Η κλασική φυσική, που υπήρχε πριν από την εφεύρεση της κβαντικής μηχανικής, περιγράφει τη φύση σε μια συνηθισμένη (μακροσκοπική) κλίμακα. Οι περισσότερες από τις θεωρίες της κλασικής φυσικής μπορούν να συναχθούν ως προσεγγίσεις που λειτουργούν στις κλίμακες που έχουμε συνηθίσει. Η κβαντική φυσική (είναι επίσης κβαντική μηχανική) διαφέρει από την κλασική επιστήμη στο ότι η ενέργεια, η ορμή, η γωνιακή ορμή και άλλες ποσότητες ενός συζευγμένου συστήματος περιορίζονται σε διακριτές τιμές (κβαντοποίηση). Τα αντικείμενα έχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τόσο με τη μορφή σωματιδίων όσο και με τη μορφή κυμάτων (duality of wave particles). Επίσης σε αυτή την επιστήμη υπάρχουν όρια στην ακρίβεια με την οποία μπορούν να μετρηθούν τα μεγέθη (αρχή της αβεβαιότητας).
Μπορεί να ειπωθεί ότι μετά την εμφάνιση της κβαντικής φυσικής στις ακριβείς επιστήμες, έγινε ένα είδος επανάστασης, που κατέστησε δυνατή την επανεξέταση και ανάλυση όλων των παλιών νόμων που προηγουμένως θεωρούνταν αναμφισβήτητες αλήθειες. Είναι καλό ή κακό αυτό; Ίσως είναι καλό, γιατί η αληθινή επιστήμη δεν πρέπει ποτέ να μένει ακίνητη.
Ωστόσο, η «κβαντική επανάσταση» έχει γίνειένα είδος πλήγματος για τους φυσικούς της παλιάς σχολής, που έπρεπε να συμβιβαστούν με το γεγονός ότι αυτό στο οποίο πίστευαν πριν αποδείχτηκε απλώς ένα σύνολο λανθασμένων και αρχαϊκών θεωριών που χρήζουν επείγουσας αναθεώρησης και προσαρμογής στη νέα πραγματικότητα. Οι περισσότεροι φυσικοί αποδέχτηκαν με ενθουσιασμό αυτές τις νέες ιδέες για μια γνωστή επιστήμη, συμβάλλοντας στη μελέτη, την ανάπτυξη και την εφαρμογή της. Σήμερα, η κβαντική φυσική καθορίζει τη δυναμική για όλη την επιστήμη στο σύνολό της. Χάρη σε αυτήν προέκυψαν πειραματικά έργα αιχμής (όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων).
Άνοιγμα
Τι μπορεί να ειπωθεί για τα θεμέλια της κβαντικής φυσικής; Προέκυψε σταδιακά από διάφορες θεωρίες που είχαν σκοπό να εξηγήσουν φαινόμενα που δεν μπορούσαν να συμβιβαστούν με την κλασική φυσική, όπως η λύση του Max Planck το 1900 και η προσέγγισή του στο πρόβλημα της ακτινοβολίας πολλών επιστημονικών προβλημάτων και η αντιστοιχία μεταξύ ενέργειας και συχνότητας σε μια εργασία του 1905. από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, το οποίο εξήγησε τα φωτοηλεκτρικά φαινόμενα. Η πρώιμη θεωρία της κβαντικής φυσικής αναθεωρήθηκε διεξοδικά στα μέσα της δεκαετίας του 1920 από τους Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born και άλλους. Η σύγχρονη θεωρία διατυπώνεται σε διάφορες ειδικά ανεπτυγμένες μαθηματικές έννοιες. Σε ένα από αυτά, η αριθμητική συνάρτηση (ή η συνάρτηση κύματος) μας δίνει ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με το πλάτος της πιθανότητας θέσης παλμού.
Βασικές αρχές της κβαντικής φυσικής για ανδρείκελα
Επιστημονική μελέτη του κύματοςΗ ουσία του φωτός ξεκίνησε πριν από περισσότερα από 200 χρόνια, όταν οι μεγάλοι και αναγνωρισμένοι επιστήμονες εκείνης της εποχής πρότειναν, ανέπτυξαν και απέδειξαν τη θεωρία του φωτός με βάση τις δικές τους πειραματικές παρατηρήσεις. Το ονόμασαν κύμα.
