Klasikinė fizika, egzistavusi prieš kvantinės mechanikos išradimą, gamtą apibūdina įprastu (makroskopiniu) mastu. Daugumą klasikinės fizikos teorijų galima išvesti kaip aproksimacijas, veikiančias tomis mastelėmis, prie kurių esame įpratę. Kvantinė fizika (tai taip pat yra kvantinė mechanika) skiriasi nuo klasikinio mokslo tuo, kad susietos sistemos energija, impulsas, kampinis momentas ir kiti dydžiai apsiriboja atskiromis reikšmėmis (kvantizacija). Objektai turi ypatingų charakteristikų tiek dalelių pavidalu, tiek bangų pavidalu (bangų dalelių dvilypumas). Taip pat šiame moksle yra ribos tikslumui, kuriuo galima išmatuoti dydžius (neapibrėžtumo principas).
Galima sakyti, kad tiksliuosiuose moksluose atsiradus kvantinei fizikai įvyko savotiška revoliucija, kuri leido persvarstyti ir išanalizuoti visus senus dėsnius, kurie anksčiau buvo laikomi neginčijamomis tiesomis. Ar tai gerai ar blogai? Galbūt tai geras dalykas, nes tikrasis mokslas niekada neturėtų stovėti vietoje.
Tačiau „kvantine revoliucija“taposavotiškas smūgis senosios mokyklos fizikams, kurie turėjo susitaikyti su tuo, kad tai, kuo jie tikėjo anksčiau, pasirodė esąs tik klaidingų ir archajiškų teorijų rinkinys, kurį reikia skubiai peržiūrėti ir pritaikyti prie naujos tikrovės.. Dauguma fizikų entuziastingai priėmė šias naujas idėjas apie gerai žinomą mokslą, prisidėdami prie jo tyrimo, kūrimo ir įgyvendinimo. Šiandien kvantinė fizika nustato viso mokslo dinamiką. Jos dėka atsirado pažangiausi eksperimentiniai projektai (pvz., Didysis hadronų greitintuvas).
Atidarymas
Ką galima pasakyti apie kvantinės fizikos pagrindus? Jis palaipsniui atsirado iš įvairių teorijų, skirtų paaiškinti reiškinius, kurių negalima suderinti su klasikine fizika, pavyzdžiui, Maxo Plancko sprendimas 1900 m. ir jo požiūris į daugelio mokslinių problemų spinduliavimo problemą bei energijos ir dažnio atitikimas 1905 m. Alberto Einšteino, kuris paaiškino fotoelektrinius efektus. Ankstyvąją kvantinės fizikos teoriją XX amžiaus trečiojo dešimtmečio viduryje nuodugniai peržiūrėjo Erwinas Schrödingeris, Werneris Heisenbergas, Maxas Bornas ir kiti. Šiuolaikinė teorija suformuluota įvairiomis specialiai sukurtomis matematinėmis sąvokomis. Viename iš jų aritmetinė funkcija (arba banginė funkcija) suteikia mums išsamią informaciją apie impulso vietos tikimybės amplitudę.
Kvantinės fizikos pagrindai manekenams
Mokslinis bangos tyrimasŠviesos esmė prasidėjo daugiau nei prieš 200 metų, kai didieji ir pripažinti to meto mokslininkai pasiūlė, sukūrė ir įrodė šviesos teoriją, pagrįstą savo eksperimentiniais stebėjimais. Jie tai pavadino banga.
1803 m. garsus anglų mokslininkas Thomas Youngas atliko savo garsųjį dvigubą eksperimentą, po kurio parašė garsųjį veikalą „Apie šviesos ir spalvos prigimtį“, suvaidinusį didžiulį vaidmenį formuojant šiuolaikines idėjas apie šiuos pažįstamus reiškinius. Šis eksperimentas suvaidino svarbų vaidmenį bendrai priimant šią teoriją.
