Burada bu konuyla ilgili g?nlerce sohbet ettim. gecikmeli se?im kuantum silme, harika arkada??m Dr_tambowsky'nin bana temel bilgilerle ilgili sab?rl? bir a??klamas? kadar bir tart??ma de?il kuantum fizi?i. Okulda fizi?i pek iyi okumad???m ve ya?l?l???mda s?nger gibi emiyordum. A??klamalar? belki ba?kas? i?in tek bir yerde toplamaya karar verdim.

Ba?lang?? olarak ?ocuklara y?nelik m?dahale ve “g?z”e dikkat etme konulu bir ?izgi film izlemenizi tavsiye ederim. ??nk? asl?nda b?t?n mesele bu.

Daha sonra a?a??da al?nt?lad???m dr_tambowsky'nin metnini b?t?n?yle okumaya ba?layabilir veya ak?ll? ve anlay??l?ysan?z hemen okuyabilirsiniz. Ya da daha iyisi, her ikisi de.

Giri?im nedir?
Burada ger?ekten ?ok farkl? terim ve kavramlar var ve kafalar? ?ok kar???k. S?rayla gidelim. ?lk olarak, bu t?r bir m?dahale. Say?s?z giri?im ?rne?i vard?r ve bir?ok farkl? giri?im?l?er vard?r. Bu silme biliminde s?rekli olarak ?nerilen ve s?kl?kla kullan?lan (?o?unlukla basit ve kullan??l? oldu?u i?in) ?zel bir deney, opak bir ekranda birbirine paralel, yan yana kesilmi? iki yar?kt?r. ?ncelikle b?yle bir ?ift yuvaya ???k tutal?m. I??k bir dalgad?r, de?il mi? Ve ?????n giri?imini her zaman g?zlemliyoruz. Bu iki yar??a ???k tutarsak ve di?er tarafa bir ekran (veya sadece bir duvar) koyarsak, bu ikinci ekranda da iki parlak ???k noktas? yerine bir giri?im deseni g?rece?imize g?venin. "yar?klardan ge?erken" ikinci ekranda (duvarda) de?i?en parlak ve koyu ?eritlerden olu?an bir ?it olacakt?r. Bunun tamamen dalga ?zelli?i oldu?unu bir kez daha belirtelim: E?er ?ak?l ta?lar? atarsak o zaman yuvalara d??enler d?z u?maya devam edecek ve her biri kendi yuvas?n?n arkas?nda duvara ?arpacak, yani iki ba??ms?z y???n g?rece?iz. ta?lardan (tabii ki duvara yap???rlarsa ?), m?dahale olmaz.

Sonra, okulda “dalga-par?ac?k ikili?i” hakk?nda ??rettiklerini hat?rl?yor musunuz? Her ?ey ?ok k???k ve ?ok kuantum oldu?unda, nesnelerin hem par?ac?k hem de dalga oldu?unu mu s?yl?yorsunuz? Birinde ?nl? deneyler(Stern-Gerlach deneyi) ge?en y?zy?l?n 20'li y?llar?nda yukar?da anlat?lanla ayn? kurulumu kulland?lar, ancak ???k yerine elektronlarla parlad?lar. Yani elektronlar par?ac?kt?r, de?il mi? Yani, onlar? ?ak?l ta?lar? gibi ?ift yuvaya "atarsan?z" yuvalar?n arkas?ndaki duvarda ne g?rece?iz? Cevap iki ayr? nokta de?il, yine bir giri?im resmi!! Yani elektronlar da giri?imde bulunabilir.

?te yandan, ?????n tam olarak bir dalga olmad???, ayn? zamanda bir par?ac?k, yani bir foton oldu?u da ortaya ??kt?. Yani art?k o kadar ak?ll?y?z ki yukar?da anlat?lan iki deneyin ayn? ?ey oldu?unu anl?yoruz. Yar?klara (kuantum) par?ac?klar at?yoruz ve bu yar?klardaki par?ac?klar m?dahale ediyor - duvarda de?i?en ?eritler g?r?lebilir ("g?r?n?r" - fotonlar? veya elektronlar? orada nas?l kaydetti?imiz anlam?nda, asl?nda bunun i?in g?zlere gerek yok): )).

?imdi bu evrensel tabloyla donanm?? olarak, daha incelikli ?u soruyu soral?m (dikkat, ?ok ?nemli!!):
Fotonlar?m?z/elektronlar?m?z/par?ac?klar?m?z ile yar?klara ???k tuttu?umuzda di?er tarafta bir giri?im deseni g?r?yoruz. M?thi?. Peki tek bir foton/elektron/pi-mezona ne olur? [ve bundan sonra -sadece kolayl?k olsun diye- sadece fotonlar hakk?nda konu?al?m]. Sonu?ta bu se?enek m?mk?n: Her foton bir ?ak?l ta?? gibi kendi yuvas?ndan u?ar, yani ?ok kesin bir y?r?ngeye sahiptir. Bu foton sol yar?ktan u?uyor. Ve ?uradaki de sa?da. Bu ?ak?l ta?? fotonlar? belirli y?r?ngelerini takip ederek yar?klar?n arkas?ndaki duvara ula?t???nda bir ?ekilde birbirleriyle etkile?ime giriyor ve bu etkile?imin sonucunda duvar?n kendisinde bir giri?im deseni olu?uyor. ?u ana kadar deneylerimizde bu yorumla ?eli?en hi?bir ?ey olmad?; sonu?ta yar??a parlak ???k tuttu?umuzda ayn? anda ?ok say?da foton g?nderiyoruz. K?pekleri orada ne yapt?klar?n? biliyor.

Bu konuda ?nemli soru cevab?m?z var. Her seferinde bir fotonu nas?l f?rlataca??m?z? biliyoruz. Gittiler. Bekledik. Bir sonrakini att?lar. Duvara yak?ndan bak?yoruz ve bu fotonlar?n nereye geldi?ini fark ediyoruz. Tek bir foton elbette prensipte g?zlemlenebilir bir giri?im deseni olu?turamaz; o tek ba??nad?r ve onu kaydetti?imizde onu yaln?zca belirli bir yerde g?rebiliriz, ayn? anda her yerde g?remeyiz. Ancak ?ak?l ta?lar? ile benzetmeye d?nelim. Bir ?ak?l ta?? u?tu. Yuvalardan birinin arkas?ndaki duvara ?arpt? (tabii ki i?inden u?tu?u). ??te bir tane daha - yine deli?in arkas?na ?arpt?. Biz oturuyoruz. Biz say?yoruz. Bir s?re sonra ve yeterince ?ak?l ta?? att?ktan sonra bir da??l?m elde edece?iz - bir?ok ?ak?l ta??n?n bir yuvan?n arkas?ndaki duvara, bir?o?unun da di?erinin arkas?na ?arpt???n? g?rece?iz. Ve ba?ka hi?bir yerde. Ayn?s?n? fotonlar i?in de yap?yoruz; onlar? birer birer at?yoruz ve yava? yava? duvardaki her yere ka? fotonun geldi?ini say?yoruz. Yava? yava? deliriyoruz ??nk? foton etkilerinin ortaya ??kan frekans da??l?m?, kar??l?k gelen yar?klar?n alt?ndaki iki nokta bile de?il. Bu da??l?m, parlak ???kla parlad???m?zda g?rd???m?z giri?im desenini tam olarak tekrarl?yor. Ama fotonlar art?k teker teker geliyordu! Bir - bug?n. Bir sonraki yar?n. Duvarda birbirleriyle etkile?ime giremiyorlard?. Yani, kuantum mekani?ine tam uygun olarak, ayr? bir foton ayn? anda bir dalgad?r ve dalga benzeri hi?bir ?ey ona yabanc? de?ildir. Deneyimizdeki fotonun belirli bir y?r?ngesi yoktur; her bir foton ayn? anda her iki yar?ktan da ge?er ve adeta kendi kendine giri?im yapar. Sadece bir yar?k a??k b?rakarak deneyi tekrarlayabiliriz; o zaman fotonlar elbette onun arkas?nda k?melenecektir. Birinciyi kapatal?m, ikinciyi a?al?m, yine de birer birer foton atmaya devam edelim. Tabii ki ikinci a??k ?atla??n alt?nda toplan?yorlar. Her ikisini de a??n - fotonlar?n k?melenmeyi sevdi?i yerlerin sonu?taki da??l?m?, yaln?zca bir yar?k a??kken elde edilen da??l?mlar?n toplam? de?ildir. ?imdi h?l? ?atlaklar?n aras?nda s?k???p kalm?? durumdalar. Daha do?rusu, gruplama i?in en sevdikleri yerler art?k alternatif ?eritler. Bunda bir araya toplanm??lar, bir sonrakinde - hay?r, yine - evet, karanl?k, ayd?nl?k. Ah, m?dahale...

S?perpozisyon ve spin nedir?
Bu y?zden. Giri?imle ilgili her ?eyi bu ?ekilde anlad???m?z? varsayal?m. S?perpozisyon yapal?m. Kuantum mekani?iyle aran nas?l bilmiyorum, ?zg?n?m. E?er k?t?yse, o zaman ?ok fazla inanca sahip olman?z gerekir; bunu k?saca a??klamak zordur.

Ancak prensip olarak, tek bir fotonun iki yar?ktan ayn? anda u?tu?unu g?rd???m?zde zaten yak?n bir yerdeydik. Basit?e ?unu s?yleyebiliriz: Bir fotonun y?r?ngesi yoktur, bir dalgas? ve bir dalgas? vard?r. Ve fotonun ayn? anda iki y?r?nge boyunca u?tu?unu s?yleyebiliriz (kesin konu?ursak, elbette iki y?r?nge boyunca bile de?il, ayn? anda tamam? boyunca). Bu e?de?er bir ifadedir. Prensip olarak, bu yolu sonuna kadar takip edersek, Feynman'?n kuantum mekani?i form?lasyonu olan "yol integraline" ula?aca??z. Bu form?lasyon inan?lmaz derecede zarif ve bir o kadar da karma??kt?r; temelleri a??klamak ??yle dursun, pratikte kullan?m? zordur. Bu nedenle, sonuna kadar gitmeyelim, bunun yerine "ayn? anda iki y?r?nge boyunca" u?an bir foton ?zerinde meditasyon yapal?m. Klasik kavramlar anlam?nda (ve y?r?nge iyi tan?mlanm?? klasik bir kavramd?r; bir ta? kafa kafaya u?ar ya da yan taraf?ndan u?ar), foton ayn? anda farkl? hallerdedir. Bir kez daha, gidi?at tam olarak ihtiyac?m?z olan ?ey bile de?il, hedeflerimiz daha basit, sadece ger?e?i fark etmenizi ve hissetmenizi rica ediyorum.

Kuantum mekani?i bize bu durumun istisna de?il kural oldu?unu s?yl?yor. Herhangi bir kuantum par?ac??? ayn? anda “birka? durumda” olabilir (ve genellikle de ?yledir). Asl?nda bu a??klamay? ?ok ciddiye alman?za gerek yok. Bu “?oklu haller” asl?nda bizim klasik sezgilerimizdir. Kendi (d??sal ve klasik) de?erlendirmelerimizden baz?lar?na dayanarak farkl? “durumlar” tan?mlar?z. Ve bir kuantum par?ac??? kendi yasalar?na g?re ya?ar. Bir serveti var. Nokta. "S?perpozisyon" ifadesinin anlam?, bu durumun klasik d???ncelerimizden ?ok farkl? olabilece?idir. Klasik y?r?nge kavram?n? tan?t?yoruz ve onu, i?inde olmak istedi?i durumdaki bir fotona uyguluyoruz. Ve foton ?unu s?yl?yor: "Kusura bakmay?n, sizin bu y?r?ngelerinizle ilgili olarak en sevdi?im durum, ayn? anda ikisinde de var?m!" Bu, fotonun y?r?ngesinin (az ya da ?ok) belirlendi?i bir durumda olamayaca?? anlam?na gelmez. Yar?klardan birini kapatal?m - ve bir dereceye kadar fotonun ikinciden belirli bir y?r?nge boyunca u?tu?unu s?yleyebiliriz ki bunu iyi anl?yoruz. Yani prensipte b?yle bir durum mevcuttur. Her ikisini de a?al?m; foton s?perpozisyonda olmay? tercih ediyor.

