Ένα νέο πείραμα μπορεί να ρίξει φως στην εκπληκτική κρυφή μηχανική των κβαντικών υπερθέσεων.
Προσθήκη- η ιδέα ότι μικροσκοπικά αντικείμενα μπορούν να υπάρχουν σε πολλά μέρη ή καταστάσεις ταυτόχρονα - είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της κβαντικής φυσικής. Ένα νέο πείραμα προσπαθεί να ρίξει φως σε αυτό το μυστηριώδες φαινόμενο.
Το μεγάλο ερώτημα στην κβαντομηχανική στο οποίο κανείς δεν γνωρίζει την απάντηση είναι: τι συμβαίνει στην πραγματικότητα σε μια υπέρθεση - μια περίεργη κατάσταση στην οποία τα σωματίδια βρίσκονται σε δύο ή περισσότερες θέσεις ή καταστάσεις ταυτόχρονα; Μια ομάδα ερευνητών από το Ισραήλ και την Ιαπωνία πρότειναν ένα πείραμα που θα μας επιτρέψει επιτέλους να μάθουμε κάτι ακριβές για τη φύση αυτού του μυστηριώδους φαινομένου.
Το πείραμά τους, το οποίο οι ερευνητές λένε ότι θα μπορούσε να ολοκληρωθεί μέσα σε λίγους μήνες, θα πρέπει να επιτρέψει στους επιστήμονες να κατανοήσουν πού βρίσκεται ένα αντικείμενο - στη συγκεκριμένη περίπτωση, ένα σωματίδιο φωτός που ονομάζεται φωτόνιο - όταν βρίσκεται σε υπέρθεση. Και οι ερευνητές προβλέπουν ότι η απάντηση θα είναι ακόμη πιο περίεργη και πιο συγκλονιστική από «δύο μέρη ταυτόχρονα».
Ένα κλασικό παράδειγμα υπέρθεσης περιλαμβάνει τη λήψη φωτονίων μέσω δύο παράλληλων σχισμών σε ένα φράγμα. Μία από τις θεμελιώδεις πτυχές της κβαντικής μηχανικής είναι ότι τα μικροσκοπικά σωματίδια μπορούν να συμπεριφέρονται σαν κύματα, έτσι ώστε αυτά που διέρχονται από μια σχισμή να «παρεμβαίνουν» με αυτά που διέρχονται από μια άλλη, οι κυματιστές κυματισμοί τους να μεγεθύνονται ή να αλλάζουν ο ένας τον άλλο για να δημιουργήσουν μια χαρακτηριστική δομή στην οθόνη του ανιχνευτή . Το περίεργο, ωστόσο, είναι ότι αυτή η παρεμβολή συμβαίνει ακόμη και αν εκτοξεύεται μόνο ένα σωματίδιο τη φορά. Το σωματίδιο φαίνεται να περνά και από τις δύο σχισμές ταυτόχρονα. Αυτό είναι υπέρθεση.
Και αυτό είναι πολύ περίεργο: η μέτρηση ακριβώς από ποια σχισμή διέρχεται ένα σωματίδιο δείχνει πάντα ότι διέρχεται μόνο από μία σχισμή, οπότε η παρεμβολή κυμάτων («ποσότητα», αν θέλετε) εξαφανίζεται. Η ίδια η πράξη μέτρησης φαίνεται να «σπάει» την υπέρθεση. " Ξέρουμε ότι κάτι περίεργο συμβαίνει στην υπέρθεση"λέει ο φυσικός Avshalom Elitzer από το Ισραηλινό Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών. «Αλλά δεν μπορείς να το μετρήσεις. Αυτό είναι που κάνει την κβαντική μηχανική τόσο μυστηριώδη».
Για δεκαετίες, οι ερευνητές έχουν κολλήσει σε αυτό το προφανές αδιέξοδο. Δεν μπορούν να πουν τι ακριβώς είναι μια υπέρθεση χωρίς να την παρατηρήσουν. αλλά αν προσπαθήσουν να το κοιτάξουν, θα εξαφανιστεί. Μια πιθανή λύση, που αναπτύχθηκε από τον πρώην μέντορα του Elitzur, τον Ισραηλινό φυσικό Yakir Aharonov στο Πανεπιστήμιο Chapman, και τους συνεργάτες του, προσφέρει έναν τρόπο να μάθετε κάτι για τα κβαντικά σωματίδια πριν από τη μέτρηση. Η προσέγγιση του Aharon ονομάζεται φορμαλισμός δύο καταστάσεων (TSVF) της κβαντικής μηχανικής και τα αξιώματα των κβαντικών γεγονότων καθορίζονται κατά κάποιο τρόπο από κβαντικές καταστάσεις όχι μόνο στο παρελθόν, αλλά και στο μέλλον. Δηλαδή, το TSVF υποθέτει ότι η κβαντομηχανική λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω στο χρόνο. Σε αυτήν την άποψη, τα αίτια φαίνεται να μπορούν να επεκταθούν πίσω στο χρόνο, που συμβαίνουν μετά από επιπτώσεις.
Αλλά αυτή η περίεργη ιδέα δεν πρέπει να εκληφθεί κυριολεκτικά. Αντίθετα, στο TSVF είναι δυνατό να αποκτήσει κανείς αναδρομική γνώση του τι συνέβη σε ένα κβαντικό σύστημα: αντί να μετράει απλώς πού καταλήγει ένα σωματίδιο, ο ερευνητής επιλέγει μια συγκεκριμένη τοποθεσία για αναζήτηση. Αυτό ονομάζεται μετα-επιλογή και παρέχει περισσότερες πληροφορίες από οποιαδήποτε απόλυτη ματιά στα αποτελέσματα. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατάσταση ενός σωματιδίου ανά πάσα στιγμή αξιολογείται αναδρομικά υπό το φως ολόκληρης της ιστορίας του μέχρι και τη μέτρηση. Αποδεικνύεται ότι ο ερευνητής - απλώς επιλέγοντας ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα για αναζήτηση - καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το αποτέλεσμα πρέπει να προκύψει. Είναι λίγο σαν να ανοίγετε την τηλεόραση τη στιγμή που το αγαπημένο σας πρόγραμμα πρόκειται να μεταδοθεί, αλλά η ίδια η δράση σας προκαλεί τη μετάδοση αυτού του προγράμματος ακριβώς εκείνη τη στιγμή. «Είναι γενικά αποδεκτό ότι το TSVF είναι μαθηματικά ισοδύναμο με την τυπική κβαντομηχανική», λέει ο David Wallace, ένας φιλόσοφος της επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια που ειδικεύεται στην ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής. «Αλλά οδηγεί στο να μην φαίνονται διαφορετικά κάποια πράγματα».
Πάρτε, για παράδειγμα, μια έκδοση του πειράματος δύο δευτερολέπτων που αναπτύχθηκε από τον Aharonov και τον συνεργάτη Lev Vaidman το 2003, το οποίο ερμήνευσαν χρησιμοποιώντας TSVF. Το ζεύγος περιέγραψε (αλλά δεν κατασκεύασε) ένα οπτικό σύστημα στο οποίο ένα φωτόνιο ενεργεί ως "κλείστρο" που κλείνει τη σχισμή, προκαλώντας ένα άλλο "δοκιμαστικό" φωτόνιο να πλησιάσει τη σχισμή για να ανακλαστεί όπως φαινόταν. Μετά τη μέτρηση του φωτονίου δοκιμής, όπως φαίνεται από τους Aharonov και Vaidman, μπορεί κανείς να παρατηρήσει μια φωτογραφία του κλείστρου σε μια υπέρθεση, κλείνοντας ταυτόχρονα (ή και αυθαίρετα πολλές) σχισμές ταυτόχρονα. Με άλλα λόγια, αυτό το σκεπτικό πείραμα θα έκανε, θεωρητικά, δυνατό να πούμε με βεβαιότητα ότι το φωτόνιο κλείστρου είναι ταυτόχρονα «εδώ» και «εκεί». Αν και αυτή η κατάσταση φαίνεται παράδοξη από την καθημερινή μας εμπειρία, είναι μια καλά μελετημένη πτυχή των λεγόμενων «μη τοπικών» ιδιοτήτων των κβαντικών σωματιδίων, όπου διαλύεται ολόκληρη η έννοια μιας καλά καθορισμένης θέσης στο διάστημα.
Το 2016, οι φυσικοί Rio Okamoto και Shigeki Takeuchi του Πανεπιστημίου του Κιότο επιβεβαίωσαν πειραματικά τις προβλέψεις των Aharonov και Vaidman χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα καθοδήγησης φωτός στο οποίο το κλείστρο φωτογραφίζεται χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό δρομολογητή, μια συσκευή που επιτρέπει σε ένα φωτόνιο να ελέγχει τη διαδρομή ενός άλλου. «Αυτό ήταν ένα πρωτοποριακό πείραμα που επέτρεψε σε ένα σωματίδιο να τοποθετηθεί σε δύο σημεία ταυτόχρονα», λέει ο συνάδελφος του Elitzur Eliahu Cohen από το Πανεπιστήμιο της Οτάβα στο Οντάριο.
Τώρα ο Elitzur και ο Cohen συνεργάστηκαν με τον Okamoto και τον Takeuchi για να καταλήξουν σε ένα ακόμα πιο εντυπωσιακό πείραμα. Πιστεύουν ότι αυτό θα επιτρέψει στους ερευνητές να γνωρίζουν με σιγουριά περισσότερα για τη θέση ενός σωματιδίου σε μια υπέρθεση σε μια ακολουθία διαφορετικών χρονικών σημείων προτού πραγματοποιηθούν πραγματικές μετρήσεις.
Αυτή τη φορά, η διαδρομή του φωτονίου ανιχνευτή θα χωριστεί σε τρία μέρη με κάτοπτρα. Σε κάθε ένα από αυτά τα μονοπάτια μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα φωτόνιο πύλης σε μια υπέρθεση. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις μπορούν να θεωρηθούν ότι γίνονται σε κουτιά με την ένδειξη A, B και C, το καθένα που βρίσκεται κατά μήκος καθεμιάς από τις τρεις πιθανές διαδρομές φωτονίων. Λαμβάνοντας υπόψη την αυτο-παρέμβαση του φωτονίου ανιχνευτή, θα είναι δυνατό να συμπεράνουμε αναδρομικά με βεβαιότητα ότι το σωματίδιο πύλης ήταν σε ένα δεδομένο κουτί σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή.
