فیزیک کوانتومی و. فیزیک کوانتومی برای آدمک ها: ماهیت در کلمات ساده حتی یک کودک هم می فهمد. به طور دقیق تر، به خصوص یک کودک! فروپاشی تابع موج در فیزیک به کلمات ساده

جاهای زیادی برای شروع این بحث وجود دارد، و این یکی به خوبی همه است: همه چیز در جهان ما ذره و موج است. اگر بتوان در مورد جادو گفت: «همه امواج است و چیزی جز امواج نیست»، این توصیف شاعرانه شگفت انگیزی از فیزیک کوانتومی خواهد بود. در واقع همه چیز در این جهان ماهیت موجی دارد.

البته، همچنین همه چیز در جهان ذره ای است. عجیب به نظر می رسد، اما اینطور است.

توصیف همزمان اجسام واقعی به عنوان ذرات و امواج تا حدودی نادرست خواهد بود. به بیان دقیق، اجسامی که توسط فیزیک کوانتومی توصیف می شوند، ذرات و امواج نیستند، بلکه متعلق به دسته سومی هستند که خواص امواج (فرکانس و طول موج، همراه با انتشار در فضا) و برخی از خواص ذرات (می توان آنها را شمارش کرد) به ارث می برد. و تا حدی محلی شده است). این منجر به یک بحث پر جنب و جوش در جامعه فیزیک در مورد اینکه آیا صحبت در مورد نور به عنوان یک ذره صحیح است یا خیر؟ نه به این دلیل که در مورد اینکه آیا نور ماهیت ذره ای دارد یا خیر، بحث وجود دارد، بلکه به این دلیل که نامیدن فوتون ها به جای «برانگیختگی میدان کوانتومی» برای دانش آموزان گمراه کننده است. با این حال، این در مورد اینکه آیا می توان الکترون ها را ذره نامید یا خیر نیز صدق می کند، اما چنین اختلافاتی در محافل صرفاً دانشگاهی باقی خواهد ماند.

این ماهیت «سومین» اجسام کوانتومی در زبان گاه گیج کننده فیزیکدانانی که در مورد پدیده های کوانتومی بحث می کنند منعکس شده است. بوزون هیگز در برخورد دهنده بزرگ هادرون به عنوان یک ذره کشف شد، اما شما احتمالاً عبارت "میدان هیگز" را شنیده اید، چیزی غیرمحلی که تمام فضا را پر می کند. این امر به این دلیل اتفاق می‌افتد که تحت شرایط خاص، مانند آزمایش‌های برخورد ذرات، به جای تعریف ویژگی‌های یک ذره، بحث برانگیختگی میدان هیگز مناسب‌تر است، در حالی که تحت شرایط دیگر، مانند بحث‌های کلی در مورد اینکه چرا ذرات خاص جرم دارند، این موضوع مناسب‌تر است. بحث در مورد فیزیک از نظر برهمکنش با کوانتوم، میدانی با نسبت های جهانی مناسب تر است. اینها به سادگی زبانهای مختلفی هستند که اشیاء ریاضی مشابهی را توصیف می کنند.

فیزیک کوانتومی گسسته است

همه اینها به نام فیزیک است - کلمه "کوانتوم" از کلمه لاتین "چقدر" می آید و این واقعیت را منعکس می کند که مدل های کوانتومی همیشه شامل چیزی هستند که در مقادیر گسسته می آیند. انرژی موجود در یک میدان کوانتومی چند برابر انرژی اساسی است. برای نور، این با فرکانس و طول موج نور مرتبط است - نور با فرکانس بالا و طول موج کوتاه انرژی مشخصه عظیمی دارد، در حالی که نور با فرکانس پایین و طول موج بلند انرژی مشخصه کمی دارد.

با این حال، در هر دو مورد، کل انرژی موجود در یک میدان نوری جداگانه مضربی از این انرژی است - 1، 2، 14، 137 بار - و هیچ کسر عجیبی مانند یک و نیم، "پی" یا مربع وجود ندارد. ریشه دو این ویژگی همچنین در سطوح انرژی گسسته اتم ها مشاهده می شود و مناطق انرژی خاص هستند - برخی از مقادیر انرژی مجاز هستند، برخی دیگر مجاز نیستند. ساعت‌های اتمی به لطف گسستگی فیزیک کوانتومی، با استفاده از فرکانس نور مرتبط با انتقال بین دو حالت مجاز در سزیم، کار می‌کنند، که اجازه می‌دهد زمان در سطح لازم برای "پرش دوم" حفظ شود.

طیف‌سنجی فوق‌العاده دقیق همچنین می‌تواند برای جستجوی چیزهایی مانند ماده تاریک استفاده شود و بخشی از انگیزه مؤسسه فیزیک بنیادی کم انرژی است.

این همیشه واضح نیست - حتی برخی از چیزهایی که در اصل کوانتومی هستند، مانند تشعشعات جسم سیاه، با توزیع های پیوسته مرتبط هستند. اما پس از بررسی دقیق تر و زمانی که دستگاه عمیق ریاضی درگیر می شود، نظریه کوانتومی عجیب تر می شود.

فیزیک کوانتومی احتمالاتی است

یکی از شگفت‌انگیزترین و (حداقل از نظر تاریخی) جنجال‌برانگیزترین جنبه‌های فیزیک کوانتومی این است که پیش‌بینی قطعی نتیجه یک آزمایش منفرد با یک سیستم کوانتومی غیرممکن است. وقتی فیزیکدانان نتیجه یک آزمایش خاص را پیش‌بینی می‌کنند، پیش‌بینی آنها به شکل احتمال یافتن هر یک از نتایج ممکن خاص است و مقایسه بین نظریه و آزمایش همیشه شامل استخراج یک توزیع احتمال از آزمایش‌های تکراری زیاد است.

توصیف ریاضی یک سیستم کوانتومی معمولاً به شکل یک "تابع موج" است که با معادلات psi راش یونانی نشان داده می شود: Ψ. بحث های زیادی در مورد اینکه تابع موج دقیقا چیست، وجود دارد و فیزیکدانان را به دو دسته تقسیم کرده است: کسانی که تابع موج را یک چیز فیزیکی واقعی می دانند (نظریه پردازان اونتیک)، و کسانی که معتقدند تابع موج صرفاً یک تابع موج است. بیان دانش ما (یا فقدان آن) بدون توجه به وضعیت زیربنایی یک شی کوانتومی منفرد (نظریه پردازان معرفتی).

در هر کلاس از مدل های زیربنایی، احتمال یافتن یک نتیجه نه به طور مستقیم توسط تابع موج، بلکه توسط مربع تابع موج تعیین می شود (به طور کلی، همه چیز یکسان است؛ تابع موج یک شی پیچیده ریاضی است (و بنابراین شامل اعداد خیالی مانند جذر یا نوع منفی آن است)، و عملیات به دست آوردن احتمال کمی پیچیده تر است، اما "تابع موج مربع" برای درک ایده اصلی کافی است). این قانون به نام قانون بورن شناخته می شود، پس از فیزیکدان آلمانی ماکس بورن، که برای اولین بار آن را محاسبه کرد (در پاورقی یک مقاله در سال 1926) و بسیاری از مردم را با تجسم زشت خود شگفت زده کرد. کار فعالی برای استخراج قانون Born از یک اصل اساسی تر در حال انجام است. اما تاکنون هیچ یک از آنها موفق نبوده اند، اگرچه چیزهای جالب زیادی برای علم ایجاد کرده اند.

این جنبه از تئوری همچنین ما را به این سوق می دهد که ذرات در چند حالت همزمان باشند. تنها چیزی که می‌توانیم پیش‌بینی کنیم یک احتمال است، و قبل از اندازه‌گیری با یک نتیجه خاص، سیستمی که اندازه‌گیری می‌شود در یک حالت میانی قرار دارد - یک حالت برهم نهی که شامل همه احتمالات ممکن است. اما اینکه یک سیستم واقعاً در چندین حالت وجود دارد یا در یک ناشناخته قرار دارد بستگی به این دارد که شما یک مدل آنتیک یا معرفتی را ترجیح می دهید. هر دوی اینها ما را به نقطه بعدی هدایت می کند.