Ayn? durum di?er parametreler i?in de ge?erlidir. ?rne?in, kendi a??sal momentumu veya spini. Ayn? y?r?ngede bir arada bulunabilen iki elektronu hat?rl?yor musunuz - e?er z?t d?n??lere sahiplerse? Tam olarak bu. Ve fotonun da d?n??? vard?r. Foton spininin iyi yan?, klasiklerde asl?nda bir ???k dalgas?n?n polarizasyonuna kar??l?k gelmesidir. Yani, sahip oldu?umuz her t?rl? polariz?r? ve di?er kristalleri kullanarak, e?er varsa (ve g?r?neceklerse) bireysel fotonlar?n d?n???n? (polarizasyonunu) manip?le edebiliriz.

?yleyse d?n. Elektronun bir d?n??? vard?r (y?r?ngelerin ve elektronlar?n size fotonlardan daha a?ina olmas? umuduyla, bu nedenle her ?ey ayn?d?r), ancak elektron hangi "d?nme durumunda" oldu?una kesinlikle kay?ts?zd?r. Spin bir vekt?rd?r ve “spin noktalar? yukar?” demeyi deneyebiliriz. Veya "d?n?? a?a?? bak?yor" (se?ti?imiz bir y?ne g?re). Ve elektron bize ?unu s?yl?yor: "Seni umursam?yorum, ayn? anda her iki d?n?? durumunda da her iki y?r?ngede de olabilirim." Burada yine ?ok fazla elektronun farkl? d?n?? durumlar?nda olmamas?, bir toplulukta birinin yukar?ya, di?erinin a?a??ya bakmas? ve her bir elektronun ayn? anda her iki durumda da olmas? ?ok ?nemlidir. T?pk? farkl? elektronlar?n farkl? yar?klardan ge?memesi, ancak bir elektronun (veya fotonun) her iki yar?ktan ayn? anda ge?mesi gibi. Bir elektron ?ok sorarsan?z belli bir d?n?? y?n?ne sahip bir durumda olabilir ama kendisi bunu yapmayacakt?r. Yar? niteliksel olarak durum ?u ?ekilde tan?mlanabilir: 1) iki durum vard?r, |+1> (d?nme yukar?) ve |-1> (d?nme a?a??); 2) prensip olarak bunlar elektronun var olabilece?i ko?er durumlard?r; 3) ancak, e?er ?zel bir ?aba sarf etmezseniz, elektron her iki duruma da "yay?lacak" ve durumu, |+1> + |-1> gibi bir ?ey olacakt?r; bu, elektronun belirli bir duruma sahip olmad??? bir durumdur. d?n?? y?n? (t?pk? 1+ y?r?nge y?r?ngesi 2 gibi, de?il mi?). Bu bir “durumlar?n s?perpozisyonudur”.

Dalga fonksiyonunun ??k??? hakk?nda.
?l??m?n ve “dalga fonksiyonunun ??k???n?n” ne oldu?unu anlamam?za ?ok az kald?. Dalga fonksiyonu yukar?da yazd???m?z gibidir, |+1> + |-1>. Sadece durumun bir a??klamas?. Basit olmas? a??s?ndan devletin kendisinden ve onun “??k???nden” bahsedebiliriz, bunun bir ?nemi yok. Olan ?u: Elektron o kadar belirsiz bir ruh hali i?inde kendi kendine u?uyor ki, ya yukar?dad?r, ya a?a??dad?r ya da her ikisi birdendir. Sonra korkutucu g?r?nen bir cihazla ko?uyoruz ve d?n???n y?n?n? ?l?elim. Bu ?zel durumda, bir elektronu manyetik alana koymak yeterlidir: spini alan y?n?nde olan elektronlar bir y?nde, spini alan?n kar??s?nda olan elektronlar ise di?er y?nde sapmal?d?r. Di?er tarafta oturuyoruz ve k???k ellerimizi ovu?turuyoruz; elektronun hangi y?ne sapt???n? g?r?yoruz ve d?n???n?n yukar? m? a?a?? m? oldu?unu hemen anl?yoruz. Fotonlar bir polarizasyon filtresine yerle?tirilebilir - e?er polarizasyon (spin) +1 ise foton ge?er, -1 ise ge?mez.

Ama kusura bakmay?n - sonu?ta ?l??mden ?nce elektronun belirli bir d?n?? y?n? yok muydu? B?t?n mesele bu. Kesin bir durum yoktu ama sanki iki durumdan ayn? anda "kar???kt?" ve bu durumlar?n her birinde pek ?ok y?n vard?. ?l??m s?recinde elektronu kim olmas? gerekti?ine ve nereye bakaca??na (yukar? veya a?a??) karar vermeye zorluyoruz. Yukar?da a??klanan durumda, elbette prensip olarak bu elektronun manyetik alana u?tu?unda ne gibi bir karar verece?ini ?nceden tahmin edemeyiz. %50 olas?l?kla “yukar?” karar? verebilir, ayn? olas?l?kla “a?a??” karar? da verebilir. Ancak buna karar verdi?i anda belli bir d?n?? y?n?ne sahip bir duruma gelir. Yapt???m?z “?l??m” sonucunda! Bu "??k??"t?r - ?l??mden ?nce dalga fonksiyonu (kusura bakmay?n, durum) |+1> + |-1> idi. Elektronun belirli bir y?ne sapt???n? "?l?t?k" ve g?rd?kten sonra, d?n?? y?n? belirlendi ve dalga fonksiyonu basit?e |+1> (ya da ba?ka y?ne sapm??sa |-1>) oldu. Yani devlet, bile?enlerinden birine “??km??t?r”; Art?k ikinci bile?enin "kar??t???na" dair hi?bir iz yok!

Orijinal giri?te b?y?k ?l??de bo? felsefenin oda?? buydu ve karikat?r?n sonundan ho?lanmad???m ?ey de bu. Orada sadece bir g?z ?izilmi?tir ve deneyimsiz bir izleyici, ilk olarak, s?recin belirli bir insan merkezli oldu?u yan?lsamas?na kap?labilir ("?l?meyi" ger?ekle?tirmek i?in bir g?zlemciye ihtiya? duyuldu?unu s?ylerler), ve ikinci olarak, s?recin insan merkezli olmad??? yan?lsamas?na kap?labilir. istilac?l?k (eh, biz sadece izliyoruz!). Bu konuyla ilgili g?r??lerim yukar?da ?zetlenmi?tir. ?ncelikle b?yle bir “g?zlemciye” elbette ihtiya? yok. Bir kuantum sistemini b?y?k bir sistemle temasa ge?irmek yeterlidir. klasik sistem ve her ?ey kendi kendine ger?ekle?ecek (elektronlar manyetik alana u?acak ve di?er tarafta oturup izlememize bak?lmaks?z?n kim olaca??na karar verecek). ?kinci olarak, bir kuantum par?ac???n?n m?dahalesiz klasik ?l??m? prensipte imkans?zd?r. G?z ?izmek kolay ama “bir fotona bak?p nereye gitti?ini bulmak” ne anlama geliyor? Bakmak i?in fotonlar?n g?z?n?ze ?arpmas? gerekir, tercihen ?ok fazla. Pek ?ok fotonun gelip, durumuyla ilgilendi?imiz talihsiz bir fotonun durumu hakk?nda bize her ?eyi anlatmas?n? sa?layacak ?ekilde bunu nas?l d?zenleyebiliriz? ?zerine el feneri mi tutacaks?n?z? Peki bundan sonra ondan geriye ne kalacak? Onun durumunu b?y?k ?l??de etkileyece?imiz a??k, belki o kadar ki art?k yuvalardan birine t?rmanmak istemeyecek. O kadar da ilgin? de?il. Ama sonunda ilgin? ?eylere ula?t?k.

Einstein-Podolsky-Rosen paradoksu ve tutarl? (dolan?k) foton ?iftleri hakk?nda
Art?k durumlar?n s?perpozisyonunu biliyoruz, ancak ?u ana kadar yaln?zca bir par?ac?ktan bahsettik. Tamamen basitlik i?in. Peki ya iki par?ac???m?z varsa? Bir ?ift par?ac??? tamamen kuantum durumda haz?rlayabilirsiniz, b?ylece bunlar?n genel durumu tek bir ortak dalga fonksiyonuyla tan?mlan?r. Bu elbette basit de?il; kom?u odalardaki rastgele iki foton veya kom?u test t?plerindeki elektronlar birbirlerinden habersizdir, dolay?s?yla tamamen ba??ms?z olarak tan?mlanabilirler ve tan?mlanmal?d?rlar. Bu nedenle, Mars'taki di?er elektronlarla ve hatta kom?u atomlarla hi? ilgilenmeden, ?rne?in bir hidrojen atomundaki bir proton ?zerindeki bir elektronun ba?lanma enerjisini hesaplamak m?mk?nd?r. Ancak ?zel bir ?aba g?sterirseniz ayn? anda iki par?ac??? kapsayan bir kuantum durumu yaratabilirsiniz. Par?ac?k ?iftleri ve her t?rl? kuantum silme ve bilgisayarla ilgili olarak buna "tutarl? durum" ad? verilecektir; buna ayn? zamanda dolan?k durum da denir.

Devam edelim. Diyelim ki iki par?ac?kl? sistemimizin toplam d?n???n?n s?f?r oldu?unu (bu tutarl? durumu haz?rlama s?recinin getirdi?i k?s?tlamalar nedeniyle) bilebiliriz. Sorun de?il, s-orbitalindeki iki elektronun spinlerinin antiparalel olmas? gerekti?ini yani toplam spinin s?f?r oldu?unu biliyoruz ve bu bizi hi? korkutmuyor de?il mi? Bilmedi?imiz ?ey ise belirli bir par?ac???n spininin nereye i?aret etti?idir. Sadece nereye bakarsa baks?n ikinci d?n???n di?er y?ne bakmas? gerekti?ini biliyoruz. Yani, e?er iki par?ac???m?z? (A) ve (B) belirtirsek, o zaman durum prensipte ?u ?ekilde olabilir: |+1(A), -1(B)> (A yukar?ya bakar, B a?a??ya bakar) ). Bu izin verilen bir durumdur ve uygulanan k?s?tlamalar? ihlal etmez. Di?er bir olas?l?k ise |-1(A), +1(B)> (tam tersi, A a?a??, B yukar?). Ayr?ca olas? bir durum. Bu size h?l? biraz ?nce tek bir elektronun d?n???yle ilgili yazd???m?z durumlar? hat?rlatm?yor mu? ??nk? iki par?ac?ktan olu?an sistemimiz, kuantum ve tutarl? olmas?na ra?men |+1(A); durumlar?n?n s?perpozisyonunda olabilir (ve olacakt?r); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. Yani her iki olas?l?k da ayn? anda uygulan?r. Bir fotonun her iki y?r?ngesi veya bir elektronun d?n???n?n her iki y?n? gibi.

B?yle bir sistemi ?l?mek, tek bir fotonu ?l?mekten ?ok daha heyecan verici. Asl?nda sadece bir A par?ac???n?n spinini ?l?t???m?z? varsayal?m. ?l??m?n bir kuantum par?ac??? i?in ?iddetli stres oldu?unu, ?l??m i?lemi s?ras?nda durumunun b?y?k ?l??de de?i?ece?ini, ??kme meydana gelece?ini zaten anlam??t?k... Bu do?ru, ancak bu durumda A'ya s?k? bir ?ekilde ba?l? olan ikinci B par?ac??? da vard?r, ortak bir dalga fonksiyonuna sahiptirler! A spininin y?n?n? ?l?t???m?z? ve bunun +1 oldu?unu g?rd???m?z? varsayal?m. Ancak A'n?n |+1>'e ??kmesini sa?layacak kendi dalga fonksiyonu (ya da ba?ka bir deyi?le kendi ba??ms?z durumu) yoktur. A'n?n sahip oldu?u tek ?ey, yukar?da yaz?lan B ile "dola??k" durumdur. A ?l??m? +1 veriyorsa ve A ile B'nin spinlerinin antiparalel oldu?unu biliyorsak, B'nin spininin a?a?? (-1) d?n?k oldu?unu biliyoruz. ?iftin dalga fonksiyonu m?mk?n oldu?u kadar ??ker veya yaln?zca |+1(A); -1(B)>. Yaz?l? dalga fonksiyonu bize ba?ka bir olas?l?k sunmamaktad?r.

