Fizyka kwantowa i. Fizyka kwantowa dla manekinów: esencja w prostych słowach. Nawet dziecko zrozumie. Dokładniej, zwłaszcza dziecko! Załamanie funkcji falowej w fizyce w prostych słowach

Jest wiele miejsc, od których można rozpocząć tę dyskusję i jest to tak samo dobre jak inne: wszystko w naszym wszechświecie ma naturę zarówno cząstek, jak i fal jednocześnie. Gdyby można było powiedzieć o magii w ten sposób: „Wszystko to są fale i tylko fale”, byłby to wspaniały poetycki opis fizyki kwantowej. W rzeczywistości wszystko w tym wszechświecie ma naturę falową.

Oczywiście również wszystko we wszechświecie ma naturę cząstek. Brzmi dziwnie, ale tak jest.

Jednoczesne opisywanie rzeczywistych obiektów jako cząstek i fal byłoby nieco niedokładne. Ściśle mówiąc, obiekty opisywane przez fizykę kwantową nie są cząstkami i falami, lecz należą do trzeciej kategorii, która dziedziczy właściwości fal (częstotliwość i długość fali wraz z propagacją w przestrzeni) oraz niektóre właściwości cząstek (można je policzyć). i zlokalizowane do pewnego stopnia ). Prowadzi to do ożywionej debaty w społeczności fizyków na temat tego, czy w ogóle słuszne jest mówienie o świetle jako cząstce; nie dlatego, że istnieje sprzeczność co do tego, czy światło ma naturę cząsteczkową, ale dlatego, że nazywanie fotonów „cząstkami”, a nie „wzbudzaniem pola kwantowego”, wprowadza uczniów w błąd. Dotyczy to jednak również tego, czy elektrony można nazwać cząstkami, ale takie spory pozostaną w kręgach czysto akademickich.

Ta „trzecia” natura obiektów kwantowych znajduje odzwierciedlenie w czasami mylącym języku fizyków, którzy omawiają zjawiska kwantowe. Bozon Higgsa został odkryty jako cząstka w Wielkim Zderzaczu Hadronów, ale prawdopodobnie słyszeliście wyrażenie „pole Higgsa”, tak zdelokalizowana rzecz, która wypełnia całą przestrzeń. Dzieje się tak, ponieważ w pewnych warunkach, takich jak eksperymenty zderzeń cząstek, bardziej odpowiednie jest omówienie wzbudzeń pola Higgsa niż scharakteryzowanie cząstki, podczas gdy w innych warunkach, takich jak ogólne dyskusje na temat tego, dlaczego niektóre cząstki mają masę, jest to bardziej odpowiednie omówić fizykę w kategoriach oddziaływań z kwantem polem o uniwersalnych proporcjach. Są to po prostu różne języki opisujące te same obiekty matematyczne.

Fizyka kwantowa jest dyskretna

Wszystko w imię fizyki – słowo „kwant” pochodzi od łacińskiego „ile” i odzwierciedla fakt, że modele kwantowe zawsze zawierają coś, co występuje w ilościach dyskretnych. Energia zawarta w polu kwantowym jest wielokrotnością pewnej energii podstawowej. W przypadku światła jest to związane z częstotliwością i długością fali światła — światło o wysokiej częstotliwości o krótkiej długości fali ma ogromną energię charakterystyczną, podczas gdy światło o niskiej częstotliwości o długiej fali ma niewielką energię charakterystyczną.

Tymczasem w obu przypadkach całkowita energia zawarta w oddzielnym polu świetlnym jest całkowitą wielokrotnością tej energii - 1, 2, 14, 137 razy - i nie ma dziwnych ułamków jak półtora, "pi" czy kwadrat pierwiastek z dwóch. Ta właściwość jest również obserwowana w dyskretnych poziomach energetycznych atomów, a pasma energetyczne są specyficzne – niektóre wartości energii są dozwolone, inne nie. Zegary atomowe działają dzięki dyskretności fizyki kwantowej, wykorzystując częstotliwość światła związaną z przejściem między dwoma dozwolonymi stanami w cezie, co pozwala na utrzymanie czasu na poziomie niezbędnym do „drugiego skoku”.

Ultraprecyzyjna spektroskopia może być również wykorzystywana do wyszukiwania takich rzeczy jak ciemna materia i pozostaje częścią motywacji do pracy instytutu nad fundamentalną fizyką niskich energii.

Nie zawsze jest to oczywiste — nawet niektóre rzeczy z zasady kwantowe, takie jak promieniowanie ciała doskonale czarnego, są powiązane z rozkładem ciągłym. Ale po bliższym zbadaniu i połączeniu głębokiego aparatu matematycznego teoria kwantowa staje się jeszcze dziwniejsza.

Fizyka kwantowa jest probabilistyczna

Jednym z najbardziej zaskakujących i (przynajmniej historycznie) kontrowersyjnych aspektów fizyki kwantowej jest to, że nie można z całą pewnością przewidzieć wyniku pojedynczego eksperymentu z systemem kwantowym. Kiedy fizycy przewidują wynik konkretnego eksperymentu, ich przewidywanie ma postać prawdopodobieństwa znalezienia każdego z poszczególnych możliwych wyników, a porównania między teorią a eksperymentem zawsze obejmują wyprowadzenie rozkładu prawdopodobieństwa z wielu powtarzanych eksperymentów.

Opis matematyczny układu kwantowego z reguły przyjmuje postać „funkcji falowej”, reprezentowanej w równaniach greckiego buka psi: Ψ. Toczy się wiele dyskusji na temat tego, czym dokładnie jest funkcja falowa, i podzielili one fizyków na dwa obozy: tych, którzy widzą funkcję falową jako rzeczywistą rzecz fizyczną (teoretycy ontyki), oraz tych, którzy wierzą, że funkcja falowa jest wyłącznie wyrazem naszą wiedzę (lub jej brak) niezależnie od stanu, w jakim znajduje się dany obiekt kwantowy (teoretyków epistemicznych).

W każdej klasie bazowego modelu prawdopodobieństwo znalezienia wyniku nie jest określane bezpośrednio przez funkcję falową, ale przez kwadrat funkcji falowej (z grubsza rzecz biorąc, nadal jest taki sam; funkcja falowa jest złożonym obiektem matematycznym ( i dlatego zawiera liczby urojone, takie jak pierwiastek kwadratowy lub jego ujemna odmiana), a operacja prawdopodobieństwa jest nieco bardziej skomplikowana, ale „kwadrat funkcji falowej” wystarczy, aby uzyskać podstawową istotę pomysłu). Jest to znane jako reguła Borna, na cześć niemieckiego fizyka Maxa Borna, który jako pierwszy ją obliczył (w przypisie do artykułu z 1926 roku) i zaskoczył wielu ludzi swoją brzydką implementacją. Aktywnie pracuje się nad wyprowadzeniem reguły Borna z bardziej fundamentalnej zasady; ale jak dotąd żaden z nich nie odniósł sukcesu, chociaż przyniósł wiele interesujących rzeczy dla nauki.

