Skaisčiai spindėjo auksinė rudens medžių lapija. Vakaro saulės spinduliai palietė suplonėjusias viršūnes. Šviesa prasiskverbė pro šakas ir surengė keistų figūrų, mirgančių ant universiteto „kapterkos“sienos reginį.
Sero Hamiltono mąslus žvilgsnis lėtai nuslydo, stebėdamas chiaroscuro žaidimą. Airijos matematiko galvoje buvo tikras minčių, idėjų ir išvadų katilas. Jis puikiai suvokė, kad daugelio reiškinių paaiškinimas pasitelkus Niutono mechaniką yra tarsi šešėlių žaismas ant sienos, apgaulingai supinantis figūras ir paliekantis daug neatsakytų klausimų. „Gal tai banga… o gal tai dalelių srautas, – svarstė mokslininkas, – arba šviesa yra abiejų reiškinių apraiška. Kaip figūros, nupintos iš šešėlio ir šviesos.“
Kvantinės fizikos pradžia
Įdomu stebėti puikius žmones ir bandyti suprasti, kaip gimsta puikios idėjos, pakeičiančios visos žmonijos evoliucijos eigą. Hamiltonas yra vienas iš tų, kurie stovėjo prie kvantinės fizikos ištakų. Po penkiasdešimties metų, XX amžiaus pradžioje, daugelis mokslininkų užsiėmė elementariųjų dalelių tyrimais. Gautos žinios buvo nenuoseklios ir nesudėtos. Tačiau buvo žengti pirmieji drebantys žingsniai.
Mikropasaulio supratimas XX amžiaus pradžioje
1901 m. buvo pristatytas pirmasis atomo modelis ir parodytas jo gedimas įprastos elektrodinamikos požiūriu. Per tą patį laikotarpį Maxas Planckas ir Nielsas Bohras paskelbė daug darbų apie atomo prigimtį. Nepaisant kruopštaus darbo, atomo sandaros nebuvo visiškai suprantama.
Po kelerių metų, 1905 m., mažai žinomas vokiečių mokslininkas Albertas Einšteinas paskelbė pranešimą apie galimybę egzistuoti šviesos kvantui dviejose būsenose – banginėje ir korpuskulinėje (dalelėse). Jo darbe buvo pateikti argumentai, paaiškinantys modelio gedimo priežastį. Tačiau Einšteino viziją ribojo senas atomo modelio supratimas.
Po daugybės Nielso Bohro ir jo kolegų darbų 1925 m. gimė nauja kryptis – savotiška kvantinė mechanika. Dažnas posakis – „kvantinė mechanika“atsirado po trisdešimties metų.
Ką žinome apie kvantus ir jų ypatumus?
Šiandien kvantinė fizika nuėjo pakankamai toli. Buvo atrasta daug įvairių reiškinių. Bet ką mes iš tikrųjų žinome? Atsakymą pateikia vienas šiuolaikinis mokslininkas. „Galima arba tikėti kvantine fizika, arba jos nesuprasti“, – tokį Richardo Feynmano apibrėžimą. Pagalvok pats. Užteks paminėti tokį reiškinį kaip kvantinis dalelių susipynimas. Šis reiškinys panardino mokslo pasaulį į visišką sumišimo padėtį. Dar didesnis šokasbuvo tai, kad atsiradęs paradoksas nesuderinamas su Niutono ir Einšteino dėsniais.
Pirmą kartą kvantinio fotonų susipainiojimo poveikis buvo aptartas 1927 m. penktajame Solvay kongrese. Tarp Nielso Bohro ir Einšteino kilo karštas ginčas. Kvantinio susipynimo paradoksas visiškai pakeitė supratimą apie materialaus pasaulio esmę.
Žinoma, kad visi kūnai susideda iš elementariųjų dalelių. Atitinkamai, visi kvantinės mechanikos reiškiniai atsispindi įprastame pasaulyje. Nielsas Bohras sakė, kad jei nežiūrime į mėnulį, vadinasi, jo nėra. Einšteinas laikė tai neprotinga ir manė, kad objektas egzistuoja nepriklausomai nuo stebėtojo.
Studijuojant kvantinės mechanikos problemas, reikėtų suprasti, kad jos mechanizmai ir dėsniai yra tarpusavyje susiję ir nepaklūsta klasikinei fizikai. Pabandykime suprasti kontroversiškiausią sritį – dalelių kvantinį susipynimą.
