Το χρυσαφένιο φθινοπωρινό φύλλωμα των δέντρων έλαμπε έντονα. Οι ακτίνες του βραδινού ήλιου άγγιξαν τις αραιωμένες κορυφές. Το φως διέρρηξε τα κλαδιά και έστησε ένα θέαμα με παράξενες φιγούρες που τρεμοπαίζουν στον τοίχο του πανεπιστημίου "kapterka".
Το στοχαστικό βλέμμα του σερ Χάμιλτον γλίστρησε αργά, παρακολουθώντας το παιχνίδι του κιαροσκούρο. Στο κεφάλι του Ιρλανδού μαθηματικού υπήρχε ένα πραγματικό χωνευτήρι από σκέψεις, ιδέες και συμπεράσματα. Γνώριζε καλά ότι η εξήγηση πολλών φαινομένων με τη βοήθεια της Νευτώνειας μηχανικής μοιάζει με το παιχνίδι των σκιών στον τοίχο, που μπλέκουν απατηλά φιγούρες και αφήνουν πολλά ερωτήματα αναπάντητα. «Ίσως είναι ένα κύμα… ή ίσως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων», σκέφτηκε ο επιστήμονας, «ή το φως είναι μια εκδήλωση και των δύο φαινομένων. Σαν φιγούρες υφασμένες από σκιά και φως."
Η αρχή της κβαντικής φυσικής
Είναι ενδιαφέρον να παρακολουθείς σπουδαίους ανθρώπους και να προσπαθείς να καταλάβεις πώς γεννιούνται μεγάλες ιδέες που αλλάζουν την πορεία της εξέλιξης όλης της ανθρωπότητας. Ο Χάμιλτον είναι ένας από αυτούς που στάθηκαν στις απαρχές της κβαντικής φυσικής. Πενήντα χρόνια αργότερα, στις αρχές του εικοστού αιώνα, πολλοί επιστήμονες ασχολήθηκαν με τη μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων. Οι γνώσεις που αποκτήθηκαν ήταν ασυνεπείς και μη συγκεντρωμένες. Ωστόσο, έγιναν τα πρώτα τρανταχτά βήματα.
Κατανόηση του μικροκόσμου στις αρχές του 20ου αιώνα
Το 1901, παρουσιάστηκε το πρώτο μοντέλο του ατόμου και παρουσιάστηκε η αστοχία του, από τη σκοπιά της συνηθισμένης ηλεκτροδυναμικής. Την ίδια περίοδο, οι Max Planck και Niels Bohr δημοσίευσαν πολλά έργα για τη φύση του ατόμου. Παρά την επίπονη εργασία τους, δεν υπήρχε πλήρης κατανόηση της δομής του ατόμου.
Μερικά χρόνια αργότερα, το 1905, ένας ελάχιστα γνωστός Γερμανός επιστήμονας Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε μια έκθεση σχετικά με την πιθανότητα ύπαρξης ενός κβαντικού φωτός σε δύο καταστάσεις - κυματική και σωματιδιακή (σωματίδια). Στο έργο του, δόθηκαν επιχειρήματα που εξηγούσαν τον λόγο της αποτυχίας του μοντέλου. Ωστόσο, το όραμα του Αϊνστάιν περιοριζόταν από την παλιά κατανόηση του μοντέλου του ατόμου.
Μετά από πολυάριθμα έργα του Niels Bohr και των συναδέλφων του το 1925, γεννήθηκε μια νέα κατεύθυνση - ένα είδος κβαντικής μηχανικής. Μια κοινή έκφραση - "κβαντική μηχανική" εμφανίστηκε τριάντα χρόνια αργότερα.
Τι γνωρίζουμε για τα κβάντα και τις ιδιορρυθμίες τους;
Σήμερα, η κβαντική φυσική έχει προχωρήσει αρκετά. Έχουν ανακαλυφθεί πολλά διαφορετικά φαινόμενα. Τι ξέρουμε όμως πραγματικά; Η απάντηση παρουσιάζεται από έναν σύγχρονο επιστήμονα. «Μπορεί κανείς είτε να πιστέψει στην κβαντική φυσική είτε να μην την καταλάβει», είναι ο ορισμός του Richard Feynman. Σκεφτείτε το μόνοι σας. Αρκεί να αναφέρουμε ένα τέτοιο φαινόμενο όπως η κβαντική εμπλοκή των σωματιδίων. Αυτό το φαινόμενο έχει βυθίσει τον επιστημονικό κόσμο σε μια θέση πλήρους σύγχυσης. Ακόμα περισσότερο σοκήταν ότι το παράδοξο που προκύπτει είναι ασυμβίβαστο με τους νόμους του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν.