Το 1803, ο διάσημος Άγγλος επιστήμονας Thomas Young πραγματοποίησε το περίφημο διπλό πείραμά του, ως αποτέλεσμα του οποίου έγραψε το περίφημο έργο "On the Nature of Light and Color", το οποίο έπαιξε τεράστιο ρόλο στη διαμόρφωση των σύγχρονων ιδεών για αυτά τα γνωστά φαινόμενα. Αυτό το πείραμα έπαιξε σημαντικό ρόλο στη γενική αποδοχή αυτής της θεωρίας.
Τέτοια πειράματα περιγράφονται συχνά σε διάφορα βιβλία, για παράδειγμα, "Βασικές αρχές της κβαντικής φυσικής για ανδρείκελα". Σύγχρονα πειράματα με επιτάχυνση στοιχειωδών σωματιδίων, για παράδειγμα, η αναζήτηση για το μποζόνιο Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC για συντομία) πραγματοποιείται ακριβώς για να βρεθεί πρακτική επιβεβαίωση πολλών καθαρά θεωρητικών κβαντικών θεωριών.
Ιστορία
Το 1838, ο Michael Faraday, προς χαρά όλου του κόσμου, ανακάλυψε τις καθοδικές ακτίνες. Αυτές οι συγκλονιστικές μελέτες ακολουθήθηκαν από τη δήλωση για το πρόβλημα της ακτινοβολίας, το λεγόμενο «μαύρο σώμα» (1859), που έκανε ο Gustav Kirchhoff, καθώς και η περίφημη υπόθεση του Ludwig Boltzmann ότι οι ενεργειακές καταστάσεις οποιουδήποτε φυσικού συστήματος μπορούν επίσης να be discrete (1877).). Αργότερα, εμφανίστηκε η κβαντική υπόθεση που αναπτύχθηκε από τον Max Planck (1900). Θεωρείται ένα από τα θεμέλια της κβαντικής φυσικής. Η τολμηρή υπόθεση του Planck ότι η ενέργεια μπορεί και να εκπέμπεται και να απορροφάται σε διακριτά "κβάντα"(ή ενεργειακά πακέτα), αντιστοιχεί ακριβώς στα παρατηρούμενα μοτίβα της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος.
Ο παγκοσμίου φήμης Άλμπερτ Αϊνστάιν συνέβαλε πολύ στην κβαντική φυσική. Εντυπωσιασμένος από τις κβαντικές θεωρίες, ανέπτυξε τις δικές του. Η γενική θεωρία της σχετικότητας - έτσι λέγεται. Οι ανακαλύψεις στην κβαντική φυσική επηρέασαν επίσης την ανάπτυξη της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Πολλοί επιστήμονες το πρώτο μισό του περασμένου αιώνα άρχισαν να μελετούν αυτή την επιστήμη μετά από πρόταση του Αϊνστάιν. Εκείνη την εποχή ήταν στο προσκήνιο, την συμπάθησαν όλοι, όλοι την ενδιέφεραν. Δεν είναι περίεργο, γιατί έκλεισε τόσες «τρύπες» στην κλασική φυσική επιστήμη (ωστόσο, δημιούργησε και νέες), προσέφερε μια επιστημονική αιτιολόγηση για το ταξίδι στο χρόνο, την τηλεκίνηση, την τηλεπάθεια και τους παράλληλους κόσμους.
Ο ρόλος του παρατηρητή
Οποιοδήποτε γεγονός ή κατάσταση εξαρτάται άμεσα από τον παρατηρητή. Συνήθως, έτσι εξηγούνται εν συντομία τα βασικά στοιχεία της κβαντικής φυσικής σε ανθρώπους που απέχουν πολύ από τις ακριβείς επιστήμες. Ωστόσο, η πραγματικότητα είναι πολύ πιο περίπλοκη.
Αυτό ταιριάζει απόλυτα με πολλές αποκρυφιστικές και θρησκευτικές παραδόσεις που έχουν επιμείνει για αιώνες στην ικανότητα των ανθρώπων να επηρεάζουν τα γεγονότα γύρω τους. Κατά κάποιο τρόπο, αυτή είναι επίσης η βάση για μια επιστημονική εξήγηση της εξωαισθητηριακής αντίληψης, επειδή τώρα η δήλωση ότι ένα άτομο (παρατηρητής) είναι σε θέση να επηρεάσει τα φυσικά γεγονότα με τη δύναμη της σκέψης δεν φαίνεται παράλογη.
