?klardan ge?irildi?inde bir dalga gibi davrand?lar ve ekranda bir giri?im deseni g?sterdiler. Ve bilim adamlar?, fotonlar?n yar?ktan ge?ti?i ve ekran?n arkas?na bir “g?zlemci” koydu?u an? d?zeltmek (?l?mek) istediklerinde, fotonlar dalgalar gibi de?il, par?ac?klar gibi davranmaya ba?lad?lar. Ve ekranda 2 dikey ?izgi “?izilir”. ?unlar. ?l??m veya g?zlem an?nda, kuantum nesneleri hangi durumda olmalar? gerekti?ini kendileri se?erler.

Kurgu! De?il mi?

Ama hepsi bu de?il. Sonunda biz en ilginci geldi.

Ama ... bana ?yle geliyor ki a??r? bilgi olacak, bu y?zden bu 2 kavram? ayr? g?nderilerde ele alaca??z:

• Ne ?
• D???nce deneyi nedir.

Ve ?imdi, bilgilerin raflara konulmas?n? istiyor musunuz? Kanada Teorik Fizik Enstit?s? taraf?ndan haz?rlanan bir belgeseli izleyin. 1900'de Planck'?n ke?finden ba?layarak kuantum fizi?inin t?m ke?iflerini 20 dakika i?inde size ?ok k?sa ve kronolojik bir s?rayla anlatacak. Ve sonra size ?u anda kuantum fizi?i bilgisi temelinde hangi pratik geli?melerin ger?ekle?tirildi?ini s?yleyecekler: en do?ru atomik saatlerden bir kuantum bilgisayar?n s?per h?zl? hesaplamalar?na kadar. Bu filmi izlemenizi ?iddetle tavsiye ederim.

G?r???r?z!

T?m planlar?n?z ve projeleriniz i?in hepinize ilham diliyorum!

P.S.2 Soru ve d???ncelerinizi yorumlara yaz?n. Kuantum fizi?iyle ilgili ba?ka hangi sorularla ilgileniyorsunuz?

P.S.3 Bloga abone olun - makalenin alt?ndaki abonelik formu.

Kuantum mekani?inin icad?ndan ?nce var olan klasik fizik, do?ay? s?radan (makroskopik) bir ?l?ekte tan?mlar. Klasik fizikteki teorilerin ?o?u, al???k oldu?umuz ?l?eklerde i?leyen bir yakla??kl?k olarak ??kar?labilir. Kuantum fizi?i (ayn? zamanda kuantum mekani?idir) klasik bilimden farkl?d?r, ??nk? enerji, momentum, a??sal momentum ve birle?tirilmi? bir sistemin di?er miktarlar? ayr?k de?erlerle (niceleme) s?n?rl?d?r. Nesnelerin hem par?ac?k bi?iminde hem de dalga bi?iminde (dalga par?ac?klar?n?n ikili?i) ?zel ?zellikleri vard?r. Ayr?ca bu bilimde niceliklerin ?l??lebilece?i kesinli?in s?n?rlar? vard?r (belirsizlik ilkesi).

Kuantum fizi?inin ortaya ??k???ndan sonra, kesin bilimlerde, daha ?nce tart???lmaz ger?ekler olarak kabul edilen t?m eski yasalar? yeniden g?zden ge?irmeyi ve analiz etmeyi m?mk?n k?lan bir t?r devrimin ger?ekle?ti?i s?ylenebilir. ?yi mi k?t? m?? Belki de iyidir, ??nk? ger?ek bilim asla hareketsiz kalmamal?d?r.

Bununla birlikte, "kuantum devrimi", daha ?nce inand?klar?n?n acil revizyona ihtiya? duyan bir dizi hatal? ve arkaik teori oldu?u ger?e?iyle y?zle?mek zorunda kalan eski okul fizik?iler i?in bir t?r darbe oldu. ve yeni ger?ekli?e uyum. ?o?u fizik?i, iyi bilinen bir bilim hakk?ndaki bu yeni fikirleri co?kuyla kabul ederek, onun ?al??mas?na, geli?tirilmesine ve uygulanmas?na katk?da bulundu. Bug?n kuantum fizi?i, bir b?t?n olarak t?m bilimin dinamiklerini belirliyor. ?leri deneysel projeler (B?y?k Hadron ?arp??t?r?c?s? gibi) tam da onun sayesinde ortaya ??kt?.