Για πρώτη φορά η επίδραση της κβαντικής εμπλοκής φωτονίων συζητήθηκε το 1927 στο πέμπτο συνέδριο Solvay. Έντονη λογομαχία προέκυψε μεταξύ του Niels Bohr και του Einstein. Το παράδοξο της κβαντικής εμπλοκής έχει αλλάξει εντελώς την κατανόηση της ουσίας του υλικού κόσμου.
Είναι γνωστό ότι όλα τα σώματα αποτελούνται από στοιχειώδη σωματίδια. Αντίστοιχα, όλα τα φαινόμενα της κβαντικής μηχανικής αντανακλώνται στον συνηθισμένο κόσμο. Ο Niels Bohr είπε ότι αν δεν κοιτάξουμε το φεγγάρι, τότε δεν υπάρχει. Ο Αϊνστάιν το θεωρούσε παράλογο και πίστευε ότι το αντικείμενο υπάρχει ανεξάρτητα από τον παρατηρητή.
Όταν μελετά κανείς τα προβλήματα της κβαντικής μηχανικής, θα πρέπει να καταλάβει ότι οι μηχανισμοί και οι νόμοι της είναι αλληλένδετοι και δεν υπακούουν στην κλασική φυσική. Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε την πιο αμφιλεγόμενη περιοχή - την κβαντική εμπλοκή των σωματιδίων.
Θεωρία Κβαντικής Διαπλοκής
Καταρχάς, αξίζει να καταλάβουμε ότι η κβαντική φυσική είναι σαν ένα πηγάδι χωρίς πάτο στο οποίο μπορούν να βρεθούν τα πάντα. Το φαινόμενο της κβαντικής εμπλοκής στις αρχές του περασμένου αιώνα μελετήθηκε από τους Αϊνστάιν, Μπορ, Μάξγουελ, Μπόιλ, Μπελ, Πλανκ και πολλούς άλλους φυσικούς. Κατά τη διάρκεια του εικοστού αιώνα, χιλιάδες επιστήμονες σε όλο τον κόσμο το μελέτησαν ενεργά και πειραματίστηκαν.
Ο κόσμος υπόκειται στους αυστηρούς νόμους της φυσικής
Γιατί υπάρχει τέτοιο ενδιαφέρον για τα παράδοξα της κβαντικής μηχανικής; Όλα είναι πολύ απλά: ζούμε, υπακούοντας σε ορισμένους νόμους του φυσικού κόσμου. Η ικανότητα «παράκαμψης» του προορισμού ανοίγει μια μαγική πόρτα, πέραόπου όλα γίνονται δυνατά. Για παράδειγμα, η έννοια της «Γάτας του Σρέντινγκερ» οδηγεί στον έλεγχο της ύλης. Θα καταστεί επίσης δυνατή η τηλεμεταφορά πληροφοριών, η οποία προκαλεί κβαντική εμπλοκή. Η μετάδοση των πληροφοριών θα γίνει στιγμιαία, ανεξαρτήτως απόστασης. Αυτό το θέμα είναι ακόμα υπό μελέτη, αλλά έχει θετική τάση.
Αναλογία και κατανόηση
Ποια είναι η μοναδικότητα της κβαντικής εμπλοκής, πώς να την κατανοήσουμε και τι συμβαίνει με αυτήν; Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε. Αυτό θα απαιτήσει κάποιο πείραμα σκέψης. Φανταστείτε ότι έχετε δύο κουτιά στα χέρια σας. Κάθε ένα από αυτά περιέχει μια μπάλα με μια ρίγα. Τώρα δίνουμε ένα κουτί στον αστροναύτη και πετάει στον Άρη. Μόλις ανοίξετε το κουτί και δείτε ότι η ρίγα της μπάλας είναι οριζόντια, τότε στο άλλο κουτί η μπάλα θα έχει αυτόματα μια κάθετη ρίγα. Αυτό θα είναι κβαντική εμπλοκή που εκφράζεται με απλές λέξεις: ένα αντικείμενο προκαθορίζει τη θέση ενός άλλου.
Ωστόσο, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτή είναι μόνο μια επιφανειακή εξήγηση. Για να έχουμε κβαντική εμπλοκή, είναι απαραίτητο τα σωματίδια να έχουν την ίδια προέλευση, όπως τα δίδυμα.
Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσετε ότι το πείραμα θα διακοπεί εάν κάποιος πριν από εσάς είχε την ευκαιρία να κοιτάξει τουλάχιστον ένα από τα αντικείμενα.