فیزیک کوانتومی غیر محلی است

مورد دوم به طور گسترده ای به این دلیل پذیرفته نشد، عمدتاً به این دلیل که او اشتباه می کرد. در مقاله ای در سال 1935، به همراه همکاران جوانش بوریس پودولکی و ناتان روزن (کار EPR)، انیشتین بیانیه ریاضی واضحی از چیزی ارائه کرد که مدتی او را آزار می داد، چیزی که ما آن را «درهم تنیدگی» می نامیم.

کار EPR استدلال می‌کند که فیزیک کوانتومی وجود سیستم‌هایی را تشخیص داده است که در آن‌ها اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در مکان‌های کاملاً مجزا می‌توانند همبستگی داشته باشند تا نتیجه یکی دیگری را تعیین کند. آنها استدلال کردند که این بدان معناست که نتایج اندازه‌گیری‌ها باید از قبل توسط یک عامل مشترک تعیین شود، زیرا در غیر این صورت نتیجه یک اندازه‌گیری باید با سرعت‌های بیشتر از سرعت نور به مکان اندازه‌گیری دیگر منتقل شود. بنابراین، فیزیک کوانتومی باید ناقص باشد، تقریبی از یک نظریه عمیق تر (تئوری "متغیر محلی پنهان"، که در آن نتایج اندازه گیری های فردی وابسته به چیزی نیست که از مکان اندازه گیری دورتر از سیگنالی است که با سرعت حرکت می کند. نور می تواند (محلی) را پوشش دهد، اما با عاملی مشترک در هر دو سیستم در جفت درهم تنیده (متغیر پنهان) تعیین می شود.

همه اینها برای بیش از 30 سال پاورقی مبهم در نظر گرفته می شد، زیرا به نظر می رسید راهی برای آزمایش آن وجود نداشت، اما در اواسط دهه 60، جان بل، فیزیکدان ایرلندی، مفاهیم EPR را با جزئیات بیشتری بررسی کرد. بل نشان داد که می‌توانید شرایطی را پیدا کنید که در آن مکانیک کوانتومی همبستگی‌هایی را بین اندازه‌گیری‌های دور پیش‌بینی می‌کند که قوی‌تر از هر نظریه ممکنی مانند نظریه‌های E، P و R است. این به طور تجربی در دهه 70 توسط جان کلوزر و آلن اسپکت در اوایل دهه 80 - آنها نشان دادند که این سیستم های درهم تنیده به طور بالقوه توسط هیچ نظریه متغیر پنهان محلی قابل توضیح نیستند.

رایج‌ترین رویکرد برای درک این نتیجه، فرض این است که مکانیک کوانتومی غیرمحلی است: نتایج اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در یک مکان خاص می‌تواند به ویژگی‌های یک جسم دور بستگی داشته باشد، به گونه‌ای که نمی‌توان با استفاده از سیگنال‌هایی که با سرعت حرکت می‌کنند توضیح داد. نور با این حال، این اجازه نمی دهد که اطلاعات با سرعت های ابر نوری منتقل شوند، اگرچه تلاش های زیادی برای غلبه بر این محدودیت با استفاده از غیرمکانی کوانتومی انجام شده است.

فیزیک کوانتومی (تقریباً همیشه) به موارد بسیار کوچک توجه دارد

فیزیک کوانتومی به عجیب بودن شهرت دارد زیرا پیش‌بینی‌های آن با تجربیات روزمره ما کاملاً متفاوت است. این به این دلیل است که هر چه جسم بزرگتر باشد اثرات آن کمتر مشخص می شود - به سختی رفتار موجی ذرات و چگونگی کاهش طول موج با افزایش گشتاور را مشاهده خواهید کرد. طول موج یک جسم ماکروسکوپی مانند یک سگ در حال راه رفتن به قدری مسخره کوچک است که اگر تمام اتم های اتاق را به اندازه منظومه شمسی بزرگ کنید، طول موج سگ به اندازه یک اتم در آن منظومه شمسی خواهد بود.

این بدان معناست که پدیده‌های کوانتومی عمدتاً به مقیاس اتم‌ها و ذرات بنیادی محدود می‌شوند که جرم و شتاب آن‌ها به اندازه‌ای کوچک است که طول موج آنقدر کوچک باقی می‌ماند که نمی‌توان مستقیماً آن را مشاهده کرد. با این حال، تلاش زیادی برای افزایش اندازه سیستمی که اثرات کوانتومی را نشان می دهد، انجام می شود.

فیزیک کوانتومی جادو نیست

نکته قبلی ما را کاملاً طبیعی به این می رساند: مهم نیست که فیزیک کوانتومی چقدر عجیب به نظر می رسد، واضح است که جادو نیست. آنچه که فرض می کند با استانداردهای فیزیک روزمره عجیب است، اما به شدت توسط قوانین و اصول ریاضی کاملاً درک شده محدود شده است.

بنابراین اگر کسی با یک ایده "کوانتومی" که غیرممکن به نظر می رسد - انرژی بی نهایت، قدرت شفابخش جادویی، موتورهای فضایی غیرممکن - به سراغ شما بیاید، تقریباً به طور قطع غیرممکن است. این بدان معنا نیست که ما نمی توانیم از فیزیک کوانتومی برای انجام کارهای باورنکردنی استفاده کنیم: ما دائماً در مورد پیشرفت های باورنکردنی با استفاده از پدیده های کوانتومی می نویسیم، و آنها قبلاً بشریت را شگفت زده کرده اند، فقط به این معنی است که ما فراتر از قوانین ترمودینامیک و ترمودینامیک نخواهیم رفت. عقل سلیم .

اگر نکات بالا به نظر شما کافی نیست، این را تنها یک نقطه شروع مفید برای بحث بیشتر در نظر بگیرید.

WikiHow مانند یک ویکی کار می کند، به این معنی که بسیاری از مقالات ما توسط چندین نویسنده نوشته شده اند. این مقاله توسط 11 نفر از جمله به صورت ناشناس برای ویرایش و بهبود آن تهیه شده است.

فیزیک کوانتومی (همچنین به عنوان نظریه کوانتومی یا مکانیک کوانتومی شناخته می شود) شاخه جداگانه ای از فیزیک است که به شرح رفتار و برهم کنش ماده و انرژی در سطح ذرات بنیادی، فوتون ها و برخی مواد در دماهای بسیار پایین می پردازد. میدان کوانتومی به عنوان "عمل" (یا در برخی موارد تکانه زاویه ای) ذره ای که به اندازه یک ثابت فیزیکی کوچک به نام ثابت پلانک است، تعریف می شود.

مراحل

ثابت پلانک

با یادگیری مفهوم فیزیکی ثابت پلانک شروع کنید.در مکانیک کوانتومی، ثابت پلانک یک کوانتوم عمل است که به آن نشان داده می شود ساعت. به طور مشابه، برای ذرات بنیادی برهم کنش، کوانتومی تکانه زاویه ای- این ثابت پلانک کاهش یافته (ثابت پلانک تقسیم بر 2 π) است که به عنوان نشان داده شده است ħ و «h با میله» نامیده می شود. مقدار ثابت پلانک بسیار ناچیز است. نام مکانیک کوانتومیبه این معنی است که برخی از کمیت های فیزیکی، مشابه تکانه زاویه ای، فقط می توانند تغییر کنند بطور گسستهپیوسته نیست ( سانتی مترآنالوگ) راه.