Σε κάθε ιδιοκατάσταση ενός παρατηρούμενου συμβάντος ή αντικειμένου αντιστοιχείιδιοδιάνυσμα του παρατηρητή. Εάν το φάσμα του τελεστή (παρατηρητής) είναι διακριτό, το παρατηρούμενο αντικείμενο μπορεί να φτάσει μόνο σε διακριτές ιδιοτιμές. Δηλαδή, το αντικείμενο της παρατήρησης, καθώς και τα χαρακτηριστικά του, καθορίζονται πλήρως από αυτόν ακριβώς τον τελεστή.
Βασικές αρχές της κβαντικής φυσικής σε σύνθετες λέξεις
Σε αντίθεση με τη συμβατική κλασική μηχανική (ή τη φυσική), δεν μπορεί κανείς να κάνει ταυτόχρονες προβλέψεις συζευγμένων μεταβλητών όπως η θέση και η ορμή. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια μπορούν (με μια συγκεκριμένη πιθανότητα) να βρίσκονται περίπου σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου, αλλά η μαθηματική τους ακριβής θέση είναι στην πραγματικότητα άγνωστη.
Περιγράμματα σταθερής πυκνότητας πιθανότητας, που συχνά αναφέρονται ως "σύννεφα", μπορούν να σχεδιαστούν γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου για να κατανοήσουν πού είναι πιο πιθανό να βρίσκεται ένα ηλεκτρόνιο. Η Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg αποδεικνύει την αδυναμία εντοπισμού με ακρίβεια ενός σωματιδίου δεδομένης της συζυγούς ορμής του. Ορισμένα μοντέλα σε αυτή τη θεωρία έχουν καθαρά αφηρημένο υπολογιστικό χαρακτήρα και δεν συνεπάγονται εφαρμοσμένη αξία. Ωστόσο, συχνά χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων σε επίπεδο υποατομικών σωματιδίων και άλλων λεπτών θεμάτων. Επιπλέον, αυτός ο κλάδος της φυσικής επέτρεψε στους επιστήμονες να υποθέσουν την πιθανότητα της πραγματικής ύπαρξης πολλών κόσμων. Ίσως μπορέσουμε να τους δούμε σύντομα.
Συναρτήσεις κυμάτων
Οι νόμοι της κβαντικής φυσικής είναι πολύ ογκώδεις και ποικίλοι. Διασταυρώνονται μεέννοια των κυματοσυναρτήσεων. Ορισμένες ειδικές κυματικές συναρτήσεις δημιουργούν μια εξάπλωση πιθανοτήτων που είναι εγγενώς σταθερή ή ανεξάρτητη από το χρόνο, για παράδειγμα, όταν βρίσκεται σε ακίνητη κατάσταση ενέργειας, ο χρόνος φαίνεται να εξαφανίζεται σε σχέση με την κυματική συνάρτηση. Αυτό είναι ένα από τα αποτελέσματα της κβαντικής φυσικής, που είναι θεμελιώδες για αυτήν. Το περίεργο γεγονός είναι ότι το φαινόμενο του χρόνου έχει αναθεωρηθεί ριζικά σε αυτήν την ασυνήθιστη επιστήμη.
Θεωρία διαταραχών
Ωστόσο, υπάρχουν αρκετοί αξιόπιστοι τρόποι για την ανάπτυξη των λύσεων που απαιτούνται για την εργασία με τύπους και θεωρίες στην κβαντική φυσική. Μια τέτοια μέθοδος, κοινώς γνωστή ως «θεωρία διαταραχών», χρησιμοποιεί ένα αναλυτικό αποτέλεσμα για ένα στοιχειώδες κβαντομηχανικό μοντέλο. Δημιουργήθηκε για να φέρει αποτελέσματα από πειράματα για την ανάπτυξη ενός ακόμη πιο περίπλοκου μοντέλου που σχετίζεται με ένα απλούστερο μοντέλο. Έτσι προκύπτει η αναδρομή.
Αυτή η προσέγγιση είναι ιδιαίτερα σημαντική στη θεωρία του κβαντικού χάους, η οποία είναι εξαιρετικά δημοφιλής για την ερμηνεία διαφόρων γεγονότων στη μικροσκοπική πραγματικότητα.