Πού μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κβαντική εμπλοκή;
Η αρχή της κβαντικής εμπλοκής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσειςστη στιγμή. Ένα τέτοιο συμπέρασμα έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Λέει ότι η μέγιστη ταχύτητα κίνησης είναι εγγενής μόνο στο φως - τριακόσιες χιλιάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η μεταφορά πληροφοριών καθιστά δυνατή την ύπαρξη φυσικής τηλεμεταφοράς.
Τα πάντα στον κόσμο είναι πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένης της ύλης. Σε αυτό το συμπέρασμα κατέληξαν οι κβαντικοί φυσικοί. Το 2008, με βάση μια θεωρητική βάση δεδομένων, ήταν δυνατό να δούμε την κβαντική εμπλοκή με γυμνό μάτι.
Αυτό υποδηλώνει για άλλη μια φορά ότι βρισκόμαστε στα πρόθυρα μεγάλων ανακαλύψεων - κινούμενοι στο χώρο και στο χρόνο. Ο χρόνος στο Σύμπαν είναι διακριτός, επομένως η στιγμιαία κίνηση σε τεράστιες αποστάσεις καθιστά δυνατή την είσοδο σε διαφορετικές χρονικές πυκνότητες (με βάση τις υποθέσεις των Einstein, Bohr). Ίσως στο μέλλον να είναι μια πραγματικότητα όπως το κινητό τηλέφωνο σήμερα.
Αιθεροδυναμική και κβαντική εμπλοκή
Σύμφωνα με ορισμένους κορυφαίους επιστήμονες, η κβαντική εμπλοκή εξηγείται από το γεγονός ότι ο χώρος είναι γεμάτος με ένα είδος αιθέρα - μαύρη ύλη. Οποιοδήποτε στοιχειώδες σωματίδιο, όπως γνωρίζουμε, υπάρχει με τη μορφή κύματος και σωματιδίου (σωματιδίου). Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι όλα τα σωματίδια βρίσκονται στον «καμβά» της σκοτεινής ενέργειας. Αυτό δεν είναι εύκολο να γίνει κατανοητό. Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε με άλλο τρόπο - τη μέθοδο συσχέτισης.
Φανταστείτε τον εαυτό σας στην παραλία. Ελαφρύ αεράκι και ελαφρύ αεράκι. Δείτε τα κύματα; Και κάπου μακριά, στις αντανακλάσεις των ακτίνων του ήλιου, φαίνεται ένα ιστιοφόρο.
Το πλοίο θα είναι το στοιχειώδες σωματίδιο μας και η θάλασσα θα είναι αιθέρας (σκοτεινόενέργεια). Η θάλασσα μπορεί να βρίσκεται σε κίνηση με τη μορφή ορατών κυμάτων και σταγονιδίων νερού. Με τον ίδιο τρόπο, όλα τα στοιχειώδη σωματίδια μπορεί να είναι απλώς μια θάλασσα (το αναπόσπαστο μέρος της) ή ένα ξεχωριστό σωματίδιο - μια σταγόνα.
Αυτό είναι ένα απλοποιημένο παράδειγμα, όλα είναι λίγο πιο περίπλοκα. Τα σωματίδια χωρίς την παρουσία παρατηρητή έχουν τη μορφή κύματος και δεν έχουν σταθερή θέση.
Το λευκό ιστιοφόρο είναι ένα ξεχωριστό αντικείμενο, διαφέρει από την επιφάνεια και τη δομή του νερού της θάλασσας. Με τον ίδιο τρόπο, υπάρχουν «κορυφές» στον ωκεανό της ενέργειας που μπορούμε να αντιληφθούμε ως εκδηλώσεις δυνάμεων που είναι γνωστές σε εμάς που έχουν διαμορφώσει το υλικό μέρος του κόσμου.
Ο Μικρόκοσμος ζει με τους δικούς του νόμους
Η αρχή της κβαντικής εμπλοκής μπορεί να γίνει κατανοητή αν λάβουμε υπόψη το γεγονός ότι τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν τη μορφή κυμάτων. Χωρίς συγκεκριμένη τοποθεσία και χαρακτηριστικά, και τα δύο σωματίδια βρίσκονται σε έναν ωκεανό ενέργειας. Τη στιγμή που εμφανίζεται ο παρατηρητής, το κύμα «μετατρέπεται» σε αντικείμενο προσβάσιμο στην αφή. Το δεύτερο σωματίδιο, παρατηρώντας το σύστημα ισορροπίας, αποκτά αντίθετες ιδιότητες.