• به عنوان مثال، تکانه زاویه ای یک الکترون متصل به یک اتم یا مولکول کوانتیزه می شود و فقط می تواند مقادیری را بگیرد که مضرب ثابت پلانک کاهش یافته است. این کوانتیزاسیون اوربیتال الکترون را با یک سری اعداد کوانتومی اولیه اعداد صحیح افزایش می دهد. در مقابل، تکانه زاویه‌ای الکترون‌های غیرپیوندی که در این نزدیکی هستند، کوانتیزه نمی‌شود. ثابت پلانک همچنین در نظریه کوانتومی نور استفاده می شود، جایی که کوانتوم نور یک فوتون است و ماده از طریق انتقال الکترون بین اتم ها یا "پرش کوانتومی" یک الکترون مقید با انرژی برهم کنش می کند.
• واحدهای ثابت پلانک را می توان به عنوان زمان لحظه انرژی نیز در نظر گرفت. به عنوان مثال، در حوزه موضوعی فیزیک ذرات، ذرات مجازی به صورت توده ای از ذرات نشان داده می شوند که به طور خود به خود از خلاء در یک منطقه بسیار کوچک ایجاد می شوند و در تعامل آنها نقش دارند. حد عمر این ذرات مجازی انرژی (جرم) هر ذره است. مکانیک کوانتومی حوزه موضوعی زیادی دارد، اما هر بخش ریاضی آن حاوی ثابت پلانک است.

1. با ذرات سنگین آشنا شوید.ذرات سنگین تحت یک انتقال انرژی کلاسیک به کوانتومی قرار می گیرند. حتی اگر یک الکترون آزاد که دارای برخی ویژگی‌های کوانتومی (مانند اسپین) است، به عنوان یک الکترون بی‌پیوند به اتم نزدیک شود و سرعتش کاهش یابد (شاید به دلیل گسیل فوتون‌ها)، با کاهش انرژی آن از رفتار کلاسیک به کوانتومی تغییر می‌کند. انرژی یونیزاسیون یک الکترون به یک اتم متصل می شود و تکانه زاویه ای آن نسبت به هسته اتم توسط مقدار کوانتومی اوربیتالی که می تواند اشغال کند محدود می شود. این انتقال ناگهانی است. می توان آن را با یک سیستم مکانیکی مقایسه کرد که حالت خود را از ناپایدار به پایدار تغییر می دهد، یا رفتار آن از ساده به آشفته تغییر می کند، یا حتی می توان آن را با یک کشتی موشکی مقایسه کرد که سرعت خود را کاهش می دهد و از سرعت بلند شدن پایین تر می رود، و یک راکت را می گیرد. به دور یک ستاره یا یک جرم آسمانی دیگر بچرخد. در مقابل، فوتون ها (که بی وزن هستند) این انتقال را انجام نمی دهند: آنها به سادگی بدون تغییر از فضا عبور می کنند تا زمانی که با ذرات دیگر برهم کنش پیدا کنند و ناپدید شوند. اگر به آسمان شب نگاه کنید، فوتون‌های برخی از ستارگان برای سال‌های نوری بدون تغییر حرکت می‌کنند، سپس با یک الکترون در یک مولکول در شبکیه چشم برهم‌کنش می‌کنند و انرژی خود را آزاد می‌کنند و سپس ناپدید می‌شوند.

سلام به خوانندگان عزیز. اگر نمی خواهید از زندگی عقب بمانید، برای اینکه واقعاً فردی شاد و سالم باشید، باید اسرار فیزیک کوانتومی مدرن را بدانید و حداقل کمی از اعماق جهان که دانشمندان تا امروز حفاری کرده اند بدانید. . شما وقت ندارید وارد جزئیات علمی عمیق شوید، اما می خواهید فقط ماهیت را درک کنید، اما زیبایی جهان ناشناخته را ببینید، پس این مقاله: فیزیک کوانتومی برای آدمک های معمولی، یا شاید بتوان گفت برای خانم های خانه دار، فقط برای این کار است. شما من سعی خواهم کرد توضیح دهم که فیزیک کوانتوم چیست، اما به زبان ساده، آن را به وضوح نشان دهم.

می‌پرسید: «رابطه بین شادی، سلامت و فیزیک کوانتومی چیست؟»

واقعیت این است که به بسیاری از سؤالات نامشخص مربوط به آگاهی انسان و تأثیر آگاهی بر بدن پاسخ می دهد. متأسفانه پزشکی بر اساس فیزیک کلاسیک همیشه به ما کمک نمی کند که سالم باشیم. اما روانشناسی نمی تواند به درستی بگوید چگونه می توان خوشبختی را یافت.

فقط شناخت عمیق‌تر از جهان به ما کمک می‌کند بفهمیم چگونه واقعاً با بیماری کنار بیاییم و شادی در کجا زندگی می‌کند. این دانش در لایه های عمیق کیهان یافت می شود. فیزیک کوانتومی به کمک ما می آید. به زودی همه چیز را خواهید دانست.

آنچه فیزیک کوانتومی با کلمات ساده مطالعه می کند

بله، درک فیزیک کوانتومی واقعاً بسیار دشوار است زیرا قوانین جهان خرد را مطالعه می کند. یعنی دنیا در لایه های عمیق ترش در فواصل خیلی کم که دیدنش برای آدم خیلی سخته.

و جهان، به نظر می رسد، در آنجا بسیار عجیب، مرموز و غیرقابل درک رفتار می کند، نه آنطور که ما عادت کرده ایم.

از این رو تمام پیچیدگی و درک نادرست فیزیک کوانتومی است.

اما پس از خواندن این مقاله، افق های دانش خود را گسترش می دهید و به جهان کاملاً متفاوت نگاه می کنید.

تاریخچه مختصر فیزیک کوانتومی

همه چیز از ابتدای قرن بیستم شروع شد، زمانی که فیزیک نیوتنی نتوانست بسیاری از چیزها را توضیح دهد و دانشمندان به بن بست رسیدند. سپس ماکس پلانک مفهوم کوانتوم را معرفی کرد. آلبرت انیشتین این ایده را برداشت و ثابت کرد که نور به طور مداوم سفر نمی کند، بلکه در بخش هایی - کوانتا (فوتون) حرکت می کند. پیش از این اعتقاد بر این بود که نور ماهیت موجی دارد.

اما همانطور که بعدا مشخص شد، هر ذره بنیادی نه تنها یک کوانتوم، یعنی یک ذره جامد، بلکه یک موج نیز هست. اینگونه بود که دوآلیسم موج-ذره در فیزیک کوانتومی ظاهر شد، اولین پارادوکس و آغاز کشف پدیده های مرموز جهان خرد.

جالب ترین پارادوکس ها زمانی شروع شد که آزمایش معروف دو شکافی انجام شد و پس از آن اسرار بیشتری وجود داشت. می توان گفت که فیزیک کوانتومی با او شروع شد. بیایید به آن نگاه کنیم.

آزمایش دو شکاف در فیزیک کوانتوم

یک بشقاب با دو شکاف به شکل نوارهای عمودی را تصور کنید. ما یک صفحه نمایش در پشت این صفحه قرار می دهیم. اگر نور را به صفحه بتابانیم، یک الگوی تداخلی روی صفحه نمایش خواهیم دید. یعنی نوارهای عمودی تیره و روشن متناوب. تداخل نتیجه رفتار موج چیزی است، در مورد ما نور.

اگر موجی از آب را از دو سوراخ کنار هم عبور دهید، متوجه خواهید شد که تداخل چیست. یعنی نور ماهیت موجی پیدا می کند. اما همانطور که فیزیک یا بهتر است بگوییم انیشتین ثابت کرده است، توسط ذرات فوتون منتشر می شود. در حال حاضر یک پارادوکس. اما اشکالی ندارد، دوگانگی موج-ذره دیگر ما را شگفت زده نخواهد کرد. فیزیک کوانتومی به ما می گوید که نور مانند یک موج رفتار می کند اما از فوتون ها تشکیل شده است. اما معجزات تازه شروع شده اند.

