Златната есенна зеленина на дърветата светеше ярко. Лъчите на вечерното слънце докосваха оредените върхове. Светлината проби през клоните и постави спектакъл от причудливи фигури, блещукащи на стената на университетската „каптерка“.
Замисленият поглед на сър Хамилтън бавно се плъзгаше, наблюдавайки играта на светотен. В главата на ирландския математик имаше истински котел за топене на мисли, идеи и заключения. Той добре осъзнаваше, че обяснението на много явления с помощта на нютонова механика е като игра на сенки по стената, измамно преплитащи фигури и оставящи много въпроси без отговор. „Може би това е вълна… или може би е поток от частици“, размишляваше ученият, „или светлината е проявление и на двете явления. Като фигури, изтъкани от сянка и светлина.”
Началото на квантовата физика
Интересно е да гледаш велики хора и да се опитваш да разбереш как се раждат велики идеи, които променят хода на еволюцията на цялото човечество. Хамилтън е един от онези, които стоят в началото на квантовата физика. Петдесет години по-късно, в началото на ХХ век, много учени се занимават с изследване на елементарните частици. Получените знания бяха непоследователни и некомпилирани. Въпреки това, първите нестабилни стъпки бяха направени.
Разбиране на микросвета в началото на 20-ти век
През 1901 г. е представен първият модел на атома и е показан отказът му от гледна точка на обикновената електродинамика. През същия период Макс Планк и Нилс Бор публикуват много трудове за природата на атома. Въпреки тяхната старателна работа, нямаше пълно разбиране на структурата на атома.
Няколко години по-късно, през 1905 г., малко известен немски учен Алберт Айнщайн публикува доклад за възможността за съществуването на светлинен квант в две състояния - вълново и корпускулярно (частици). В работата му бяха дадени аргументи, обясняващи причината за провала на модела. Визията на Айнщайн обаче беше ограничена от старото разбиране за модела на атома.
След многобройните творби на Нилс Бор и неговите колеги през 1925 г. се ражда ново направление - един вид квантова механика. Често срещан израз - "квантовата механика" се появява тридесет години по-късно.
Какво знаем за квантите и техните странности?
Днес квантовата физика е стигнала достатъчно далеч. Открити са много различни явления. Но какво всъщност знаем? Отговорът е представен от един съвременен учен. „Човек може или да вярва в квантовата физика, или да не я разбира“, е определението на Ричард Файнман. Помислете за това сами. Ще бъде достатъчно да споменем такъв феномен като квантовото заплитане на частици. Това явление потопи научния свят в положение на пълно недоумение. Още по-голям шокбеше, че полученият парадокс е несъвместим със законите на Нютон и Айнщайн.
За първи път ефектът от квантовото заплитане на фотоните се обсъжда през 1927 г. на петия конгрес на Солвей. Възникна разгорещен спор между Нилс Бор и Айнщайн. Парадоксът на квантовото заплитане напълно промени разбирането за същността на материалния свят.
Известно е, че всички тела се състоят от елементарни частици. Съответно всички явления на квантовата механика се отразяват в обикновения свят. Нилс Бор каза, че ако не гледаме луната, значи тя не съществува. Айнщайн смята това за неразумно и вярва, че обектът съществува независимо от наблюдателя.
При изучаване на проблемите на квантовата механика трябва да се разбере, че нейните механизми и закони са взаимосвързани и не се подчиняват на класическата физика. Нека се опитаме да разберем най-противоречивата област - квантовото заплитане на частиците.
Теория на квантовото заплитане
За начало си струва да разберем, че квантовата физика е като бездънен кладенец, в който може да се намери всичко. Феноменът на квантовото заплитане в началото на миналия век е изследван от Айнщайн, Бор, Максуел, Бойл, Бел, Планк и много други физици. През целия двадесети век хиляди учени по целия свят активно го изучават и експериментират.
Светът е подчинен на строгите закони на физиката
Защо има такъв интерес към парадоксите на квантовата механика? Всичко е много просто: ние живеем, подчинявайки се на определени закони на физическия свят. Способността да се „заобиколи“предопределението отваря магическа врата отвъдкъдето всичко става възможно. Например концепцията за "Котката на Шрьодингер" води до контрол на материята. Ще стане възможно и телепортирането на информация, което причинява квантово заплитане. Предаването на информация ще стане мигновено, независимо от разстоянието. Този въпрос все още се проучва, но има положителна тенденция.
Аналогия и разбиране
Каква е уникалността на квантовото заплитане, как да го разберем и какво се случва с него? Нека се опитаме да го разберем. Това ще изисква мисловен експеримент. Представете си, че имате две кутии в ръцете си. Всеки от тях съдържа по една топка с ивица. Сега даваме една кутия на астронавта и той лети до Марс. Щом отворите кутията и видите, че ивицата на топката е хоризонтална, тогава в другата кутия топката автоматично ще има вертикална ивица. Това ще бъде квантово заплитане, изразено с прости думи: един обект предопределя позицията на друг.
Въпреки това, трябва да се разбере, че това е само повърхностно обяснение. За да се получи квантово заплитане, е необходимо частиците да имат същия произход, като близнаци.