Ten aspekt teorii prowadzi nas również do cząstek znajdujących się w wielu stanach jednocześnie. Wszystko, co możemy przewidzieć, to prawdopodobieństwo, a przed pomiarem z określonym wynikiem mierzony system znajduje się w stanie pośrednim - stanie superpozycji, który obejmuje wszystkie możliwe prawdopodobieństwa. Ale to, czy system rzeczywiście znajduje się w wielu stanach, czy też znajduje się w jednej niewiadomej, zależy od tego, czy wolisz model ontyczny, czy epistemiczny. Oba prowadzą nas do następnego punktu.

Fizyka kwantowa jest nielokalna

Ten ostatni nie był powszechnie akceptowany jako taki, głównie dlatego, że się mylił. W artykule z 1935 roku, wraz ze swoimi młodymi kolegami Borisem Podolkiyem i Nathanem Rosenem (artykuł EPR), Einstein przedstawił jasne matematyczne stwierdzenie czegoś, co go trapiło od jakiegoś czasu, co nazywamy „uwikłaniem”.

Praca EPR twierdziła, że ​​fizyka kwantowa uznała istnienie systemów, w których pomiary dokonywane w odległych miejscach mogą być skorelowane, tak że wynik jednego determinuje drugi. Argumentowali, że oznacza to, że wyniki pomiarów muszą być z góry określone przez jakiś wspólny czynnik, ponieważ w przeciwnym razie wynik jednego pomiaru musiałby zostać przesłany do miejsca innego z prędkością większą niż prędkość światła. Dlatego fizyka kwantowa musi być niekompletna, przybliżeniem głębszej teorii (teorii „ukrytej zmiennej lokalnej”, w której wyniki poszczególnych pomiarów nie zależą od czegoś, co znajduje się dalej od miejsca pomiaru niż sygnał poruszający się z prędkością światło może pokrywać (lokalnie), ale jest raczej określane przez pewien czynnik wspólny dla obu systemów w splątanej parze (zmienna ukryta).

Całość uważano za niezrozumiały przypis przez ponad 30 lat, ponieważ wydawało się, że nie ma sposobu, aby to zweryfikować, ale w połowie lat 60. irlandzki fizyk John Bell bardziej szczegółowo opracował konsekwencje EPR. Bell wykazał, że można znaleźć okoliczności, w których mechanika kwantowa będzie przewidywać korelacje między odległymi pomiarami, które są silniejsze niż jakakolwiek możliwa teoria, taka jak te zaproponowane przez E, P i R. Zostało to eksperymentalnie przetestowane w latach 70. przez Johna Klosera i Alaina Aspecta na początku Lata 80. x - pokazali, że tych skomplikowanych systemów nie można potencjalnie wyjaśnić żadną lokalną teorią ukrytych zmiennych.

Najpopularniejszym podejściem do zrozumienia tego wyniku jest założenie, że mechanika kwantowa jest nielokalna: że wyniki pomiarów wykonanych w określonym miejscu mogą zależeć od właściwości odległego obiektu w sposób, którego nie można wyjaśnić za pomocą sygnałów przemieszczających się w prędkość światła. To jednak nie pozwala na przesyłanie informacji z prędkością ponadświetlną, chociaż podjęto wiele prób obejścia tego ograniczenia za pomocą nielokalności kwantowej.

Fizyka kwantowa (prawie zawsze) zajmuje się bardzo małymi

Fizyka kwantowa ma reputację dziwacznej, ponieważ jej przewidywania drastycznie różnią się od naszych codziennych doświadczeń. Dzieje się tak, ponieważ jego efekty są mniej wyraźne, im większy jest obiekt - prawie nie zobaczysz falowego zachowania cząstek i tego, jak długość fali maleje wraz ze wzrostem pędu. Długość fali obiektu makroskopowego, takiego jak pies, jest tak śmiesznie mała, że ​​jeśli powiększyć każdy atom w pomieszczeniu do rozmiarów układu słonecznego, długość fali psa byłaby wielkości jednego atomu w tym układzie słonecznym.

Oznacza to, że zjawiska kwantowe ograniczają się w większości do skali atomów i cząstek elementarnych, których masy i przyspieszenia są na tyle małe, że długość fali pozostaje tak mała, że ​​nie można jej bezpośrednio zaobserwować. Jednak podejmuje się wiele wysiłków, aby zwiększyć rozmiar systemu, który wykazuje efekty kwantowe.

Fizyka kwantowa to nie magia

Poprzedni punkt całkiem naturalnie prowadzi nas do tego punktu: jakkolwiek dziwna może się wydawać fizyka kwantowa, z pewnością nie jest to magia. To, co postuluje, jest dziwne według standardów codziennej fizyki, ale jest poważnie ograniczone przez dobrze zrozumiałe reguły i zasady matematyczne.

Więc jeśli ktoś przychodzi do ciebie z „kwantową” ideą, która wydaje się niemożliwa – nieskończona energia, magiczna moc uzdrawiania, niemożliwe silniki kosmiczne – jest to prawie na pewno niemożliwe. Nie oznacza to, że nie możemy używać fizyki kwantowej do robienia niesamowitych rzeczy: ciągle piszemy o niesamowitych przełomach wykorzystujących zjawiska kwantowe, a one już całkiem zaskoczyły ludzkość, to tylko oznacza, że ​​nie wyjdziemy poza prawa termodynamiki i zdrowy rozsądek.

Jeśli powyższe punkty nie są dla Ciebie wystarczające, potraktuj to tylko jako przydatny punkt wyjścia do dalszej dyskusji.

WikiHow to wiki, co oznacza, że ​​wiele naszych artykułów jest napisanych przez wielu autorów. Podczas tworzenia tego artykułu nad jego redakcją i udoskonaleniem pracowało 11 osób, w tym anonimowo.

Fizyka kwantowa (inaczej teoria kwantowa lub mechanika kwantowa) to osobna gałąź fizyki, która zajmuje się opisem zachowania i oddziaływania materii i energii na poziomie cząstek elementarnych, fotonów i niektórych materiałów w bardzo niskich temperaturach. Pole kwantowe definiuje się jako „działanie” (lub w niektórych przypadkach moment pędu) cząstki, która mieści się w zakresie wielkości niewielkiej stałej fizycznej zwanej stałą Plancka.

Kroki

stała Plancka

Zacznij od poznania fizycznej koncepcji stałej Plancka. W mechanice kwantowej stała Plancka jest kwantem działania, oznaczonym jako h. Podobnie dla oddziałujących cząstek elementarnych, kwant moment pędu jest zredukowaną stałą Plancka (stałą Plancka podzieloną przez 2 π) oznaczoną jako ħ i nazywa się „h z myślnikiem”. Wartość stałej Plancka jest niezwykle mała, łączy ona te momenty impulsu i oznaczenia działań, które mają bardziej ogólną koncepcję matematyczną. Nazwać mechanika kwantowa oznacza, że ​​niektóre wielkości fizyczne, takie jak moment pędu, mogą się tylko zmieniać dyskretnie, nie ciągły ( cm. analogowy) sposób.