A??l??

Kuantum fizi?inin temelleri hakk?nda ne s?ylenebilir? Max Planck'?n 1900'deki ??z?m? ve bir?ok bilimsel problemin radyasyon sorununa yakla??m? ve 1905'te bir makalesinde enerji ve frekans aras?ndaki yaz??ma gibi klasik fizikle uzla?t?r?lamayan fenomenleri a??klamak i?in tasarlanm?? ?e?itli teorilerden yava? yava? ortaya ??kt?. Fotoelektrik etkileri a??klayan Albert Einstein. Kuantum fizi?inin ilk teorisi 1920'lerin ortalar?nda Werner Heisenberg, Max Born ve di?erleri taraf?ndan ba?tan sona revize edildi. Modern teori, ?zel olarak geli?tirilmi? ?e?itli matematiksel kavramlarda form?le edilmi?tir. Bunlardan birinde, aritmetik fonksiyon (veya dalga fonksiyonu) bize darbenin konumunun olas?l???n?n genli?i hakk?nda kapsaml? bilgi verir.

I????n dalga ?z?n?n bilimsel ?al??mas?, o zaman?n b?y?k ve tan?nm?? bilim adamlar?n?n kendi deneysel g?zlemlerine dayanarak ???k teorisini ?nerdi?i, geli?tirdi?i ve kan?tlad??? 200 y?ldan daha uzun bir s?re ?nce ba?lad?. Dalga dediler.

1803 y?l?nda, ?nl? ?ngiliz bilim adam? Thomas Young, ?nl? ?ift deneyini ger?ekle?tirdi ve bunun sonucunda, bu tan?d?k fenomenler hakk?nda modern fikirlerin ?ekillenmesinde b?y?k rol oynayan ?nl? "I??k ve Rengin Do?as? ?zerine" adl? eseri yazd?. Bu deney, bu teorinin genel kabul g?rmesinde ?nemli bir rol oynad?.

Bu t?r deneyler genellikle ?e?itli kitaplarda, ?rne?in, "Aptallar i?in Kuantum Fizi?inin Temelleri" olarak tan?mlan?r. Temel par?ac?klar?n h?zland?r?lmas?yla ilgili modern deneyler, ?rne?in B?y?k Hadron ?arp??t?r?c?s?'nda (k?saca LHC) Higgs bozonunun ara?t?r?lmas?, bir?ok tamamen teorik kuantum teorisinin pratik onay?n? bulmak i?in tam olarak ger?ekle?tirilir.

Hikaye

1838'de Michael Faraday, t?m d?nyay? memnun edecek ?ekilde katot ???nlar?n? ke?fetti. Bu sansasyonel ?al??malar?, Gustav Kirchhoff taraf?ndan yap?lan "kara cisim" (1859) olarak adland?r?lan radyasyon sorununa ili?kin a??klaman?n yan? s?ra Ludwig Boltzmann'?n herhangi bir fiziksel sistemin enerji durumlar?n?n da ayn? ?ekilde olabilece?ine dair ?nl? varsay?m? izledi. ayr?k olun (1877). ). Daha sonra Max Planck (1900) taraf?ndan geli?tirilen kuantum hipotezi ortaya ??kt?. Kuantum fizi?inin temellerinden biri olarak kabul edilir. Enerjinin ayr?k "kuanta" (veya enerji paketleri) i?inde hem yay?labilece?i hem de emilebilece?i y?n?ndeki cesur ifade, kara cisim radyasyonunun g?zlemlenebilir modelleriyle tam olarak uyumludur.