Hen?z bir ?ey yok mu? Bir d???n?n, tam d?n?? korunuyor mu? ?imdi b?yle bir A, B ?ifti olu?turdu?umuzu ve bu iki par?ac???n tutarl? kalarak farkl? y?nlere do?ru u?mas?na izin verdi?imizi hayal edin. Bir (A) Merk?r'e u?tu. Ve di?eri (B), ?rne?in J?piter'e. Tam o anda Merk?r'de olduk ve A d?n???n?n y?n?n? ?l?t?k. Ne oldu? Tam o anda B spininin y?n?n? ??rendik ve B'nin dalga fonksiyonunu de?i?tirdik! L?tfen bunun klasiklerdekiyle ayn? olmad???n? unutmay?n. U?an iki ta??n kendi eksenleri etraf?nda d?nmesini sa?lay?n ve bize z?t y?nlerde d?nd?klerinden emin olun. Bunlardan birinin Merk?r'e ula?t???nda d?n?? y?n?n? ?l?ersek, ikincinin d?n?? y?n?n? de bilece?iz, o zamana kadar nerede olursa olsun, J?piter'de bile. Ancak bu ta?lar ?l??mlerimizden ?nce daima belirli bir y?nde d?n?yordu. Ve e?er birisi J?piter'e do?ru u?an bir kayay? ?l?erse, o zaman Merk?r'de bir ?eyi ?l?sek de ?l?mesek de ayn? ve olduk?a kesin cevab? alacakt?r. Bizim fotonlar?m?zda ise durum tamamen farkl?d?r. ?l??mden ?nce hi?birinin belirli bir d?n?? y?n? yoktu. Birisi bizim kat?l?m?m?z olmadan Mars b?lgesinde bir yerde B d?n???n?n y?n?n? ?l?meye karar verseydi ne elde ederdi? Do?ru, %50 olas?l?kla +1, %50 olas?l?kla -1 g?recektir. Bu B'nin durumu, s?perpozisyondur. E?er bu ki?i, biz A d?n???n? ?l?t?kten hemen sonra B d?n???n? ?l?meye karar verirse, +1'i g?r?r ve *t?m* dalga fonksiyonunun ??kmesine neden olur,
o zaman ?l??m sonucunda %100 olas?l?kla yaln?zca -1 alacakt?r! Ancak ?l??m yapt???m?z anda, A nihayet kim olmas? gerekti?ine karar verdi ve d?n???n y?n?n? "se?ti" - ve bu se?im *t?m* dalga fonksiyonunu ve o anda zaten Tanr?'n?n bildi?i B'nin durumunu an?nda etkiledi. Neresi.

Bu soruna "kuantum mekani?inin mekans?zl???" denir. Einstein-Podolsky-Rosen paradoksu (EPR paradoksu) olarak da bilinir ve genel olarak silme s?ras?nda ya?ananlar bununla ba?lant?l?d?r. Belki bir ?eyleri yanl?? anl?yorumdur elbette, ama benim zevkime g?re silme ilgin? ??nk? bu tam da yerelsizli?in deneysel bir g?sterimi.

Basitle?tirilmi? olarak, silmeyle ilgili bir deney ?una benzeyebilir: Tutarl? (dolan?k) foton ?iftleri yarat?r?z. Birer birer: bir ?ift, sonra bir sonraki, vb. Her ?iftte bir foton (A) bir y?nde, di?eri (B) di?er y?nde u?ar. Her ?ey biraz daha yukar?da tart??t???m?z gibi. Foton B'nin yoluna ?ift yar?k yerle?tiriyoruz ve duvardaki bu yar???n arkas?nda ne g?r?nd???n? g?r?yoruz. Bir giri?im deseni ortaya ??k?yor, ??nk? bildi?imiz gibi her bir foton B, her iki yar?ktan ayn? anda her iki y?r?nge boyunca u?uyor (bu hikayeye ba?lad???m?z giri?imi h?l? hat?rl?yoruz, de?il mi?). B'nin hala A ile tutarl? bir ?ekilde ba?lant?l? olmas? ve A ile ortak bir dalga fonksiyonuna sahip olmas? onun i?in olduk?a mordur. Deneyi daha da karma??k hale getirelim: Bir yuvay? yaln?zca spini +1 olan fotonlar?n ge?mesine izin veren bir filtreyle kaplay?n. ?kincisini yaln?zca spinli (polarizasyon) -1 fotonlar? ileten bir filtreyle kapat?yoruz. Giri?im deseninden keyif almaya devam ediyoruz ??nk? genel durum A, B ?iftleri(|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, hat?rlad???m?z gibi), her iki spini de i?eren B durumlar? vard?r. Yani, "B k?sm?" bir filtreden/yuvadan ge?ebilir ve di?er k?sm? da di?erinden ge?ebilir. Daha ?nce oldu?u gibi, bir "par?a" bir y?r?nge boyunca u?tu, di?eri ba?ka bir y?r?nge boyunca u?tu (bu elbette bir mecazd?r, ancak ger?ek hala bir ger?ektir).

Son olarak doruk noktas?: Merk?r'de bir yere veya biraz daha yak?na, optik tablonun di?er ucuna, A fotonlar?n?n yoluna bir polarizasyon filtresi ve filtrenin arkas?na bir detekt?r yerle?tiriyoruz. Bu yeni filtrenin yaln?zca +1 spinli fotonlar?n ge?i?ine izin verdi?ini a??k?a belirtelim. Dedekt?r her tetiklendi?inde, spin +1 olan foton A'n?n ge?ti?ini biliyoruz (spin -1 ge?meyecektir). Ancak bu, t?m ?iftin dalga fonksiyonunun ??kt??? ve fotonumuzun "karde?i" olan foton B'nin ?u anda yaln?zca bir olas? duruma -1 sahip oldu?u anlam?na gelir. T?m. Foton B'nin art?k ge?ece?i "hi?bir ?ey" yok; yaln?zca +1 polarizasyonun ge?mesine izin veren bir filtreyle kapl? bir yuva. O bile?en kalmad?. Bu foton B'yi "tan?mak" ?ok basittir. Birer birer ?iftler olu?turuyoruz. A fotonunun bir filtreden ge?ti?ini tespit etti?imizde geldi?i zaman? kaydederiz. Mesela bir bu?uk. Bu, “karde?i” B'nin de bir bu?ukta duvara u?aca?? anlam?na geliyor. Ya da 1:36'da, e?er biraz daha uza?a u?arsa ve dolay?s?yla daha uzun s?re u?arsa. Orada da s?releri kaydediyoruz, yani kimin kim oldu?unu, kimin kiminle akraba oldu?unu kar??la?t?rabiliyoruz.

Yani ?imdi duvarda hangi resmin ortaya ??kt???na bakarsak herhangi bir m?dahale tespit etmeyece?iz. Her ?iftten gelen Foton B ya bir yar?ktan ya da di?erinden ge?er. Duvarda iki nokta var. ?imdi filtreyi foton A'n?n yolundan kald?r?yoruz. Giri?im deseni geri y?kleniyor.

...ve son olarak gecikmi? se?im hakk?nda
Foton A'n?n filtresine/dedekt?r?ne ula?mas?, foton B'nin yar?klara ula?mas?ndan daha uzun s?rd???nde durum tamamen peri?an hale gelir. B'nin zaten duvara ula?mas? ve bir giri?im deseni yaratmas? gerekti?inden ?l??m? yapar?z (ve A'y? ??zmeye ve dalga fonksiyonunu ??kmeye zorlar?z). Ancak A'y? "olmas? gerekenden daha ge?" bile olsa ?l?erken, B fotonlar?n?n giri?im deseni hala kayboluyor. A filtresini kald?r?yoruz - geri y?kleniyor. Bu zaten gecikmi? bir silme i?lemidir. Neyle yediklerini pek iyi anlad???m? s?yleyemem.

De?i?iklikler ve a??klamalar.
?ki dolan?k fotonlu bir cihaz yapana kadar, ka??n?lmaz basitle?tirmelere tabi olarak her ?ey do?ruydu. ?lk olarak foton B giri?ime maruz kal?r. Filtrelerle ?al??m?yor gibi g?r?n?yor. Polarizasyonu do?rusaldan dairesele de?i?tiren plakalarla kaplaman?z gerekir. Bunu a??klamak zaten daha zor ? Ama as?l mesele bu de?il. ?nemli olan, yar?klar? farkl? filtrelerle kapatt???m?zda parazitin ortadan kalkmas?d?r. Foton A'y? ?l?t???m?z anda de?il, hemen. ??in zor yan?, plaka filtreleri takarak foton B'yi "etiketlemi?" olmam?zd?r. Ba?ka bir deyi?le, foton B, tam olarak hangi y?r?ngede u?tuklar?n? bulmam?z? sa?layan ek bilgiler ta??r. *E?er* A fotonunu ?l?ersek, B'nin tam olarak hangi y?r?ngede u?tu?unu bulabiliriz, bu da B'nin giri?imle kar??la?mayaca?? anlam?na gelir. Buradaki incelik, A'y? fiziksel olarak "?l?menin" gerekli olmamas?d?r! Ge?en sefer fena halde yan?ld???m yer buras?yd?. Parazitin ortadan kalkmas? i?in A'y? ?l?meye gerek yoktur. E?er foton B'nin hangi y?r?ngeleri izledi?ini ?l?mek ve bulmak m?mk?nse, bu durumda hi?bir giri?im olmayacakt?r.

Asl?nda bu hala ya?anabiliyor. Orada, a?a??daki ba?lant?da insanlar bir ?ekilde ?aresizce ellerini silkiyorlar ama bana g?re (belki yine yan?l?yorumdur? ?) a??klamas? ?u: yuvalara filtreler koyarak sistemi zaten b?y?k ?l??de de?i?tirdik. Fotonun ge?ti?i veya son anda el sallad??? kutupla?may? veya y?r?ngeyi ger?ekten kaydedip kaydetmedi?imiz ?nemli de?il. Her ?eyi ?l??m i?in “haz?rlam?? olmam?z” ve halihaz?rda devletleri etkilememiz ?nemli. Bu nedenle, fiili olarak “?l?meye” (bir termometre getiren ve sonucu bir g?nl??e kaydeden bilin?li bir insans? g?zlemci anlam?nda) gerek yoktur. Her ?ey bir anlamda (sistem ?zerindeki etki anlam?nda) zaten “?l??ld?”. ?fade genellikle ?u ?ekilde form?le edilir: "*e?er* foton A'n?n polarizasyonunu ?l?ersek, o zaman foton B'nin polarizasyonunu ve dolay?s?yla onun y?r?ngesini bilece?iz ve foton B belirli bir y?r?nge boyunca u?tu?u i?in o zaman hi?bir parazit yapmak; foton A'y? ?l?memize bile gerek yok; bu ?l??m?n m?mk?n olmas? yeterli; foton B ?l??lebilece?ini biliyor ve m?dahale etmeyi reddediyor." Bunda baz? gizemler var. Evet, reddediyor. ??nk? sistem bu ?ekilde haz?rlanm??t?. Sistem, fotonun iki y?r?ngeden hangisinin u?tu?unu belirlemek i?in ek bilgiye sahipse (bir yol varsa), o zaman hi?bir giri?im olmayacakt?r.

Size her ?eyi fotonun tek bir delikten ge?mesini sa?layacak ?ekilde ayarlad???m? s?ylersem, hi?bir giri?im olmayaca??n? hemen anlayacaks?n?z. Ko?up kontrol edebilir (“?l?ebilir”) ve do?ruyu s?yledi?imden emin olabilirsiniz ya da buna bu ?ekilde inanabilirsiniz. Yalan s?ylemediysem, acele etseniz de kontrol etmeseniz de m?dahale olmaz :) Buna g?re “?l??lebilir” ifadesi asl?nda “sistem ?yle ?zel haz?rlanm?? ki.. .”. Haz?rlanm?? ve haz?rlanm??, yani burada hen?z bir ??kme s?z konusu de?il. “Etiketlenmi?” fotonlar var ve giri?im yok.