بیایید یک تفنگ جلوی صفحه با دو شکاف قرار دهیم که به جای نور، الکترون ساطع می کند. بیایید تیراندازی به الکترون ها را شروع کنیم. در صفحه پشت بشقاب چه خواهیم دید؟

به هر حال، الکترون ها ذرات هستند، به این معنی که جریانی از الکترون ها که از دو شکاف می گذرد، باید فقط دو نوار روی صفحه باقی بگذارد، دو اثر در مقابل شکاف ها. تصور کنید سنگریزه ها از میان دو شکاف پرواز می کنند و به صفحه نمایش برخورد می کنند؟

اما در واقع چه چیزی می بینیم؟ همان الگوی تداخل. نتیجه چیست: الکترون ها در امواج حرکت می کنند. بنابراین الکترون ها موج هستند. اما این یک ذره ابتدایی است. باز هم دوگانگی موج-ذره در فیزیک.

اما می توانیم فرض کنیم که در سطح عمیق تر، الکترون یک ذره است و زمانی که این ذرات به هم می رسند، شروع به رفتار امواج می کنند. به عنوان مثال، یک موج دریا یک موج است، اما از قطرات آب، و در سطح کوچکتر از مولکول ها، و سپس از اتم ها تشکیل شده است. خوب، منطق محکم است.

سپس بیایید از یک تفنگ نه با جریانی از الکترون ها، بلکه الکترون ها را به طور جداگانه، پس از مدت زمان مشخصی آزاد کنیم. گویی موج دریا را از میان شکاف‌ها رد نمی‌کردیم، بلکه قطرات تک تک تپانچه آبی کودک را بیرون می‌ریزیم.

کاملاً منطقی است که در این حالت قطرات مختلف آب در شکاف های مختلف بریزند. در صفحه پشت صفحه، نه یک الگوی تداخلی از موج، بلکه دو نوار واضح از ضربه در مقابل هر شکاف مشاهده می شود. ما همان چیز را خواهیم دید: اگر سنگ های کوچکی را پرتاب کنید، آنها از طریق دو شکاف پرواز می کنند، مانند سایه ای از دو سوراخ. اکنون بیایید از تک تک الکترون ها شلیک کنیم تا این دو رگه را از برخورد الکترون ها روی صفحه ببینیم. یکی را آزاد کردند، منتظر ماندند، دومی را منتظر ماندند، و غیره. دانشمندان فیزیک کوانتومی توانستند چنین آزمایشی را انجام دهند.

اما وحشت به جای این دو باند، تناوب تداخلی یکسان چندین باند به دست می آید. چطور؟ این می تواند اتفاق بیفتد اگر یک الکترون همزمان از میان دو شکاف عبور کند و در پشت صفحه، مانند یک موج، با خودش برخورد کند و تداخل پیدا کند. اما این نمی تواند اتفاق بیفتد، زیرا یک ذره نمی تواند همزمان در دو مکان باشد. یا از شکاف اول عبور می کند یا از شکاف دوم.

اینجاست که چیزهای واقعاً خارق العاده فیزیک کوانتومی شروع می شود.

برهم نهی در فیزیک کوانتومی

با تجزیه و تحلیل عمیق تر، دانشمندان متوجه می شوند که هر ذره کوانتومی بنیادی یا همان نور (فوتون) در واقع می تواند در چندین مکان به طور همزمان باشد. و اینها معجزه نیستند، بلکه حقایق واقعی دنیای خرد هستند. فیزیک کوانتومی این را می گوید. به همین دلیل است که وقتی یک ذره را از یک توپ شلیک می کنیم، نتیجه تداخل را می بینیم. در پشت صفحه، الکترون با خود برخورد می کند و یک الگوی تداخل ایجاد می کند.

اشیای عالم کلان که برای ما مشترک هستند همیشه در یک مکان هستند و یک حالت دارند. به عنوان مثال، شما اکنون روی یک صندلی نشسته اید، مثلاً 50 کیلوگرم وزن دارید و ضربان قلبتان 60 ضربه در دقیقه است. البته این قرائت ها تغییر می کند، اما بعد از مدتی تغییر می کند. از این گذشته ، شما نمی توانید همزمان در خانه و محل کار باشید ، وزن 50 و 100 کیلوگرم. همه اینها قابل درک است، عقل سلیم است.

در فیزیک جهان خرد، همه چیز متفاوت است.

مکانیک کوانتومی بیان می کند، و این قبلاً به طور تجربی تأیید شده است، که هر ذره بنیادی می تواند همزمان نه تنها در چند نقطه در فضا باشد، بلکه چندین حالت را نیز در یک زمان داشته باشد، به عنوان مثال، اسپین.

همه اینها ذهن را درگیر می کند، درک معمول جهان، قوانین قدیمی فیزیک را تضعیف می کند، تفکر را وارونه می کند، به جرات می توان گفت شما را دیوانه می کند.

اینگونه است که ما اصطلاح «ابرجایگاه» را در مکانیک کوانتومی درک می کنیم.

برهم نهی به این معنی است که یک شی از ریزجهان می تواند همزمان در نقاط مختلف فضا باشد و همچنین چندین حالت را همزمان داشته باشد. و این برای ذرات بنیادی طبیعی است. این قانون دنیای خرد است، مهم نیست که چقدر عجیب و خارق العاده به نظر می رسد.

شما متعجب هستید، اما اینها تازه شروع هستند، غیرقابل توضیح ترین معجزات، اسرار و پارادوکس های فیزیک کوانتومی هنوز در راه است.

فروپاشی تابع موج در فیزیک به کلمات ساده

سپس دانشمندان تصمیم گرفتند تا دریابند و ببینند که آیا الکترون واقعاً از هر دو شکاف عبور می کند یا خیر. به طور ناگهانی از یک شکاف عبور می کند و سپس به نوعی شکافته می شود و با عبور از آن یک الگوی تداخلی ایجاد می کند. خوب، شما هرگز نمی دانید. یعنی باید نوعی وسیله را در نزدیکی شکاف قرار دهید که عبور یک الکترون از آن را به دقت ثبت کند. زودتر گفته شود. البته انجام این کار دشوار است. اما دانشمندان این کار را کردند.

اما در نهایت نتیجه همه را حیرت زده کرد.

به محض اینکه شروع به نگاه کردن می کنیم که الکترون از کدام شکاف عبور می کند، نه مانند یک موج، نه مانند یک ماده عجیب و غریب که به طور همزمان در نقاط مختلف فضا قرار دارد، بلکه مانند یک ذره معمولی رفتار می کند. یعنی کوانتوم شروع به نشان دادن ویژگی های خاص می کند: فقط در یک مکان قرار دارد، از یک شکاف عبور می کند و یک مقدار اسپین دارد. این یک الگوی تداخلی نیست که روی صفحه ظاهر می شود، بلکه یک رد ساده در مقابل شکاف است.

اما چگونه این امکان وجود دارد؟ انگار الکترون شوخی می کند و با ما بازی می کند. در ابتدا مانند یک موج رفتار می کند و بعد از اینکه تصمیم گرفتیم عبور آن را از یک شکاف تماشا کنیم، خواص یک ذره جامد را نشان می دهد و تنها از یک شکاف عبور می کند. اما در عالم صغیر اینگونه است. اینها قوانین فیزیک کوانتومی هستند.

دانشمندان یکی دیگر از ویژگی های اسرارآمیز ذرات بنیادی را مشاهده کرده اند. اینگونه بود که مفاهیم عدم قطعیت و فروپاشی تابع موج در فیزیک کوانتوم ظاهر شد.

هنگامی که یک الکترون به سمت شکاف پرواز می کند، در حالت نامشخص یا همانطور که در بالا گفتیم در یک برهم نهی قرار دارد. یعنی مانند یک موج رفتار می کند، به طور همزمان در نقاط مختلف فضا قرار می گیرد و همزمان دو مقدار اسپین دارد (اسپین فقط دو مقدار دارد). اگر آن را لمس نکرده بودیم، اگر سعی نکرده بودیم به آن نگاه کنیم، اگر متوجه نمی شدیم دقیقا کجاست، اگر مقدار چرخش آن را اندازه نمی گرفتیم، مثل یک موج از دو شکاف به طور همزمان عبور می کرد. ، به این معنی که یک الگوی تداخل ایجاد می کرد. فیزیک کوانتومی مسیر و پارامترهای خود را با استفاده از تابع موج توصیف می کند.