Το πείραμα έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το δοκιμαστικό φωτόνιο να μπορεί να δείξει παρεμβολή μόνο εάν αλληλεπιδρά με ένα φωτόνιο πύλης σε μια συγκεκριμένη ακολουθία τόπων και χρόνων: δηλαδή, εάν το φωτόνιο πύλης ήταν και στα δύο μπλοκ A και C κάποια στιγμή (t1), τότε σε μεταγενέστερο χρόνο (t2) - μόνο στο C, και σε ακόμη μεταγενέστερο χρόνο (t3) - τόσο στο B όσο και στο C. Έτσι, η παρεμβολή στο φωτόνιο ανιχνευτή θα ήταν το οριστικό σημάδι ότι το φωτόνιο της πύλης διέρχεται πραγματικά από αυτήν την παράξενη ακολουθία ανόμοιων φαινομένων μεταξύ των κουτιών σε διαφορετικές χρονικές στιγμές - η ιδέα των Elitzur, Cohen και Aharonov, που πέρυσι πρότειναν ένα σωματίδιο να περνάει από τρία κουτιά ταυτόχρονα. «Μου αρέσει το πώς αυτό το έγγραφο θέτει ερωτήσεις σχετικά με το τι συμβαίνει με όρους ολόκληρων ιστοριών και όχι στιγμιαίων καταστάσεων», λέει ο φυσικός Ken Wharton από το State University του Σαν Χοσέ, ο οποίος δεν συμμετέχει στο νέο έργο. «Το να μιλάμε για «κράτη» είναι μια παλιά διάχυτη προκατάληψη, ενώ οι πλήρεις ιστορίες τείνουν να είναι πολύ πιο πλούσιες και πιο ενδιαφέρουσες».
Αυτό ακριβώς είναι που ισχυρίζεται ο Elitzur το νέο πείραμα TSVF παρέχει πρόσβαση. Η φαινομενική εξαφάνιση των σωματιδίων σε ένα μέρος τη φορά - και η επανεμφάνισή τους σε άλλους τόπους και χρόνους - υποδηλώνει μια νέα και ασυνήθιστη εικόνα των υποκείμενων διεργασιών που σχετίζονται με τη μη τοπική ύπαρξη κβαντικών σωματιδίων. Μέσω του φακού TSVF, λέει ο Elitzur, αυτή η τρεμοπαίζοντας, διαρκώς μεταβαλλόμενη ύπαρξη μπορεί να γίνει κατανοητή ως μια σειρά γεγονότων στα οποία η παρουσία ενός σωματιδίου σε ένα μέρος κατά κάποιο τρόπο «ακυρώνεται» από τη δική του «απέναντι πλευρά» στο ίδιο μέρος. Το συγκρίνει αυτό με την έννοια που εισήγαγε ο Βρετανός φυσικός Paul Dirac τη δεκαετία του 1920, ο οποίος υποστήριξε ότι τα σωματίδια έχουν αντισωματίδια και, αν συνδυαστούν, σωματίδιο και αντισωματίδιο μπορούν να καταστρέψουν το ένα το άλλο. Αυτή η εικόνα στην αρχή φαινόταν απλώς ένας τρόπος ομιλίας, αλλά σύντομα οδήγησε στην ανακάλυψη της αντιύλης. Η εξαφάνιση των κβαντικών σωματιδίων δεν είναι «εκμηδενισμός» με την ίδια έννοια, αλλά είναι κάπως ανάλογη - αυτά τα υποτιθέμενα αντίθετα σωματίδια, πιστεύει ο Elitzur, πρέπει να έχουν αρνητική ενέργεια και αρνητική μάζα, επιτρέποντάς τους να ακυρώσουν τα αντίστοιχα τους.
Έτσι, ενώ η παραδοσιακή υπέρθεση "δύο μέρη ταυτόχρονα" μπορεί να φαίνεται αρκετά περίεργη, "ίσως η υπέρθεση είναι μια συλλογή καταστάσεων που είναι ακόμα πιο τρελή", λέει ο Elitzur. "Η κβαντομηχανική απλώς σας λέει τη μέση κατάστασή της." Η επακόλουθη επιλογή επιτρέπει μόνο ορισμένες από αυτές τις καταστάσεις να απομονωθούν και να δοκιμαστούν σε μεγαλύτερη ανάλυση, προτείνει. Μια τέτοια ερμηνεία της κβαντικής συμπεριφοράς θα ήταν, σύμφωνα με τα λόγια του, «επαναστατική» γιατί θα συνεπαγόταν ένα απαράδεκτο μέχρι τώρα θηριοτροφείο πραγματικών (αλλά πολύ παράξενων) καταστάσεων που κρύβονται πίσω από αντιφατικά κβαντικά φαινόμενα.
Οι ερευνητές λένε ότι η εκτέλεση του πραγματικού πειράματος θα απαιτήσει λεπτομέρεια της απόδοσης των κβαντικών δρομολογητών τους, αλλά ελπίζουν ότι το σύστημά τους θα είναι έτοιμο για αυτό σε τρεις έως πέντε μήνες. Ενώ κάποιοι παρατηρητές τον περιμένουν με κομμένη την ανάσα. «Το πείραμα πρέπει να λειτουργήσει», λέει ο Wharton, «αλλά δεν θα πείσει κανέναν επειδή τα αποτελέσματα προβλέπονται από την τυπική κβαντομηχανική». Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει καλός λόγος να ερμηνεύσουμε το αποτέλεσμα με όρους TSVF.
Ο Elitzur συμφωνεί ότι το πείραμά τους θα μπορούσε να είχε σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τη γενικά αποδεκτή άποψη της κβαντικής μηχανικής που βασίλευε πριν από δεκαετίες, αλλά αυτό δεν συνέβη ποτέ. " Δεν είναι αυτό μια καλή ένδειξη της αξιοπιστίας του TSVF;? - ρωτάει. Και σε περίπτωση που κάποιος πιστεύει ότι μπορεί να διατυπώσει μια διαφορετική εικόνα του "τι πραγματικά συμβαίνει" σε αυτό το πείραμα χρησιμοποιώντας την τυπική κβαντομηχανική, προσθέτει: " Εντάξει, ας προσπαθήσουν!»
Συνήθως θεωρούμε ότι η κβαντική φυσική περιγράφει τη συμπεριφορά των υποατομικών σωματιδίων, όχι τη συμπεριφορά των ανθρώπων. Αλλά η ιδέα δεν είναι τόσο τραβηγμένη, λέει ο Wong. Τονίζει επίσης ότι το ερευνητικό της πρόγραμμα δεν υποδηλώνει ότι ο εγκέφαλός μας είναι κυριολεκτικά κβαντικοί υπολογιστές. Ο Wong και οι συνεργάτες του δεν επικεντρώνονται στις φυσικές πτυχές του εγκεφάλου, αλλά στο πώς οι αφηρημένες μαθηματικές αρχές της κβαντικής θεωρίας μπορούν να βοηθήσουν στην κατανόηση της ανθρώπινης συνείδησης και συμπεριφοράς.
«Τόσο στις κοινωνικές επιστήμες όσο και στις επιστήμες συμπεριφοράς, χρησιμοποιούμε συχνά πιθανολογικά μοντέλα. Για παράδειγμα, θέτουμε το ερώτημα, ποια είναι η πιθανότητα ένα άτομο να ενεργήσει με έναν συγκεκριμένο τρόπο ή να λάβει μια συγκεκριμένη απόφαση; Παραδοσιακά, όλα αυτά τα μοντέλα βασίζονται στην κλασική θεωρία πιθανοτήτων - η οποία προέκυψε από την κλασική φυσική των Νευτώνειων συστημάτων. Τι είναι εξωτικό να σκέφτονται οι κοινωνικοί επιστήμονες για τα κβαντικά συστήματα και τις μαθηματικές τους αρχές;»
Ασχολείται με την ασάφεια στον φυσικό κόσμο. Η κατάσταση ενός συγκεκριμένου σωματιδίου, η ενέργειά του, η θέση του είναι όλα αβέβαια και πρέπει να υπολογιστούν με όρους πιθανοτήτων. Η κβαντική γνώση γεννιέται όταν ένα άτομο ασχολείται με την ψυχική ασάφεια. Μερικές φορές δεν είμαστε σίγουροι για τα συναισθήματά μας, νιώθουμε αμφιθυμίες σχετικά με την επιλογή μιας επιλογής ή αναγκαζόμαστε να λάβουμε αποφάσεις με βάση περιορισμένες πληροφορίες.
«Ο εγκέφαλός μας δεν μπορεί να αποθηκεύσει τα πάντα. Δεν έχουμε πάντα ξεκάθαρη ιδέα για το τι συμβαίνει. Αλλά αν μου κάνετε μια ερώτηση όπως «τι θέλετε για δείπνο;», θα το σκεφτώ και θα καταλήξω σε μια εποικοδομητική και ξεκάθαρη απάντηση», λέει ο Wong. «Αυτή είναι η κβαντική γνώση».
«Νομίζω ότι ο μαθηματικός φορμαλισμός που παρέχεται από την κβαντική θεωρία είναι συνεπής με αυτό που διαισθανόμαστε ως ψυχολόγοι. Η κβαντική θεωρία μπορεί να μην είναι καθόλου διαισθητική όταν χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη συμπεριφορά ενός σωματιδίου, αλλά είναι αρκετά διαισθητική όταν χρησιμοποιείται για να περιγράψει την τυπική ασαφή και διφορούμενη σκέψη μας».
Χρησιμοποιεί το παράδειγμα της γάτας του Schrödinger, στην οποία η γάτα μέσα στο κουτί έχει μια ορισμένη πιθανότητα να είναι ζωντανή και νεκρή. Και οι δύο επιλογές είναι πιθανές στο μυαλό μας. Δηλαδή, η γάτα έχει τη δυνατότητα να είναι και νεκρή και ζωντανή. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κβαντική υπέρθεση. Όταν ανοίγουμε το κουτί, δεν υπάρχουν πλέον και οι δύο πιθανότητες και η γάτα πρέπει να είναι είτε νεκρή είτε ζωντανή.
Με την κβαντική συνείδηση, κάθε απόφαση που παίρνουμε είναι η δική μας μοναδική γάτα του Schrödinger.
Όταν περνάμε από επιλογές, τις κοιτάμε με το εσωτερικό μας βλέμμα. Για κάποιο χρονικό διάστημα, όλες οι επιλογές συνυπάρχουν με διάφορους βαθμούς δυναμικού: σαν μια υπέρθεση. Τότε, όταν επιλέγουμε μια επιλογή, οι άλλες παύουν να υπάρχουν για εμάς.