Sonra - asl?nda t?m bunlara neden silme deniyor - bize ?unu s?yl?yorlar: Sistem ?zerinde bu i?aretleri foton B'den "silecek" ?ekilde hareket edelim - o zaman tekrar m?dahale etmeye ba?layacaklar. Hatal? bir modelde de olsa daha ?nce yakla?t???m?z ilgin? bir nokta, foton B'ye dokunulmadan ve plakalar?n yuvalarda b?rak?labilmesidir. Foton A'y? ?ekebilirsiniz ve t?pk? ??kme s?ras?nda oldu?u gibi, durumundaki bir de?i?iklik sistemin toplam dalga fonksiyonunda (yerel olmayan) bir de?i?ikli?e neden olacakt?r, b?ylece foton B'nin hangi yar?ktan ge?ti?ini belirlemeye art?k yeterli bilgiye sahip olmayaca??z. Yani, foton A'n?n yoluna bir polariz?r yerle?tiririz - foton B'nin giri?imi geri y?klenir. Gecikmeli durumda her ?ey ayn?d?r; bunu, foton A'n?n polariz?re u?mas?n?n, B'nin yar?klara ula?mas?ndan daha uzun s?rmesini sa?layacak ?ekilde yap?yoruz. Ve yine de, e?er A'n?n yolunda bir polariz?r varsa, o zaman B m?dahale eder (her ne kadar A polariz?re ula?madan "?nce" olsa da)!

Beslemek. Yapabilirsiniz veya kendi sitenizden.

• ?eviri

Oxford ?niversitesi'nden fizik?i Owen Maroney'e g?re kuantum teorisinin ortaya ??kt??? 1900'lerden bu yana herkes teorinin tuhafl???ndan bahsediyor. Par?ac?klar?n ve atomlar?n ayn? anda birden fazla 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. "E?er bunu halka anlat?rsak kuantum teorisi Maroney, ?ok tuhaf, bu ifadeyi deneysel olarak test etmemiz gerekti?ini s?yl?yor. "Aksi takdirde bilim yapm?yoruz, tahtadaki her t?rl? dalgal? ?izgiden bahsediyoruz."

Bu, Maroney ve meslekta?lar?na, dalga fonksiyonunun ?z?n?, yani kuantum tuhafl?klar?n?n alt?nda yatan gizemli varl??? ortaya ??karmak i?in yeni bir dizi deney geli?tirme fikrini veren ?eydi. Ka??t ?zerinde dalga fonksiyonu, psi (PS) harfi (bu dalgal? ?izgilerden biri) ile g?sterilen basit bir matematiksel nesnedir 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 konumda bir elektron g?rme olas?l???n? veya d?n???n?n yukar? veya a?a?? y?nl? olma olas?l???n? hesaplamas?na olanak tan?r. Ancak matematik size bir dalga fonksiyonunun ger?ekte ne oldu?unu s?ylemez. Fiziksel bir ?ey mi? Yoksa g?zlemcinin ger?ek d?nyaya ili?kin bilgisizli?iyle ba?a ??kmak i?in sadece hesaplamal? bir ara? m??

Bu soruyu cevaplamak i?in kullan?lan testler ?ok incelikli ve hen?z kesin bir cevap ?retmi? de?il. Ancak ara?t?rmac?lar sonun yakla?t??? konusunda iyimser. Ve onlarca y?ld?r herkese eziyet eden sorular? nihayet cevaplayabilecekler. Bir par?ac?k ger?ekten ayn? anda bir?ok yerde olabilir mi? Evren s?rekli olarak her birinde bizimkinin var oldu?u paralel d?nyalara m? b?l?nm?? durumda? alternatif versiyon? “Nesnel ger?eklik” diye bir ?ey ger?ekten var m??

Queensland ?niversitesi'nden (Avustralya) fizik?i Alessandro Fedricci, "Herkesin er ya da ge? bu t?r sorular? olacakt?r" diyor. “Asl?nda ger?ek olan ne?”

Ger?ekli?in ?z?ne ili?kin tart??malar, fizik?ilerin dalga ve par?ac???n ayn? madalyonun iki y?z? oldu?unu ke?fetmesiyle ba?lad?. Klasik ?rnek– bireysel elektronlar?n iki yar?k bulunan bir bariyere f?rlat?ld??? ?ift yar?k deneyi: elektron sanki ayn? anda iki yar?ktan ge?iyormu? gibi davranarak di?er taraf?nda ?izgili bir giri?im deseni olu?turur. 1926 y?l?nda Avusturyal? fizik?i Erwin Schr?dinger bu davran??? a??klamak i?in bir dalga fonksiyonu ortaya att? ve her durum i?in hesaplanabilecek bir denklem t?retti. Ancak ne kendisi ne de bir ba?kas? bu fonksiyonun mahiyeti hakk?nda bir ?ey s?yleyemedi.

Cehaletteki L?tuf

?LE pratik nokta Bak?? a??s?ndan do?as? ?nemli de?ildir. 1920'lerde Niels Bohr ve Werner Heisenberg taraf?ndan olu?turulan kuantum teorisinin Kopenhag yorumu, dalga fonksiyonunu ger?ekte ne oldu?unu d???nmeye gerek kalmadan g?zlemlerin sonu?lar?n? tahmin etmek i?in bir ara? olarak kullan?r. "Fizik?iler bu 'kapa ?eneni ve say' davran???ndan dolay? su?lanamaz ??nk? bu n?kleer ve atom fizi?i, fizik alan?nda ?nemli at?l?mlara yol a?m??t?r. sa?lam ve fizik temel par?ac?klar"diyor Bel?ika'daki Katolik ?niversitesi'nde istatistiksel fizik uzman? Jean Bricmont. "Bu y?zden insanlara temel konular hakk?nda endi?elenmemeleri tavsiye ediliyor."

Ancak baz?lar? h?l? endi?eli. 1930'lara gelindi?inde Einstein, Kopenhag yorumunu reddetmi?ti; ?zellikle de iki par?ac???n dalga fonksiyonlar?n? dola?t?rmas?na izin vermesi ve bu yorumun, aralar?nda ?ok b?y?k mesafeler olsa bile birinin ?l??mlerinin an?nda di?erinin durumunu verebilece?i bir duruma yol a?mas? nedeniyle. mesafeler. Einstein, bu "uzaktan korkutucu etkile?im"le y?zle?memek i?in par?ac?klar?n dalga fonksiyonlar?n?n eksik oldu?una inanmay? tercih etti. Par?ac?klar?n, bir ?l??m?n sonucunu belirleyen, kuantum teorisinin fark etmedi?i baz? gizli de?i?kenlere sahip olmas?n?n m?mk?n oldu?unu s?yledi.

O zamandan bu yana yap?lan deneyler, gizli de?i?kenler kavram?n? reddeden, uzaktan korku dolu etkile?imin i?levselli?ini g?sterdi. ancak bu, di?er fizik?ilerin bunlar? kendi y?ntemleriyle yorumlamalar?na engel olmad?. Bu yorumlar iki kampa ayr?l?r. Baz?lar? dalga fonksiyonunun bilgisizli?imizi yans?tt??? konusunda Einstein'la ayn? fikirde. Bunlar filozoflar?n psi-epistemik modeller dedi?i ?eylerdir. Baz?lar? ise dalga fonksiyonunu ger?ek bir ?ey, yani psi-ontik modeller olarak g?r?yor.

Fark? anlamak i?in Schr?dinger'in 1935'te Einstein'a yazd??? bir mektupta anlatt??? d???nce deneyini hayal edelim. Kedi ?elik bir kutunun i?inde. Kutuda ?rnek bulunur radyoaktif malzeme 1 saat i?erisinde %50 oran?nda ??r?k ?r?n yayma ?ans?na sahip olan ve bu ?r?n?n tespit edilmesi halinde kediyi zehirleyen bir cihaz. Schr?dinger, radyoaktif bozunma kuantum d?zeyinde bir olay oldu?undan, kuantum teorisinin kurallar?n?n, saatin sonunda kutunun i?indeki dalga fonksiyonunun ?l? ve canl? bir kedinin kar???m? olmas? gerekti?ini s?yledi?ini yaz?yor.

Federicci bunu yumu?ak bir dille ifade ediyor: "Kabaca konu?ursak, psi-epistemik modelde, kutudaki kedi ya canl? ya da ?l?d?r ve biz bunu bilmiyoruz ??nk? kutu kapal?d?r." Psiyonik modellerin ?o?unda Kopenhag yorumuyla bir uyum vard?r: G?zlemci kutuyu a?ana kadar kedi ayn? anda hem canl? hem de ?l? olacakt?r.

Ancak burada anla?mazl?k ??kmaza giriyor. Hangi yorum do?rudur? Bu soruyu deneysel olarak cevaplamak zordur ??nk? modeller aras?ndaki farklar ?ok incedir. Asl?nda bunlar?n ?ok ba?ar?l? Kopenhag yorumuyla ayn? kuantum olgusunu tahmin etmeleri gerekiyor. Queensland ?niversitesi'nden fizik?i Andrew White, kuantum teknolojisindeki 20 y?ll?k kariyeri boyunca "bu problem, yakla?amayaca??n?z hi?bir ??k?nt?s? olmayan devasa, p?r?zs?z bir da? gibiydi" diyor.

2011 y?l?nda “dalga fonksiyonu bilgisizli?i” 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 onlara manevra i?in yeterli alan b?rakt??? ortaya ??kt?. Ancak fizik?ilere, dalga fonksiyonunun ger?ekli?ini test ederek bu anla?mazl??? ??zmenin yollar? hakk?nda ciddi ?ekilde d???nme konusunda ilham verdi. Maroney zaten prensipte i?e yarayan bir deney tasarlam??t? ve o ve meslekta?lar? ?ok ge?meden bunu pratikte i?e yarayacak bir yol buldular. Deney ge?en y?l Fedrici, White ve di?erleri taraf?ndan ger?ekle?tirildi.

Testin fikrini anlamak i?in iki deste kart hayal edin. Birinde sadece k?rm?z?lar, di?erinde ise sadece aslar var. Ayn? ?niversiteden fizik?i Martin Ringbauer, "Size bir kart veriliyor ve bu kart?n hangi desteden geldi?ini belirlemeniz isteniyor" diyor. E?er k?rm?z? as ise, "bir ge?i? olacak ve bundan emin olamazs?n?z." Ancak her destede ka? kart oldu?unu biliyorsan?z, bu belirsiz durumun ne s?kl?kta ortaya ??kaca??n? hesaplayabilirsiniz.

Fizik tehlikede

Ayn? belirsizlik kuantum sistemlerinde de ya?an?yor. ?rne?in bir fotonun ne kadar polarize oldu?unu tek bir ?l??mle bulmak her zaman m?mk?n de?ildir. White, "Ger?ek hayatta bat? ile bat?n?n hemen g?neyindeki y?n aras?nda ayr?m yapmak kolayd?r, ancak kuantum sistemlerinde bu o kadar kolay de?ildir" diyor. Standart Kopenhag yorumuna g?re, sorunun bir cevab? olmad??? i?in kutupla?ma hakk?nda soru sorman?n bir anlam? yok - ta ki bir ?l??m daha cevab? tam olarak belirleyene kadar. Ancak cehalet olarak dalga fonksiyonu modeline g?re soru mant?kl?d?r; sadece deney, t?pk? kart desteleri gibi, bilgiden yoksundur. Haritalarda oldu?u gibi, ne kadar belirsiz durumun bu cehaletle a??klanabilece?ini tahmin etmek ve bunlarla kar??la?t?rmak m?mk?nd?r. ?ok say?da Standart teori taraf?ndan ??z?len belirsiz durumlar.

Bu tam olarak Fedrici ve ekibinin test etti?i ?eydi. Ekip, foton ???n?ndaki polarizasyonu ve di?er ?zellikleri ?l?t? ve "cehalet" modelleriyle a??klanamayan kesi?me seviyelerini buldu. Sonu? alternatif bir teoriyi destekliyor; e?er nesnel ger?eklik varsa, o zaman dalga fonksiyonu da vard?r. "Ekibin bu sorunu ??zebilmesi etkileyici zor g?rev ne kadar basit bir deney” diyor Bonn ?niversitesi'nden (Almanya) fizik?i Andrea Alberti.