• Na przykład moment pędu elektronu związanego z atomem lub cząsteczką jest kwantowany i może przyjmować tylko wartości, które są wielokrotnościami zredukowanej stałej Plancka. Ta kwantyzacja zwiększa orbitę elektronu o szereg pierwotnych liczb całkowitych. W przeciwieństwie do tego, moment pędu pobliskich niezwiązanych elektronów nie jest kwantowany. Stała Plancka jest również wykorzystywana w kwantowej teorii światła, gdzie kwantem światła jest foton, a materia oddziałuje z energią poprzez przenoszenie elektronów między atomami lub „skok kwantowy” związanego elektronu.
• Jednostki stałej Plancka można również traktować jako moment energii w czasie. Na przykład w dziedzinie fizyki cząstek wirtualne cząstki są przedstawiane jako masa cząstek, które spontanicznie wyłaniają się z próżni na bardzo małym obszarze i odgrywają rolę w ich interakcji. Granicą życia tych wirtualnych cząstek jest energia (masa) każdej cząstki. Mechanika kwantowa ma duży zakres tematyczny, ale stała Plancka jest obecna w każdej jej matematycznej części.

1. Dowiedz się o ciężkich cząstkach. Cząstki ciężkie przechodzą od przejścia energii klasycznej do kwantowej. Nawet jeśli swobodny elektron, który ma pewne właściwości kwantowe (takie jak rotacja), jako elektron niezwiązany, zbliża się do atomu i zwalnia (być może z powodu emisji fotonów), przechodzi od zachowania klasycznego do kwantowego, gdy jego energia spada poniżej energia jonizacji. Elektron wiąże się z atomem, a jego moment pędu względem jądra atomowego jest ograniczony wartością kwantową orbity, którą może zajmować. To przejście jest nagłe. Można go porównać do systemu mechanicznego, który zmienia swój stan z niestabilnego na stabilny lub jego zachowanie zmienia się z prostego na chaotyczny, lub można go nawet porównać do statku rakietowego, który zwalnia i schodzi poniżej prędkości startu i krąży wokół niektórych gwiazda lub inny obiekt niebieski. W przeciwieństwie do nich fotony (które są nieważkie) nie dokonują takiego przejścia: po prostu przemierzają przestrzeń niezmienioną, aż wejdą w interakcję z innymi cząsteczkami i znikną. Jeśli spojrzysz w nocne niebo, fotony z niektórych gwiazd podróżują w niezmienionych latach świetlnych, a następnie wchodzą w interakcję z elektronem w Twojej cząsteczce siatkówki, emitują swoją energię, a następnie znikają.

Witajcie drodzy czytelnicy. Jeśli nie chcesz pozostawać w tyle za życiem, aby być naprawdę szczęśliwą i zdrową osobą, powinieneś poznać tajniki współczesnej fizyki kwantowej, przynajmniej trochę wyobrażenia, do jakich głębin wszechświata dokopali się dzisiaj naukowcy. Nie masz czasu zagłębiać się w głębokie naukowe szczegóły, ale chcesz zrozumieć tylko istotę, ale zobaczyć piękno nieznanego świata, to ten artykuł: fizyka kwantowa dla zwykłych manekinów lub, można powiedzieć, dla gospodyń domowych, jest tylko dla Was. Postaram się wyjaśnić, czym jest fizyka kwantowa, ale prostymi słowami, aby to jasno pokazać.

„Jaki jest związek między szczęściem, zdrowiem i fizyką kwantową?”, pytasz.

Faktem jest, że pomaga odpowiedzieć na wiele niezrozumiałych pytań związanych z ludzką świadomością, wpływem świadomości na ciało. Niestety medycyna, opierając się na fizyce klasycznej, nie zawsze pomaga nam być zdrowym. A psychologia nie potrafi właściwie powiedzieć, jak znaleźć szczęście.

Tylko głębsza znajomość świata pomoże nam zrozumieć, jak naprawdę radzić sobie z chorobą i gdzie mieszka szczęście. Ta wiedza znajduje się w głębokich warstwach Wszechświata. Z pomocą przychodzi fizyka kwantowa. Wkrótce dowiesz się wszystkiego.

Czym zajmuje się fizyka kwantowa w prostych słowach?

Tak, rzeczywiście, fizyka kwantowa jest bardzo trudna do zrozumienia, ponieważ bada prawa mikroświata. To znaczy świat w jego głębszych warstwach, w bardzo małych odległościach, na które człowiekowi bardzo trudno jest patrzeć.

A świat, jak się okazuje, zachowuje się tam bardzo dziwnie, tajemniczo i niezrozumiale, nie tak, jak przywykliśmy.

Stąd cała złożoność i niezrozumienie fizyki kwantowej.

Ale po przeczytaniu tego artykułu poszerzysz horyzonty swojej wiedzy i spojrzysz na świat w zupełnie inny sposób.

Krótko o historii fizyki kwantowej

Wszystko zaczęło się na początku XX wieku, kiedy fizyka newtonowska nie potrafiła wyjaśnić wielu rzeczy, a naukowcy znaleźli się w ślepym zaułku. Następnie Max Planck wprowadził pojęcie kwantu. Albert Einstein podchwycił ten pomysł i udowodnił, że światło nie rozchodzi się w sposób ciągły, ale porcjami - kwantami (fotonami). Wcześniej wierzono, że światło ma charakter falowy.

Ale jak się później okazało, każda cząstka elementarna jest nie tylko kwantem, czyli cząstką stałą, ale także falą. Tak pojawił się dualizm korpuskularno-falowy w fizyce kwantowej, pierwszy paradoks i początek odkryć tajemniczych zjawisk mikroświata.

Najciekawsze paradoksy zaczęły się, gdy przeprowadzono słynny eksperyment z podwójną szczeliną, po którym tajemnice stały się znacznie większe. Można powiedzieć, że od niego zaczęła się fizyka kwantowa. Przyjrzyjmy się temu.

Eksperyment z podwójną szczeliną w fizyce kwantowej

Wyobraź sobie talerz z dwoma otworami w postaci pionowych pasków. Za tą płytą umieścimy ekran. Jeśli skierujemy światło na płytkę, zobaczymy na ekranie wzór interferencji. Oznacza to naprzemienne ciemne i jasne pionowe paski. Zakłócenia są wynikiem zachowania falowego czegoś, w naszym przypadku światła.

Jeśli przejdziesz falę wody przez dwa otwory znajdujące się obok siebie, zrozumiesz, czym jest interferencja. Oznacza to, że światło okazuje się być czymś w rodzaju fali. Ale jak udowodniła fizyka, a raczej Einstein, jest ona propagowana przez cząstki fotonowe. Już paradoks. Ale wszystko w porządku, dualizm korpuskularno-falowy już nas nie zaskoczy. Fizyka kwantowa mówi nam, że światło zachowuje się jak fala, ale składa się z fotonów. Ale cuda dopiero się zaczynają.

Ustawmy pistolet przed płytą z dwoma szczelinami, która będzie emitować nie światło, a elektrony. Zacznijmy strzelać elektronami. Co zobaczymy na ekranie za płytą?