Tokie eksperimentai dažnai aprašomi įvairiose knygose, pavyzdžiui, „Kvantinės fizikos pagrindai manekenams“. Šiuolaikiniai eksperimentai su elementariųjų dalelių pagreičiu, pavyzdžiui, Higso bozono paieška Didžiajame hadronų greitintuve (sutrumpintai LHC) atliekami būtent tam, kad būtų galima rasti praktinį daugelio grynai teorinių kvantinių teorijų patvirtinimą.
Istorija
1838 m. Michaelas Faradėjus, viso pasaulio džiaugsmui, atrado katodinius spindulius. Po šių sensacingų tyrimų sekė Gustavo Kirchhoffo teiginys apie radiacijos problemą, vadinamąjį „juodąjį kūną“(1859), taip pat garsioji Ludwigo Boltzmanno prielaida, kad bet kurios fizinės sistemos energetinės būsenos taip pat gali. būk diskretiškas (1877).). Vėliau pasirodė Maxo Plancko (1900) sukurta kvantinė hipotezė. Jis laikomas vienu iš kvantinės fizikos pagrindų. Drąsi Plancko hipotezė, kad energija gali būti išspinduliuojama ir absorbuojama atskiruose „kvantuose“(arba energijos paketai), tiksliai atitinka pastebėtus juodųjų kūno spinduliuotės modelius.
Pasaulyje garsus Albertas Einšteinas labai prisidėjo prie kvantinės fizikos. Sužavėtas kvantinių teorijų, jis sukūrė savo. Bendroji reliatyvumo teorija – taip ji vadinama. Kvantinės fizikos atradimai taip pat turėjo įtakos specialiosios reliatyvumo teorijos raidai. Daugelis mokslininkų praėjusio amžiaus pirmoje pusėje pradėjo tyrinėti šį mokslą Einšteino pasiūlymu. Ji tuo metu buvo priešakyje, visiems patiko, visi ja domėjosi. Nenuostabu, nes ji uždarė tiek daug „skylių“klasikiniame fizikos moksle (tačiau ji taip pat sukūrė naujų), pasiūlė mokslinį kelionių laiku, telekinezės, telepatijos ir paralelinių pasaulių pagrindimą.
Stebėtojo vaidmuo
Bet koks įvykis ar būsena tiesiogiai priklauso nuo stebėtojo. Dažniausiai taip kvantinės fizikos pagrindai trumpai paaiškinami iki tiksliųjų mokslų nutolusiems žmonėms. Tačiau realybė yra daug sudėtingesnė.
Tai puikiai dera su daugeliu okultinių ir religinių tradicijų, kurios šimtmečius tvirtino, kad žmonės gali daryti įtaką aplinkiniams įvykiams. Tam tikra prasme tai yra ir mokslinio ekstrasensorinio suvokimo paaiškinimo pagrindas, nes dabar teiginys, kad žmogus (stebėtojas) geba minties galia paveikti fizinius įvykius, neatrodo absurdiškas.
Kiekviena stebimo įvykio ar objekto savoji būsena atitinkastebėtojo savasis vektorius. Jei operatoriaus (stebėtojo) spektras yra diskretus, stebimas objektas gali pasiekti tik atskiras savąsias reikšmes. Tai yra, stebėjimo objektą ir jo charakteristikas visiškai nustato šis operatorius.
Kvantinės fizikos pagrindai sudėtingais žodžiais
Skirtingai nei įprastinė klasikinė mechanika (arba fizika), negalima vienu metu numatyti konjuguotų kintamųjų, tokių kaip padėtis ir impulsas. Pavyzdžiui, elektronai gali (su tam tikra tikimybe) būti apytiksliai tam tikroje erdvės srityje, tačiau matematinė tiksli jų padėtis iš tikrųjų nežinoma.