Sonu? hen?z kesinle?mi? de?il: Dedekt?rler testte kullan?lan fotonlar?n yaln?zca be?te birini yakalayabildi?inden, kay?p fotonlar?n da ayn? ?ekilde davrand???n? varsaymam?z gerekiyor. Bu g??l? bir varsay?m ve ekip ?u anda kay?plar? azaltmak ve daha kesin bir sonu? elde etmek i?in ?al???yor. Bu arada Maroney'nin Oxford'daki ekibi, deneyi takip edilmesi daha kolay iyonlarla tekrarlamak i?in Avustralya'daki New South Wales ?niversitesi ile birlikte ?al???yor. Maroney, "?n?m?zdeki alt? ay i?inde bu deneyin nihai versiyonunu elde edece?iz" diyor.

Ancak ba?ar?l? olsalar ve “ger?eklik olarak dalga fonksiyonu” modelleri kazansa bile, o zaman bu modeller de var. farkl? se?enekler. Deneycilerin bunlardan birini se?mesi gerekecek.

?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 bunlar, dalga fonksiyonu olarak tan?mlanan belirli bir "pilot dalga" taraf?ndan y?nlendirilirler. Bu, iki yar?k deneyini a??kl?yor; ??nk? pilot dalga her iki yar?ktan da ge?ebilir ve bir giri?im deseni olu?turabilir, ancak onun taraf?ndan ?ekilen elektronun kendisi iki yar?ktan yaln?zca birinden ge?ebilir.

2005 y?l?nda bu model beklenmedik bir destek ald?. ?u anda Paris'teki Langevin Enstit?s?'nde bulunan fizik?i Emmanuel Fort ve Paris Diderot ?niversitesi'nden Yves Caudier, ??rencilere basit oldu?unu d???nd?kleri bir problem verdiler: Bir tepsiye d??en ya? damlac?klar?n?n, tepsinin titre?imleri nedeniyle birle?ece?i bir deney d?zenlediler. tepsi. Herkesi ?a??rtacak ?ekilde, tepsi belirli bir frekansta titre?ti?inden damlac?klar?n etraf?nda dalgalar olu?maya ba?lad?. Fort, "Damlac?klar kendi dalgalar? ?zerinde ba??ms?z olarak hareket etmeye ba?lad?" diyor. "Bu ikili bir nesneydi; bir dalga taraf?ndan ?ekilen bir par?ac?k."

Forth ve Caudier o zamandan beri bu t?r dalgalar?n ?ift yar?k deneyinde par?ac?klar?n? tam olarak pilot dalga teorisinin ?ng?rd??? gibi iletebildi?ini ve di?er kuantum etkilerini yeniden ?retebildi?ini g?sterdi. Ancak bu, kuantum d?nyas?nda pilot dalgalar?n varl???n? kan?tlamaz. Fort, "Bize bu t?r etkilerin klasik fizikte 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? model seti, b?y?k ve k???k nesneler aras?ndaki ?zelliklerdeki b?y?k farkl?l?klar? a??klamaya ?al???yor. Trieste ?niversitesi'nden (?talya) fizik?i Angelo Basi, "Neden elektronlar ve atomlar ayn? anda iki yerde olabiliyor da masalar, sandalyeler, insanlar ve kediler yapam?yor" diyor. "??k?? modelleri" olarak bilinen bu teoriler, tek tek par?ac?klar?n dalga fonksiyonlar?n?n ger?ek oldu?unu ancak kuantum ?zelliklerini kaybedebilece?ini ve par?ac??? uzayda belirli bir konuma zorlayabilece?ini s?yl?yor. Modeller, tek bir par?ac?k i?in b?yle bir ??kme olas?l???n?n son derece k???k olaca?? ve b?ylece atom d?zeyinde kuantum etkilerinin hakim olaca?? ?ekilde tasarlanm??t?r. Ancak par?ac?klar birle?tik?e ??kme olas?l??? h?zla artar ve makroskobik nesneler kuantum ?zelliklerini tamamen kaybederek klasik fizik yasalar?na g?re davran?r.

Bunu test etmenin bir yolu b?y?k nesnelerdeki kuantum etkilerini aramakt?r. E?er standart kuantum teorisi do?ruysa, o zaman boyutta bir s?n?r yoktur. Ve fizik?iler zaten b?y?k molek?lleri kullanarak bir ?ift yar?k deneyi ger?ekle?tirdiler. Ancak ??kme modelleri do?ruysa belirli bir k?tlenin ?zerinde kuantum etkileri g?r?lmeyecektir. Farkl? gruplar bu k?tleyi so?uk atomlar, molek?ller, metal k?meleri ve nanopartik?ller kullanarak aramay? planl?yor. ?n?m?zdeki on y?l i?inde sonu?lar? ke?fetmeyi umuyorlar. Maroney, "Bu deneylerin g?zel taraf?, kuantum teorisini daha ?nce test edilmedi?i yerlerde s?k? testlere tabi tutacak olmam?zd?r" diyor.

Paralel d?nyalar

Bir "ger?eklik olarak dalga fonksiyonu" modeli, bilim kurgu yazarlar? taraf?ndan zaten bilinmekte ve sevilmektedir. Bu, o zamanlar New Jersey'deki Princeton ?niversitesi'nde ??renci olan Hugh Everett taraf?ndan 1950'lerde geli?tirilen bir?ok d?nyalar yorumudur. Bu modelde dalga fonksiyonu ger?ekli?in geli?imini o kadar g??l? bir ?ekilde belirliyor ki, her kuantum ?l??m?nde Evren paralel d?nyalara ayr?l?yor. Ba?ka bir deyi?le, kedili bir kutuyu a?t???m?zda, biri ?l? kedili, di?eri canl? olan iki Evren do?ururuz.

Bu yorumu standart kuantum teorisinden ay?rmak zordur ??nk? tahminleri ayn?d?r. Ancak ge?en y?l Brisbane'deki Griffith ?niversitesi'nden Howard Wiseman ve meslekta?lar? ?oklu evrenin test edilebilir bir modelini ?nerdiler. Modellerinde dalga fonksiyonu yoktur; par?ac?klar klasik fizi?e, Newton yasalar?na uyarlar. Ve kuantum d?nyas?n?n garip etkileri, paralel evrenlerdeki par?ac?klar ve onlar?n klonlar? aras?nda itici g??ler oldu?u i?in ortaya ??k?yor. Wiseman, "Aralar?ndaki itici g??, paralel d?nyalara yay?lan dalgalar yarat?yor" diyor.

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

Bu modelde dalga fonksiyonuna ihtiya? duyulmad???ndan, gelecekteki deneyler "cehalet" modellerini d??lasa bile, bu model ge?erli kalacakt?r. Bunun yan? s?ra, ba?ka modeller de varl???n? s?rd?recek; ?rne?in Kopenhag yorumu, hi?bir ?eyin olmad???n? iddia ediyor. nesnel ger?eklik, ancak yaln?zca hesaplamalar var.

Ancak daha sonra White, bu sorunun ?al??man?n nesnesi haline gelece?ini s?yl?yor. 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? test edecek bir test geli?tirmek olurdu."

?nsanlar "kuantum fizi?i" kelimelerini duyduklar?nda genellikle omuz silkiyorlar: "Bu son derece karma??k bir ?ey." Bu arada bu kesinlikle do?ru de?il ve “kuantum” kelimesinde kesinlikle korkutucu bir ?ey yok. Pek ?ok anla??lmaz ?ey var, pek ?ok ilgin? ?ey var ama hi?bir ?ey korkutucu de?il.

Hakk?nda kitap raflar?, merdivenler ve Ivan Ivanovich

?evremizdeki d?nyadaki t?m s?re?ler, olaylar ve miktarlar iki gruba ayr?labilir: s?rekli (bilimsel olarak) s?reklilik ) ve s?reksiz (bilimsel olarak ayr?k veya nicemlenmi? ).

?zerine kitap koyabilece?iniz bir masa hayal edin. Kitab? masan?n herhangi bir yerine koyabilirsiniz. Sa?, sol, orta... Nereye istersen oraya koy. Bu durumda fizik?iler kitab?n masa ?zerindeki konumunun de?i?ti?ini s?yl?yor s?rekli .

?imdi kitap raflar?n? hayal edin. Bir kitab? birinci, ikinci, ???nc? veya d?rd?nc? rafa koyabilirsiniz; ancak "???nc? ile d?rd?nc? aras?nda bir yere" kitap koyamazs?n?z. Bu durumda kitab?n konumu de?i?ir. aral?kl? olarak , gizlice , nicemlenmi? (t?m bu kelimeler ayn? anlama gelir).

?evremizdeki d?nya s?rekli ve niceliksel niceliklerle doludur. ??te iki k?z - Katya ve Masha. Y?kseklikleri 135 ve 136 santimetredir. Bunun bedeni ne? Y?kseklik s?rekli de?i?ir, 135 bu?uk santimetre olabilir, 135 bu?uk santimetre olabilir. Ancak k?zlar?n okudu?u okul say?s? niceliksel bir miktard?r! Diyelim ki Katya 135 numaral? okulda, Masha ise 136 numaral? okulda okuyor. Ancak hi?biri 135 bu?uk numaral? okulda okuyam?yor de?il mi?

Kuantize edilmi? sistemin bir ba?ka ?rne?i de satran? tahtas?d?r. Satran? tahtas?nda 64 kare vard?r ve her par?a yaln?zca bir kareyi kaplayabilir. H?crelerin aras?na bir piyon yerle?tirebilir miyiz veya iki piyonu ayn? anda bir h?creye yerle?tirebilir miyiz? Asl?nda yapabiliriz ama kurallara g?re hay?r.

S?rekli ini?

Ve i?te oyun alan?ndaki kayd?rak. ?ocuklar oradan a?a??ya do?ru kayarlar - ??nk? kayd?ra??n y?ksekli?i s?rekli olarak yumu?ak bir ?ekilde de?i?ir. ?imdi bu kayman?n aniden ger?ekle?ti?ini hayal edin (dalga sihirli de?nek!) bir merdivene d?n??t?. Poposu ?zerinde yuvarlanmak art?k i?e yaramayacak. Ayaklar?n?zla y?r?mek zorunda kalacaks?n?z - ?nce bir ad?m, sonra ikinci, sonra ???nc?. Boyut (y?kseklik) de?i?ti s?rekli – ancak ad?m ad?m, yani ayr? ayr? de?i?meye ba?lad?, nicemlenmi? .

Nicelenmi? ini?

Hadi kontrol edelim!

1. Yazl?ktaki kom?u Ivan Ivanovich kom?u k?ye gitti ve "Yolda bir yerde dinlenece?im" dedi.

2. Yazl?ktaki kom?u Ivan Ivanovich kom?u k?ye gitti ve "Otob?sle gidece?im" dedi.

Bu iki durumdan (“sistem”) hangisinin s?rekli oldu?u, hangisinin kuantumlanm?? oldu?u d???n?lebilir?

Cevap:

?lk durumda, Ivan Ivanovich y?r?yor ve kesinlikle herhangi bir noktada dinlenmeyi b?rakabiliyor. Ara?, bu sistem– s?rekli.

?kincisinde Ivan Ivanovich dura?a gelen otob?se binebilir. Ka??rabilir ve bir sonraki otob?s? bekleyebilir. Ancak otob?slerin "aras?nda bir yere" oturamayacak. Bu, bu sistemin kuantize oldu?u anlam?na gelir!

Astronomiyi su?la

Eski Yunanl?lar s?rekli (s?rekli) ve s?reksiz (kuantize edilmi?, s?reksiz, ayr?k) niceliklerin varl???n?n fark?ndayd?. Ar?imed, Psammit (Kum Taneleri Hesab?) adl? kitab?nda s?rekli ve niceliksel nicelikler aras?nda matematiksel bir ba?lant? kurmaya y?nelik ilk giri?imi bile yapt?. Ancak o zamanlar kuantum fizi?i yoktu.

20. y?zy?l?n ba??na kadar yoktu! Galileo, Descartes, Newton, Faraday, Young ya da Maxwell gibi b?y?k fizik?iler kuantum fizi?ini hi? duymam??lard? ve onsuz da gayet iyi idare ediyorlard?. ?unu sorabilirsiniz: O halde bilim insanlar? neden kuantum fizi?ini ortaya att?lar? Fizikte ne ?zel oldu? Ne oldu?unu hayal edin. Sadece fizikte de?il, astronomide!

Gizemli arkada?