W końcu elektrony to cząstki, co oznacza, że ​​przepływ elektronów, przechodząc przez dwie szczeliny, powinien pozostawić na ekranie tylko dwa paski, dwa ślady naprzeciw szczelin. Czy wyobrażałeś sobie kamyki przelatujące przez dwie szczeliny i uderzające w ekran?

Ale co tak naprawdę widzimy? Cały ten sam wzór interferencji. Jaki jest wniosek: elektrony rozchodzą się falami. Więc elektrony są falami. Ale przecież to cząstka elementarna. Znowu dualizm korpuskularno-falowy w fizyce.

Ale możemy założyć, że na głębszym poziomie elektron jest cząstką, a kiedy te cząstki się połączą, zaczynają zachowywać się jak fale. Na przykład fala morska jest falą, ale składa się z kropelek wody, a na mniejszym poziomie z cząsteczek, a następnie z atomów. Dobra, logika jest solidna.

Więc strzelajmy z pistoletu nie strumieniem elektronów, ale wypuszczajmy elektrony osobno, po pewnym czasie. Jakbyśmy przechodzili przez szczeliny nie falą morską, ale plującymi pojedynczymi kroplami z dziecięcego pistoletu na wodę.

To całkiem logiczne, że w tym przypadku różne krople wody wpadłyby do różnych szczelin. Na ekranie za płytą nie można było zobaczyć wzoru interferencji fali, ale dwa wyraźne prążki uderzeniowe naprzeciw każdej szczeliny. To samo zobaczymy, jeśli rzucimy małymi kamieniami, które przelatując przez dwie szczeliny zostawią ślad, jak cień z dwóch dziur. Wystrzelmy teraz pojedyncze elektrony, aby zobaczyć te dwa paski na ekranie od uderzeń elektronów. Puścili jedną, czekali, drugą, czekali i tak dalej. Fizycy kwantowi byli w stanie przeprowadzić taki eksperyment.

Ale horror. Zamiast tych dwóch prążków uzyskuje się te same naprzemienne interferencje kilku prążków. Jak to? Może się to zdarzyć, gdy elektron przelatuje przez dwie szczeliny w tym samym czasie, ale za płytą, jak fala, zderza się ze sobą i przeszkadza. Ale tak być nie może, ponieważ cząsteczka nie może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie. Leci albo przez pierwsze gniazdo, albo przez drugie.

Tu zaczynają się naprawdę fantastyczne rzeczy w fizyce kwantowej.

Superpozycja w fizyce kwantowej

Dzięki głębszej analizie naukowcy dowiadują się, że każda elementarna cząstka kwantowa lub to samo światło (foton) może w rzeczywistości znajdować się w kilku miejscach jednocześnie. I to nie są cuda, ale prawdziwe fakty mikrokosmosu. Tak mówi fizyka kwantowa. Dlatego wystrzeliwując osobną cząsteczkę z armaty, widzimy efekt interferencji. Za płytą elektron zderza się ze sobą i tworzy wzór interferencji.

Zwykłe obiekty makrokosmosu są zawsze w jednym miejscu, mają jeden stan. Na przykład siedzisz teraz na krześle, ważysz powiedzmy 50 kg, masz puls 60 uderzeń na minutę. Oczywiście te wskazania się zmienią, ale po jakimś czasie się zmienią. W końcu nie możesz być jednocześnie w domu i w pracy, ważąc 50 i 100 kg. Wszystko to jest zrozumiałe, to zdrowy rozsądek.

W fizyce mikrokosmosu wszystko jest inne.

Mechanika kwantowa twierdzi, co zostało już potwierdzone eksperymentalnie, że każda cząstka elementarna może być jednocześnie nie tylko w kilku punktach w przestrzeni, ale także mieć kilka stanów jednocześnie, takich jak spin.

Wszystko to nie mieści się w głowie, podważa utarte wyobrażenie o świecie, stare prawa fizyki, kręci myślenie, można śmiało powiedzieć, że doprowadza do szału.

W ten sposób zaczynamy rozumieć termin „superpozycja” w mechanice kwantowej.

Superpozycja oznacza, że ​​obiekt mikrokosmosu może jednocześnie znajdować się w różnych punktach przestrzeni, a także mieć kilka stanów jednocześnie. I to jest normalne dla cząstek elementarnych. Takie jest prawo mikroświata, bez względu na to, jak dziwne i fantastyczne może się to wydawać.

Dziwisz się, ale to tylko kwiaty, najbardziej niewytłumaczalne cuda, tajemnice i paradoksy fizyki kwantowej dopiero nadejdą.

Załamanie funkcji falowej w fizyce w prostych słowach

Następnie naukowcy postanowili dowiedzieć się i dokładniej zobaczyć, czy elektron rzeczywiście przechodzi przez obie szczeliny. Nagle przechodzi przez jedną szczelinę, a potem w jakiś sposób oddziela się i tworzy wzór interferencji, gdy przechodzi. Cóż, nigdy nie wiadomo. Oznacza to, że w pobliżu szczeliny należy umieścić jakieś urządzenie, które dokładnie zarejestruje przejście elektronu przez nią. Nie wcześniej powiedziane, niż zrobione. Oczywiście jest to trudne do zrealizowania, nie potrzebujesz urządzenia, ale czegoś innego, aby zobaczyć przejście elektronu. Ale naukowcy to zrobili.

Ale w końcu wynik zaskoczył wszystkich.

Gdy tylko zaczniemy patrzeć, przez którą szczelinę przechodzi elektron, zaczyna zachowywać się nie jak fala, nie jak dziwna substancja, która znajduje się w różnych punktach przestrzeni w tym samym czasie, ale jak zwykła cząstka. Oznacza to, że zaczyna wykazywać specyficzne właściwości kwantu: znajduje się tylko w jednym miejscu, przechodzi przez jedną szczelinę, ma jedną wartość spinu. To, co pojawia się na ekranie, nie jest wzorem interferencji, ale prostym śladem naprzeciw szczeliny.

Ale jak to możliwe. Jakby elektron żartował, bawił się z nami. Na początku zachowuje się jak fala, a potem, gdy postanowiliśmy przyjrzeć się jej przejściu przez szczelinę, wykazuje właściwości cząstki stałej i przechodzi tylko przez jedną szczelinę. Ale tak jest w mikrokosmosie. To są prawa fizyki kwantowej.

Naukowcy dostrzegli kolejną tajemniczą właściwość cząstek elementarnych. W ten sposób w fizyce kwantowej pojawiły się pojęcia niepewności i załamania funkcji falowej.

Kiedy elektron leci w kierunku szczeliny, znajduje się w stanie nieokreślonym lub, jak powiedzieliśmy powyżej, w superpozycji. Oznacza to, że zachowuje się jak fala, jest jednocześnie w różnych punktach w przestrzeni, ma dwie wartości wirowania (spin ma tylko dwie wartości). Gdybyśmy go nie dotykali, nie starali się na niego patrzeć, nie dowiadywali się dokładnie, gdzie jest, gdybyśmy nie zmierzyli wartości jego wirowania, przeleciałby jak fala przez dwie szczeliny na w tym samym czasie, co oznacza, że ​​stworzyłby wzór interferencji. Fizyka kwantowa opisuje jej trajektorię i parametry za pomocą funkcji falowej.