بعد از اینکه اندازه گیری کردیم (و شما می توانید یک ذره از ریزجهان را فقط با تعامل با آن اندازه گیری کنید، مثلاً با برخورد ذره ای دیگر با آن)، سپس فروپاشی تابع موج رخ می دهد.

یعنی الان الکترون دقیقاً در یک مکان در فضا قرار دارد و یک مقدار اسپین دارد.

می توان گفت یک ذره بنیادی مانند یک روح است، به نظر می رسد وجود دارد، اما در عین حال در یک مکان نیست و می تواند با احتمال مشخصی در هر مکانی در شرح تابع موج خاتمه یابد. اما به محض اینکه شروع به تماس با آن می کنیم، از یک جسم شبح مانند به یک ماده ملموس واقعی تبدیل می شود که مانند اشیاء معمولی دنیای کلاسیک که برای ما آشنا هستند رفتار می کند.

شما می گویید: «این فوق العاده است. البته، اما شگفتی های فیزیک کوانتومی تازه شروع شده است. باورنکردنی ترین چیز هنوز در راه است. اما اجازه دهید کمی از انبوه اطلاعات فاصله بگیریم و بار دیگر در مقاله ای دیگر به ماجراهای کوانتومی بازگردیم. در این میان، آنچه را که امروز آموخته‌اید فکر کنید. چنین معجزاتی می تواند منجر به چه چیزی شود؟ از این گذشته ، آنها ما را احاطه کرده اند ، این خاصیت دنیای ما است ، البته در سطح عمیق تر. آیا هنوز فکر می کنیم که در دنیای خسته کننده ای زندگی می کنیم؟ اما بعداً نتیجه گیری خواهیم کرد.

سعی کردم در مورد مبانی فیزیک کوانتومی به طور مختصر و واضح صحبت کنم.

اما اگر چیزی را متوجه نشدید، پس این کارتون در مورد فیزیک کوانتومی، در مورد آزمایش دو شکاف را تماشا کنید، همه چیز نیز در آنجا به زبانی واضح و ساده توضیح داده شده است.

کارتون در مورد فیزیک کوانتومی:

یا می توانید این ویدیو را تماشا کنید، همه چیز در جای خود قرار می گیرد، فیزیک کوانتومی بسیار جالب است.

ویدئویی در مورد فیزیک کوانتومی:

و چطور قبلا از این موضوع خبر نداشتید؟

اکتشافات مدرن در فیزیک کوانتومی جهان مادی آشنا را تغییر می دهد.

فیزیک کوانتومی درک ما از جهان را به شدت تغییر داده است. بر اساس فیزیک کوانتومی، ما می توانیم با آگاهی خود بر روند جوان سازی تأثیر بگذاریم!

چرا این امکان وجود دارد؟از دیدگاه فیزیک کوانتومی، واقعیت ما منبع پتانسیل ناب است، منبع مواد خامی است که بدن، ذهن ما و کل جهان از آن تشکیل شده است. هر ثانیه به چیز جدیدی تبدیل می شود

در قرن بیستم، طی آزمایش‌های فیزیک با ذرات زیراتمی و فوتون‌ها، مشخص شد که واقعیت مشاهده آزمایش نتایج آن را تغییر می‌دهد. آنچه ما توجه خود را روی آن متمرکز می کنیم می تواند واکنش نشان دهد.

این واقعیت توسط یک آزمایش کلاسیک تأیید می شود که هر بار دانشمندان را شگفت زده می کند. در بسیاری از آزمایشگاه ها تکرار شد و همیشه نتایج یکسانی به دست آمد.

برای این آزمایش یک منبع نور و یک صفحه نمایش با دو شکاف تهیه شد. منبع نور دستگاهی بود که فوتون‌ها را به شکل تک پالس شلیک می‌کرد.

پیشرفت آزمایش پایش شد. پس از پایان آزمایش، دو نوار عمودی بر روی کاغذ عکاسی که در پشت شکاف ها قرار داشت، قابل مشاهده بود. اینها آثار فوتون هایی هستند که از شکاف ها عبور کرده و کاغذ عکاسی را روشن کرده اند.

وقتی این آزمایش به طور خودکار و بدون دخالت انسان تکرار شد، تصویر روی کاغذ عکاسی تغییر کرد:

اگر محقق دستگاه را روشن می کرد و می رفت و بعد از 20 دقیقه کاغذ عکاسی تهیه می شد، نه دو، بلکه بسیاری از نوارهای عمودی روی آن پیدا می شد. اینها آثار تشعشع بود. اما نقاشی متفاوت بود.

ساختار ردیابی روی کاغذ عکاسی شبیه ردی از موجی است که از شکاف ها عبور می کند نور می تواند خواص یک موج یا یک ذره را نشان دهد.

در نتیجه واقعیت ساده مشاهده، موج ناپدید می شود و به ذرات تبدیل می شود. اگر مشاهده نکنید، اثری از موج روی کاغذ عکاسی ظاهر می شود. این پدیده فیزیکی "اثر مشاهده" نامیده می شود.

نتایج مشابهی با سایر ذرات به دست آمد. این آزمایش ها بارها تکرار شد، اما هر بار دانشمندان را شگفت زده کرد. بنابراین، کشف شد که در سطح کوانتومی، ماده به توجه انسان واکنش نشان می دهد. این در فیزیک جدید بود.

بر اساس مفاهیم فیزیک مدرن، همه چیز از خلأ تحقق می یابد. این خلأ «میدان کوانتومی»، «میدان صفر» یا «ماتریس» نامیده می‌شود. فضای خالی حاوی انرژی است که می تواند به ماده تبدیل شود.

ماده از انرژی متمرکز تشکیل شده است - این یک کشف اساسی فیزیک قرن بیستم است.

هیچ بخش جامدی در اتم وجود ندارد. اجسام از اتم ساخته شده اند. اما چرا اجسام جامد هستند؟ انگشتی که روی دیوار آجری قرار می گیرد از آن عبور نمی کند. چرا؟ این به دلیل تفاوت در ویژگی های فرکانس اتم ها و بارهای الکتریکی است. هر نوع اتم فرکانس ارتعاش خاص خود را دارد. این تفاوت در خواص فیزیکی اجسام را تعیین می کند. اگر امکان تغییر فرکانس ارتعاش اتم‌های تشکیل‌دهنده بدن وجود داشت، آنگاه فرد می‌توانست از دیوارها عبور کند. اما فرکانس های ارتعاشی اتم های دست و اتم های دیوار نزدیک هستند. بنابراین انگشت روی دیوار قرار می گیرد.

برای هر نوع تعامل، تشدید فرکانس ضروری است.

این را با یک مثال ساده می توان فهمید. اگر چراغ قوه را روی دیوار سنگی بتابانید، نور توسط دیوار مسدود می شود. با این حال تشعشعات تلفن همراه به راحتی از این دیوار عبور خواهد کرد. همه چیز در مورد تفاوت در فرکانس بین تابش چراغ قوه و تلفن همراه است. در حالی که شما در حال خواندن این متن هستید، جریان های طیف گسترده ای از تشعشعات از بدن شما عبور می کنند. این تشعشعات کیهانی، سیگنال‌های رادیویی، سیگنال‌های میلیون‌ها تلفن همراه، تشعشعاتی که از زمین می‌آیند، تابش خورشیدی، تشعشعات ایجاد شده توسط لوازم خانگی و غیره است.