1844'te Alman g?kbilimci Friedrich Bessel en ?ok g?zlem yapan ki?iydi. parlak y?ld?z gece g?ky?z?m?z?n - Sirius. O zamana kadar g?kbilimciler g?ky?z?m?zdeki y?ld?zlar?n sabit olmad???n?, yaln?zca ?ok ?ok yava? hareket ettiklerini zaten biliyorlard?. ?stelik her y?ld?z ?nemlidir! - d?z bir ?izgide hareket eder. Yani Sirius'u g?zlemlerken onun hi?bir ?ekilde d?z bir ?izgide hareket etmedi?i ortaya ??kt?. Y?ld?z ?nce bir y?nde, sonra di?er y?nde "?a??rt?c?" g?r?n?yordu. Sirius'un g?ky?z?ndeki yolu, matematik?ilerin "sin?s dalgas?" dedi?i k?vr?ml? bir ?izgiye benziyordu.

Sirius y?ld?z? ve uydusu - Sirius B

Y?ld?z?n kendisinin bu ?ekilde hareket edemeyece?i a??kt?. D?z bir ?izgideki hareketi sin?s dalgas? boyunca harekete d?n??t?rmek i?in bir t?r "rahats?z edici kuvvete" ihtiya? vard?r. Bu nedenle Bessel, a??r bir uydunun Sirius'un etraf?nda d?nd???n? ?ne s?rd? - bu en do?al ve makul a??klamayd?.

Ancak hesaplamalar, bu uydunun k?tlesinin yakla??k olarak G?ne?'imizin k?tlesiyle ayn? olmas? gerekti?ini g?sterdi. Peki neden bu uyduyu D?nya'dan g?remiyoruz? Sirius'un bulundu?u yer g?ne? sistemi?ok uzakta de?il - yakla??k iki bu?uk parsek ve G?ne? b?y?kl???nde bir nesne ?ok iyi g?r?lebiliyor olmal?...

Zor bir g?revdi. Baz? bilim adamlar? bu uydunun so?uk, so?umu? bir y?ld?z oldu?unu, dolay?s?yla tamamen siyah oldu?unu ve gezegenimizden g?r?lemeyece?ini s?yledi. Di?erleri bu uydunun siyah de?il ?effaf oldu?unu, bu y?zden onu g?remedi?imizi s?yledi. D?nyan?n her yerindeki g?kbilimciler teleskoplarla Sirius'a bakt?lar ve gizemli g?r?nmez uyduyu "yakalamaya" ?al??t?lar, ama sanki onlarla alay ediyormu? gibi g?r?n?yordu. ?a??racak bir ?ey vard?, biliyorsun...

Mucize bir teleskopa ihtiyac?m?z var!

B?yle bir teleskop sayesinde insanlar ilk kez Sirius'un uydusunu g?rd?ler

19. y?zy?l?n ortalar?nda se?kin teleskop tasar?mc?s? Alvin Clark Amerika Birle?ik Devletleri'nde ya?ad? ve ?al??t?. ?lk mesle?i sanat??yd? ama ?ans eseri birinci s?n?f bir m?hendis, camc? ve g?kbilimciye d?n??t?. ?imdiye kadar hi? kimse onun muhte?em mercekli teleskoplar?n? ge?emedi! Alvin Clark'?n merceklerinden biri (76 santimetre ?ap?nda) St. Petersburg'daki Pulkovo G?zlemevi M?zesi'nde g?r?lebilir...

Ancak konuyu sapt?r?yoruz. B?ylece, 1867'de Alvin Clark ?unu in?a etti: yeni teleskop– 47 santimetrelik mercek ?ap?na sahip; o zamanlar Amerika Birle?ik Devletleri'ndeki en b?y?k teleskoptu. Gizemli Sirius, testler s?ras?nda g?zlemlenecek ilk g?k cismi olarak se?ildi. Ve g?kbilimcilerin umutlar? zekice hakl? ??kt? - daha ilk gece, Bessel'in ?ng?rd???, bulunmas? zor Sirius uydusu ke?fedildi.

K?zartma tavas?ndan ate?e...

Ancak Clark'?n g?zlemlerinden veri alan g?kbilimciler uzun s?re sevinmediler. Sonu?ta yap?lan hesaplamalara g?re uydunun k?tlesinin yakla??k olarak G?ne?imizin k?tlesiyle ayn? olmas? gerekiyor (D?nya k?tlesinin 333.000 kat?). Ancak g?kbilimciler devasa siyah (veya ?effaf) bir g?k cismi yerine... k???k beyaz bir y?ld?z g?rd?ler! Bu y?ld?z ?ok s?cakt? (G?ne?imizin 5.500 derecesi ile kar??la?t?r?ld???nda 25.000 derece) ve ayn? zamanda ?ok k???kt? (kozmik standartlara g?re), boyut olarak ?ok k???k de?ildi. D?nya'dan daha fazlas?(daha sonra bu t?r y?ld?zlara “beyaz c?celer” ad? verildi). Bu y?ld?z?n tamamen hayal edilemeyecek bir yo?unlu?a sahip oldu?u ortaya ??kt?. O halde hangi maddeden olu?uyor?

D?nya'da y?ksek yo?unluklu malzemeler biliyoruz; ?rne?in kur?un (bu metalden yap?lm?? bir santimetre k?p?n a??rl??? 11,3 gramd?r) veya alt?n (santimetre k?p ba??na 19,3 gram). Sirius uydusunun maddesinin yo?unlu?u (“Sirius B” olarak adland?r?l?yordu) milyon (!!!) santimetre k?p ba??na gram - alt?ndan 52 bin kat daha a??rd?r!

Mesela her zamanki gibi alal?m kibrit kutusu. Hacmi 28 santimetrek?pt?r. Bu, Sirius uydusunun maddesiyle dolu bir kibrit kutusunun a??rl???n?n... 28 ton olaca?? anlam?na geliyor! Hayal etmeye ?al???n - terazinin bir taraf?nda bir kibrit kutusu, di?er taraf?nda ise bir tank var!

Bir sorun daha vard?. Fizikte Charles Yasas? diye bir yasa var. Ayn? hacimde bir maddenin bas?nc? ne kadar y?ksekse o maddenin s?cakl??? da o kadar y?ksek olur diyor. S?cak buhar bas?nc?n?n kaynayan bir su ?s?t?c?s?n?n kapa??n? nas?l y?rtt???n? hat?rlay?n; neyden bahsetti?imizi hemen anlayacaks?n?z. Yani Sirius uydusunun maddesinin s?cakl??? Charles'?n bu yasas?n? en vicdans?z ?ekilde ihlal ediyordu! Bas?n? hayal edilemezdi ve s?cakl?k nispeten d???kt?. Sonu? olarak sonu?lar?n “yanl??” oldu?u ortaya ??kt? fiziksel yasalar ve genellikle "yanl??" fizik. Winnie the Pooh gibi - "yanl?? ar?lar ve yanl?? bal."

Ba??m tamamen d?n?yor...

Bilim adamlar?, 20. y?zy?l?n ba??nda fizi?i "kurtarmak" i?in d?nyada ayn? anda ?K? fizi?in oldu?unu kabul etmek zorunda kald?lar - biri iki bin y?ld?r bilinen "klasik". Ve ikincisi ola?and???, kuantum . Bilim adamlar?, klasik fizik yasalar?n?n d?nyam?z?n ola?an, "makroskobik" seviyesinde i?ledi?ini ?ne s?rd?ler. Ancak en k???k, "mikroskobik" d?zeyde, madde ve enerji tamamen farkl? yasalara, yani kuantum yasalar?na uyar.

D?nya gezegenimizi hayal edin. Art?k 15.000'den fazla farkl? yapay nesne onun etraf?nda d?n?yor ve her biri kendi y?r?ngesinde. ?stelik istenirse bu y?r?nge de?i?tirilebilir (d?zeltilebilir) - ?rne?in Uluslararas?'n?n y?r?ngesi uzay istasyonu(ISS). Bu makroskobik bir d?zeydir, klasik fizik yasalar? (?rne?in Newton yasalar?) burada i?ler.

?imdi mikroskobik seviyeye ge?elim. Bir atomun ?ekirde?ini hayal edin. Elektronlar, uydular gibi onun etraf?nda d?nerler - ancak istenilen say?da olamazlar (?rne?in, bir helyum atomunda ikiden fazla yoktur). Ve elektronlar?n y?r?ngeleri art?k keyfi olmayacak, kuantize edilmi?, "ad?ml?" olacak. Fizik?iler bu t?r y?r?ngelere "izin verilen enerji seviyeleri" de diyorlar. Bir elektron, izin verilen bir seviyeden di?erine "sorunsuz bir ?ekilde" hareket edemez; yaln?zca bir seviyeden seviyeye an?nda "atlayabilir". Tam “oradayd?m” ve bir anda kendimi “burada” buldum. “Oras?” ile “buras?” aras?nda bir yerde olamaz. An?nda konum de?i?tirir.

Harika m?? Muhte?em! Ama hepsi bu de?il. Ger?ek ?u ki, kuantum fizi?i yasalar?na g?re iki ?zde? elektron ayn? enerji seviyesinde bulunamaz. Asla. Bilim insanlar? bu olguyu "Pauli d??lamas?" olarak adland?r?yor (bu "yasa??n" neden y?r?rl?kte oldu?unu hen?z a??klayam?yorlar). En ?nemlisi bu “yasak”, kuantum sistemine ?rnek olarak g?sterdi?imiz satran? tahtas?na benziyor; e?er tahtan?n bir h?cresinde bir piyon varsa, bu h?creye ba?ka bir piyon yerle?tirilemez. Tam olarak ayn? ?ey elektronlarda da olur!

Sorun ??z?m?

Kuantum fizi?inin Sirius B'nin i?indeki Charles yasas?n?n ihlali gibi s?ra d??? olaylar? nas?l a??klad???n? soruyorsunuz? ??te nas?l.

Dans pisti olan bir ?ehir park? hayal edin. Sokakta y?r?yen bir s?r? insan var, dans etmek i?in dans pistine geliyorlar. Sokaktaki insan say?s? bask?y?, diskodaki insan say?s? da s?cakl??? temsil etsin. Dans pistine gelebilir b?y?k miktar insanlar - parkta ne kadar ?ok insan y?r?rse, dans pistinde o kadar ?ok insan dans eder, yani bas?n? ne kadar y?ksek olursa s?cakl?k da o kadar y?ksek olur. Charles kanunu da dahil olmak ?zere klasik fizik kanunlar? bu ?ekilde i?ler. Bilim insanlar? bu maddeye “ideal gaz” ad?n? veriyor.

Dans pistindeki insanlar “ideal gazd?r”

Ancak mikroskobik d?zeyde klasik fizik yasalar? ge?erli de?ildir. Burada kuantum yasalar? i?lemeye ba?l?yor ve bu durum durumu k?kten de?i?tiriyor.

Parktaki dans pistinin yerine bir kafe a??ld???n? d???nelim. Fark nedir? Evet ger?ek ?u ki, diskodan farkl? olarak bir kafeye "istedi?iniz kadar insan" girmeyecek. Masalardaki t?m koltuklar doldu?u anda g?venlik, insanlar? i?eri almay? b?rakacakt?r. Ve misafirlerden biri masay? bo?alt?ncaya kadar g?venlik kimseyi i?eri almayacak! Giderek daha fazla insan parkta y?r?yor ancak kafedeki insan say?s? ayn? kal?yor. Bas?nc?n artt???, ancak s?cakl???n "hareketsiz kald???" ortaya ??kt?.

Kafedeki insanlar - “kuantum gaz?”

Sirius B'nin i?inde elbette hi? insan, dans pisti veya kafe yok. Ancak prensip ayn? kal?yor: Elektronlar izin verilen t?m enerji seviyelerini dolduruyor (ziyaret?ilerin bir kafede masalar? doldurmas? gibi) ve art?k "kimseyi i?eri alam?yorlar" - tam olarak Pauli'nin hari? tutmas?na g?re. Bunun sonucunda y?ld?z?n i?inde hayal edilemeyecek kadar b?y?k bir bas?n? elde edilir ancak s?cakl?k y?ksek ancak y?ld?zlar i?in olduk?a s?radand?r. Fizikte b?yle bir maddeye "dejenere kuantum gaz?" denir.

Devam edelim mi?..