Η μοντελοποίηση αυτής της διαδικασίας μαθηματικά είναι δύσκολη, εν μέρει επειδή κάθε πιθανή επιλογή προσθέτει βάρος στην εξίσωση. Εάν, κατά τη διάρκεια μιας εκλογής, ζητηθεί από ένα άτομο να επιλέξει από είκοσι υποψηφίους σε ένα ψηφοδέλτιο, το πρόβλημα της επιλογής γίνεται προφανές (αν το άτομο δει τα ονόματά του για πρώτη φορά). Ερωτήσεις ανοιχτού τύπου όπως «πώς αισθάνεσαι;» αφήνοντας ακόμη περισσότερες πιθανές επιλογές.
Με την κλασική προσέγγιση της ψυχολογίας, οι απαντήσεις μπορεί να μην έχουν καθόλου νόημα, επομένως οι επιστήμονες πρέπει να κατασκευάσουν νέα μαθηματικά αξιώματα για να εξηγήσουν τη συμπεριφορά σε κάθε μεμονωμένη περίπτωση. Το αποτέλεσμα: έχουν προκύψει πολλά κλασικά ψυχολογικά μοντέλα, μερικά από τα οποία συγκρούονται μεταξύ τους και κανένα από τα οποία δεν ισχύει για κάθε κατάσταση.
Με μια κβαντική προσέγγιση, όπως σημειώνουν η Wong και οι συνεργάτες της, πολλές σύνθετες και σύνθετες πτυχές της συμπεριφοράς μπορούν να εξηγηθούν από ένα περιορισμένο σύνολο αξιωμάτων. Το ίδιο κβαντικό μοντέλο που εξηγεί γιατί η σειρά των ερωτήσεων επηρεάζει τις απαντήσεις των ανθρώπων εξηγεί επίσης τις αποτυχίες του ορθολογισμού στο παράδειγμα του διλήμματος του κρατούμενου, ένα αποτέλεσμα όπου οι άνθρωποι συνεργάζονται ακόμη και όταν δεν είναι προς το συμφέρον τους.
«Το δίλημμα του κρατούμενου και η σειρά των ερωτήσεων είναι δύο πολύ διαφορετικά αποτελέσματα στην κλασική ψυχολογία, αλλά μπορούν και τα δύο να εξηγηθούν από το ίδιο κβαντικό μοντέλο», λέει ο Wong. - Με τη βοήθειά του μπορούν να εξηγηθούν πολλά άλλα, άσχετα και μυστηριώδη συμπεράσματα στην ψυχολογία. Και κομψά.»
Γεια σας αγαπητοί αναγνώστες. Αν δεν θέλετε να μείνετε πίσω από τη ζωή, να είστε ένας πραγματικά ευτυχισμένος και υγιής άνθρωπος, θα πρέπει να γνωρίζετε τα μυστικά της κβαντικής σύγχρονης φυσικής και να έχετε τουλάχιστον μια μικρή ιδέα για τα βάθη του σύμπαντος που έχουν σκάψει οι επιστήμονες σήμερα. Δεν έχετε χρόνο να μπείτε σε βαθιές επιστημονικές λεπτομέρειες, αλλά θέλετε να κατανοήσετε μόνο την ουσία, αλλά να δείτε την ομορφιά του άγνωστου κόσμου, τότε αυτό το άρθρο: η κβαντική φυσική για τα συνηθισμένα ομοιώματα, ή θα έλεγε κανείς για τις νοικοκυρές, είναι μόνο για εσείς. Θα προσπαθήσω να εξηγήσω τι είναι η κβαντική φυσική, αλλά με απλά λόγια, να το δείξω καθαρά.
«Ποια είναι η σχέση μεταξύ της ευτυχίας, της υγείας και της κβαντικής φυσικής;»
Το γεγονός είναι ότι βοηθά στην απάντηση σε πολλές ασαφείς ερωτήσεις που σχετίζονται με την ανθρώπινη συνείδηση και την επίδραση της συνείδησης στο σώμα. Δυστυχώς, η ιατρική, βασισμένη στην κλασική φυσική, δεν μας βοηθά πάντα να είμαστε υγιείς. Αλλά η ψυχολογία δεν μπορεί να πει σωστά πώς να βρεις την ευτυχία.
Μόνο μια βαθύτερη γνώση του κόσμου θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς να αντιμετωπίσουμε πραγματικά την ασθένεια και πού ζει η ευτυχία. Αυτή η γνώση βρίσκεται στα βαθιά στρώματα του Σύμπαντος. Η κβαντική φυσική έρχεται να μας βοηθήσει. Σύντομα θα τα μάθετε όλα.
Τι μελετά η κβαντική φυσική με απλά λόγια
Ναι, η κβαντική φυσική είναι πράγματι πολύ δύσκολο να κατανοηθεί γιατί μελετά τους νόμους του μικροκόσμου. Δηλαδή, ο κόσμος βρίσκεται στα βαθύτερα στρώματά του, σε πολύ μικρές αποστάσεις, όπου είναι πολύ δύσκολο να δει ένας άνθρωπος.
Και ο κόσμος, όπως αποδεικνύεται, συμπεριφέρεται εκεί πολύ περίεργα, μυστηριωδώς και ακατανόητα, όχι όπως έχουμε συνηθίσει.
Εξ ου και όλη η πολυπλοκότητα και η παρανόηση της κβαντικής φυσικής.
Αλλά αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο, θα διευρύνετε τους ορίζοντες των γνώσεών σας και θα δείτε τον κόσμο με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο.
Σύντομη ιστορία της κβαντικής φυσικής
Όλα ξεκίνησαν στις αρχές του 20ου αιώνα, όταν η νευτώνεια φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει πολλά πράγματα και οι επιστήμονες έφτασαν σε αδιέξοδο. Στη συνέχεια ο Μαξ Πλανκ εισήγαγε την έννοια του κβαντικού. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πήρε αυτή την ιδέα και απέδειξε ότι το φως δεν ταξιδεύει συνεχώς, αλλά σε μερίδες - κβάντα (φωτόνια). Πριν από αυτό, πίστευαν ότι το φως είχε κυματική φύση.
Αλλά όπως αποδείχθηκε αργότερα, οποιοδήποτε στοιχειώδες σωματίδιο δεν είναι μόνο ένα κβαντικό, δηλαδή ένα στερεό σωματίδιο, αλλά και ένα κύμα. Έτσι εμφανίστηκε ο δυϊσμός κύματος-σωματιδίου στην κβαντική φυσική, το πρώτο παράδοξο και η αρχή των ανακαλύψεων μυστηριωδών φαινομένων του μικροκόσμου.
Τα πιο ενδιαφέροντα παράδοξα ξεκίνησαν όταν πραγματοποιήθηκε το περίφημο πείραμα της διπλής σχισμής, μετά το οποίο υπήρξαν πολλά περισσότερα μυστήρια. Μπορούμε να πούμε ότι η κβαντική φυσική ξεκίνησε με αυτόν. Ας το δούμε.
Πείραμα διπλής σχισμής στην κβαντική φυσική
Φανταστείτε ένα πιάτο με δύο σχισμές σε μορφή κάθετων λωρίδων. Θα τοποθετήσουμε μια οθόνη πίσω από αυτό το πιάτο. Αν ρίξουμε φως στην πλάκα, θα δούμε ένα μοτίβο παρεμβολής στην οθόνη. Δηλαδή, εναλλασσόμενες σκοτεινές και φωτεινές κάθετες ρίγες. Η παρεμβολή είναι το αποτέλεσμα της κυματικής συμπεριφοράς κάποιου, στην περίπτωσή μας φωτός.
Αν περάσετε ένα κύμα νερού μέσα από δύο τρύπες που βρίσκονται η μία δίπλα στην άλλη, θα καταλάβετε τι είναι η παρεμβολή. Δηλαδή, το φως αποδεικνύεται κυματικής φύσης. Αλλά όπως έχει αποδείξει η φυσική, ή μάλλον ο Αϊνστάιν, διαδίδεται από σωματίδια φωτονίων. Ήδη ένα παράδοξο. Αλλά αυτό είναι εντάξει, η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου δεν θα μας εκπλήσσει πλέον. Η κβαντική φυσική μας λέει ότι το φως συμπεριφέρεται σαν κύμα αλλά αποτελείται από φωτόνια. Όμως τα θαύματα μόλις αρχίζουν.
Ας βάλουμε ένα πιστόλι μπροστά από την πλάκα με δύο σχισμές που θα εκπέμπουν ηλεκτρόνια και όχι φως. Ας αρχίσουμε να πυροβολούμε ηλεκτρόνια. Τι θα δούμε στην οθόνη πίσω από το πιάτο;
Τα ηλεκτρόνια είναι σωματίδια, πράγμα που σημαίνει ότι μια ροή ηλεκτρονίων που διέρχεται από δύο σχισμές πρέπει να αφήνει μόνο δύο λωρίδες στην οθόνη, δύο ίχνη απέναντι από τις σχισμές. Φανταστείτε βότσαλα να πετάνε μέσα από δύο σχισμές και να χτυπούν την οθόνη;
Τι βλέπουμε όμως στην πραγματικότητα; Το ίδιο μοτίβο παρεμβολής. Ποιο είναι το συμπέρασμα: τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν σε κύματα. Άρα τα ηλεκτρόνια είναι κύματα. Αλλά αυτό είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο. Και πάλι, ο δυϊσμός κύματος-σωματιδίου στη φυσική.
Αλλά μπορούμε να υποθέσουμε ότι σε ένα βαθύτερο επίπεδο, το ηλεκτρόνιο είναι ένα σωματίδιο, και όταν αυτά τα σωματίδια ενώνονται, αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν κύματα. Για παράδειγμα, ένα θαλάσσιο κύμα είναι ένα κύμα, αλλά αποτελείται από σταγόνες νερού και σε μικρότερο επίπεδο μορίων και μετά από άτομα. Εντάξει, η λογική είναι σταθερή.
Τότε ας πυροβολήσουμε από ένα όπλο όχι με ρεύμα ηλεκτρονίων, αλλά ας απελευθερώσουμε ηλεκτρόνια ξεχωριστά, μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Είναι σαν να μην περνούσαμε ένα θαλάσσιο κύμα μέσα από τις ρωγμές, αλλά να φτύναμε μεμονωμένες σταγόνες από το νεροπίστολο ενός παιδιού.