Po wykonaniu pomiaru (a cząsteczkę mikroświata można zmierzyć tylko poprzez interakcję z nią, np. przez zderzenie z nią innej cząstki), funkcja falowa załamuje się.

Oznacza to, że teraz elektron jest dokładnie w jednym miejscu w przestrzeni, ma jedną wartość spinu.

Można powiedzieć, że cząstka elementarna jest jak duch, wydaje się istnieć, ale jednocześnie nie jest w jednym miejscu iz pewnym prawdopodobieństwem może być gdziekolwiek w opisie funkcji falowej. Ale gdy tylko zaczynamy się z nim kontaktować, zmienia się z upiornego obiektu w prawdziwą, namacalną substancję, która zachowuje się jak zwykłe przedmioty znanego nam klasycznego świata.

„To fantastyczne” — mówisz. Jasne, ale cuda fizyki kwantowej dopiero się zaczynają. Najbardziej niesamowite dopiero nadejdzie. Ale oderwijmy się od natłoku informacji i wróćmy do kwantowych przygód innym razem, w innym artykule. W międzyczasie zastanów się, czego się dzisiaj nauczyłeś. Do czego takie cuda mogą prowadzić? W końcu nas otaczają, to jest własność naszego świata, choć na głębszym poziomie. Czy nadal myślimy, że żyjemy w nudnym świecie? Ale wnioski wyciągniemy później.

Próbowałem krótko i wyraźnie omówić podstawy fizyki kwantowej.

Ale jeśli czegoś nie rozumiesz, obejrzyj tę kreskówkę o fizyce kwantowej, o eksperymencie z dwiema szczelinami, wszystko jest tam również opowiedziane zrozumiałym, prostym językiem.

Kreskówka o fizyce kwantowej:

Lub możesz obejrzeć ten film, wszystko się ułoży, fizyka kwantowa jest bardzo interesująca.

Film o fizyce kwantowej:

Skąd wcześniej o tym nie wiedziałeś?

Współczesne odkrycia w fizyce kwantowej zmieniają nasz znajomy świat materialny.

Fizyka kwantowa radykalnie zmieniła nasze rozumienie świata. Zgodnie z fizyką kwantową możemy wpływać na proces odmładzania naszą świadomością!

Dlaczego jest to możliwe?Z punktu widzenia fizyki kwantowej nasza rzeczywistość jest źródłem czystych potencjalności, źródłem surowców, z których składa się nasze ciało, nasz umysł i cały Wszechświat. co sekundę coś nowego.

W XX wieku podczas eksperymentów fizycznych z cząstkami subatomowymi i fotonami odkryto, że fakt obserwowania przebiegu eksperymentu zmienia jego wyniki. To, na czym skupiamy naszą uwagę, może zareagować.

Fakt ten potwierdza klasyczny eksperyment, który za każdym razem zaskakuje naukowców. Powtarzano to w wielu laboratoriach i zawsze uzyskiwano te same wyniki.

Do tego eksperymentu przygotowano źródło światła i ekran z dwoma szczelinami. Jako źródło światła wykorzystano urządzenie, które „wystrzeliwało” fotony w postaci pojedynczych impulsów.

Przebieg eksperymentu był monitorowany. Po zakończeniu eksperymentu na papierze fotograficznym znajdującym się za szczelinami widoczne były dwa pionowe paski. Są to ślady fotonów, które przeszły przez szczeliny i oświetliły papier fotograficzny.

Kiedy ten eksperyment został powtórzony w trybie automatycznym, bez interwencji człowieka, obraz na papierze fotograficznym zmienił się:

Jeśli badacz włączył urządzenie i wyszedł, a po 20 minutach wywołał papier fotograficzny, to znaleziono na nim nie dwa, ale wiele pionowych pasów. To były ślady promieniowania. Ale rysunek był inny.

Struktura śladu na papierze fotograficznym przypominała ślad fali przechodzącej przez szczeliny.Światło może wykazywać właściwości fali lub cząstki.

W wyniku prostego faktu obserwacji fala znika i zamienia się w cząstki. Jeśli nie obserwujesz, na papierze fotograficznym pojawia się ślad fali. To zjawisko fizyczne nazywa się efektem obserwatora.

Te same wyniki uzyskano z innymi cząstkami. Eksperymenty powtarzano wielokrotnie, ale za każdym razem zaskakiwały naukowców. Odkryto więc, że na poziomie kwantowym materia reaguje na uwagę człowieka. To była nowość w fizyce.

Zgodnie z koncepcjami współczesnej fizyki wszystko materializuje się z pustki. Ta pustka nazywana jest „polem kwantowym”, „polem zerowym” lub „matrycą”. Pustka zawiera energię, która może zamienić się w materię.

Materia składa się ze skoncentrowanej energii - to fundamentalne odkrycie fizyki XX wieku.

W atomie nie ma stałych części. Obiekty składają się z atomów. Ale dlaczego przedmioty są stałe? Palec przytwierdzony do ceglanej ściany nie przechodzi przez nią. Czemu? Wynika to z różnic w charakterystyce częstotliwości atomów i ładunków elektrycznych. Każdy rodzaj atomu ma swoją własną częstotliwość wibracji. To determinuje różnice we właściwościach fizycznych obiektów. Gdyby można było zmienić częstotliwość wibracji atomów tworzących ciało, człowiek mógłby przejść przez ściany. Ale częstotliwości drgań atomów ręki i atomów ściany są bliskie. Dlatego palec spoczywa na ścianie.

Dla każdego rodzaju interakcji niezbędny jest rezonans częstotliwości.

Łatwo to zrozumieć na prostym przykładzie. Jeśli oświetlisz kamienną ścianę światłem latarki, światło zostanie przez nią przesłonięte. Jednak promieniowanie telefonu komórkowego z łatwością przejdzie przez tę ścianę. Chodzi o różnice częstotliwości między promieniowaniem latarki a telefonem komórkowym. Kiedy czytasz ten tekst, przez twoje ciało przepływają strumienie bardzo zróżnicowanego promieniowania. Są to promieniowanie kosmiczne, sygnały radiowe, sygnały z milionów telefonów komórkowych, promieniowanie pochodzące z ziemi, promieniowanie słoneczne, promieniowanie wytwarzane przez sprzęt AGD itp.

Nie czujesz tego, ponieważ widzisz tylko światło i słyszysz tylko dźwięk. Nawet jeśli siedzisz w milczeniu z zamkniętymi oczami, miliony rozmów telefonicznych, obrazy wiadomości telewizyjnych i wiadomości radiowych przechodzą przez twoją głowę. Nie dostrzegasz tego, ponieważ nie ma rezonansu częstotliwości między atomami tworzącymi twoje ciało a promieniowaniem. Ale jeśli pojawi się rezonans, natychmiast reagujesz. Na przykład, gdy pamiętasz ukochaną osobę, która właśnie o tobie pomyślała. Wszystko we wszechświecie podlega prawom rezonansu.