Anormal derecede y?ksek yo?unluk Beyaz c?celer fizikte kuantum yasalar?n?n kullan?lmas?n? gerektiren tek fenomen olmaktan ?ok uzakt?r. Bu konu ilginizi ?ekiyorsa, Luchik'in sonraki say?lar?nda daha az ilgin? olmayan di?er kuantum fenomenlerinden bahsedebiliriz. Yazmak! ?imdilik as?l konuyu hat?rlayal?m:

1. D?nyam?zda (Evren), klasik fizik yasalar? makroskobik (yani “b?y?k”) d?zeyde i?ler. S?radan s?v?lar?n ve gazlar?n ?zelliklerini, y?ld?zlar?n ve gezegenlerin hareketlerini ve ?ok daha fazlas?n? tan?mlarlar. Bu, okulda okudu?unuz (veya okuyaca??n?z) fiziktir.

2. Bununla birlikte, mikroskobik (yani inan?lmaz derecede k???k, en k???k bakterilerden milyonlarca kat daha k???k) d?zeyde, tamamen farkl? yasalar - kuantum fizi?i yasalar? - i?liyor. Bu yasalar ?ok karma??k matematiksel form?llerle a??klanmaktad?r ve okulda ?al???lmamaktad?r. Bununla birlikte, beyaz c?celer (Sirius B gibi) gibi ?a??rt?c? kozmik nesnelerin yap?s?n? nispeten net bir ?ekilde a??klamay? yaln?zca kuantum fizi?i m?mk?n k?lar. n?tron y?ld?zlar?, kara delikler vb.

Aniden kuantum mekani?inin temellerini ve varsay?mlar?n? unuttu?unuzu fark ettiyseniz veya bunun ne t?r bir mekani?i oldu?unu bile bilmiyorsan?z, o zaman bu bilgiyle ilgili haf?zan?z? tazelemenin zaman? gelmi?tir. Sonu?ta kuantum mekani?inin hayatta ne zaman yararl? olabilece?ini kimse bilmiyor.

Hayat?n?zda bu konuyla hi?bir zaman u?ra?mak zorunda kalmayaca??n?z? d???nerek bo? yere g?l?yorsunuz ve alay ediyorsunuz. Sonu?ta kuantum mekani?i neredeyse herkes i?in faydal? olabilir, hatta ondan sonsuz derecede uzakta olanlar bile. ?rne?in uykusuzlu?unuz var. Kuantum mekani?i i?in bu bir sorun de?il! Yatmadan ?nce bir ders kitab? okuyun - uyuyacaks?n?z en derin uyku Zaten ???nc? sayfada. Veya harika rock grubunuza b?yle diyebilirsiniz. Neden?

?aka bir yana, ciddi bir kuantum sohbeti ba?latal?m.

Nereden ba?lamal?? Elbette kuantumun ne oldu?undan ba?layarak.

Kuantum

Kuantum (Latince kuantumdan - “ne kadar”), baz? fiziksel miktar?n b?l?nmez bir k?sm?d?r. ?rne?in, diyorlar ki - bir kuantum ???k, bir kuantum enerji veya bir kuantum alan.

Bu ne anlama geliyor? Bu, daha az olamayaca?? anlam?na gelir. Bir niceli?in nicelle?tirildi?ini s?ylediklerinde, bu niceli?in bir tak?m spesifik, ayr?k de?erler ald???n? anl?yorlar. B?ylece, bir atomdaki elektronun enerjisi nicelenir, ???k “b?l?mlere” yani kuantum olarak da??t?l?r.

"Kuantum" teriminin kendisinin bir?ok kullan?m? vard?r. I????n kuantumu ( elektromanyetik alan) bir fotondur. Benzer ?ekilde, kuantumlar di?er etkile?im alanlar?na kar??l?k gelen par?ac?klar veya yar? par?ac?klard?r. Burada Higgs alan?n?n bir kuantumu olan ?nl? Higgs bozonunu hat?rlayabiliriz. Ama hen?z bu ormanlara girmeyece?iz.

Aptallar i?in kuantum mekani?i

Mekanik nas?l kuantum olabilir?

Zaten fark etti?iniz gibi, konu?mam?zda par?ac?klardan bir?ok kez bahsetmi?tik. I????n h?zla yay?lan bir dalga oldu?u ger?e?ine al??m?? olabilirsiniz. ?le . Ancak her ?eye kuantum d?nyas?, yani par?ac?klar d?nyas? a??s?ndan bakarsan?z, her ?ey tan?nmayacak kadar de?i?ir.

Kuantum mekani?i teorik fizi?in bir dal?d?r ve fiziksel olaylar? en temel d?zeyde, par?ac?k d?zeyinde tan?mlayan kuantum teorisinin bir bile?enidir.

Bu t?r olaylar?n etkisi, b?y?kl?k olarak Planck sabitiyle kar??la?t?r?labilir ve Newton'un klasik mekani?i ve elektrodinami?inin bunlar? tan?mlamak i?in tamamen uygun olmad??? ortaya ??kt?. ?rne?in klasik teoriye g?re, bir ?ekirde?in etraf?nda y?ksek h?zla d?nen bir elektronun enerji yaymas? ve sonunda ?ekirde?in ?zerine d??mesi gerekir. Bu, bildi?imiz gibi ger?ekle?mez. Kuantum mekani?inin icat edilmesinin nedeni budur. a??k fenomen bunu bir ?ekilde a??klamak gerekiyordu ve bu, a??klaman?n en kabul edilebilir oldu?u teori oldu?u ve t?m deneysel verilerin "yak?nla?t???" ortaya ??kt?.

Bu arada! Okuyucular?m?z i?in ?imdi %10 indirim var.

K???k bir tarih

Kuantum teorisinin do?u?u, 1900 y?l?nda Max Planck'?n Alman Fizik Derne?i'nin bir toplant?s?nda yapt??? konu?mayla ger?ekle?ti. Planck o zaman ne dedi? Ve atomlar?n radyasyonunun ayr?k olmas? ve bu radyasyonun enerjisinin en k???k k?sm?n?n e?it olmas?

nerede h- Planck sabiti, nu - frekans.

Daha sonra “???k kuantumu” kavram?n? ortaya atan Albert Einstein, fotoelektrik etkiyi a??klamak i?in Planck'?n hipotezini kulland?. Niels Bohr, atomda sabit enerji seviyelerinin varl???n? ?ne s?rd? ve Louis de Broglie, dalga-par?ac?k ikili?i fikrini, yani bir par?ac???n (par?ac???n) ayn? zamanda dalga ?zelliklerine sahip oldu?u fikrini geli?tirdi. Schr?dinger ve Heisenberg de bu amaca kat?ld?lar ve 1925'te kuantum mekani?inin ilk form?lasyonu yay?nland?. Asl?nda kuantum mekani?i tam bir teori olmaktan ?ok uzakt?r; ?u anda aktif olarak geli?mektedir. ?unu da kabul etmek gerekir ki, kuantum mekani?i varsay?mlar?yla birlikte kar??la?t??? t?m sorular? a??klama yetene?ine sahip de?ildir. Yerini daha geli?mi? bir teorinin almas? olduk?a olas?d?r.

Kuantum d?nyas?ndan a?ina oldu?umuz ?eyler d?nyas?na ge?i? s?ras?nda kuantum mekani?inin yasalar? do?al olarak klasik mekani?in yasalar?na d?n???r. Klasik mekani?in oldu?unu s?yleyebiliriz. ?zel durum eylem tan?d?k ve tan?d?k makro d?nyam?zda ger?ekle?ti?inde kuantum mekani?i. Burada cisimler, eylemsiz olmayan referans ?er?evelerinde, ???k h?z?ndan ?ok daha d???k bir h?zda sakin bir ?ekilde hareket eder ve genel olarak etraftaki her ?ey sakin ve nettir. Bir cismin koordinat sistemindeki konumunu bilmek istiyorsan?z sorun yok; e?er itmeyi ?l?mek istiyorsan?z, ho? geldiniz.

Kuantum mekani?inin konuya tamamen farkl? bir yakla??m? var. ??inde, fiziksel b?y?kl?klerin ?l??mlerinin sonu?lar? do?as? gere?i olas?l?ksald?r. Bu, belirli bir de?er de?i?ti?inde, her birinin belirli bir olas?l??a sahip oldu?u bir?ok sonucun m?mk?n oldu?u anlam?na gelir. Bir ?rnek verelim: Masan?n ?zerinde bir madeni para d?n?yor. D?nerken herhangi bir spesifik durumda (tura-yaz?) bulunmaz, yaln?zca bu durumlardan birinde bitme olas?l??? vard?r.

??te yava? yava? yakla??yoruz Schr?dinger denklemi Ve Heisenberg belirsizlik ilkesi.

Efsaneye g?re, 1926'da dalga-par?ac?k ikili?i konulu bilimsel bir seminerde konu?an Erwin Schr?dinger, k?demli bir bilim adam? taraf?ndan ele?tirildi. Bu olaydan sonra b?y?klerinin s?z?n? dinlemeyi reddeden Schr?dinger, par?ac?klar? kuantum mekani?i ?er?evesinde tan?mlamak i?in aktif olarak dalga denklemini geli?tirmeye ba?lad?. Ve bunu zekice yapt?! Schr?dinger denklemi (kuantum mekani?inin temel denklemi):

Bu t?r denklemler - tek boyutlu dura?an Schr?dinger denklemi - en basiti.

Burada x par?ac???n mesafesi veya koordinat?d?r, m par?ac???n k?tlesidir, E ve U s?ras?yla toplam ve potansiyel enerjileridir. Bu denklemin ??z?m? dalga fonksiyonudur (psi)

Dalga fonksiyonu kuantum mekani?indeki bir di?er temel kavramd?r. Yani belirli bir durumda olan herhangi bir kuantum sistemi, bu durumu tan?mlayan bir dalga fonksiyonuna sahiptir.

?rne?in, tek boyutlu ??zerken sabit denklem Schr?dinger dalga fonksiyonu bir par?ac???n uzaydaki konumunu tan?mlar. Daha do?rusu uzay?n belirli bir noktas?nda bir par?ac???n bulunma olas?l???. Ba?ka bir deyi?le Schr?dinger, olas?l???n bir dalga denklemiyle tan?mlanabilece?ini g?sterdi! Kat?l?yorum, bunu daha ?nce d???nmeliydik!

Ama neden? Bir par?ac???n uzakl???n? veya h?z?n? al?p ?l?mekten daha basit bir ?ey yokken, neden bu anla??lmaz olas?l?klarla ve dalga fonksiyonlar?yla u?ra?mak zorunday?z?

?ok basit! Asl?nda makrokozmosta durum b?yledir; mesafeleri bir ?erit metreyle belirli bir do?rulukla ?l?eriz ve ?l??m hatas? cihaz?n ?zelliklerine g?re belirlenir. ?te yandan, bir nesneye, ?rne?in bir masaya olan mesafeyi g?zle neredeyse do?ru bir ?ekilde belirleyebiliriz. Her durumda, odadaki konumunu bize ve di?er nesnelere g?re do?ru bir ?ekilde ay?rt ediyoruz. Par?ac?klar d?nyas?nda durum temelde farkl?d?r; gerekli miktarlar? do?ru bir ?ekilde ?l?mek i?in fiziksel olarak ?l??m ara?lar?m?z yoktur. Sonu?ta ?l??m cihaz?, ?l??len nesneyle do?rudan temas halindedir ve bizim durumumuzda hem nesne hem de alet par?ac?klard?r. Heisenberg'in belirsizlik ilkesinin alt?nda yatan ?ey, bu kusurdur, par?ac?k ?zerinde etkili olan t?m fakt?rleri dikkate alman?n temel imkans?zl??? ve ?l??m?n etkisi alt?nda sistemin durumunu de?i?tirme ger?e?idir.

En basit form?l?n? verelim. Belirli bir par?ac???n oldu?unu ve onun h?z?n? ve koordinat?n? bilmek istedi?imizi d???nelim.

Bu ba?lamda Heisenberg Belirsizlik ?lkesi, bir par?ac???n konumunu ve h?z?n? ayn? anda do?ru olarak ?l?menin imkans?z oldu?unu belirtmektedir. . Matematiksel olarak ??yle yaz?l?r:

Burada delta x koordinat?n belirlenmesindeki hata, delta v ise h?z?n belirlenmesindeki hatad?r. Bu prensibin, koordinat? ne kadar do?ru belirlersek h?z? o kadar az do?ru bilece?imizi s?yledi?ini vurgulayal?m. Ve e?er h?z? belirlersek par?ac???n nerede oldu?una dair en ufak bir fikrimiz olmayacak.