Είναι πολύ λογικό ότι σε αυτή την περίπτωση διαφορετικές σταγόνες νερού θα έπεφταν σε διαφορετικές ρωγμές. Στην οθόνη πίσω από την πλάκα δεν θα έβλεπε κανείς ένα μοτίβο παρεμβολής από το κύμα, αλλά δύο καθαρές λωρίδες από την πρόσκρουση απέναντι από κάθε σχισμή. Θα δούμε το ίδιο πράγμα: αν πετάξεις μικρές πέτρες, αυτές, περνώντας από δύο σχισμές, θα άφηναν ένα σημάδι, σαν σκιά από δύο τρύπες. Ας τραβήξουμε τώρα μεμονωμένα ηλεκτρόνια για να δούμε αυτές τις δύο λωρίδες στην οθόνη από τις κρούσεις ηλεκτρονίων. Άφησαν το ένα, περίμεναν, το δεύτερο, περίμεναν κ.ο.κ. Οι επιστήμονες της κβαντικής φυσικής κατάφεραν να κάνουν ένα τέτοιο πείραμα.
Αλλά φρίκη. Αντί για αυτές τις δύο ζώνες, λαμβάνονται οι ίδιες εναλλαγές παρεμβολής πολλών ζωνών. Πως και έτσι? Αυτό θα μπορούσε να συμβεί εάν ένα ηλεκτρόνιο πετούσε μέσα από δύο σχισμές ταυτόχρονα, και πίσω από την πλάκα, σαν κύμα, θα συγκρουόταν με τον εαυτό του και θα παρενέβαινε. Αλλά αυτό δεν μπορεί να είναι, γιατί ένα σωματίδιο δεν μπορεί να βρίσκεται σε δύο σημεία ταυτόχρονα. Πετά είτε μέσα από το πρώτο κενό είτε μέσα από το δεύτερο.
Εδώ ξεκινούν τα πραγματικά φανταστικά πράγματα της κβαντικής φυσικής.
Υπέρθεση στην κβαντική φυσική
Με μια βαθύτερη ανάλυση, οι επιστήμονες ανακαλύπτουν ότι οποιοδήποτε στοιχειώδες κβαντικό σωματίδιο ή το ίδιο φως (φωτόνιο) μπορεί στην πραγματικότητα να βρίσκεται σε πολλά σημεία ταυτόχρονα. Και αυτά δεν είναι θαύματα, αλλά πραγματικά γεγονότα του μικροκόσμου. Το λέει η κβαντική φυσική. Γι' αυτό, όταν πυροβολούμε ένα μόνο σωματίδιο από ένα κανόνι, βλέπουμε το αποτέλεσμα της παρεμβολής. Πίσω από την πλάκα, το ηλεκτρόνιο συγκρούεται με τον εαυτό του και δημιουργεί ένα μοτίβο παρεμβολής.
Τα αντικείμενα του μακρόκοσμου που είναι κοινά σε εμάς βρίσκονται πάντα σε ένα μέρος και έχουν μια κατάσταση. Για παράδειγμα, τώρα κάθεστε σε μια καρέκλα, ζυγίζετε, ας πούμε, 50 κιλά και έχετε καρδιακούς παλμούς 60 παλμούς ανά λεπτό. Φυσικά, αυτές οι αναγνώσεις θα αλλάξουν, αλλά θα αλλάξουν μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Εξάλλου, δεν μπορείς να είσαι ταυτόχρονα στο σπίτι και στη δουλειά, ζυγίζεις 50 και 100 κιλά. Όλα αυτά είναι κατανοητά, είναι κοινή λογική.
Στη φυσική του μικροκόσμου, όλα είναι διαφορετικά.
Η κβαντομηχανική δηλώνει, και αυτό έχει ήδη επιβεβαιωθεί πειραματικά, ότι οποιοδήποτε στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί ταυτόχρονα να βρίσκεται όχι μόνο σε πολλά σημεία του χώρου, αλλά και να έχει πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα, για παράδειγμα, σπιν.
Όλα αυτά μπερδεύουν το μυαλό, υπονομεύουν τη συνήθη κατανόηση του κόσμου, τους παλιούς νόμους της φυσικής, ανατρέπουν τη σκέψη, μπορεί να πει κανείς ότι σε τρελαίνει.
Έτσι καταλαβαίνουμε τον όρο «υπέρθεση» στην κβαντική μηχανική.
Η υπέρθεση σημαίνει ότι ένα αντικείμενο του μικροκόσμου μπορεί ταυτόχρονα να βρίσκεται σε διαφορετικά σημεία του χώρου και επίσης να έχει πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Και αυτό είναι φυσιολογικό για τα στοιχειώδη σωματίδια. Αυτός είναι ο νόμος του μικροκόσμου, όσο περίεργος και φανταστικός κι αν φαίνεται.
Είστε έκπληκτοι, αλλά αυτές είναι μόνο οι αρχές, τα πιο ανεξήγητα θαύματα, τα μυστήρια και τα παράδοξα της κβαντικής φυσικής δεν έχουν έρθει ακόμη.
Κατάρρευση κυματικής συνάρτησης στη φυσική με απλά λόγια
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες αποφάσισαν να ανακαλύψουν και να δουν με μεγαλύτερη ακρίβεια εάν το ηλεκτρόνιο διέρχεται πραγματικά και από τις δύο σχισμές. Ξαφνικά περνάει από μια σχισμή και μετά με κάποιο τρόπο διασπάται και δημιουργεί ένα μοτίβο παρεμβολής καθώς περνά μέσα από αυτήν. Λοιπόν, ποτέ δεν ξέρεις. Δηλαδή, πρέπει να τοποθετήσετε κάποιο είδος συσκευής κοντά στη σχισμή που θα καταγράφει με ακρίβεια τη διέλευση ενός ηλεκτρονίου μέσα από αυτήν. Όχι νωρίτερα. Φυσικά, αυτό είναι δύσκολο να το κάνετε, δεν χρειάζεστε μια συσκευή, αλλά κάτι άλλο για να δείτε τη διέλευση ενός ηλεκτρονίου. Οι επιστήμονες όμως το κατάφεραν.
Τελικά όμως το αποτέλεσμα ξάφνιασε τους πάντες.
Μόλις αρχίσουμε να κοιτάμε από ποια σχισμή περνά το ηλεκτρόνιο, αρχίζει να συμπεριφέρεται όχι σαν κύμα, όχι σαν μια παράξενη ουσία που βρίσκεται ταυτόχρονα σε διαφορετικά σημεία του χώρου, αλλά σαν ένα συνηθισμένο σωματίδιο. Δηλαδή, το κβάντο αρχίζει να εμφανίζει συγκεκριμένες ιδιότητες: βρίσκεται σε ένα μόνο σημείο, διέρχεται από μία σχισμή και έχει μία τιμή σπιν. Δεν είναι ένα μοτίβο παρεμβολής που εμφανίζεται στην οθόνη, αλλά ένα απλό ίχνος απέναντι από τη σχισμή.
Πώς είναι όμως αυτό δυνατό; Είναι σαν το ηλεκτρόνιο να αστειεύεται, να παίζει μαζί μας. Στην αρχή συμπεριφέρεται σαν κύμα και μετά, αφού αποφασίσαμε να το δούμε να περνά μέσα από μια σχισμή, εμφανίζει τις ιδιότητες ενός στερεού σωματιδίου και περνά μόνο από μια σχισμή. Αλλά έτσι είναι στον μικρόκοσμο. Αυτοί είναι οι νόμοι της κβαντικής φυσικής.
Οι επιστήμονες είδαν μια άλλη μυστηριώδη ιδιότητα των στοιχειωδών σωματιδίων. Έτσι εμφανίστηκαν οι έννοιες της αβεβαιότητας και της κατάρρευσης της κυματικής συνάρτησης στην κβαντική φυσική.
Όταν ένα ηλεκτρόνιο πετά στη σχισμή, βρίσκεται σε απροσδιόριστη κατάσταση ή, όπως είπαμε παραπάνω, σε υπέρθεση. Δηλαδή, συμπεριφέρεται σαν κύμα, βρίσκεται ταυτόχρονα σε διαφορετικά σημεία του χώρου και έχει δύο τιμές περιστροφής ταυτόχρονα (το spin έχει μόνο δύο τιμές). Αν δεν το ακουμπούσαμε, δεν προσπαθούσαμε να το κοιτάξουμε, δεν μάθαμε πού ακριβώς ήταν, δεν μετρούσαμε την τιμή της περιστροφής του, θα είχε πετάξει σαν κύμα μέσα από δύο σχισμές ταυτόχρονα χρόνο, πράγμα που σημαίνει ότι θα είχε δημιουργήσει ένα μοτίβο παρεμβολής. Η κβαντική φυσική περιγράφει την τροχιά και τις παραμέτρους της χρησιμοποιώντας την κυματική συνάρτηση.
Αφού έχουμε κάνει μια μέτρηση (και μπορείτε να μετρήσετε ένα σωματίδιο του μικροκόσμου μόνο αλληλεπιδρώντας μαζί του, για παράδειγμα, συγκρούοντας ένα άλλο σωματίδιο μαζί του), τότε συμβαίνει η κατάρρευση της κυματικής συνάρτησης.
Δηλαδή τώρα το ηλεκτρόνιο βρίσκεται ακριβώς σε ένα σημείο στο χώρο και έχει μία τιμή σπιν.
Μπορείτε να πείτε ότι ένα στοιχειώδες σωματίδιο είναι σαν φάντασμα, φαίνεται να υπάρχει, αλλά ταυτόχρονα δεν βρίσκεται σε ένα μέρος και μπορεί, με μια ορισμένη πιθανότητα, να καταλήξει σε οποιοδήποτε σημείο της περιγραφής της κυματικής συνάρτησης. Αλλά μόλις αρχίσουμε να επικοινωνούμε μαζί του, μετατρέπεται από ένα φανταστικό αντικείμενο σε μια πραγματική απτή ουσία που συμπεριφέρεται σαν συνηθισμένα αντικείμενα του κλασικού κόσμου που μας είναι οικεία.