Świat składa się z energii i informacji. Einstein, po wielu przemyśleniach na temat struktury świata, powiedział: „Jedyną rzeczywistością istniejącą we wszechświecie jest pole”. Tak jak fale są tworem morza, tak wszystkie przejawy materii: organizmy, planety, gwiazdy, galaktyki są tworami pola.

Powstaje pytanie, jak z pola powstaje materia? Jaka siła kontroluje ruch materii?

Badacze doprowadzili ich do nieoczekiwanej odpowiedzi. Założyciel fizyki kwantowej, Max Planck, powiedział podczas swojego przemówienia nagrodą Nobla:

„Wszystko we Wszechświecie jest stworzone i istnieje dzięki sile. Musimy założyć, że za tą siłą stoi świadomy umysł, który jest matrycą całej materii.

MATERĄ RZĄDZI ŚWIADOMOŚĆ

Na przełomie XX i XXI wieku w fizyce teoretycznej pojawiły się nowe idee, które umożliwiają wyjaśnienie dziwnych właściwości cząstek elementarnych. Cząsteczki mogą pojawić się z pustki i nagle zniknąć. Naukowcy przyznają, że istnieje możliwość istnienia wszechświatów równoległych. Być może cząstki przemieszczają się z jednej warstwy wszechświata do drugiej. W rozwój tych pomysłów zaangażowane są takie gwiazdy jak Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind.

Zgodnie z koncepcjami fizyki teoretycznej Wszechświat przypomina zagnieżdżoną lalkę, która składa się z wielu zagnieżdżających się lalek - warstw. Są to warianty wszechświatów - światów równoległych. Te obok siebie są bardzo podobne. Ale im dalej warstwy są od siebie, tym mniej podobieństw między nimi. Teoretycznie, aby przenieść się z jednego wszechświata do drugiego, statki kosmiczne nie są potrzebne. Wszystkie możliwe opcje znajdują się jedna w drugiej. Po raz pierwszy te idee zostały wyrażone przez naukowców w połowie XX wieku. Na przełomie XX i XXI wieku otrzymali potwierdzenie matematyczne. Dziś takie informacje są łatwo akceptowane przez opinię publiczną. Jednak kilkaset lat temu za takie wypowiedzi mogli zostać spaleni na stosie lub uznani za szalonych.

Wszystko powstaje z pustki. Wszystko jest w ruchu. Przedmioty są iluzją. Materia składa się z energii. Wszystko jest stworzone przez myśl. Te odkrycia fizyki kwantowej nie zawierają niczego nowego. Wszystko to było znane starożytnym mędrcom. W wielu naukach mistycznych, które uważano za tajne i były dostępne tylko dla wtajemniczonych, mówiono, że nie ma różnicy między myślami a przedmiotami.Wszystko na świecie jest wypełnione energią. Wszechświat reaguje na myśl. Energia podąża za uwagą.

To, na czym skupiasz swoją uwagę, zaczyna się zmieniać. Te myśli w różnych sformułowaniach są podane w Biblii, starożytnych tekstach gnostyckich, w naukach mistycznych, które powstały w Indiach i Ameryce Południowej. Zgadli to budowniczowie starożytnych piramid. Ta wiedza jest kluczem do nowych technologii, które są dziś wykorzystywane do manipulowania rzeczywistością.

Nasze ciało to pole energii, informacji i inteligencji, które znajduje się w stanie ciągłej, dynamicznej wymiany z otoczeniem. Impulsy umysłu nieustannie, w każdej sekundzie, nadają ciału nowe formy przystosowania się do zmieniających się wymagań życia.

Z punktu widzenia fizyki kwantowej nasze ciało fizyczne, pod wpływem naszego umysłu, jest w stanie wykonać skok kwantowy z jednej epoki biologicznej do drugiej bez przechodzenia przez wszystkie epoki pośrednie. opublikowany

PS I pamiętaj, zmieniając konsumpcję, razem zmieniamy świat! © econet

Witamy na blogu! Bardzo się cieszę!

Z pewnością słyszałeś wiele razy o niewyjaśnionych tajemnicach fizyki kwantowej i mechaniki kwantowej. Jej prawa fascynują mistycyzmem i nawet sami fizycy przyznają, że nie do końca ich rozumieją. Z jednej strony ciekawe jest zrozumienie tych praw, ale z drugiej strony nie ma czasu na czytanie wielotomowych i skomplikowanych książek o fizyce. Bardzo cię rozumiem, bo kocham też wiedzę i poszukiwanie prawdy, ale na wszystkie książki boleśnie brakuje czasu. Nie jesteś sam, wiele dociekliwych osób wpisuje w wyszukiwarkę: „fizyka kwantowa dla manekinów, mechanika kwantowa dla manekinów, fizyka kwantowa dla początkujących, mechanika kwantowa dla początkujących, podstawy fizyki kwantowej, podstawy mechaniki kwantowej, fizyka kwantowa dla dzieci, czym jest mechanika kwantowa”. Ten post jest dla Ciebie.

Zrozumiesz podstawowe pojęcia i paradoksy fizyki kwantowej. Z artykułu dowiesz się:

• Co to jest interferencja?
• Co to jest spin i superpozycja?
• Co to jest „pomiar” lub „załamanie funkcji falowej”?
• Co to jest splątanie kwantowe (lub teleportacja kwantowa dla manekinów)? (patrz artykuł)
• Czym jest eksperyment myślowy Kota Schrödingera? (patrz artykuł)

Czym jest fizyka kwantowa i mechanika kwantowa?

Mechanika kwantowa jest częścią fizyki kwantowej.

Dlaczego tak trudno jest zrozumieć te nauki? Odpowiedź jest prosta: fizyka kwantowa i mechanika kwantowa (część fizyki kwantowej) badają prawa mikroświata. A te prawa są zupełnie inne od praw naszego makrokosmosu. Dlatego trudno nam sobie wyobrazić, co dzieje się z elektronami i fotonami w mikrokosmosie.

Przykład różnicy między prawami makro- i mikroświata: w naszym makrokosmosie, jeśli włożysz piłkę do jednego z 2 pudełek, to jedno z nich będzie puste, a drugie - kula. Ale w mikrokosmosie (jeśli zamiast kuli - atom) atom może znajdować się jednocześnie w dwóch pudełkach. Zostało to wielokrotnie potwierdzone eksperymentalnie. Czy nie jest trudno włożyć to do głowy? Ale nie możesz spierać się z faktami.

Jeszcze jeden przykład. Sfotografowałeś szybki, wyścigowy czerwony samochód sportowy, a na zdjęciu zobaczyłeś rozmyty poziomy pasek, jakby samochód w momencie robienia zdjęcia znajdował się z kilku punktów w przestrzeni. Mimo tego, co widzisz na zdjęciu, nadal masz pewność, że samochód był w chwili, gdy go sfotografowałeś. w jednym konkretnym miejscu w przestrzeni. Nie tak w mikroświecie. Elektron, który krąży wokół jądra atomu, w rzeczywistości nie krąży, ale zlokalizowane jednocześnie we wszystkich punktach kuli wokół jądra atomu. Jak luźno zwinięty kłębek puszystej wełny. Ta koncepcja w fizyce nazywa się „chmura elektroniczna” .