Kvantinės įsipainiojimo teorija
Pradžioje verta suprasti, kad kvantinė fizika yra tarsi bedugnis šulinys, kuriame galima rasti bet ką. Kvantinio susipynimo fenomeną praėjusio amžiaus pradžioje tyrė Einšteinas, Boras, Maksvelas, Boyle'as, Bellas, Planckas ir daugelis kitų fizikų. Per XX amžių tūkstančiai mokslininkų visame pasaulyje aktyviai jį tyrinėjo ir eksperimentavo.
Pasaulis galioja griežtiems fizikos dėsniams
Kodėl toks susidomėjimas kvantinės mechanikos paradoksais? Viskas labai paprasta: gyvename, paklusdami tam tikriems fizinio pasaulio dėsniams. Gebėjimas „apeiti“išankstinį nulemtį atveria magiškas duris, už jos ribųkur viskas tampa įmanoma. Pavyzdžiui, „Schrödingerio katės“koncepcija veda į materijos valdymą. Taip pat bus galima teleportuoti informaciją, kuri sukelia kvantinį susipainiojimą. Informacija bus perduodama akimirksniu, nepaisant atstumo. Šis klausimas vis dar tiriamas, tačiau turi teigiamą tendenciją.
Analogija ir supratimas
Koks yra kvantinio susipynimo unikalumas, kaip jį suprasti ir kas su juo atsitinka? Pabandykime tai išsiaiškinti. Tam reikės šiek tiek minties eksperimento. Įsivaizduokite, kad jūsų rankose yra dvi dėžutės. Kiekviename iš jų yra vienas rutulys su juostele. Dabar vieną dėžutę atiduodame astronautui, ir jis skrenda į Marsą. Kai tik atidarysite dėžutę ir pamatysite, kad rutulio juostelė yra horizontali, kitoje dėžutėje rutulys automatiškai turės vertikalią juostelę. Tai bus kvantinis susipynimas, išreikštas paprastais žodžiais: vienas objektas iš anksto nustato kito vietą.
Tačiau reikia suprasti, kad tai tik paviršutiniškas paaiškinimas. Norint gauti kvantinį susipynimą, būtina, kad dalelės būtų tos pačios kilmės, pavyzdžiui, dvynių.
Labai svarbu suprasti, kad eksperimentas bus sutrikdytas, jei kas nors prieš jus turėjo galimybę pažvelgti bent į vieną iš objektų.
Kur galima panaudoti kvantinį susipynimą?
Kvantinio susipynimo principas gali būti naudojamas informacijai perduoti dideliais atstumaisakimirksniu. Tokia išvada prieštarauja Einšteino reliatyvumo teorijai. Sakoma, kad didžiausias judėjimo greitis būdingas tik šviesai – trys šimtai tūkstančių kilometrų per sekundę. Toks informacijos perdavimas suteikia galimybę fizinei teleportacijai egzistuoti.
Viskas pasaulyje yra informacija, įskaitant materiją. Kvantiniai fizikai padarė tokią išvadą. 2008 m., remiantis teorine duomenų baze, buvo galima plika akimi pamatyti kvantinį susipynimą.
Tai dar kartą rodo, kad esame ant didelių atradimų slenksčio – judėjimo erdvėje ir laike. Laikas Visatoje yra diskretiškas, todėl momentinis judėjimas dideliais atstumais leidžia patekti į skirtingus laiko tankius (remiantis Einšteino, Bohro hipotezėmis). Galbūt ateityje tai taps realybe, kaip ir mobilusis telefonas šiandien.
Eterdinamika ir kvantinis susipynimas
Kai kurių pirmaujančių mokslininkų teigimu, kvantinis susipynimas paaiškinamas tuo, kad erdvė užpildyta savotišku eteriu – juodąja medžiaga. Bet kuri elementari dalelė, kaip žinome, egzistuoja bangos ir korpuso (dalelės) pavidalu. Kai kurie mokslininkai mano, kad visos dalelės yra tamsiosios energijos „drobėje“. Tai nėra lengva suprasti. Pabandykime tai išsiaiškinti kitu būdu – susiejimo metodu.
Įsivaizduokite save paplūdimyje. Nestiprus ir nestiprus vėjelis. Matai bangas? Ir kažkur tolumoje, saulės spindulių atspindžiuose, matosi burlaivis.