Κανόνες και νόμοι
Οι κανόνες της κβαντικής μηχανικής είναι θεμελιώδεις. Ισχυρίζονται ότι ο χώρος ανάπτυξης ενός συστήματος είναι απολύτως θεμελιώδης (έχει προϊόν κουκκίδας). Μια άλλη δήλωση είναι ότι τα αποτελέσματα που παρατηρούνται από αυτό το σύστημα είναι ταυτόχρονα περίεργοι τελεστές που επηρεάζουν τα διανύσματα σε αυτό ακριβώς το μέσο. Ωστόσο, δεν μας λένε σε ποιο χώρο Hilbert ή σε ποιους χειριστές υπάρχουναυτή τη στιγμή. Μπορούν να επιλεγούν κατάλληλα για να δώσουν μια ποσοτική περιγραφή ενός κβαντικού συστήματος.
Νόημα και αντίκτυπος
Από την αρχή αυτής της ασυνήθιστης επιστήμης, πολλές αντι-διαισθητικές πτυχές και αποτελέσματα της μελέτης της κβαντικής μηχανικής έχουν προκαλέσει έντονες φιλοσοφικές συζητήσεις και πολλές ερμηνείες. Ακόμη και θεμελιώδη ερωτήματα, όπως οι κανόνες για τον υπολογισμό διαφόρων πλατών και κατανομών πιθανοτήτων, αξίζουν σεβασμό από το κοινό και πολλούς κορυφαίους επιστήμονες.
Ο Ρίτσαρντ Φάινμαν, για παράδειγμα, κάποτε παρατήρησε με λύπη ότι δεν ήταν καθόλου σίγουρος ότι κάποιος από τους επιστήμονες καταλάβαινε καθόλου την κβαντική μηχανική. Σύμφωνα με τον Steven Weinberg, αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει καμία ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής που να ταιριάζει σε όλους. Αυτό υποδηλώνει ότι οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα «τέρας», για να κατανοήσουν και να εξηγήσουν πλήρως την ύπαρξη του οποίου οι ίδιοι δεν μπορούν. Ωστόσο, αυτό δεν βλάπτει με κανέναν τρόπο τη συνάφεια και τη δημοτικότητα αυτής της επιστήμης, αλλά προσελκύει νέους επαγγελματίες που θέλουν να λύσουν πραγματικά πολύπλοκα και ακατανόητα προβλήματα.
Εξάλλου, η κβαντομηχανική έχει αναγκάσει μια πλήρη αναθεώρηση των αντικειμενικών φυσικών νόμων του Σύμπαντος, κάτι που είναι καλά νέα.
ερμηνεία της Κοπεγχάγης
Σύμφωνα με αυτήν την ερμηνεία, ο τυπικός ορισμός της αιτιότητας που μας είναι γνωστός από την κλασική φυσική δεν χρειάζεται πλέον. Σύμφωνα με τις κβαντικές θεωρίες, η αιτιότητα με τη συνήθη έννοια για εμάς δεν υπάρχει καθόλου. Όλα τα φυσικά φαινόμενα σε αυτά εξηγούνται από την άποψη της αλληλεπίδρασης του μικρότερου στοιχειώδουςσωματίδια σε υποατομικό επίπεδο. Αυτή η περιοχή, παρά το φαινομενικό απίθανο, είναι εξαιρετικά υποσχόμενη.
Κβαντική ψυχολογία
Τι μπορεί να ειπωθεί για τη σχέση μεταξύ της κβαντικής φυσικής και της ανθρώπινης συνείδησης; Αυτό είναι όμορφα γραμμένο σε ένα βιβλίο που γράφτηκε από τον Robert Anton Wilson το 1990 με τίτλο Quantum Psychology.
Σύμφωνα με τη θεωρία που εκτίθεται στο βιβλίο, όλες οι διεργασίες που συμβαίνουν στον εγκέφαλό μας οφείλονται στους νόμους που περιγράφονται σε αυτό το άρθρο. Δηλαδή, αυτό είναι ένα είδος προσπάθειας προσαρμογής της θεωρίας της κβαντικής φυσικής στην ψυχολογία. Αυτή η θεωρία θεωρείται παραεπιστημονική και δεν αναγνωρίζεται από την ακαδημαϊκή κοινότητα.