Mała dygresja do historii. Po raz pierwszy naukowcy pomyśleli o świecie kwantowym, gdy w 1900 r. niemiecki fizyk Max Planck próbował dowiedzieć się, dlaczego metale zmieniają kolor po podgrzaniu. To on wprowadził pojęcie kwantu. Wcześniej naukowcy myśleli, że światło przemieszcza się w sposób ciągły. Pierwszą osobą, która poważnie potraktowała odkrycie Plancka, był nieznany wówczas Albert Einstein. Zdał sobie sprawę, że światło to nie tylko fala. Czasami zachowuje się jak cząsteczka. Einstein otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie, że światło emitowane jest w porcjach, kwantach. Kwant światła nazywany jest fotonem ( foton, Wikipedia) .

Aby ułatwić zrozumienie praw kwantowych fizyka oraz mechanika (Wikipedia), konieczne jest, w pewnym sensie, abstrahować od znanych nam praw fizyki klasycznej. I wyobraź sobie, że zanurkowałeś, jak Alicja, do króliczej nory, do Krainy Czarów.

A oto bajka dla dzieci i dorosłych. Opowiada o podstawowym eksperymencie mechaniki kwantowej z 2 szczelinami i obserwatorem. Trwa tylko 5 minut. Obejrzyj go, zanim zagłębimy się w podstawowe pytania i koncepcje fizyki kwantowej.

Fizyka kwantowa dla manekinów wideo. W kreskówce zwróć uwagę na „oko” obserwatora. Stało się to poważną zagadką dla fizyków.

Co to jest interferencja?

Na początku kreskówki na przykładzie cieczy pokazano, jak zachowują się fale - na ekranie za płytą ze szczelinami pojawiają się naprzemiennie ciemne i jasne pionowe paski. A w przypadku, gdy dyskretne cząstki (na przykład kamyki) są „wystrzeliwane” w płytkę, przelatują przez 2 szczeliny i uderzają w ekran bezpośrednio naprzeciwko szczelin. I "narysuj" na ekranie tylko 2 pionowe paski.

Zakłócenia światła- Jest to "falowe" zachowanie światła, gdy na ekranie wyświetlanych jest wiele naprzemiennych jasnych i ciemnych pionowych pasów. A te pionowe paski zwany wzorem interferencji.

W naszym makrokosmosie często obserwujemy, że światło zachowuje się jak fala. Jeśli położysz rękę przed świecą, na ścianie nie będzie wyraźnego cienia z dłoni, ale z rozmytymi konturami.

Więc to nie jest takie trudne! Teraz jest dla nas całkiem jasne, że światło ma charakter falowy, a jeśli 2 szczeliny są oświetlone światłem, to na ekranie za nimi zobaczymy wzór interferencyjny. Rozważmy teraz drugi eksperyment. To słynny eksperyment Sterna-Gerlacha (przeprowadzony w latach 20. ubiegłego wieku).

W instalacji opisanej w kreskówce nie świeciły światłem, ale „wystrzelały” elektronami (jako oddzielne cząstki). Wtedy, na początku ubiegłego wieku, fizycy na całym świecie uważali, że elektrony są elementarnymi cząstkami materii i nie powinny mieć natury falowej, ale takiej samej jak kamyki. W końcu elektrony to elementarne cząstki materii, prawda? Oznacza to, że jeśli zostaną „wrzucone” w 2 szczeliny, jak kamyki, to na ekranie za szczelinami powinniśmy zobaczyć 2 pionowe paski.

Ale… Wynik był oszałamiający. Naukowcy zauważyli wzór interferencyjny - dużo pionowych pasków. Oznacza to, że elektrony, podobnie jak światło, również mogą mieć charakter falowy, mogą zakłócać. Z drugiej strony stało się jasne, że światło to nie tylko fala, ale także cząstka – foton (z tła historycznego na początku artykułu dowiedzieliśmy się, że Einstein otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla).

Może pamiętasz, że w szkole mówiono nam o tym na fizyce „dualizm fal cząstek”? Oznacza to, że jeśli chodzi o bardzo małe cząstki (atomy, elektrony) mikroświata, to są zarówno falami, jak i cząsteczkami

To dzisiaj ty i ja jesteśmy tak mądrzy i rozumiemy, że 2 opisane powyżej eksperymenty – wystrzeliwanie elektronów i oświetlanie szczelin światłem – to jedno i to samo. Ponieważ wystrzeliwujemy cząstki kwantowe w szczeliny. Teraz wiemy, że zarówno światło, jak i elektrony mają naturę kwantową, są jednocześnie falami i cząsteczkami. A na początku XX wieku wyniki tego eksperymentu były sensacją.

Uwaga! Przejdźmy teraz do bardziej subtelnego zagadnienia.

Świecimy na nasze szczeliny strumieniem fotonów (elektronów) - a za szczelinami na ekranie widzimy wzór interferencyjny (pionowe paski). To zrozumiałe. Ale interesuje nas, jak każdy z elektronów przelatuje przez szczelinę.

Przypuszczalnie jeden elektron leci do lewej szczeliny, a drugi do prawej. Ale wtedy 2 pionowe paski powinny pojawić się na ekranie naprzeciwko szczelin. Dlaczego uzyskuje się wzór interferencji? Może elektrony w jakiś sposób oddziałują ze sobą już na ekranie po przejściu przez szczeliny. Rezultatem jest taki wzór fal. Jak możemy to śledzić?

Elektrony będziemy rzucać nie w wiązce, ale pojedynczo. Rzuć to, czekaj, upuść następny. Teraz, gdy elektron leci sam, nie będzie już mógł wchodzić w interakcje na ekranie z innymi elektronami. Każdy elektron po rzucie będziemy rejestrować na ekranie. Jeden lub dwa oczywiście nie „namalują” dla nas wyraźnego obrazu. Ale kiedy jeden po drugim wyślemy ich wiele do gniazd, zauważymy ... o zgrozo - ponownie „narysowali” wzór fali interferencyjnej!

Zaczynamy powoli wariować. W końcu spodziewaliśmy się, że naprzeciw gniazd pojawią się 2 pionowe paski! Okazuje się, że kiedy rzucaliśmy fotony pojedynczo, każdy z nich przechodził niejako przez 2 szczeliny jednocześnie i ingerował w siebie. Fantazja! Powrócimy do wyjaśnienia tego zjawiska w następnym rozdziale.

Co to jest spin i superpozycja?

Teraz wiemy, czym jest interferencja. To jest zachowanie falowe mikrocząstek - fotonów, elektronów, innych mikrocząstek (nazwijmy je od teraz fotonami dla uproszczenia).

W wyniku eksperymentu, gdy wrzuciliśmy 1 foton do 2 szczelin, zdaliśmy sobie sprawę, że leci on jakby przez dwie szczeliny jednocześnie. Jak inaczej wytłumaczyć wzór interferencji na ekranie?

Ale jak wyobrazić sobie obraz, w którym foton przelatuje jednocześnie przez dwie szczeliny? Istnieją 2 opcje.