Много е важно да разберете, че експериментът ще бъде прекъснат, ако някой преди вас е имал възможност да разгледа поне един от обектите.
Къде може да се използва квантовото заплитане?
Принципът на квантовото заплитане може да се използва за предаване на информация на дълги разстояниямигновено. Подобно заключение противоречи на теорията на относителността на Айнщайн. Там се казва, че максималната скорост на движение е присъща само на светлината - триста хиляди километра в секунда. Този трансфер на информация прави възможно съществуването на физическа телепортация.
Всичко в света е информация, включително материята. До това заключение стигнаха квантовите физици. През 2008 г., въз основа на теоретична база данни, беше възможно да се види квантовото заплитане с невъоръжено око.
Това още веднъж подсказва, че сме на прага на велики открития - движение в пространството и времето. Времето във Вселената е дискретно, така че мигновеното движение на огромни разстояния дава възможност за навлизане в различни плътности на времето (въз основа на хипотезите на Айнщайн, Бор). Може би в бъдеще това ще стане реалност, точно както мобилният телефон е днес.
Етердинамика и квантово заплитане
Според някои водещи учени квантовото заплитане се обяснява с факта, че пространството е изпълнено с вид етер - черна материя. Всяка елементарна частица, както знаем, съществува под формата на вълна и корпускула (частица). Някои учени смятат, че всички частици са върху "платното" на тъмната енергия. Това не е лесно за разбиране. Нека се опитаме да го разберем по друг начин - методът на асоцииране.
Представете си, че сте на плажа. Лек бриз и лек бриз. Виждате ли вълните? И някъде в далечината, в отраженията на слънчевите лъчи, се вижда платноходка.
Корабът ще бъде нашата елементарна частица, а морето ще бъде етер (тъмноенергия). Морето може да бъде в движение под формата на видими вълни и водни капчици. По същия начин, всички елементарни частици могат да бъдат просто море (неговата неразделна част) или отделна частица - капка.
Това е опростен пример, всичко е малко по-сложно. Частиците без присъствието на наблюдател са под формата на вълна и нямат фиксирано местоположение.
Бялата платноходка е отличен обект, тя се различава от повърхността и структурата на водата на морето. По същия начин има „върхове“в океана от енергия, които можем да възприемем като проявления на познати ни сили, които са оформили материалната част на света.
Микросветът живее според собствените си закони
Принципът на квантовото заплитане може да бъде разбран, ако вземем предвид факта, че елементарните частици са под формата на вълни. Без конкретно местоположение и характеристики и двете частици са в океан от енергия. В момента, в който наблюдателят се появи, вълната се „превръща“в обект, достъпен за докосване. Втората частица, наблюдавайки равновесната система, придобива противоположни свойства.
Описаната статия не е насочена към обширни научни описания на квантовия свят. Способността на обикновения човек да разбира се основава на наличието на разбиране на представения материал.
Физика на частиците изучава заплитането на квантовите състояния въз основа на въртенето (въртенето) на елементарна частица.
Научен език (опростен) - квантовото заплитане се определя от различни завъртания. ATВ процеса на наблюдение на обекти учените видяха, че може да има само две завъртания - по дължина и напречно. Колкото и да е странно, в други позиции частиците не "позират" пред наблюдателя.
Нова хипотеза - нов поглед към света
Изследването на микрокосмоса - пространството на елементарните частици - породи много хипотези и предположения. Ефектът от квантовото заплитане накара учените да се замислят за съществуването на някакъв вид квантова микрорешетка. Според тях във всеки възел - точката на пресичане - има квант. Цялата енергия е интегрална решетка и проявлението и движението на частиците е възможно само през възлите на решетката.
Размерът на "прозорчето" на такава решетка е доста малък и измерването на модерното оборудване е невъзможно. Въпреки това, за да потвърдят или опровергаят тази хипотеза, учените решават да проучат движението на фотоните в пространствена квантова решетка. Изводът е, че фотонът може да се движи право или на зигзаг - по диагонала на решетката. Във втория случай, преодолявайки по-голямо разстояние, той ще изразходва повече енергия. Съответно, той ще бъде различен от фотон, движещ се по права линия.
Може би с времето ще научим, че живеем в пространствена квантова мрежа. Или това предположение може да е погрешно. Въпреки това принципът на квантовото заплитане показва възможността за съществуване на решетка.
С прости думи, в хипотетичен пространствен "куб" определението на едното лице носи ясно противоположно значение на другото. Това е принципът на запазване на структурата на пространството -време.
Епилог
За да разберем магическия и мистериозен свят на квантовата физика, си струва да разгледаме отблизо хода на науката през последните петстотин години. Някога Земята е била плоска, а не сферична. Причината е очевидна: ако приемете формата му като кръг, тогава водата и хората няма да могат да устоят.
Както виждаме, проблемът е съществувал при липсата на цялостна визия на всички действащи сили. Възможно е съвременната наука да няма визия за всички действащи сили, за да разбере квантовата физика. Пропуските в зрението пораждат система от противоречия и парадокси. Може би магическият свят на квантовата механика съдържа отговорите на тези въпроси.