شما آن را احساس نمی کنید زیرا فقط می توانید نور را ببینید و فقط صدا را بشنوید.حتی اگر با چشمان بسته در سکوت بنشینید، میلیون ها مکالمه تلفنی، تصاویر اخبار تلویزیونی و پیام های رادیویی از سرتان می گذرد. شما این را درک نمی کنید، زیرا هیچ تشدید فرکانسی بین اتم های سازنده بدن شما و تشعشع وجود ندارد. اما اگر رزونانس وجود داشته باشد، بلافاصله واکنش نشان می دهید. به عنوان مثال، وقتی یکی از عزیزان را به یاد می آورید که فقط به شما فکر کرده است. همه چیز در جهان از قوانین رزونانس پیروی می کند.

جهان از انرژی و اطلاعات تشکیل شده است.انیشتین پس از تفکر فراوان در مورد ساختار جهان گفت: تنها واقعیت موجود در جهان میدان است. همانطور که امواج مخلوق دریا هستند، تمام مظاهر ماده: موجودات، سیارات، ستارگان، کهکشان ها مخلوقات میدان هستند.

این سؤال مطرح می شود: ماده چگونه از یک میدان ایجاد می شود؟ چه نیرویی حرکت ماده را کنترل می کند؟

تحقیقات دانشمندان آنها را به پاسخی غیرمنتظره سوق داد. ماکس پلانک، خالق فیزیک کوانتومی، در سخنرانی خود برای دریافت جایزه نوبل چنین گفت:

"همه چیز در جهان به لطف نیرو ایجاد شده و وجود دارد. ما باید فرض کنیم که پشت این نیرو یک ذهن خودآگاه وجود دارد که ماتریس همه مواد است."

موضوع توسط آگاهی کنترل می شود

در آغاز قرن بیستم و بیست و یکم، ایده های جدیدی در فیزیک نظری ظاهر شد که توضیح خواص عجیب ذرات بنیادی را ممکن می سازد. ذرات می توانند از فضای خالی ظاهر شوند و ناگهان ناپدید شوند. دانشمندان به احتمال وجود جهان های موازی اذعان دارند.شاید ذرات از یک لایه جهان به لایه دیگر حرکت کنند. افراد مشهوری مانند استیون هاوکینگ، ادوارد ویتن، خوان مالداسینا، لئونارد ساسکیند در توسعه این ایده ها نقش دارند.

طبق مفاهیم فیزیک نظری، جهان شبیه یک عروسک تودرتو است که از بسیاری از عروسک های تودرتو - لایه ها تشکیل شده است. اینها انواعی از جهان ها هستند - جهان های موازی. آنهایی که در کنار هم هستند بسیار شبیه به هم هستند.

اما هر چه لایه ها از یکدیگر دورتر باشند، شباهت کمتری بین آنها وجود دارد. از نظر تئوری، برای حرکت از یک جهان به جهان دیگر، نیازی به سفینه فضایی نیست. همه گزینه های ممکن یکی در دیگری قرار دارند. این ایده ها اولین بار توسط دانشمندان در اواسط قرن بیستم بیان شد. در آستانه قرن 20 و 21، آنها تأیید ریاضی دریافت کردند. امروزه چنین اطلاعاتی به راحتی توسط عموم پذیرفته می شود. با این حال، چند صد سال پیش، برای چنین اظهاراتی می توان در آتش سوخت یا دیوانه اعلام کرد. همه چیز از پوچی ناشی می شود. همه چیز در حرکت است. اشیا یک توهم هستند. ماده از انرژی تشکیل شده است. همه چیز با فکر خلق می شود.این اکتشافات فیزیک کوانتومی حاوی چیز جدیدی نیستند. همه اینها را حکیمان باستان می دانستند. بسیاری از آموزه های عرفانی که مخفی شمرده می شدند و فقط برای مبتکران قابل دسترسی بودند، می گفتند که بین افکار و اشیاء فرقی نیست. همه چیز در جهان پر از انرژی است. کائنات به فکر واکنش نشان می دهد.

انرژی توجه را دنبال می کند. آنچه توجه خود را روی آن متمرکز می کنید شروع به تغییر می کند.

بدن ما میدان انرژی، اطلاعات و هوش است که در حالت تبادل پویا دائمی با محیط است. تکانه های ذهن به طور مداوم، در هر ثانیه، به بدن اشکال جدیدی می بخشد تا با نیازهای متغیر زندگی سازگار شود.

از دیدگاه فیزیک کوانتومی، بدن فیزیکی ما، تحت تأثیر ذهن ما، قادر است بدون گذر از تمام عصرهای میانی، یک جهش کوانتومی از یک عصر زیستی به عصر دیگر انجام دهد. منتشر شده است

P.S. و به یاد داشته باشید، فقط با تغییر مصرف شما، ما با هم دنیا را تغییر می دهیم! © econet

به وبلاگ خوش آمدید! من خیلی خوشحالم که شما را می بینم!

احتمالاً بارها آن را شنیده اید در مورد اسرار غیر قابل توضیح فیزیک کوانتومی و مکانیک کوانتومی. قوانین آن مجذوب عرفان است و حتی خود فیزیکدانان اعتراف می کنند که آنها را کاملاً درک نمی کنند. از یک طرف درک این قوانین جالب است، اما از طرف دیگر زمانی برای خواندن کتاب های چند جلدی و پیچیده فیزیک وجود ندارد. من شما را بسیار درک می کنم، زیرا من نیز دانش و جستجوی حقیقت را دوست دارم، اما برای همه کتاب ها وقت کافی نیست. شما تنها نیستید، بسیاری از افراد کنجکاو در نوار جستجو تایپ می کنند: "فیزیک کوانتومی برای آدمک ها، مکانیک کوانتومی برای آدمک ها، فیزیک کوانتومی برای مبتدیان، مکانیک کوانتومی برای مبتدیان، مبانی فیزیک کوانتومی، مبانی مکانیک کوانتومی، فیزیک کوانتومی برای کودکان، مکانیک کوانتومی چیست»..

این نشریه دقیقا برای شماست

• شما مفاهیم اساسی و پارادوکس های فیزیک کوانتومی را درک خواهید کرد. از مقاله یاد خواهید گرفت:
• تداخل چیست؟
• اسپین و برهم نهی چیست؟
• "اندازه گیری" یا "فروپاشی تابع موج" چیست؟
• درهم تنیدگی کوانتومی (یا انتقال کوانتومی برای آدمک ها) چیست؟ (به مقاله مراجعه کنید)

آزمایش فکری گربه شرودینگر چیست؟ (به مقاله مراجعه کنید)

فیزیک کوانتومی و مکانیک کوانتومی چیست؟

مکانیک کوانتومی بخشی از فیزیک کوانتومی است.

چرا درک این علوم اینقدر دشوار است؟ پاسخ ساده است: فیزیک کوانتومی و مکانیک کوانتومی (بخشی از فیزیک کوانتومی) قوانین ریزجهان را مطالعه می کنند. و این قوانین کاملاً با قوانین جهان کلان ما متفاوت است. بنابراین، تصور اینکه چه اتفاقی برای الکترون‌ها و فوتون‌ها در عالم کوچک می‌افتد برای ما دشوار است.نمونه ای از تفاوت بین قوانین دنیای کلان و خرد

مثال دیگر.شما از یک ماشین اسپورت قرمز مسابقه سریع عکس گرفتید و در عکس یک نوار افقی تار دیدید، گویی ماشین در زمان عکس در چند نقطه از فضا قرار دارد. با وجود آنچه در عکس می بینید، هنوز مطمئن هستید که ماشین در همان ثانیه زمانی که از آن عکس گرفته اید، قرار داشته است. در یک مکان خاص در فضا. در دنیای خرد همه چیز متفاوت است. الکترونی که به دور هسته اتم می چرخد ​​در واقع نمی چرخد، اما به طور همزمان در تمام نقاط کره قرار دارداطراف هسته اتم مثل گلوله‌ای از پشم کرکی که شل شده است. این مفهوم در فیزیک نامیده می شود "ابر الکترونیکی" .