Pastovios tikimybės tankio kontūrus, dažnai vadinamus „debesimis“, galima nubrėžti aplink atomo branduolį, kad būtų galima suprasti, kur greičiausiai yra elektronas. Heisenbergo neapibrėžtumo principas įrodo nesugebėjimą tiksliai nustatyti dalelės vietos, atsižvelgiant į jos konjuguotą impulsą. Kai kurie šios teorijos modeliai turi grynai abstraktų skaičiavimo pobūdį ir nereiškia taikomosios vertės. Tačiau jie dažnai naudojami sudėtingoms sąveikoms subatominių dalelių ir kitų subtilių dalykų lygiu apskaičiuoti. Be to, ši fizikos šaka leido mokslininkams daryti prielaidą apie daugelio pasaulių realų egzistavimą. Galbūt netrukus galėsime juos pamatyti.
Bangos funkcijos
Kvantinės fizikos dėsniai yra labai platūs ir įvairūs. Jie susikerta subanginių funkcijų samprata. Kai kurios specialios bangų funkcijos sukuria tikimybių sklaidą, kuri iš prigimties yra pastovi arba nepriklausoma nuo laiko, pavyzdžiui, kai stacionarioje energijos būsenoje laikas išnyksta banginės funkcijos atžvilgiu. Tai vienas iš kvantinės fizikos padarinių, kuris jai yra esminis. Įdomus faktas yra tai, kad šiame neįprastame moksle laiko reiškinys buvo radikaliai peržiūrėtas.
Perturbacijų teorija
Tačiau yra keletas patikimų būdų sukurti sprendimus, reikalingus dirbti su kvantinės fizikos formulėmis ir teorijomis. Vienas iš tokių metodų, paprastai žinomas kaip „perturbacijos teorija“, naudoja elementaraus kvantinio mechaninio modelio analitinį rezultatą. Jis buvo sukurtas siekiant gauti rezultatus iš eksperimentų ir sukurti dar sudėtingesnį modelį, susijusį su paprastesniu modeliu. Taip pasirodo rekursija.
Šis požiūris ypač svarbus kvantinio chaoso teorijoje, kuri itin populiari interpretuojant įvairius įvykius mikroskopinėje tikrovėje.
Taisyklės ir įstatymai
Kvantinės mechanikos taisyklės yra pagrindinės. Jie teigia, kad sistemos diegimo erdvė yra absoliučiai esminė (ji turi taškinį produktą). Kitas teiginys yra tas, kad šios sistemos stebimi efektai tuo pačiu metu yra ir savotiški operatoriai, kurie veikia vektorius šioje terpėje. Tačiau jie mums nepasako, kurioje Hilberto erdvėje arba kokie operatoriai egzistuojaŠis momentas. Juos galima tinkamai parinkti, kad būtų pateiktas kiekybinis kvantinės sistemos aprašymas.
Prasmė ir poveikis
Nuo pat šio neįprasto mokslo pradžios daugelis antiintuityvių kvantinės mechanikos tyrimų aspektų ir rezultatų sukėlė garsias filosofines diskusijas ir daugybę interpretacijų. Netgi esminiai klausimai, tokie kaip įvairių amplitudių ir tikimybių skirstinių skaičiavimo taisyklės, nusipelno visuomenės ir daugelio žymiausių mokslininkų pagarbos.
Pavyzdžiui, Richardas Feynmanas kartą liūdnai pastebėjo, kad nėra visiškai tikras, kad kuris nors iš mokslininkų iš viso supranta kvantinę mechaniką. Pasak Steveno Weinbergo, šiuo metu nėra vienos kvantinės mechanikos interpretacijos, kuri tiktų visiems. Tai rodo, kad mokslininkai sukūrė „pabaisą“, kad iki galo suprastų ir paaiškintų, kurios egzistavimo jie patys nesugeba. Tačiau tai jokiu būdu nekenkia šio mokslo aktualumui ir populiarumui, o pritraukia jaunus specialistus, norinčius spręsti tikrai sudėtingas ir nesuprantamas problemas.
Be to, kvantinė mechanika privertė visiškai peržiūrėti objektyvius fizinius Visatos dėsnius, o tai yra gera žinia.