Το βιβλίο του Wilson είναι αξιοσημείωτο για το γεγονός ότι παρέχει σε αυτό ένα σύνολο από διάφορες τεχνικές και πρακτικές που λίγο πολύ αποδεικνύουν την υπόθεσή του. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ο αναγνώστης πρέπει να αποφασίσει μόνος του εάν πιστεύει ή όχι τη βιωσιμότητα τέτοιων προσπαθειών εφαρμογής μαθηματικών και φυσικών μοντέλων στις ανθρωπιστικές επιστήμες.
Το βιβλίο του Wilson θεωρήθηκε από ορισμένους ως μια προσπάθεια να δικαιολογήσουν τη μυστικιστική σκέψη και να την συνδέσουν με επιστημονικά αποδεδειγμένες νέες φυσικές διατυπώσεις. Αυτό το εξαιρετικά μη τετριμμένο και εντυπωσιακό έργο έχει ζήτηση για περισσότερα από 100 χρόνια. Το βιβλίο εκδίδεται, μεταφράζεται και διαβάζεται σε όλο τον κόσμο. Ποιος ξέρει, ίσως με την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής, να αλλάξει και η στάση της επιστημονικής κοινότητας απέναντι στην κβαντική ψυχολογία.
Συμπέρασμα
Χάρη σε αυτήν την αξιοσημείωτη θεωρία, η οποία σύντομα έγινε ξεχωριστή επιστήμη, μπορέσαμε να εξερευνήσουμε το περιβάλλονπραγματικότητα σε επίπεδο υποατομικών σωματιδίων. Αυτό είναι το μικρότερο επίπεδο όλων των δυνατών, εντελώς απρόσιτο στην αντίληψή μας. Αυτό που οι φυσικοί γνώριζαν προηγουμένως για τον κόσμο μας χρειάζεται επείγουσα αναθεώρηση. Απολύτως όλοι συμφωνούν με αυτό. Έγινε προφανές ότι διαφορετικά σωματίδια μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους σε εντελώς αδιανόητες αποστάσεις, τις οποίες μπορούμε να μετρήσουμε μόνο με πολύπλοκους μαθηματικούς τύπους.
Επιπλέον, η κβαντομηχανική (και η κβαντική φυσική) έχει αποδείξει τη δυνατότητα πολλών παράλληλων πραγματικοτήτων, ταξιδιών στο χρόνο και άλλων πραγμάτων που σε όλη την ιστορία θεωρούνταν μόνο το υλικό της επιστημονικής φαντασίας. Αυτή είναι αναμφίβολα μια τεράστια συνεισφορά όχι μόνο στην επιστήμη, αλλά και στο μέλλον της ανθρωπότητας.
Για τους λάτρεις της επιστημονικής εικόνας του κόσμου, αυτή η επιστήμη μπορεί να είναι και φίλος και εχθρός. Το γεγονός είναι ότι η κβαντική θεωρία ανοίγει ευρείες ευκαιρίες για διάφορες εικασίες σχετικά με ένα παραεπιστημονικό θέμα, όπως έχει ήδη φανεί στο παράδειγμα μιας από τις εναλλακτικές ψυχολογικές θεωρίες. Ορισμένοι σύγχρονοι αποκρυφιστές, εσωτεριστές και υποστηρικτές εναλλακτικών θρησκευτικών και πνευματικών κινημάτων (συνήθως ψυχολατρείες) στρέφονται στις θεωρητικές κατασκευές αυτής της επιστήμης για να τεκμηριώσουν τον ορθολογισμό και την αλήθεια των μυστικιστικών θεωριών, πεποιθήσεων και πρακτικών τους.
Πρόκειται για μια άνευ προηγουμένου περίπτωση, όταν απλές εικασίες θεωρητικών και αφηρημένοι μαθηματικοί τύποι οδήγησαν σε μια πραγματική επιστημονική επανάσταση και δημιούργησαν μια νέα επιστήμη που διέσχισε όλα όσα ήταν γνωστά πριν. Σε ορισμένεςβαθμό, η κβαντική φυσική έχει αντικρούσει τους νόμους της αριστοτελικής λογικής, αφού έδειξε ότι όταν επιλέγουμε το "είτε-ή" υπάρχει μία ακόμη (και ίσως αρκετές) εναλλακτικές.