• Pierwsza opcja: foton niczym fala (jak woda) „pływa” przez 2 szczeliny jednocześnie
• Druga opcja: foton, jak cząstka, leci jednocześnie po 2 trajektoriach (nawet nie dwóch, ale wszystkie naraz)

W zasadzie te stwierdzenia są równoważne. Dotarliśmy do „całki ścieżki”. To jest sformułowanie mechaniki kwantowej Richarda Feynmana.

Przy okazji, dokładnie Richard Feynman należy do dobrze znanego wyrażenia, które możemy śmiało powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej

Ale to jego wyrażenie zadziałało na początku wieku. Ale teraz jesteśmy sprytni i wiemy, że foton może zachowywać się zarówno jako cząstka, jak i fala. Że może latać przez 2 sloty jednocześnie w niezrozumiały dla nas sposób. Dlatego łatwo nam będzie zrozumieć następujące ważne stwierdzenie mechaniki kwantowej:

Ściśle mówiąc, mechanika kwantowa mówi nam, że to zachowanie fotonów jest regułą, a nie wyjątkiem. Każda cząstka kwantowa z reguły znajduje się w kilku stanach lub w kilku punktach przestrzeni jednocześnie.

Obiekty makroświata mogą znajdować się tylko w jednym konkretnym miejscu iw jednym określonym stanie. Ale cząstka kwantowa istnieje zgodnie z własnymi prawami. I nie obchodzi ją, że ich nie rozumiemy. O to chodzi.

Pozostaje nam po prostu zaakceptować jako aksjomat, że „superpozycja” obiektu kwantowego oznacza, że ​​może on znajdować się na 2 lub więcej trajektoriach w tym samym czasie, w 2 lub więcej punktach w tym samym czasie

To samo dotyczy innego parametru fotonu - spinu (własnego momentu pędu). Spin to wektor. Obiekt kwantowy można traktować jako mikroskopijny magnes. Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że wektor magnesu (spin) jest skierowany w górę lub w dół. Ale elektron lub foton ponownie mówi nam: „Chłopaki, nie obchodzi nas, do czego jesteście przyzwyczajeni, możemy znajdować się w obu stanach spinu naraz (wektor w górę, wektor w dół), tak jak możemy być na 2 trajektoriach na w tym samym czasie lub w 2 punktach jednocześnie!

Co to jest „pomiar” lub „załamanie funkcji falowej”?

Pozostaje nam trochę - zrozumieć, czym jest „pomiar” a co „załamanie się funkcji falowej”.

funkcja falowa to opis stanu obiektu kwantowego (naszego fotonu lub elektronu).

Załóżmy, że mamy elektron, leci do siebie w stanie nieokreślonym jego obrót jest skierowany jednocześnie w górę i w dół. Musimy zmierzyć jego stan.

Zmierzmy za pomocą pola magnetycznego: elektrony, których spin był skierowany w stronę pola, będą odchylać się w jednym kierunku, a elektrony, których spin jest skierowany przeciw polu, będą odchylać się w drugą stronę. Fotony mogą być również przesyłane do filtra polaryzacyjnego. Jeśli spin (polaryzacja) fotonu wynosi +1, przechodzi on przez filtr, a jeśli wynosi -1, to nie.

Zatrzymać! W tym miejscu nieuchronnie pojawia się pytanie: przed pomiarem przecież elektron nie miał określonego kierunku spinu, prawda? Czy był we wszystkich stanach jednocześnie?

To jest sztuczka i sensacja mechaniki kwantowej.. Dopóki nie mierzysz stanu obiektu kwantowego, może on obracać się w dowolnym kierunku (mieć dowolny kierunek własnego wektora momentu pędu - spin). Ale w chwili, gdy mierzyłeś jego stan, wydaje się, że decyduje, który wektor spinu wybrać.

Ten obiekt kwantowy jest tak fajny - podejmuje decyzję o swoim stanie. I nie możemy z góry przewidzieć, jaką decyzję podejmie, kiedy wleci w pole magnetyczne, w którym go mierzymy. Prawdopodobieństwo, że zdecyduje się na wektor spinu „w górę” lub „w dół” wynosi od 50 do 50%. Ale jak tylko zdecyduje, jest w pewnym stanie z określonym kierunkiem wirowania. Powodem jego decyzji jest nasz „wymiar”!

To się nazywa " załamanie funkcji falowej". Funkcja falowa przed pomiarem była nieokreślona, ​​tj. wektor spinu elektronu był jednocześnie we wszystkich kierunkach, po pomiarze elektron ustalił pewien kierunek swojego wektora spinu.

Uwaga! Doskonały przykład-skojarzenie z naszego makrokosmosu do zrozumienia:

Zakręć monetą na stole jak blatem. Podczas gdy moneta się kręci, nie ma żadnego konkretnego znaczenia - orłów czy reszek. Ale gdy tylko zdecydujesz się „zmierzyć” tę wartość i uderzyć monetą dłonią, otrzymasz konkretny stan monety - orły lub reszki. Teraz wyobraź sobie, że ta moneta decyduje o tym, jaką wartość „pokazać” ci - orły czy reszki. Elektron zachowuje się mniej więcej w ten sam sposób.

Teraz przypomnij sobie eksperyment pokazany na końcu kreskówki. Fotony przepuszczane przez szczeliny zachowywały się jak fala i pokazywały na ekranie wzór interferencji. A kiedy naukowcy chcieli ustalić (zmierzyć) moment, w którym fotony przechodzą przez szczelinę i umieścić „obserwatora” za ekranem, fotony zaczęły zachowywać się nie jak fale, ale jak cząstki. I „narysowane” 2 pionowe paski na ekranie. Tych. w momencie pomiaru lub obserwacji obiekty kwantowe same wybierają stan, w jakim powinny się znajdować.

Fantazja! Czyż nie?

Ale to nie wszystko. Wreszcie my dotarłem do najciekawszych.

Ale… wydaje mi się, że będzie przeciążenie informacji, więc te 2 koncepcje rozważymy w osobnych postach:

• Co ?
• Czym jest eksperyment myślowy.

A teraz, czy chcesz, aby informacje trafiły na półki? Obejrzyj film dokumentalny wyprodukowany przez Kanadyjski Instytut Fizyki Teoretycznej. W ciągu 20 minut opowie ci bardzo krótko i w porządku chronologicznym o wszystkich odkryciach fizyki kwantowej, począwszy od odkrycia Plancka w 1900 roku. A potem podpowiedzą, jakie praktyczne osiągnięcia są obecnie realizowane w oparciu o wiedzę z zakresu fizyki kwantowej: od najdokładniejszych zegarów atomowych po superszybkie obliczenia komputera kwantowego. Gorąco polecam obejrzenie tego filmu.

Do zobaczenia!

Życzę wszystkim inspiracji do wszystkich Twoich planów i projektów!

P.S.2 Napisz swoje pytania i przemyślenia w komentarzach. Napisz, jakie jeszcze pytania dotyczące fizyki kwantowej Cię interesują?

P.S.3 Subskrybuj bloga - formularz zapisu pod artykułem.