Kuantum fizi?ine b?y?k bir katk? d?nyaca ?nl? Albert Einstein taraf?ndan yap?lm??t?r. Kuantum kuramlar?ndan etkilenerek kendi kuram?n? geli?tirdi. Genel g?relilik teorisi - buna denir. Kuantum fizi?indeki ke?ifler, ?zel g?relilik teorisinin geli?imini de etkiledi. Ge?en y?zy?l?n ilk yar?s?nda bir?ok bilim adam? Einstein'?n ?nerisiyle bu bilimi incelemeye ba?lad?. O zamanlar ?n plandayd?, herkes onu severdi, herkes onunla ilgilenirdi. Hi? ??phe yok, ??nk? klasik fizik biliminde pek ?ok "delik" kapatt? (ancak yenilerini de yaratt?), zaman yolculu?u, telekinezi, telepati ve paralel d?nyalar i?in bilimsel bir gerek?e sundu.

g?zlemcinin rol?

Herhangi bir olay veya durum do?rudan g?zlemciye ba?l?d?r. Kesin bilimlerden uzak insanlara genellikle kuantum fizi?inin temelleri k?saca bu ?ekilde anlat?l?r. Ancak, ger?ekte, her ?ey ?ok daha karma??kt?r.

Bu, y?zy?llard?r insanlar?n ?evrelerindeki olaylar? etkileme yetene?i ?zerinde ?srar eden bir?ok ok?lt ve dini gelenekle m?kemmel bir uyum i?indedir. Bir ?ekilde, bu ayn? zamanda duyu d??? alg?n?n bilimsel bir a??klamas?n?n temelidir, ??nk? art?k bir ki?inin (g?zlemcinin) fiziksel olaylar? d???nce g?c?yle etkileyebildi?i iddias? sa?ma g?r?nm?yor.

G?zlenebilir bir olay veya nesnenin her bir ?zdurumu, g?zlemcinin bir ?zvekt?r?ne kar??l?k gelir. Operat?r?n (g?zlemcinin) spektrumu ayr?k ise, g?zlenen nesne yaln?zca ayr?k ?zde?erlere ula?abilir. Yani, g?zlem nesnesi ve ?zellikleri tamamen bu operat?r taraf?ndan belirlenir.

Geleneksel klasik mekanikten (veya fizikten) farkl? olarak, konum ve momentum gibi e?lenik de?i?kenlerin e?zamanl? tahminleri yap?lamaz. ?rne?in, elektronlar (belirli bir olas?l?kla) yakla??k olarak uzay?n belirli bir b?lgesinde yer alabilirler, ancak kesin matematiksel konumlar? ger?ekte bilinmemektedir.

Genellikle "bulutlar" olarak adland?r?lan sabit olas?l?k yo?unlu?unun konturlar?, bir elektronun en muhtemel oldu?u yeri kavramsalla?t?rmak i?in bir atomun ?ekirde?inin etraf?na ?izilebilir. Heisenberg Belirsizlik ?lkesi, e?lenik momentumu verilen bir par?ac???n yerini tam olarak belirleyemeyece?ini kan?tlar. Bu teorideki baz? modeller tamamen soyut hesaplamal? bir yap?ya sahiptir ve uygulanan de?eri ima etmez. Bununla birlikte, genellikle d?zeydeki karma??k etkile?imleri ve di?er ince konular? hesaplamak i?in kullan?l?rlar. Ek olarak, bu fizik dal?, bilim adamlar?n?n bir?ok d?nyan?n ger?ek varl??? olas?l???n? varsaymalar?na izin verdi. Belki yak?nda onlar? g?rebiliriz.

dalga fonksiyonlar?

Kuantum fizi?inin yasalar? ?ok hacimli ve ?e?itlidir. Dalga fonksiyonlar? fikri ile kesi?irler. Baz? ?zel olas?l?klar, do?as? gere?i sabit veya zamandan ba??ms?z bir olas?l?k da??l?m? yarat?r, ?rne?in, dura?an bir enerji durumunda, zaman dalga fonksiyonuna g?re kayboluyormu? gibi g?r?n?r. Bu, onun i?in temel olan kuantum fizi?inin etkilerinden biridir. ?lgin? olan ?u ki, zaman olgusu bu ola?and??? bilimde k?kten revize edilmi?tir.