«Αυτό είναι φανταστικό», λέτε. Φυσικά, αλλά τα θαύματα της κβαντικής φυσικής μόλις ξεκινούν. Το πιο απίστευτο έρχεται. Ας κάνουμε όμως ένα μικρό διάλειμμα από την πληθώρα πληροφοριών και ας επιστρέψουμε στις κβαντικές περιπέτειες μια άλλη φορά, σε άλλο άρθρο. Στο μεταξύ, σκεφτείτε τι μάθατε σήμερα. Σε τι μπορούν να οδηγήσουν τέτοια θαύματα; Άλλωστε μας περιβάλλουν, αυτό είναι ιδιότητα του κόσμου μας, αν και σε βαθύτερο επίπεδο. Πιστεύουμε ακόμα ότι ζούμε σε έναν βαρετό κόσμο; Θα βγάλουμε όμως συμπεράσματα αργότερα.
Προσπάθησα να μιλήσω για τα βασικά της κβαντικής φυσικής σύντομα και ξεκάθαρα.
Αλλά αν δεν καταλαβαίνετε κάτι, τότε παρακολουθήστε αυτό το καρτούν για την κβαντική φυσική, για το πείραμα της διπλής σχισμής, όλα εξηγούνται επίσης εκεί με σαφή, απλή γλώσσα.
Κινούμενα σχέδια για την κβαντική φυσική:
Ή μπορείτε να παρακολουθήσετε αυτό το βίντεο, όλα θα μπουν στη θέση τους, η κβαντική φυσική είναι πολύ ενδιαφέρουσα.
Βίντεο για την κβαντική φυσική:
Και πώς δεν το ήξερες αυτό πριν;
Οι σύγχρονες ανακαλύψεις στην κβαντική φυσική αλλάζουν τον γνώριμο υλικό κόσμο μας.
Ο κενός χώρος δεν είναι κενός
Η σύγχρονη έρευνα έχει δείξει ότι ο κενός χώρος δεν είναι κενός. Είναι γεμάτο με κολοσσιαία ενέργεια.Κάθε κυβικό εκατοστό απόλυτου κενού περιέχει τόση ενέργεια όση δεν περιέχεται σε όλα τα υλικά αντικείμενα του Σύμπαντος μας!
Κι αν σκάψουμε ακόμα πιο βαθιά; Χιλιάδες χρόνια πριν από τον Δημόκριτο, οι Ινδοί σοφοί γνώριζαν ότι πέρα από την πραγματικότητα που γίνεται αντιληπτή από τις αισθήσεις μας, υπάρχει μια άλλη, πιο «σημαντική» πραγματικότητα. Ο Ινδουισμός διδάσκει: ο κόσμος των εξωτερικών μορφών είναι απλώς η Μάγια, μια ψευδαίσθηση. Δεν είναι καθόλου αυτό που τον αντιλαμβανόμαστε. Υπάρχει μια «υψηλότερη πραγματικότητα» - πιο θεμελιώδης από το υλικό Σύμπαν. Όλα τα φαινόμενα του ψευδαισθητικού μας κόσμου πηγάζουν από αυτό, και κατά κάποιο τρόπο συνδέεται με την ανθρώπινη συνείδηση.
Ουσιαστικά, τίποτα δεν έχει νόημα - όλα είναι απολύτως απατηλά. Ακόμη και τα πιο ογκώδη αντικείμενα είναι όλα άυλη ύλη, παρόμοια με τη σκέψη. γενικά, τα πάντα γύρω είναι συγκεντρωμένες πληροφορίες. – Jeffrey Satinover, MD
Η κβαντική φυσική έχει καταλήξει στο ίδιο συμπέρασμα σήμερα. Οι διατάξεις του είναι οι εξής: ο φυσικός κόσμος βασίζεται σε μια απολύτως «μη φυσική» πραγματικότητα. είναι η πραγματικότητα της πληροφορίας, ή των «κυμάτων πιθανότητας», ή της συνείδησης. Για να γίνουμε πιο συγκεκριμένοι, θα πρέπει να το θέσουμε ως εξής: στα βαθύτερα επίπεδά του, ο κόσμος μας είναι ένα θεμελιώδες πεδίο συνείδησης. δημιουργεί πληροφορίες που καθορίζουν την ύπαρξη του κόσμου
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το ατομικό σύστημα - ο πυρήνας και τα ηλεκτρόνια - δεν είναι μια συλλογή μικροσκοπικών υλικών σωμάτων, αλλά ένα σταθερό κυματικό σχέδιο. Τότε αποδείχθηκε ότι δεν υπήρχε λόγος να μιλάμε για σταθερότητα: ένα άτομο είναι μια βραχυπρόθεσμη αμοιβαία υπέρθεση (συμπύκνωση) ενεργειακών πεδίων. Ας προσθέσουμε σε αυτό το εξής γεγονός. Η σχέση μεταξύ των γραμμικών διαστάσεων του πυρήνα, των ηλεκτρονίων και των ακτίνων των τροχιών ηλεκτρονίων είναι τέτοια που μπορούμε να πούμε με ασφάλεια: το άτομο αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από κενό χώρο. Είναι εκπληκτικό πώς δεν πέφτουμε μέσα από μια καρέκλα όταν καθόμαστε πάνω της - τελικά, είναι ένα συνεχές κενό! Αλήθεια, το πάτωμα είναι το ίδιο, το ίδιο και η επιφάνεια της γης... Υπάρχει κάτι στον κόσμο που είναι αρκετά «γεμάτο» ώστε να μην πέσουμε μέσα;!
Τι είναι πιο πραγματικό – συνείδηση ή ύλη;
Ο Andrew Newberg, MD, μελέτησε τις πνευματικές εμπειρίες διαφορετικών ανθρώπων ως νευροεπιστήμονας και περιέγραψε τα αποτελέσματα της δουλειάς του στα βιβλία «Why Doesn’t God Go Away? Brain Science and the Biology of Belief» και «The Mystical Mind. Μια μελέτη της βιολογίας της πίστης. «Ένα άτομο που έχει βιώσει πνευματική ενόραση», γράφει, «αισθάνεται ότι έχει αγγίξει την αληθινή πραγματικότητα, η οποία είναι το θεμέλιο και η αιτία όλων των άλλων». Ο υλικός κόσμος αντιπροσωπεύει ένα ορισμένο επιφανειακό, δευτερεύον επίπεδο αυτής της πραγματικότητας.
«Πρέπει να εξετάσουμε προσεκτικά τη σχέση μεταξύ της συνείδησης και του φυσικού Σύμπαντος. Ίσως ο υλικός κόσμος είναι παράγωγο της πραγματικότητας της συνείδησης. ίσως η συνείδηση είναι το βασικό υλικό του Σύμπαντος». Δρ Νιούμπεργκ
Είναι η πραγματικότητα αποτέλεσμα επιλογής;
Ή μήπως οι ερμηνείες μας από στιγμή σε στιγμή της πραγματικότητας στην καθημερινή ζωή είναι απλώς το αποτέλεσμα της επιλογής της «δημοκρατικής πλειοψηφίας»; Ή, για να το θέσω αλλιώς, είναι αληθινό αυτό που πιστεύουν οι περισσότεροι; Αν υπάρχουν δέκα άτομα σε ένα δωμάτιο και οκτώ από αυτούς βλέπουν μια καρέκλα και δύο βλέπουν έναν Αρειανό, ποιος από αυτούς είναι τρελός; Αν δώδεκα άνθρωποι αντιλαμβάνονται μια λίμνη ως ένα υδάτινο σώμα που περικλείεται από τις όχθες της, και κάποιος τη θεωρεί ένα συμπαγές συμπαγές σώμα πάνω στο οποίο μπορεί κανείς να περπατήσει, ποιος από αυτούς έχει αυταπάτες;
Επιστρέφοντας στις έννοιες του προηγούμενου κεφαλαίου, μπορούμε τώρα να πούμε: ένα παράδειγμα είναι απλώς ένα γενικά αποδεκτό μοντέλο του τι θεωρείται πραγματικό. Ψηφίζουμε αυτό το μοντέλο μέσα από τις πράξεις μας και γίνεται πραγματικότητα. Αλλά τότε τίθεται το Μεγάλο Ερώτημα: «Μπορεί η συνείδηση να δημιουργήσει την πραγματικότητα;» Μήπως επειδή κανείς δεν έχει απαντήσει ποτέ σε αυτή την ερώτηση, επειδή η ίδια η πραγματικότητα είναι η απάντηση;
Συναισθήματα και αντίληψη του κόσμου
Υπάρχουν καθαρά ανατομικές αποδείξεις ότι οι πληροφορίες για τον κόσμο μας δίνονται από τον εγκέφαλο και όχι από τα μάτια. Δεν υπάρχουν οπτικοί υποδοχείς στην περιοχή του βολβού του ματιού όπου το οπτικό νεύρο περνά στο πίσω μέρος του εγκεφάλου. Επομένως, θα περιμέναμε: αν κλείσουμε το ένα μάτι, θα δούμε μια μαύρη κηλίδα στο κέντρο της «εικόνας». Αλλά αυτό δεν συμβαίνει - και μόνο επειδή η «εικόνα» σχεδιάζεται από τον εγκέφαλο, όχι από το μάτι.
Επιπλέον, ο εγκέφαλος δεν κάνει διάκριση μεταξύ αυτού που πραγματικά βλέπει ένας άνθρωπος και αυτού που φαντάζεται. Φαίνεται ότι δεν βλέπει καν τη διαφορά μεταξύ μιας εκτελούμενης και μιας φανταστικής δράσης.
Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε τη δεκαετία του 1930 από τον Edmund Jacobson, MD (δημιουργό της τεχνικής σταδιακής χαλάρωσης για την ανακούφιση από το στρες). Ζήτησε από τα υποκείμενα να φανταστούν ορισμένες σωματικές ενέργειες. Και ανακάλυψα: κατά τη διαδικασία της οπτικοποίησης, οι μύες τους ελάχιστα αισθητά συστέλλονται σύμφωνα με τις κινήσεις που εκτελούνταν διανοητικά. Τώρα αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται από αθλητές σε όλο τον κόσμο: περιλαμβάνουν οπτική προπόνηση στην προετοιμασία τους για αγώνες.
Ο εγκέφαλός σας δεν βλέπει τη διαφορά μεταξύ του εξωτερικού κόσμου και του κόσμου της φαντασίας σας. – Τζο Ντισπένζα
Έρευνα του Δρ Pert από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (ΗΠΑ) προτείνει ότι η αντίληψη ενός ατόμου για τον κόσμο καθορίζεται όχι μόνο από τις ιδέες του για το τι είναι πραγματικό και τι όχι, αλλά και από τη στάση του απέναντι στις πληροφορίες που παρέχονται από τις αισθήσεις. .