Το περιγραφόμενο άρθρο δεν στοχεύει σε μεγάλες επιστημονικές περιγραφές του κβαντικού κόσμου. Η ικανότητα ενός απλού ανθρώπου να κατανοεί βασίζεται στη διαθεσιμότητα κατανόησης του υλικού που παρουσιάζεται.
Η σωματιδιακή φυσική μελετά την εμπλοκή των κβαντικών καταστάσεων με βάση το σπιν (περιστροφή) ενός στοιχειώδους σωματιδίου.
Επιστημονική γλώσσα (απλοποιημένη) - η κβαντική εμπλοκή ορίζεται από διαφορετικές περιστροφές. ΣΤΟΣτη διαδικασία παρατήρησης αντικειμένων, οι επιστήμονες είδαν ότι μπορούν να υπάρχουν μόνο δύο περιστροφές - κατά μήκος και κατά μήκος. Παραδόξως, σε άλλες θέσεις, τα σωματίδια δεν «θέτουν» στον παρατηρητή.
Νέα υπόθεση - μια νέα άποψη του κόσμου
Η μελέτη του μικρόκοσμου - του χώρου των στοιχειωδών σωματιδίων - οδήγησε σε πολλές υποθέσεις και υποθέσεις. Η επίδραση της κβαντικής εμπλοκής ώθησε τους επιστήμονες να σκεφτούν την ύπαρξη κάποιου είδους κβαντικού μικροπλέγματος. Κατά τη γνώμη τους, σε κάθε κόμβο - το σημείο τομής - υπάρχει ένα κβάντο. Όλη η ενέργεια είναι ένα αναπόσπαστο πλέγμα και η εκδήλωση και η κίνηση των σωματιδίων είναι δυνατή μόνο μέσω των κόμβων του πλέγματος.
Το μέγεθος του "παραθύρου" μιας τέτοιας σχάρας είναι αρκετά μικρό και η μέτρηση του σύγχρονου εξοπλισμού είναι αδύνατη. Ωστόσο, προκειμένου να επιβεβαιώσουν ή να διαψεύσουν αυτή την υπόθεση, οι επιστήμονες αποφάσισαν να μελετήσουν την κίνηση των φωτονίων σε ένα χωρικό κβαντικό πλέγμα. Η ουσία είναι ότι ένα φωτόνιο μπορεί να κινηθεί είτε ευθεία είτε σε ζιγκ-ζαγκ - κατά μήκος της διαγώνιας του πλέγματος. Στη δεύτερη περίπτωση, έχοντας ξεπεράσει μεγαλύτερη απόσταση, θα ξοδέψει περισσότερη ενέργεια. Συνεπώς, θα είναι διαφορετικό από ένα φωτόνιο που κινείται σε ευθεία γραμμή.
Ίσως με τον καιρό θα μάθουμε ότι ζούμε σε ένα χωρικό κβαντικό πλέγμα. Ή αυτή η υπόθεση μπορεί να είναι λανθασμένη. Ωστόσο, είναι η αρχή της κβαντικής εμπλοκής που υποδηλώνει την πιθανότητα ύπαρξης ενός πλέγματος.
Με απλά λόγια, σε έναν υποθετικό χωρικό «κύβο» ο ορισμός της μιας όψης φέρει μια σαφή αντίθετη έννοια από την άλλη. Αυτή είναι η αρχή της διατήρησης της δομής του χώρου -ώρα.
Επίλογος
Για να κατανοήσουμε τον μαγικό και μυστηριώδη κόσμο της κβαντικής φυσικής, αξίζει να δούμε προσεκτικά την πορεία της επιστήμης τα τελευταία πεντακόσια χρόνια. Κάποτε η Γη ήταν επίπεδη, όχι σφαιρική. Ο λόγος είναι προφανής: αν πάρετε το σχήμα του σαν στρογγυλό, τότε το νερό και οι άνθρωποι δεν θα μπορέσουν να αντισταθούν.
Όπως μπορούμε να δούμε, το πρόβλημα υπήρχε ελλείψει ολοκληρωμένου οράματος όλων των ενεργών δυνάμεων. Είναι πιθανό ότι η σύγχρονη επιστήμη δεν έχει ένα όραμα όλων των ενεργών δυνάμεων για την κατανόηση της κβαντικής φυσικής. Τα κενά όρασης γεννούν ένα σύστημα αντιφάσεων και παραδόξων. Ίσως ο μαγικός κόσμος της κβαντικής μηχανικής να έχει τις απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις.