Laivas bus mūsų elementarioji dalelė, o jūra bus eteris (tamsus).energija). Jūra gali judėti matomų bangų ir vandens lašelių pavidalu. Lygiai taip pat visos elementarios dalelės gali būti tik jūra (jos neatskiriama dalis) arba atskira dalelė – lašas.
Tai supaprastintas pavyzdys, viskas yra šiek tiek sudėtingesnė. Dalelės, kuriose nėra stebėtojo, yra bangos formos ir neturi fiksuotos vietos.
B alta burlaivis yra išskirtinis objektas, jis skiriasi nuo jūros vandens paviršiaus ir struktūros. Lygiai taip pat energijos vandenyne yra „viršūnių“, kurias galime suvokti kaip mums žinomų jėgų, suformavusių materialiąją pasaulio dalį, apraiškas.
Mikropasaulis gyvena pagal savo įstatymus
Kvantinio susipynimo principą galima suprasti, jei atsižvelgsime į tai, kad elementariosios dalelės yra bangų pavidalo. Be konkrečios vietos ir savybių, abi dalelės yra energijos vandenyne. Tuo metu, kai pasirodo stebėtojas, banga „pavirsta“daiktu, kurį galima liesti. Antroji dalelė, stebėdama pusiausvyros sistemą, įgyja priešingų savybių.
Aprašytas straipsnis nėra skirtas talpiems moksliniams kvantinio pasaulio aprašymams. Paprasto žmogaus gebėjimas suprasti yra pagrįstas tuo, kad jis gali suprasti pateiktą medžiagą.
Dalelių fizika tiria kvantinių būsenų susipynimą, pagrįstą elementariosios dalelės sukimu (sukimu).
Mokslinė kalba (supaprastinta) – kvantinis susipynimas apibrėžiamas skirtingais sukiniais. ATStebėdami objektus, mokslininkai pamatė, kad gali būti tik du sukimai – išilgai ir skersai. Kaip bebūtų keista, kitose padėtyse dalelės „nepozuoja“stebėtojui.
Nauja hipotezė – naujas požiūris į pasaulį
Tyrimas apie mikrokosmosą – elementariųjų dalelių erdvę – sukėlė daug hipotezių ir prielaidų. Kvantinio susipynimo poveikis paskatino mokslininkus susimąstyti apie kažkokios kvantinės mikrogardelės egzistavimą. Jų nuomone, kiekviename mazge – susikirtimo taške – yra kvantas. Visa energija yra vientisa gardelė, o dalelių pasireiškimas ir judėjimas įmanomas tik per gardelės mazgus.
Tokių grotelių „lango“dydis yra gana mažas, o šiuolaikinės įrangos išmatuoti neįmanoma. Tačiau norėdami patvirtinti arba paneigti šią hipotezę, mokslininkai nusprendė ištirti fotonų judėjimą erdvinėje kvantinėje gardelėje. Esmė ta, kad fotonas gali judėti tiesiai arba zigzagais – išilgai gardelės įstrižainės. Antruoju atveju, įveikęs didesnį atstumą, jis išleis daugiau energijos. Atitinkamai jis skirsis nuo fotono, judančio tiesia linija.
Galbūt laikui bėgant sužinosime, kad gyvename erdviniame kvantiniame tinkle. Arba ši prielaida gali būti klaidinga. Tačiau būtent kvantinio susipynimo principas rodo gardelės egzistavimo galimybę.
Paprasčiau tariant, hipotetiniame erdviniame „kube“vieno veido apibrėžimas turi aiškiai priešingą kito veido reikšmę. Tai yra erdvės struktūros išsaugojimo principas -laikas.
Epilogas
Norint suprasti stebuklingą ir paslaptingą kvantinės fizikos pasaulį, verta atidžiai pažvelgti į mokslo eigą per pastaruosius penkis šimtus metų. Anksčiau Žemė buvo plokščia, o ne sferinė. Priežastis akivaizdi: jei laikysitės apvalios formos, vanduo ir žmonės negalės atsispirti.
Kaip matome, problema egzistavo nesant išsamios visų veikiančių jėgų vizijos. Gali būti, kad šiuolaikiniam mokslui trūksta visų veikiančių jėgų vizijos, kad suprastų kvantinę fiziką. Dėl regėjimo spragų atsiranda prieštaravimų ir paradoksų sistema. Galbūt stebuklingas kvantinės mechanikos pasaulis turi atsakymus į šiuos klausimus.