Το τελευταίο καθορίζει σε μεγάλο βαθμό αν αντιλαμβανόμαστε κάτι και αν το αντιλαμβανόμαστε, τότε πώς ακριβώς. Ο γιατρός λέει: «Τα συναισθήματά μας καθορίζουν τι αξίζει να προσέχουμε... Και η απόφαση για το τι φτάνει στη συνείδησή μας και τι θα απορριφθεί και θα παραμείνει στα βαθιά επίπεδα του σώματος λαμβάνεται τη στιγμή της έκθεσης σε εξωτερικά ερεθίσματα σε τους υποδοχείς».
Άρα, η ουσία του θέματος είναι λίγο πολύ ξεκάθαρη. Εμείς οι ίδιοι δημιουργούμε τον κόσμο που αντιλαμβανόμαστε. Όταν ανοίγω τα μάτια μου και κοιτάζω τριγύρω, δεν βλέπω την πραγματικότητα «όπως είναι», αλλά έναν κόσμο που ο «αισθητηριακός εξοπλισμός» μου - οι αισθήσεις - μπορούν να αντιληφθούν. τον κόσμο που η πίστη μου μου επιτρέπει να δω. ένας κόσμος φιλτραρισμένος από συναισθηματικές προτιμήσεις.
Βασικές αρχές της Κβαντικής Μηχανικής
Το γνωστό συναντά το άγνωστο
Τον επόμενο αιώνα, μια εντελώς νέα επιστήμη εμφανίστηκε, γνωστή ως κβαντική μηχανική, κβαντική φυσική ή απλώς κβαντική θεωρία. Δεν αντικαθιστά τη νευτώνεια φυσική, η οποία περιγράφει τέλεια τη συμπεριφορά των μεγάλων σωμάτων, δηλαδή των αντικειμένων του μακρόκοσμου. Δημιουργήθηκε για να εξηγήσει τον υποατομικό κόσμο: σε αυτόν η θεωρία του Νεύτωνα είναι αβοήθητη.
Το σύμπαν είναι ένα πολύ περίεργο πράγμα, λέει ένας από τους ιδρυτές της νανοβιολογίας, ο Δρ Στιούαρτ Χάμεροφ. «Φαίνεται ότι υπάρχουν δύο σύνολα νόμων που το διέπουν». Στον καθημερινό, κλασικό μας κόσμο, τα πάντα περιγράφονται από τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα, που ανακαλύφθηκαν πριν από εκατοντάδες και εκατοντάδες χρόνια... Ωστόσο, όταν μετακινούμαστε στον μικρόκοσμο, στο επίπεδο των ατόμων, αρχίζει να δημιουργείται ένα εντελώς διαφορετικό σύνολο «κανόνων». λειτουργεί. Αυτοί είναι κβαντικοί νόμοι».
Μύθος ή πραγματικότητα? Μία από τις βαθύτερες φιλοσοφικές διαφορές μεταξύ της κλασικής και της κβαντικής μηχανικής είναι η εξής: η κλασική μηχανική βασίζεται στην ιδέα ότι είναι δυνατή η παθητική παρατήρηση των αντικειμένων... η κβαντική μηχανική δεν είχε ποτέ λάθος για αυτήν την πιθανότητα. – David Albert, Ph.D.
Μύθος ή πραγματικότητα?
Ένα σωματίδιο του μικροκόσμου μπορεί να βρίσκεται σε δύο ή περισσότερα μέρη ταυτόχρονα! (Ένα πολύ πρόσφατο πείραμα έδειξε ότι ένα από αυτά τα σωματίδια μπορεί να βρίσκεται σε 3000 θέσεις ταυτόχρονα!) Το ίδιο «αντικείμενο» μπορεί να είναι και ένα εντοπισμένο σωματίδιο και ένα ενεργειακό κύμα που διαδίδεται στο διάστημα.
Ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Αλλά η κβαντική φυσική έχει αποδείξει: τα υποατομικά σωματίδια μπορούν να ανταλλάξουν πληροφορίες αμέσως – ακόμα και όταν βρίσκονται σε οποιαδήποτε απόσταση το ένα από το άλλο.
Η κλασική φυσική ήταν ντετερμινιστική: δεδομένων των αρχικών συνθηκών, όπως η θέση και η ταχύτητα ενός αντικειμένου, μπορούμε να υπολογίσουμε πού θα πάει. Η κβαντική φυσική είναι πιθανολογική: δεν μπορούμε ποτέ να πούμε με απόλυτη βεβαιότητα πώς θα συμπεριφερθεί το υπό μελέτη αντικείμενο.
Η κλασική φυσική ήταν μηχανιστική. Βασίζεται στην προϋπόθεση ότι μόνο γνωρίζοντας τα επιμέρους μέρη ενός αντικειμένου μπορούμε τελικά να καταλάβουμε τι είναι. Η κβαντική φυσική είναι ολιστική: ζωγραφίζει μια εικόνα του Σύμπαντος ως ενιαίου συνόλου, τα μέρη του οποίου είναι αλληλένδετα και επηρεάζουν το ένα το άλλο.
Και ίσως το πιο σημαντικό, η κβαντική φυσική κατέστρεψε την ιδέα μιας θεμελιώδους διαφοράς μεταξύ υποκειμένου και αντικειμένου, παρατηρητή και παρατηρούμενου - που κυριαρχούσε στα επιστημονικά μυαλά για 400 χρόνια!
Στην κβαντική φυσική, ο παρατηρητής επηρεάζει το παρατηρούμενο αντικείμενο. Δεν υπάρχουν μεμονωμένοι παρατηρητές του μηχανικού Σύμπαντος - τα πάντα συμμετέχουν στην ύπαρξή του.
Παρατηρητής
Η συνειδητή μου απόφαση για το πώς να παρατηρήσω ένα ηλεκτρόνιο θα καθορίσει, σε κάποιο βαθμό, τις ιδιότητες του ηλεκτρονίου. Αν με ενδιαφέρει ως σωματίδιο, θα λάβω απάντηση για αυτό ως σωματίδιο. Αν με ενδιαφέρει ως κύμα, θα λάβω απάντηση για αυτόν ως κύμα. Fridtjof Capra, φυσικός, φιλόσοφος
Ο παρατηρητής επηρεάζει το παρατηρούμενο
Πριν πραγματοποιηθεί μια παρατήρηση ή μια μέτρηση, ένα αντικείμενο του μικροκόσμου υπάρχει με τη μορφή ενός πιθανολογικού κύματος (πιο αυστηρά, ως κυματική συνάρτηση).
Δεν καταλαμβάνει κάποια συγκεκριμένη θέση και δεν έχει ταχύτητα. Η κυματική συνάρτηση απλώς αντιπροσωπεύει την πιθανότητα ότι ένα αντικείμενο θα εμφανιστεί εδώ ή εκεί όταν παρατηρηθεί ή μετρηθεί. Έχει πιθανές συντεταγμένες και ταχύτητα - αλλά δεν θα τις μάθουμε μέχρι να ξεκινήσουμε τη διαδικασία παρατήρησης.
«Εξαιτίας αυτού», γράφει ο θεωρητικός φυσικός Brian Greene στο The Fabric of the Cosmos, «όταν προσδιορίζουμε τη θέση ενός ηλεκτρονίου, δεν μετράμε μια αντικειμενική, προϋπάρχουσα ιδιότητα της πραγματικότητας. Αντίθετα, η πράξη της μέτρησης είναι στενά συνυφασμένη στη δημιουργία της ίδιας της μετρήσιμης πραγματικότητας». Η δήλωση του Fridtjof Capra ολοκληρώνει λογικά το σκεπτικό του Green: «Ένα ηλεκτρόνιο δεν έχει αντικειμενικές ιδιότητες ανεξάρτητες από τη συνείδησή μου».
Όλα αυτά θολώνουν τη γραμμή μεταξύ του «έξω κόσμου» και του υποκειμενικού παρατηρητή. Μοιάζουν να συγχωνεύονται στη διαδικασία της ανακάλυψης - ή της δημιουργίας; - ο κόσμος γύρω μας.
Πρόβλημα μέτρησης
Η ιδέα ότι ο παρατηρητής επηρεάζει αναπόφευκτα οποιαδήποτε φυσική διαδικασία παρατηρεί. Η ιδέα ότι δεν είμαστε ουδέτεροι μάρτυρες αυτού που συμβαίνει, απλώς παρατηρούμε αντικείμενα και γεγονότα, εκφράστηκε για πρώτη φορά από τον Niels Bohr και τους συναδέλφους του από την Κοπεγχάγη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτές οι διατάξεις ονομάζονται συχνά Διερμηνεία της Κοπεγχάγης.
Ο Bohr υποστήριξε ότι η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg συνεπάγεται περισσότερα από την αδυναμία ταυτόχρονου ακριβούς προσδιορισμού της ταχύτητας και της θέσης ενός υποατομικού σωματιδίου.
Έτσι περιγράφει ο Φρεντ Άλαν Γουλφ τα αξιώματα που έθεσε: «Δεν είναι μόνο ότι δεν μπορείς να μετρήσεις κάτι. Αυτό το «κάτι» δεν υπάρχει καθόλου - μέχρι να αρχίσετε να το παρατηρείτε.
Ο Χάιζενμπεργκ πίστευε ότι υπάρχει από μόνος του». Ο Χάιζενμπεργκ δίσταζε να παραδεχτεί ότι δεν υπήρχε «κάτι» πριν εμπλακεί ο παρατηρητής. Ο Niels Bohr όχι μόνο υποστήριξε αυτό, αλλά ανέπτυξε επίσης αποφασιστικά τις υποθέσεις του.
Εφόσον τα σωματίδια δεν εμφανίζονται μέχρι να αρχίσουμε να τα παρατηρούμε, είπε, τότε η πραγματικότητα σε κβαντικό επίπεδο δεν υπάρχει - μέχρι να την παρατηρήσει κάποιος και να κάνει μετρήσεις σε αυτήν.
Υπάρχουν ακόμη έντονες συζητήσεις στην επιστημονική κοινότητα (αυτό θα έπρεπε μάλλον να ονομαστεί μια σκληρή συζήτηση!) σχετικά με το αν είναι η ανθρώπινη συνείδηση του παρατηρητή που προκαλεί την «κατάρρευση» και τη μετάβαση της κυματικής συνάρτησης στη σωματιδιακή κατάσταση;
Η συγγραφέας και δημοσιογράφος Lynn McTaggart εκφράζει αυτή την ιδέα με αυτόν τον τρόπο, αποφεύγοντας τους επιστημονικούς όρους: «Η πραγματικότητα είναι ασυνήθιστη ζελατίνα. Δεν είναι ο ίδιος ο κόσμος, αλλά οι δυνατότητές του. Και εμείς, με τη συμμετοχή μας σε αυτό, με την πράξη της παρατήρησης και της κατανόησης, κάνουμε αυτό το ζελέ να παγώσει. Η ζωή μας λοιπόν είναι αναπόσπαστο μέρος της διαδικασίας δημιουργίας της πραγματικότητας. Είναι η προσοχή μας που το καθορίζει».