گشتی کوتاه در تاریخ.دانشمندان اولین بار زمانی به جهان کوانتومی فکر کردند که در سال 1900، فیزیکدان آلمانی ماکس پلانک تلاش کرد تا دریابد که چرا فلزات هنگام گرم شدن تغییر رنگ می دهند. او بود که مفهوم کوانتوم را معرفی کرد. تا آن زمان دانشمندان فکر می کردند که نور به طور پیوسته سفر می کند. اولین کسی که کشف پلانک را جدی گرفت آلبرت انیشتین ناشناخته آن زمان بود. او متوجه شد که نور فقط یک موج نیست. گاهی مثل یک ذره رفتار می کند. انیشتین جایزه نوبل را برای کشف خود مبنی بر اینکه نور در بخش‌هایی، کوانتا ساطع می‌شود، دریافت کرد. کوانتومی نور را فوتون می نامند ( فوتون، ویکی پدیا) .

برای سهولت درک قوانین کوانتومی فیزیکدانانو مکانیک (ویکی پدیا)، ما باید به یک معنا از قوانین فیزیک کلاسیک که برای ما آشنا هستند انتزاع کنیم. و تصور کنید که مانند آلیس، در سوراخ خرگوش، در سرزمین عجایب شیرجه زدید.

و در اینجا یک کارتون برای کودکان و بزرگسالان است.آزمایش اساسی مکانیک کوانتومی را با 2 شکاف و یک ناظر شرح می دهد. فقط 5 دقیقه طول می کشد. قبل از اینکه به سؤالات و مفاهیم اساسی فیزیک کوانتومی بپردازیم، آن را تماشا کنید.

ویدیوی فیزیک کوانتومی برای آدمک ها. در کارتون به "چشم" ناظر توجه کنید. این به یک معمای جدی برای فیزیکدانان تبدیل شده است.

تداخل چیست؟

در ابتدای کارتون، با استفاده از مثال مایع، نشان داده شد که امواج چگونه رفتار می کنند - نوارهای عمودی تیره و روشن متناوب روی صفحه نمایش در پشت یک صفحه با شکاف ظاهر می شوند. و در صورتی که ذرات گسسته (به عنوان مثال، سنگریزه ها) به صفحه "شلیک" شوند، آنها از طریق 2 شکاف پرواز می کنند و دقیقاً در مقابل شکاف ها روی صفحه فرود می آیند. و آنها فقط 2 نوار عمودی روی صفحه "نقاشی" می کنند.

تداخل نور- این رفتار "موج" نور است، زمانی که صفحه نمایش بسیاری از نوارهای عمودی روشن و تاریک متناوب را نشان می دهد. همچنین این راه راه های عمودی الگوی تداخل نامیده می شود.

در جهان کلان ما اغلب مشاهده می کنیم که نور مانند یک موج رفتار می کند. اگر دست خود را در مقابل شمع قرار دهید، روی دیوار سایه روشنی از دست شما نخواهد بود، اما با خطوط مبهم.

بنابراین، همه چیز آنقدرها هم پیچیده نیست! اکنون برای ما کاملاً واضح است که نور ماهیت موجی دارد و اگر 2 شکاف با نور روشن شوند، در صفحه پشت آنها یک الگوی تداخلی خواهیم دید.

حالا بیایید به آزمایش 2 نگاه کنیم. این آزمایش معروف Stern-Gerlach است (که در دهه 20 قرن گذشته انجام شد).

نصب شرح داده شده در کارتون با نور تابیده نشد، بلکه با الکترون ها (به عنوان ذرات منفرد) "شلیک" شد. سپس در آغاز قرن گذشته، فیزیکدانان سراسر جهان معتقد بودند که الکترون ها ذرات بنیادی ماده هستند و نباید ماهیت موجی داشته باشند، بلکه مانند سنگریزه ها هستند. بالاخره الکترون ها ذرات بنیادی ماده هستند، درست است؟ یعنی اگر آنها را به 2 شکاف مانند سنگریزه "پرتاب" کنید، در صفحه پشت شکاف ها باید 2 نوار عمودی ببینیم.

اما... نتیجه خیره کننده بود. دانشمندان یک الگوی تداخلی را دیدند - بسیاری از نوارهای عمودی. یعنی الکترون ها نیز مانند نور می توانند ماهیت موجی داشته باشند و تداخل داشته باشند. از سوی دیگر، روشن شد که نور نه تنها یک موج، بلکه کمی ذره است - یک فوتون (از پیشینه تاریخی در ابتدای مقاله متوجه شدیم که اینشتین جایزه نوبل را برای این کشف دریافت کرده است) . شاید به یاد داشته باشید، در مدرسه به ما در مورد فیزیک می گفتند"دوگانگی موج - ذره" ? این بدان معناست که وقتی در مورد ذرات بسیار کوچک (اتم ها، الکترون ها) کیهان کوچک صحبت می کنیم،

آنها هم امواج و هم ذرات هستند

امروز من و شما بسیار باهوش هستیم و می دانیم که 2 آزمایشی که در بالا توضیح داده شد - شلیک الکترون ها و روشن کردن شکاف ها با نور - یک چیز هستند. زیرا ما ذرات کوانتومی را به شکاف ها شلیک می کنیم. اکنون می دانیم که نور و الکترون ها هر دو ماهیت کوانتومی دارند، که همزمان هم امواج و هم ذرات هستند. و در آغاز قرن بیستم، نتایج این آزمایش احساسی بود.

توجه! حالا بیایید به یک موضوع ظریف تر برویم.

احتمالاً یک الکترون به شکاف چپ و دیگری به سمت راست پرواز می کند. اما پس از آن باید 2 نوار عمودی روی صفحه نمایش دقیقاً در مقابل شکاف ها ظاهر شود. چرا یک الگوی تداخل رخ می دهد؟ شاید الکترون‌ها پس از پرواز در شکاف‌ها، به نحوی با یکدیگر بر روی صفحه نمایش تعامل داشته باشند. و نتیجه یک الگوی موج مانند این است. چگونه می توانیم این موضوع را پیگیری کنیم؟

ما الکترون ها را نه در یک پرتو، بلکه یکی یکی پرتاب خواهیم کرد. بیایید آن را پرتاب کنیم، صبر کنید، بعدی را بیاندازیم. اکنون که الکترون به تنهایی در حال پرواز است، دیگر قادر به برهمکنش با الکترون های دیگر روی صفحه نیست. ما هر الکترون را پس از پرتاب روی صفحه ثبت می کنیم. البته یکی دو تا تصویر واضحی برای ما ترسیم نمی کنند. اما وقتی تعداد زیادی از آنها را یکی یکی به داخل شکاف ها بفرستیم، متوجه می شویم... اوه وحشت - آنها دوباره یک الگوی موج تداخلی را ترسیم کردند!

کم کم داریم دیوانه می شویم. از این گذشته ، ما انتظار داشتیم که 2 نوار عمودی در مقابل شکاف ها وجود داشته باشد! معلوم شد که وقتی فوتون‌ها را یکی یکی پرتاب می‌کردیم، هر کدام از آن‌ها به طور همزمان از ۲ شکاف عبور می‌کردند و با خودش تداخل پیدا می‌کرد.

فوق العاده! اجازه دهید در بخش بعدی به توضیح این پدیده برگردیم.

اسپین و برهم نهی چیست؟

اکنون می دانیم که تداخل چیست. این رفتار موجی ذرات میکرو است - فوتون ها، الکترون ها، سایر ذرات میکرو (برای سادگی، از این به بعد آنها را فوتون بنامیم).