Pert?rbasyon teorisi

Ancak kuantum fizi?inde form?ller ve teorilerle ?al??mak i?in gereken ??z?mleri geli?tirmenin birka? g?venilir yolu vard?r. Yayg?n olarak "pert?rbasyon teorisi" olarak bilinen b?yle bir y?ntem, temel bir kuantum mekanik modeli i?in analitik bir sonu? kullan?r. Daha basit bir modelle ilgili daha karma??k bir model geli?tirmek i?in deneylerden elde edilen sonu?lar? getirmek i?in olu?turuldu. ??te ?zyineleme.

Bu yakla??m, mikroskobik ger?eklikteki ?e?itli olaylar?n yorumlanmas? i?in son derece pop?ler olan kuantum kaos teorisinde ?zellikle ?nemlidir.

Kurallar ve yasalar

Kuantum mekani?inin kurallar? temeldir. Bir sistemin konu?land?rma alan?n?n kesinlikle temel oldu?unu iddia ederler (bir nokta ?arp?m? vard?r). Ba?ka bir ifade, bu sistem taraf?ndan g?zlemlenen etkilerin, ayn? zamanda, bu ortamdaki vekt?rleri etkileyen ?zel operat?rler oldu?udur. Ancak, bize ?u anda hangi Hilbert uzay?n?n veya hangi operat?rlerin var oldu?unu s?ylemezler. Bir kuantum sisteminin nicel bir tan?m?n? elde etmek i?in uygun ?ekilde se?ilebilirler.

?nem ve etki

Bu ola?and??? bilimin ortaya ??k???ndan bu yana, kuantum mekani?i ?al??mas?n?n bir?ok sezgisel olmayan y?n? ve sonu?lar?, y?ksek sesle felsefi tart??malara ve bir?ok yoruma yol a?t?. ?e?itli genlikleri ve olas?l?k da??l?mlar?n? hesaplama kurallar? gibi temel sorular bile halk?n ve ?nde gelen bir?ok bilim insan?n?n sayg?s?n? hak ediyor.

?rne?in bir g?n, bilim adamlar?ndan hi?birinin kuantum mekani?ini anlad???ndan hi? emin olmad???n? ?z?lerek belirtti. Steven Weinberg'e g?re, ?u anda kuantum mekani?inin herkese uyan tek bir yorumu yok. Bu, bilim adamlar?n?n varl???n? tam olarak anlamak ve a??klamak i?in kendilerinin yapamad?klar? bir "canavar" yaratt?klar?n? g?stermektedir. Bununla birlikte, bu, bu bilimin alaka d?zeyine ve pop?laritesine hi?bir ?ekilde zarar vermez, ancak ger?ekten karma??k ve anla??lmaz sorunlar? ??zmek isteyen gen? profesyonelleri kendine ?eker.

Buna ek olarak, kuantum mekani?i, evrenin nesnel fiziksel yasalar?n?n tam bir revizyonunu zorlad?, bu iyi haber.

Kopenhag yorumu

Bu yoruma g?re, klasik fizikten bildi?imiz standart nedensellik tan?m?na art?k ihtiya? yoktur. Kuantum teorilerine g?re, bizim i?in ola?an anlamda nedensellik hi?bir ?ekilde mevcut de?ildir. ??lerindeki t?m fiziksel fenomenler, atom alt? d?zeyde en k???k temel par?ac?klar?n etkile?imi a??s?ndan a??klan?r. Bu alan, g?r?nen imkans?zl??a ra?men, son derece umut vericidir.

kuantum psikolojisi

Kuantum fizi?i ve insan bilinci aras?ndaki ili?ki hakk?nda ne s?ylenebilir? Bu, 1990 y?l?nda Robert Anton Wilson taraf?ndan yaz?lan Kuantum Psikolojisi adl? kitab?nda ?ok g?zel bir ?ekilde yaz?lm??t?r.