Στο Σύμπαν του Αϊνστάιν, τα αντικείμενα έχουν ακριβείς τιμές όλων των πιθανών φυσικών παραμέτρων. Οι περισσότεροι φυσικοί θα έλεγαν τώρα ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος. Οι ιδιότητες ενός υποατομικού σωματιδίου εμφανίζονται μόνο όταν αναγκάζονται να το κάνουν με μετρήσεις... Σε εκείνες τις περιπτώσεις που δεν παρατηρούνται... οι παράμετροι του μικροσυστήματος βρίσκονται σε αβέβαιη, «ομιχλώδη» κατάσταση και χαρακτηρίζονται αποκλειστικά από την πιθανότητα με την οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί αυτή ή η άλλη πιθανή δυνατότητα. – Brian Greene, «The Fabric of Space» Γιατί
Κβαντική λογική
Quantum Logic Όταν ρωτήθηκε αν το ηλεκτρόνιο παραμένει αμετάβλητο, αναγκαζόμαστε να απαντήσουμε: «Όχι». Αν μας ρωτήσουν αν η θέση ενός ηλεκτρονίου αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, θα πρέπει να πούμε: «Όχι». Εάν μας ρωτήσουν εάν ένα ηλεκτρόνιο παραμένει σε ηρεμία, απαντάμε: «Όχι». Όταν ρωτάμε εάν ένα ηλεκτρόνιο βρίσκεται σε κίνηση, λέμε: «Όχι». – J. Robert Oppenheimer, δημιουργός της ατομικής βόμβας
Η κβαντική λογική του John von Neumann αποκάλυψε το κύριο μέρος του προβλήματος της μέτρησης: μόνο η απόφαση του παρατηρητή οδηγεί στη μέτρηση. Αυτή η απόφαση περιορίζει τους βαθμούς ελευθερίας του κβαντικού συστήματος (όπως η συνάρτηση κύματος ηλεκτρονίων) και επομένως επηρεάζει το αποτέλεσμα (πραγματικότητα).
Οικολογία της γνώσης: Η κβαντική φυσική τρομάζει από την αρχή έναν απροετοίμαστο ακροατή. Είναι περίεργο και παράλογο, ακόμη και για τους φυσικούς που ασχολούνται καθημερινά με αυτό. Αλλά δεν είναι σκοτεινή
Η κβαντική φυσική τρομάζει από την αρχή έναν απροετοίμαστο ακροατή. Είναι περίεργο και παράλογο, ακόμη και για τους φυσικούς που ασχολούνται καθημερινά με αυτό. Δεν είναι όμως ακατανόητη. Εάν ενδιαφέρεστε για την κβαντική φυσική, υπάρχουν στην πραγματικότητα έξι βασικές έννοιες από την κβαντική φυσική που πρέπει να έχετε υπόψη σας. Όχι, έχουν μικρή σχέσημε κβαντικά φαινόμενα . Και αυτά δεν είναι πειράματα σκέψης. Απλώς τυλίξτε τα γύρω και η κβαντική φυσική θα είναι πολύ πιο κατανοητή.
Όλα είναι φτιαγμένα από κύματα - και σωματίδια επίσης
Υπάρχουν πολλά μέρη για να ξεκινήσει αυτή η συζήτηση, και αυτό είναι τόσο καλό όσο όλα: τα πάντα στο Σύμπαν μας είναι τόσο σωματιδιακή όσο και κυματική. Αν μπορούσε κανείς να πει για τη μαγεία, «Είναι όλα κύματα και τίποτα άλλο από κύματα», αυτή θα ήταν μια θαυμάσια ποιητική περιγραφή της κβαντικής φυσικής. Στην πραγματικότητα, τα πάντα σε αυτό το σύμπαν έχουν κυματική φύση.
Φυσικά, επίσης όλα στο Σύμπαν είναι σωματιδιακής φύσης. Ακούγεται περίεργο, αλλά αυτό είναι ένα πειραματικό γεγονός.
Η περιγραφή πραγματικών αντικειμένων ως σωματίδια και κύματα ταυτόχρονα θα είναι κάπως ανακριβής. Αυστηρά μιλώντας, τα αντικείμενα που περιγράφονται από την κβαντική φυσική δεν είναι σωματίδια και κύματα, αλλά ανήκουν στην τρίτη κατηγορία, η οποία κληρονομεί τις ιδιότητες των κυμάτων (συχνότητα και μήκος κύματος, μαζί με τη διάδοση στο διάστημα) και ορισμένες ιδιότητες των σωματιδίων (μπορούν να μετρηθούν και εντοπισμένη σε κάποιο βαθμό). Αυτό οδηγεί σε μια ζωηρή συζήτηση στην κοινότητα της φυσικής σχετικά με το εάν είναι σωστό να μιλάμε για το φως ως σωματίδιο. όχι επειδή υπάρχει μια διαμάχη σχετικά με το αν το φως έχει σωματιδιακή φύση, αλλά επειδή το να αποκαλούμε φωτόνια «σωματίδια» αντί «διεγέρσεις κβαντικού πεδίου» είναι παραπλανητικό για τους μαθητές. Ωστόσο, αυτό ισχύει και για το αν τα ηλεκτρόνια μπορούν να ονομαστούν σωματίδια, αλλά τέτοιες διαφωνίες θα παραμείνουν σε καθαρά ακαδημαϊκούς κύκλους.
Αυτή η «τρίτη» φύση των κβαντικών αντικειμένων αντανακλάται στη μερικές φορές μπερδεμένη γλώσσα των φυσικών που συζητούν τα κβαντικά φαινόμενα. Το μποζόνιο Χιγκς ανακαλύφθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων ως σωματίδιο, αλλά πιθανότατα έχετε ακούσει τη φράση «πεδίο Χιγκς», αυτό το μετατοπισμένο πράγμα που γεμίζει όλο το διάστημα. Αυτό συμβαίνει επειδή κάτω από ορισμένες συνθήκες, όπως τα πειράματα σύγκρουσης σωματιδίων, είναι πιο κατάλληλο να συζητήσουμε τις διεγέρσεις του πεδίου Higgs παρά να ορίσουμε τα χαρακτηριστικά ενός σωματιδίου, ενώ υπό άλλες συνθήκες, όπως γενικές συζητήσεις για το γιατί ορισμένα σωματίδια έχουν μάζα, είναι πιο κατάλληλο να συζητήσουμε τη φυσική με όρους αλληλεπιδράσεων με το κβαντικό ένα πεδίο καθολικών αναλογιών. Αυτές είναι απλώς διαφορετικές γλώσσες που περιγράφουν τα ίδια μαθηματικά αντικείμενα.
Η κβαντική φυσική είναι διακριτή
Όλα είναι στο όνομα της φυσικής - η λέξη "quantum" προέρχεται από το λατινικό "how much" και αντανακλά το γεγονός ότι τα κβαντικά μοντέλα περιλαμβάνουν πάντα κάτι που έρχεται σε διακριτές ποσότητες. Η ενέργεια που περιέχεται σε ένα κβαντικό πεδίο έρχεται σε πολλαπλάσια κάποιας θεμελιώδους ενέργειας. Για το φως, αυτό σχετίζεται με τη συχνότητα και το μήκος κύματος του φωτός - το φως υψηλής συχνότητας, μικρού μήκους κύματος έχει τεράστια χαρακτηριστική ενέργεια, ενώ το φως χαμηλής συχνότητας, μεγάλου μήκους κύματος έχει μικρή χαρακτηριστική ενέργεια.
Και στις δύο περιπτώσεις, ωστόσο, η συνολική ενέργεια που περιέχεται σε ένα ξεχωριστό πεδίο φωτός είναι ένα ακέραιο πολλαπλάσιο αυτής της ενέργειας - 1, 2, 14, 137 φορές - και δεν υπάρχουν παράξενα κλάσματα όπως το ενάμισι, το "pi" ή το τετράγωνο ρίζα δύο. Αυτή η ιδιότητα παρατηρείται επίσης σε διακριτά ενεργειακά επίπεδα ατόμων και οι ενεργειακές ζώνες είναι συγκεκριμένες - ορισμένες ενεργειακές τιμές επιτρέπονται, άλλες όχι. Τα ατομικά ρολόγια λειτουργούν χάρη στη διακριτικότητα της κβαντικής φυσικής, χρησιμοποιώντας τη συχνότητα του φωτός που σχετίζεται με τη μετάβαση μεταξύ δύο επιτρεπόμενων καταστάσεων στο καίσιο, η οποία επιτρέπει τη διατήρηση του χρόνου στο επίπεδο που απαιτείται για να συμβεί το «δεύτερο άλμα».
Η φασματοσκοπία εξαιρετικά ακριβείας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση πραγμάτων όπως η σκοτεινή ύλη και παραμένει μέρος του κινήτρου για το Ινστιτούτο Θεμελιωδών Φυσικών Χαμηλής Ενέργειας.
Αυτό δεν είναι πάντα προφανές - ακόμη και ορισμένα πράγματα που είναι κατ' αρχήν κβαντικά, όπως η ακτινοβολία μαύρου σώματος, συνδέονται με συνεχείς κατανομές. Αλλά μετά από πιο προσεκτική εξέταση και όταν εμπλέκεται βαθιά μαθηματική συσκευή, η κβαντική θεωρία γίνεται ακόμη πιο περίεργη.
Η κβαντική φυσική είναι πιθανολογική
Μία από τις πιο εκπληκτικές και (ιστορικά, τουλάχιστον) αμφιλεγόμενες πτυχές της κβαντικής φυσικής είναι ότι είναι αδύνατο να προβλεφθεί με βεβαιότητα το αποτέλεσμα ενός και μόνο πειράματος με ένα κβαντικό σύστημα. Όταν οι φυσικοί προβλέπουν το αποτέλεσμα ενός συγκεκριμένου πειράματος, η πρόβλεψή τους παίρνει τη μορφή της πιθανότητας εύρεσης καθενός από τα συγκεκριμένα πιθανά αποτελέσματα και οι συγκρίσεις μεταξύ θεωρίας και πειράματος περιλαμβάνουν πάντα την εξαγωγή μιας κατανομής πιθανοτήτων από πολλά επαναλαμβανόμενα πειράματα.