در نتیجه آزمایش، وقتی 1 فوتون را به 2 شکاف انداختیم، متوجه شدیم که به نظر می رسد همزمان از دو شکاف عبور می کند. در غیر این صورت، چگونه می توانیم الگوی تداخل روی صفحه را توضیح دهیم؟

• اما چگونه می توانیم تصور کنیم که یک فوتون همزمان از میان دو شکاف پرواز می کند؟ 2 گزینه وجود دارد.گزینه 1:
• یک فوتون، مانند یک موج (مثل آب) از میان 2 شکاف به طور همزمان شناور می شود.گزینه دوم:

یک فوتون، مانند یک ذره، به طور همزمان در امتداد 2 مسیر پرواز می کند (حتی دو مسیر نیست، بلکه همه به یکباره)

در اصل، این گزاره ها معادل هستند. ما به "مسیر انتگرال" رسیدیم. این فرمول مکانیک کوانتومی ریچارد فاینمن است. اتفاقا دقیقاریچارد فاینمن یک عبارت معروف وجود دارد که

با اطمینان می توان گفت که هیچ کس مکانیک کوانتومی را نمی فهمد

به طور دقیق، مکانیک کوانتومی به ما می گوید که این رفتار فوتون یک قاعده است، نه استثنا. هر ذره کوانتومی، به طور معمول، در چندین حالت یا در چند نقطه در فضا به طور همزمان است.

اشیاء جهان ماکرو تنها می توانند در یک مکان خاص و در یک حالت خاص باشند. اما یک ذره کوانتومی طبق قوانین خودش وجود دارد. و او حتی اهمیتی نمی دهد که ما آنها را درک نکنیم. نکته همین است.

ما فقط باید به عنوان یک اصل بدیهی اعتراف کنیم که "ابرجایگاه" یک جسم کوانتومی به این معنی است که می تواند همزمان در 2 یا چند مسیر، در 2 یا چند نقطه به طور همزمان باشد.

همین امر در مورد دیگر پارامتر فوتون - اسپین (تکانه زاویه ای خودش) صدق می کند. اسپین یک بردار است. یک جسم کوانتومی را می توان به عنوان یک آهنربای میکروسکوپی در نظر گرفت. ما به این واقعیت عادت کرده ایم که بردار آهنربا (اسپین) یا به سمت بالا یا پایین هدایت می شود. اما الکترون یا فوتون دوباره به ما می‌گوید: «بچه‌ها، ما اهمیتی نمی‌دهیم که شما به چه چیزی عادت کرده‌اید، ما می‌توانیم در هر دو حالت اسپینی (بردار بالا، بردار پایین) باشیم، دقیقاً همانطور که می‌توانیم در 2 مسیر در در همان زمان یا در 2 نقطه در همان زمان!

"اندازه گیری" یا "فروپاشی تابع موج" چیست؟

چیزی برای ما باقی نمانده است که بفهمیم "اندازه گیری" چیست و "فروپاشی تابع موج" چیست.

تابع موجتوصیفی از وضعیت یک جسم کوانتومی (فوتون یا الکترون ما) است.

فرض کنید ما یک الکترون داریم، به سمت خودش پرواز می کند در حالت نامشخص، چرخش آن به طور همزمان به سمت بالا و پایین هدایت می شود. باید وضعیت او را بسنجیم.

بیایید با استفاده از یک میدان مغناطیسی اندازه‌گیری کنیم: الکترون‌هایی که اسپین آنها در جهت میدان هدایت شده است در یک جهت منحرف می‌شوند و الکترون‌هایی که اسپین آن‌ها بر خلاف میدان هدایت می‌شود - در سمت دیگر. فوتون های بیشتری را می توان به یک فیلتر پلاریزه هدایت کرد. اگر اسپین (پلاریزاسیون) فوتون +1 باشد، از فیلتر عبور می کند، اما اگر -1 باشد، اینطور نیست.

بس کن در اینجا شما به ناچار یک سوال خواهید داشت:قبل از اندازه گیری، الکترون هیچ جهت اسپین خاصی نداشت، درست است؟ او همزمان در همه ایالت ها بود، اینطور نیست؟

این ترفند و احساس مکانیک کوانتومی است. تا زمانی که حالت یک جسم کوانتومی را اندازه نگیرید، می تواند در هر جهتی بچرخد (هر جهتی از بردار تکانه زاویه ای خود داشته باشد - اسپین). اما در لحظه‌ای که شما حالت او را اندازه‌گیری کردید، به نظر می‌رسد که او تصمیم می‌گیرد کدام بردار اسپین را بپذیرد.

این جسم کوانتومی بسیار جالب است - در مورد وضعیت خود تصمیم می گیرد.و ما نمی توانیم از قبل پیش بینی کنیم که وقتی به میدان مغناطیسی که در آن اندازه گیری می کنیم پرواز کند چه تصمیمی می گیرد. احتمال اینکه او تصمیم بگیرد بردار چرخشی "بالا" یا "پایین" داشته باشد 50 تا 50٪ است. اما به محض اینکه تصمیم می گیرد، در یک حالت خاص با یک جهت چرخشی خاص قرار می گیرد. دلیل تصمیم او «بعد» ماست!

به این میگن " فروپاشی تابع موج". تابع موج قبل از اندازه گیری نامشخص بود، یعنی. پس از اندازه گیری، بردار اسپین الکترون به طور همزمان در تمام جهات بود.

توجه! یک مثال عالی برای درک، ارتباطی از جهان کلان ما است:

یک سکه مانند یک فرفره روی میز بچرخانید. در حالی که سکه در حال چرخش است، معنای خاصی ندارد - سر یا دم. اما به محض اینکه تصمیم گرفتید این مقدار را "اندازه گیری" کنید و سکه را با دست خود بکوبید، آن موقع است که وضعیت خاص سکه - سر یا دم - را به دست می آورید. حالا تصور کنید که این سکه تصمیم می گیرد که کدام ارزش را به شما نشان دهد - سر یا دم. الکترون تقریباً به همین شکل رفتار می کند.

حالا آزمایشی که در انتهای کارتون نشان داده شده را به یاد بیاورید. هنگامی که فوتون ها از شکاف ها عبور می کردند، مانند یک موج رفتار می کردند و یک الگوی تداخلی را روی صفحه نشان می دادند. و هنگامی که دانشمندان می خواستند لحظه پرواز فوتون ها را از طریق شکاف ثبت کنند (اندازه گیری کنند) و یک "ناظر" را در پشت صفحه قرار دادند، فوتون ها شروع به رفتار نه مانند امواج، بلکه مانند ذرات کردند. و آنها 2 نوار عمودی روی صفحه "کشیدند". آن ها در لحظه اندازه گیری یا مشاهده، اجسام کوانتومی خودشان انتخاب می کنند که در چه حالتی باشند.

فوق العاده! این درست نیست؟

اما این همه ماجرا نیست. بالاخره ما به جالب ترین قسمت رسیدیم.

اما ... به نظر من حجم اطلاعات زیاد خواهد شد، بنابراین این 2 مفهوم را در پست های جداگانه بررسی خواهیم کرد:

• چه اتفاقی افتاده؟
• آزمایش فکری چیست؟

حالا، آیا می خواهید اطلاعات مرتب شود؟ مستند تولید شده توسط موسسه فیزیک نظری کانادا را تماشا کنید. در آن، در 20 دقیقه، به طور خلاصه و به ترتیب زمانی درباره تمام اکتشافات فیزیک کوانتومی، که از کشف پلانک در سال 1900 شروع می شود، صحبت می شود. و سپس به شما خواهند گفت که در حال حاضر چه پیشرفت های عملی بر اساس دانش فیزیک کوانتومی در حال انجام است: از دقیق ترین ساعت های اتمی تا محاسبات فوق سریع یک کامپیوتر کوانتومی. تماشای این فیلم را به شدت توصیه می کنم.

ببینمت!

برای همه برنامه ها و پروژه هایشان الهام بخش آرزو می کنم!

P.S.2 سوالات و نظرات خود را در نظرات بنویسید. بنویسید، به چه سوالات دیگری در مورد فیزیک کوانتومی علاقه دارید؟

P.S.3 اشتراک در وبلاگ - فرم اشتراک در زیر مقاله است.