Kitapta ortaya konan teoriye g?re beynimizde meydana gelen t?m s?re?ler bu makalede a??klanan yasalar taraf?ndan belirlenir. Yani bu, kuantum fizi?i teorisini psikolojiye uyarlama giri?imidir. Bu teori bilim d??? kabul edilir ve akademik topluluk taraf?ndan tan?nmaz.

Wilson'?n kitab?, i?inde bir dizi ?e?itli teknik ve uygulama sunmas? ve bir dereceye kadar hipotezini kan?tlamas? a??s?ndan dikkate de?erdir. ?yle ya da b?yle, okuyucu, matematiksel ve fiziksel modelleri be?eri bilimlere uygulamak i?in bu t?r giri?imlerin uygulanabilirli?ine inan?p inanmad???na kendisi karar vermelidir.

Baz?lar? Wilson'?n kitab?n? mistik d???nceyi hakl? ??karma ve onu bilimsel olarak kan?tlanm?? yeni bi?imlendirilmi? fiziksel form?lasyonlara ba?lama giri?imi olarak ald?. Bu son derece ?nemsiz ve ?arp?c? ?al??ma 100 y?ldan fazla bir s?redir talep g?r?yor. Kitap t?m d?nyada yay?nland?, terc?me edildi ve okundu. Kim bilir belki de kuantum mekani?inin geli?mesiyle birlikte bilim camias?n?n kuantum psikolojisine kar?? tutumu da de?i?ecektir.

??z?m

K?sa s?rede ayr? bir bilim haline gelen bu ola?an?st? teori sayesinde, ?evredeki ger?ekli?i atom alt? par?ac?klar d?zeyinde ke?fedebildik. Bu, alg?m?z i?in tamamen eri?ilemeyen, m?mk?n olan en k???k seviyedir. Fizik?ilerin daha ?nce d?nyam?z hakk?nda bildiklerinin acilen g?zden ge?irilmesi gerekiyor. Kesinlikle herkes buna kat?l?yor. Farkl? par?ac?klar?n, ancak karma??k matematiksel form?llerle ?l?ebilece?imiz, tamamen d???n?lemez mesafelerde birbirleriyle etkile?ime girebilece?i ortaya ??kt?.

Buna ek olarak, kuantum mekani?i (ve kuantum fizi?i) bir?ok paralel ger?ekli?in, zaman yolculu?unun ve tarih boyunca sadece bilim kurgu olarak kabul edilen di?er ?eylerin olas?l???n? kan?tlam??t?r. Bu ku?kusuz sadece bilime de?il, insanl???n gelece?ine de b?y?k bir katk?d?r.

D?nyan?n bilimsel resmini sevenler i?in bu bilim hem dost hem de d??man olabilir. Ger?ek ?u ki, kuantum teorisi, alternatif psikolojik teorilerden birinin ?rne?inde daha ?nce g?sterildi?i gibi, parabilimsel bir konuda ?e?itli spek?lasyonlar i?in geni? f?rsatlar sunuyor. Baz? modern ok?ltistler, ezoterik?iler ve alternatif dini ve manevi hareketlerin (?o?unlukla psikok?ltlerin) destek?ileri, mistik teorilerinin, inan?lar?n?n ve uygulamalar?n?n rasyonelli?ini ve ger?ekli?ini kan?tlamak i?in bu bilimin teorik yap?lar?na y?nelirler.

Bu, teorisyenlerin basit varsay?mlar?n?n ve soyut matematiksel form?llerin ger?ek bir bilimsel devrime yol a?t??? ve daha ?nce bilinen her ?eyi a?an yeni bir bilim yaratt??? e?i g?r?lmemi? bir durumdur. Kuantum fizi?i, Aristoteles mant???n?n yasalar?n? bir dereceye kadar ??r?tm??t?r, ??nk? "ya-ya da" se?ilirken bir (veya belki de birka?) alternatif daha oldu?unu g?stermi?tir.