Kopenhagos interpretacija
Remiantis šiuo aiškinimu, standartinis priežastingumo apibrėžimas, mums žinomas iš klasikinės fizikos, nebereikalingas. Remiantis kvantinėmis teorijomis, priežastingumas mums įprasta prasme apskritai neegzistuoja. Visi fizikiniai reiškiniai juose paaiškinami mažiausio elementario sąveikos požiūriudalelės subatominiame lygyje. Ši sritis, nepaisant iš pirmo žvilgsnio netikimumo, yra labai perspektyvi.
Kvantinė psichologija
Ką galima pasakyti apie kvantinės fizikos ir žmogaus sąmonės ryšį? Tai gražiai parašyta knygoje, kurią 1990 m. parašė Robertas Antonas Wilsonas, pavadinimu Kvantinė psichologija.
Remiantis knygoje išdėstyta teorija, visi procesai, vykstantys mūsų smegenyse, vyksta dėl šiame straipsnyje aprašytų dėsnių. Tai yra, tai savotiškas bandymas pritaikyti kvantinės fizikos teoriją psichologijai. Ši teorija laikoma paramoksline ir akademinės bendruomenės nepripažįsta.
Wilsono knyga išsiskiria tuo, kad jis pateikia joje įvairių metodų ir praktikų rinkinį, kuris daugiau ar mažiau įrodo jo hipotezę. Vienaip ar kitaip, skaitytojas turi pats nuspręsti, ar jis tiki tokių bandymų pritaikyti matematinius ir fizinius modelius humanitariniams mokslams gyvybingumu.
Wilsono knygą kai kurie laikė bandymu pateisinti mistinį mąstymą ir susieti jį su moksliškai įrodytomis naujoviškomis fizinėmis formuluotėmis. Šis labai nebanalus ir įspūdingas darbas buvo paklausus daugiau nei 100 metų. Knyga leidžiama, verčiama ir skaitoma visame pasaulyje. Kas žino, galbūt tobulėjant kvantinei mechanikai pasikeis ir mokslo bendruomenės požiūris į kvantinę psichologiją.
Išvada
Šios nuostabios teorijos, kuri netrukus tapo atskiru mokslu, dėka galėjome tyrinėti aplinkątikrovė subatominių dalelių lygyje. Tai yra mažiausias iš visų galimų lygių, visiškai neprieinamas mūsų suvokimui. Tai, ką fizikai anksčiau žinojo apie mūsų pasaulį, reikia skubiai peržiūrėti. Absoliučiai visi su tuo sutinka. Tapo akivaizdu, kad skirtingos dalelės gali sąveikauti viena su kita visiškai neįsivaizduojamais atstumais, kuriuos galime išmatuoti tik sudėtingomis matematinėmis formulėmis.
Be to, kvantinė mechanika (ir kvantinė fizika) įrodė daugelio lygiagrečių realybių, kelionių laiku ir kitų dalykų, kurie istorijoje buvo laikomi tik mokslinės fantastikos dalykais, galimybę. Tai neabejotinai didžiulis indėlis ne tik į mokslą, bet ir į žmonijos ateitį.
Mokslinio pasaulio vaizdo mėgėjams šis mokslas gali būti ir draugas, ir priešas. Faktas yra tas, kad kvantinė teorija atveria plačias galimybes įvairioms spekuliacijoms paramoksline tema, kaip jau buvo parodyta vienos iš alternatyvių psichologinių teorijų pavyzdyje. Kai kurie šiuolaikiniai okultistai, ezoterikai ir alternatyvių religinių bei dvasinių judėjimų šalininkai (dažniausiai psichokultai) kreipiasi į šio mokslo teorines konstrukcijas, siekdami pagrįsti savo mistinių teorijų, įsitikinimų ir praktikų racionalumą ir teisingumą.
Tai precedento neturintis atvejis, kai paprasti teoretikų spėjimai ir abstrakčios matematinės formulės sukėlė tikrą mokslo revoliuciją ir sukūrė naują mokslą, kuris išbraukė viską, kas buvo žinoma anksčiau. Kai kurioseKvantinė fizika paneigė aristotelio logikos dėsnius, nes parodė, kad renkantis „arba-arba“yra dar viena (o gal ir keletas) alternatyvų.