Belirsizlik ilkesi konusunda pek ?ok ?aka ve anekdot vard?r. ??te onlardan biri:

Bir polis kuantum fizik?isini durdurur.
- Efendim, ne kadar h?zl? hareket etti?inizi biliyor musunuz?
- Hay?r ama tam olarak nerede oldu?umu biliyorum.

Ve elbette hat?rlat?yoruz! Aniden, herhangi bir nedenle, potansiyel kuyusundaki bir par?ac?k i?in Schr?dinger denklemini ??zmek sizi uyan?k tutuyorsa, dudaklar?nda kuantum mekani?i ile yeti?tirilmi? profesyonellere ba?vurun!

Fizik t?m bilimlerin en gizemli olan?d?r. Fizik bize ?evremizdeki d?nyay? anlamam?z? sa?lar. Fizik yasalar? mutlakt?r ve ki?i ya da sosyal stat?ye bak?lmaks?z?n istisnas?z herkes i?in ge?erlidir.

Bu makale 18 ya? ?st? ki?ilere y?neliktir

Zaten 18 ya??na girdin mi?

Kuantum fizi?i alan?ndaki temel ke?ifler

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein ve di?erleri insanl???n b?y?k rehberleridir. muhte?em d?nya peygamberler gibi insanl??a evrenin en b?y?k s?rlar?n? ve fiziksel olaylar? kontrol etme olanaklar?n? a??klayan fizik?iler. Onlar?n parlak kafalar?, mant?ks?z ?o?unlu?un cehalet karanl???n? delip ge?iyor ve ayn? ?ekilde yol g?sterici y?ld?z gecenin karanl???nda insanl??a yol g?sterdi. Fizik d?nyas?ndaki bu rehberlerden biri de kuantum fizi?inin babas? Max Planck't?.

Max Planck sadece kuantum fizi?inin kurucusu de?il, ayn? zamanda d?nyaca ?nl? kuantum teorisinin de yazar?d?r. Kuantum teorisi kuantum fizi?inin en ?nemli bile?enidir. Basit kelimelerle Bu teori mikropartik?llerin hareketini, davran???n? ve etkile?imini a??klar. Kuantum fizi?inin kurucusu bize ba?ka bir?ok ?ey de getirdi bilimsel ?al??malar modern fizi?in temel ta?lar? haline gelen:

• termal radyasyon teorisi;
• ?zel g?relilik teorisi;
• termodinamik alan?nda ara?t?rma;
• optik alan?nda ara?t?rma yapmak.

Kuantum fizi?inin mikropartik?llerin davran??lar? ve etkile?imleri hakk?ndaki teorileri, yo?un madde fizi?inin, par?ac?k fizi?inin ve y?ksek enerjiler. Kuantum teorisi bize elektroniklerin i?leyi?inden d?nyam?zdaki bir?ok olgunun ?z?n? a??kl?yor. bilgisayarlar g?k cisimlerinin yap?s? ve davran??lar?. Bu teorinin yarat?c?s? Max Planck, ke?fi sayesinde konuyu anlamam?z? sa?lad?. ger?ek ?z temel par?ac?klar seviyesinde bir?ok ?ey. Ancak bu teorinin yarat?lmas? bilim adam?n?n tek erdemi olmaktan uzakt?r. Evrenin temel yasas?n?, enerjinin korunumu yasas?n? ke?feden ilk ki?i oldu. Max Planck'?n bilime katk?s?n? abartmak zordur. K?sacas? onun bulu?lar? fizik, kimya, tarih, metodoloji ve felsefe a??s?ndan paha bi?ilemez de?erdedir.

Kuantum alan teorisi

?zetle kuantum alan teorisi, mikropartik?llerin yan? s?ra onlar?n uzaydaki davran??lar?n?, birbirleriyle etkile?imlerini ve birbirlerine d?n??melerini a??klayan bir teoridir. Bu teori, kuantum sistemlerinin davran???n? serbestlik dereceleri ad? verilen aral?kta inceler. Bu g?zel ve romantik isim asl?nda ?o?umuz i?in hi?bir ?ey ifade etmiyor. Aptallar i?in serbestlik derecesi, hareketi belirtmek i?in gereken ba??ms?z koordinatlar?n say?s?d?r mekanik sistem. Basit bir ifadeyle serbestlik dereceleri hareketin ?zellikleridir. Temel par?ac?klar?n etkile?imi alan?nda ilgin? ke?ifler Steven Weinberg taraf?ndan yap?ld?. S?zde n?tr ak?m? ke?fetti - kuarklar ve leptonlar aras?ndaki etkile?im ilkesi. Nobel ?d?l? 1979'da.

Max Planck'?n kuantum teorisi

On sekizinci y?zy?l?n doksanl? y?llar?nda Alman fizik?i Max Planck termal radyasyonu incelemeye ba?lad? ve sonunda enerjinin da??l?m?na ili?kin bir form?l elde etti. Bu ?al??malar s?ras?nda do?an kuantum hipotezi, 1900 y?l?nda ke?fedilen kuantum alan teorisinin yan? s?ra kuantum fizi?inin de temelini att?. Planck'?n kuantum teorisine g?re, termal radyasyonda ?retilen enerji s?rekli olarak de?il, aral?kl? olarak kuantum olarak yay?l?r ve emilir. 1900 y?l? Max Planck'?n yapt??? bu ke?if sayesinde kuantum mekani?inin do?u? y?l? oldu. Planck'?n form?l?nden de bahsetmeye de?er. K?sacas? ?z? ?u ?ekildedir - v?cut s?cakl??? ile radyasyonu aras?ndaki ili?kiye dayanmaktad?r.

Atom yap?s?n?n kuantum mekani?i teorisi

Atomik yap?n?n kuantum mekaniksel teorisi, kuantum fizi?indeki ve genel olarak fizikteki temel kavram teorilerinden biridir. Bu teori, t?m maddi ?eylerin yap?s?n? anlamam?z? sa?lar ve nesnelerin ger?ekte nelerden olu?tu?u ?zerindeki gizlilik perdesini kald?r?r. Ve bu teoriye dayanan sonu?lar olduk?a beklenmedik. Atomun yap?s?n? k?saca ele alal?m. Peki atom asl?nda neyden yap?lm??t?r? Bir atom bir ?ekirdek ve bir elektron bulutundan olu?ur. Bir atomun temeli, ?ekirde?i, atomun neredeyse t?m k?tlesini i?erir - y?zde 99'dan fazlas?. ?ekirdek her zaman vard?r pozitif y?k ve tan?mlar kimyasal element atomun da bir par?as? oldu?u. Atom ?ekirde?inin en ilgin? yan?, atomun k?tlesinin neredeyse tamam?n? i?ermesi ama ayn? zamanda hacminin yaln?zca on binde birini kaplamas?d?r. Bundan ne sonu? ??k?yor? Ve ortaya ??kan sonu? olduk?a beklenmedik. Bu, bir atomda yo?un maddenin yaln?zca on binde biri oldu?u anlam?na gelir. Peki di?er her ?eyi ne kapl?yor? Ve atomdaki di?er her ?ey bir elektron bulutudur.

Elektronik bulut kal?c? de?ildir ve asl?nda maddi bir madde de?ildir. Bir elektron bulutu, elektronlar?n bir atomda g?r?nme olas?l???d?r. Yani ?ekirdek atomun yaln?zca on binde birini kaplar, gerisi bo?luktur. Ve ?evremizdeki t?m nesnelerin, toz zerrelerinden tutun da g?k cisimleri Gezegenler ve y?ld?zlar atomlardan olu?tu?u i?in maddi olan her ?eyin asl?nda y?zde 99'dan fazlas? bo? oldu?u ortaya ??kt?. Bu teori tamamen inan?lmaz g?r?n?yor ve yazar? en az?ndan hatal? bir ki?i ??nk? etrafta var olan ?eylerin sa?lam bir tutarl?l??? var, a??rl??? var ve dokunulabiliyor. Nas?l bo?luktan olu?abilir? Maddenin yap?s?na ili?kin bu teoriye bir hata m? girdi? Ama burada bir yanl??l?k yok.

T?m maddi ?eyler yaln?zca atomlar aras?ndaki etkile?im nedeniyle yo?un g?r?n?r. Nesnelerin kat? ve yo?un bir tutarl?l???, yaln?zca atomlar aras?ndaki ?ekim veya itme nedeniyle olu?ur. Bu kristal kafesin yo?unlu?unu ve sertli?ini sa?lar kimyasallar, maddi olan her ?eyin olu?tu?u yer. Ancak ilgin? bir nokta, ?rne?in de?i?irken, s?cakl?k ko?ullar? ?evre Atomlar aras?ndaki ba?lar yani ?ekme ve itme kuvvetleri zay?flayabilir, bu da kristal kafesin zay?flamas?na ve hatta tahrip olmas?na yol a?abilir. Bu de?i?imi a??kl?yor fiziksel ?zellikler?s?t?ld???nda maddeler. ?rne?in demir ?s?t?ld???nda s?v? hale gelir ve herhangi bir ?ekle sokulabilir. Ve buz eridi?inde, kristal kafesin tahrip olmas? maddenin durumunda bir de?i?ikli?e yol a?ar ve kat?dan s?v?ya d?n???r. Bunlar, atomlar aras?ndaki ba?lar?n zay?flamas?n?n ve bunun sonucunda kristal kafesin zay?flamas?n?n veya tahrip olmas?n?n a??k ?rnekleridir ve maddenin amorf hale gelmesine izin verir. Ve bu t?r gizemli metamorfozlar?n nedeni, tam olarak, maddelerin yaln?zca on binde bir yo?un maddeden olu?mas?, geri kalan?n?n bo?luk olmas?d?r.

Ve maddeler yaln?zca atomlar aras?ndaki g??l? ba?lardan dolay? kat? g?r?n?r, zay?flad?klar?nda madde de?i?ir. B?ylece atom yap?s?n?n kuantum teorisi, etraf?m?zdaki d?nyaya tamamen farkl? bir ?ekilde bakmam?z? sa?lar.

Atom teorisinin kurucusu Niels Bohr'un ortaya att??? ilgin? konsept bir atomdaki elektronlar?n s?rekli olarak enerji yaymad???n?, yaln?zca hareketlerinin y?r?ngeleri aras?ndaki ge?i? an?nda enerji yayd???n?. Bohr'un teorisi bir?ok atom i?i s?recin a??klanmas?na yard?mc? oldu ve ayn? zamanda Mendeleev'in olu?turdu?u tablonun s?n?rlar?n? a??klayarak kimya gibi bilim alanlar?nda da ????r a?t?. Buna g?re zaman ve mekanda var olabilen son elementin seri numaras? y?z otuz yedidir ve y?z otuz sekizden ba?layan elementlerin varl??? izafiyet teorisine ayk?r? oldu?undan var olamaz. Ayr?ca Bohr'un teorisi, atom spektrumu gibi fiziksel bir olgunun do?as?n? a??klad?.

Bunlar, aralar?nda enerji yay?nland???nda ortaya ??kan serbest atomlar?n etkile?im spektrumlar?d?r. Bu t?r olaylar gaz halindeki, buharl? maddeler ve plazma halindeki maddeler i?in tipiktir. B?ylece kuantum teorisi fizik d?nyas?nda bir devrim yaratm?? ve bilim adamlar?n?n sadece bu bilim alan?nda de?il, ayn? zamanda kimya, termodinamik, optik ve felsefe gibi ilgili bir?ok bilim alan?nda da ilerlemelerine olanak sa?lam??t?r. Ve ayn? zamanda insanl???n e?yan?n do?as?n?n s?rlar?na n?fuz etmesine de izin verdi.

Atomlar?n do?as?n? anlamak ve onlar?n davran?? ve etkile?imlerinin ilkelerini anlamak i?in insanl???n bilincinde d?n??t?rmesi gereken hala ?ok ?ey var. Bunu anlad?ktan sonra, etraf?m?zdaki d?nyan?n do?as?n? anlayabilece?iz, ??nk? toz zerrelerinden g?ne?in kendisine kadar bizi ?evreleyen her ?ey ve biz kendimiz, do?as? gizemli ve ?a??rt?c? olan atomlardan olu?uyoruz. ve bir?ok s?r sakl?yor.