Η μαθηματική περιγραφή ενός κβαντικού συστήματος συνήθως παίρνει τη μορφή μιας «κυματικής συνάρτησης» που αντιπροσωπεύεται από τις ελληνικές εξισώσεις psi οξιάς: Ψ. Υπάρχει πολλή συζήτηση για το τι ακριβώς είναι μια κυματική συνάρτηση, και έχει χωρίσει τους φυσικούς σε δύο στρατόπεδα: αυτούς που βλέπουν το κύμα ως πραγματικό φυσικό πράγμα (οντικοί θεωρητικοί) και εκείνους που πιστεύουν ότι η κυματική συνάρτηση είναι καθαρά έκφραση της γνώσης μας (ή έλλειψη αυτής) ανεξάρτητα από την υποκείμενη κατάσταση ενός μεμονωμένου κβαντικού αντικειμένου (επιστημικοί θεωρητικοί).
Σε κάθε κατηγορία υποκείμενου μοντέλου, η πιθανότητα εύρεσης ενός αποτελέσματος καθορίζεται όχι από τη συνάρτηση κύματος απευθείας, αλλά από το τετράγωνο της κυματικής συνάρτησης (χονδρικά μιλώντας, είναι το ίδιο, η συνάρτηση κύματος είναι ένα πολύπλοκο μαθηματικό αντικείμενο (και επομένως περιλαμβάνει φανταστικούς αριθμούς όπως η τετραγωνική ρίζα ή η αρνητική παραλλαγή της) και η λειτουργία της απόκτησης της πιθανότητας είναι λίγο πιο περίπλοκη, αλλά το «τετράγωνο της κυματικής συνάρτησης» είναι αρκετό για να κατανοήσουμε τη βασική ουσία της ιδέας). Αυτός είναι γνωστός ως ο κανόνας του Born, από τον Γερμανό φυσικό Μαξ Μπορν, ο οποίος τον υπολόγισε πρώτος (σε μια υποσημείωση σε ένα έγγραφο του 1926) και εξέπληξε πολλούς ανθρώπους με την άσχημη ενσάρκωσή του. Ενεργό έργο βρίσκεται σε εξέλιξη για την προσπάθεια εξαγωγής του κανόνα Born από μια πιο θεμελιώδη αρχή. αλλά μέχρι στιγμής κανένα από αυτά δεν έχει πετύχει, αν και έχουν δημιουργήσει πολλά ενδιαφέροντα πράγματα για την επιστήμη.
Αυτή η πτυχή της θεωρίας μας οδηγεί επίσης στο ότι τα σωματίδια βρίσκονται σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Το μόνο που μπορούμε να προβλέψουμε είναι μια πιθανότητα και πριν από τη μέτρηση με ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα, το σύστημα που μετράται είναι σε μια ενδιάμεση κατάσταση - μια κατάσταση υπέρθεσης που περιλαμβάνει όλες τις πιθανές πιθανότητες. Αλλά εάν ένα σύστημα υπάρχει πραγματικά σε πολλαπλές καταστάσεις ή βρίσκεται σε ένα άγνωστο εξαρτάται από το αν προτιμάτε ένα οντικό ή ένα γνωσιακό μοντέλο. Και τα δύο αυτά μας οδηγούν στο επόμενο σημείο.
Η κβαντική φυσική δεν είναι τοπική
τελευταίος Η μεγάλη συμβολή του Αϊνστάινστη φυσική δεν αναγνωρίστηκε ευρέως ως τέτοιος, κυρίως επειδή έκανε λάθος. Σε μια εργασία του 1935, μαζί με τους νεαρούς συναδέλφους του Μπόρις Ποντόλκι και Νέιθαν Ρόζεν (έργο EPR), ο Αϊνστάιν παρείχε μια ξεκάθαρη μαθηματική δήλωση για κάτι που τον απασχολούσε για αρκετό καιρό, αυτό που ονομάζουμε «διαπλοκή».
Η εργασία του EPR υποστήριξε ότι η κβαντική φυσική αναγνώρισε την ύπαρξη συστημάτων στα οποία οι μετρήσεις που γίνονται σε ευρέως διαχωρισμένες τοποθεσίες μπορούν να συσχετιστούν, έτσι ώστε το αποτέλεσμα του ενός να καθορίζει το άλλο. Υποστήριξαν ότι αυτό σήμαινε ότι τα αποτελέσματα των μετρήσεων πρέπει να καθορίζονται εκ των προτέρων από κάποιον κοινό παράγοντα, αφού διαφορετικά το αποτέλεσμα μιας μέτρησης θα έπρεπε να μεταδοθεί στη θέση μιας άλλης με ταχύτητες που υπερβαίνουν την ταχύτητα του φωτός. Επομένως, η κβαντική φυσική πρέπει να είναι ημιτελής, μια προσέγγιση μιας βαθύτερης θεωρίας (τη θεωρία της «κρυφής τοπικής μεταβλητής», στην οποία τα αποτελέσματα των μεμονωμένων μετρήσεων δεν εξαρτώνται από κάτι που είναι πιο μακριά από τον τόπο μέτρησης από ένα σήμα που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός μπορεί να καλύψει (τοπικά), αλλά μάλλον καθορίζεται από κάποιον παράγοντα κοινό και στα δύο συστήματα στο μπλεγμένο ζεύγος (κρυμμένη μεταβλητή).
Όλα αυτά θεωρούνταν μια σκοτεινή υποσημείωση για περισσότερα από 30 χρόνια, καθώς δεν φαινόταν να υπάρχει τρόπος να το δοκιμάσουμε, αλλά στα μέσα της δεκαετίας του '60 ο Ιρλανδός φυσικός John Bell εξέτασε τις επιπτώσεις του EPR με περισσότερες λεπτομέρειες. Ο Bell έδειξε ότι μπορείτε να βρείτε περιστάσεις στις οποίες η κβαντική μηχανική θα προβλέπει συσχετίσεις μεταξύ απομακρυσμένων μετρήσεων που θα είναι ισχυρότερες από οποιαδήποτε πιθανή θεωρία όπως αυτές που προτείνουν οι E, P και R. Αυτό δοκιμάστηκε πειραματικά τη δεκαετία του '70 από τους John Kloser και Alain Aspect στο αρχές της δεκαετίας του '80 x - έδειξαν ότι αυτά τα μπερδεμένα συστήματα δεν μπορούσαν ενδεχομένως να εξηγηθούν από καμία τοπική κρυφή θεωρία μεταβλητών.
Η πιο κοινή προσέγγιση για την κατανόηση αυτού του αποτελέσματος είναι να υποθέσουμε ότι η κβαντική μηχανική είναι μη τοπική: ότι τα αποτελέσματα των μετρήσεων που γίνονται σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία μπορεί να εξαρτώνται από τις ιδιότητες ενός απομακρυσμένου αντικειμένου με τρόπο που δεν μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας σήματα που ταξιδεύουν με την ταχύτητα φως. Αυτό, ωστόσο, δεν επιτρέπει τη μετάδοση πληροφοριών σε υπερφωτιστικές ταχύτητες, αν και έχουν γίνει πολλές προσπάθειες να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός χρησιμοποιώντας κβαντική μη τοπικότητα.
Η κβαντική φυσική ασχολείται (σχεδόν πάντα) με πολύ μικρά πράγματα
Η κβαντική φυσική έχει τη φήμη ότι είναι περίεργη επειδή οι προβλέψεις της είναι ριζικά διαφορετικές από την καθημερινή μας εμπειρία. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αποτελέσματά του γίνονται λιγότερο έντονα όσο μεγαλύτερο είναι το αντικείμενο - δύσκολα θα δείτε την κυματική συμπεριφορά των σωματιδίων και πώς το μήκος κύματος μειώνεται με την αύξηση της ροπής. Το μήκος κύματος ενός μακροσκοπικού αντικειμένου όπως ένας σκύλος που περπατάει είναι τόσο γελοία μικρό που αν μεγεθύνατε κάθε άτομο στο δωμάτιο στο μέγεθος του ηλιακού συστήματος, το μήκος κύματος του σκύλου θα ήταν το μέγεθος ενός ατόμου σε αυτό το ηλιακό σύστημα.
Αυτό σημαίνει ότι τα κβαντικά φαινόμενα περιορίζονται κυρίως στην κλίμακα των ατόμων και των θεμελιωδών σωματιδίων των οποίων οι μάζες και οι επιταχύνσεις είναι αρκετά μικρές ώστε το μήκος κύματος να παραμένει τόσο μικρό που δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα. Ωστόσο, καταβάλλεται μεγάλη προσπάθεια για να αυξηθεί το μέγεθος του συστήματος που επιδεικνύει κβαντικά αποτελέσματα.
Η κβαντική φυσική δεν είναι μαγεία
Το προηγούμενο σημείο μας οδηγεί εντελώς φυσικά σε αυτό: όσο παράξενη κι αν φαίνεται η κβαντική φυσική, σαφώς δεν είναι μαγεία. Αυτό που υποστηρίζει είναι περίεργο για τα πρότυπα της καθημερινής φυσικής, αλλά περιορίζεται αυστηρά από καλά κατανοητούς μαθηματικούς κανόνες και αρχές.
Έτσι, αν κάποιος έρθει σε εσάς με μια «κβαντική» ιδέα που φαίνεται αδύνατη - άπειρη ενέργεια, μαγικές θεραπευτικές δυνάμεις, αδύνατες διαστημικές μηχανές - είναι σχεδόν σίγουρα αδύνατο. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την κβαντική φυσική για να κάνουμε απίστευτα πράγματα: γράφουμε συνεχώς για απίστευτες ανακαλύψεις χρησιμοποιώντας κβαντικά φαινόμενα που έχουν ήδη εκπλήξει την ανθρωπότητα, σημαίνει απλώς ότι δεν θα υπερβούμε τους νόμους της θερμοδυναμικής και της κοινής λογικής .
Εάν τα παραπάνω σημεία δεν σας φαίνονται αρκετά, θεωρήστε αυτό απλώς ένα χρήσιμο σημείο εκκίνησης για περαιτέρω συζήτηση.δημοσίευσε
Ελάτε μαζί μας
- Σε επαφή με 0
- Google+ 0
- Εντάξει 0
- Facebook 0
