Osnove kvantne fizike u pet eksperimenata za lutke. Kvantna fizika za glupane: suština jednostavnim riječima

Vjerojatno ste to čuli mnogo puta o neobjašnjivim misterijama kvantne fizike i kvantne mehanike. Njegovi zakoni fasciniraju mistikom, a ni sami fizičari priznaju da ih ne razumiju u potpunosti. S jedne strane, zanimljivo je razumjeti te zakone, ali s druge strane, nema vremena za čitanje višetomnih i složenih knjiga o fizici. Jako te razumijem, jer i ja volim znanje i traganje za istinom, ali za sve knjige nema vremena. Niste sami, mnogi znatiželjnici u tražilicu upisuju: “kvantna fizika za glupane, kvantna mehanika za glupane, kvantna fizika za početnike, kvantna mehanika za početnike, osnove kvantne fizike, osnove kvantne mehanike, kvantna fizika za djecu, što je kvantna mehanika". Ova publikacija je upravo za vas.

Razumjet ćete osnovne koncepte i paradokse kvantne fizike. Iz članka ćete naučiti:

• Što je kvantna fizika i kvantna mehanika?
• Što je smetnja?
• Što je kvantna isprepletenost (ili kvantna teleportacija za glupane)? (vidi članak)
• Što je misaoni eksperiment Schrödingerove mačke? (vidi članak)

Kvantna mehanika je dio kvantne fizike.

Zašto je tako teško razumjeti te znanosti? Odgovor je jednostavan: kvantna fizika i kvantna mehanika (dio kvantne fizike) proučavaju zakone mikrosvijeta. A ti zakoni su apsolutno drugačiji od zakona našeg makrokozmosa. Stoga nam je teško zamisliti što se događa s elektronima i fotonima u mikrokozmosu.

Primjer razlike između zakona makro- i mikrosvijeta: u našem makrosvijetu, ako stavite kuglicu u jednu od 2 kutije, onda će jedna od njih biti prazna, au drugoj će biti lopta. Ali u mikrokozmosu (ako postoji atom umjesto lopte), atom može biti u dvije kutije u isto vrijeme. To je mnogo puta eksperimentalno potvrđeno. Nije li teško zamisliti ovo? Ali ne možete raspravljati s činjenicama.

Još jedan primjer. Snimili ste brzi trkaći crveni sportski automobil i na fotografiji ste vidjeli mutnu horizontalnu prugu, kao da se automobil nalazio na nekoliko točaka u prostoru u trenutku snimanja fotografije. Unatoč onome što vidite na fotografiji, i dalje ste sigurni da je automobil bio na jednom određenom mjestu u prostoru. U mikrosvijetu je sve drugačije. Elektron koji se okreće oko jezgre atoma zapravo ne rotira, već nalazi se istovremeno u svim točkama sfere oko jezgre atoma. Kao labavo smotano klupko pahuljaste vune. Ovaj koncept u fizici se zove "elektronički oblak" .

Kratki izlet u povijest. Znanstvenici su prvi put razmišljali o kvantnom svijetu kada je 1900. godine njemački fizičar Max Planck pokušao otkriti zašto metali mijenjaju boju kada se zagrijavaju. Upravo je on uveo pojam kvantuma. Do tada su znanstvenici mislili da svjetlost putuje neprekidno. Prvi koji je ozbiljno shvatio Planckovo otkriće bio je tada nepoznati Albert Einstein. Shvatio je da svjetlost nije samo val. Ponekad se ponaša kao čestica. Einstein je dobio Nobelovu nagradu za svoje otkriće da se svjetlost emitira u dijelovima, kvantima. Kvant svjetlosti naziva se foton ( foton, Wikipedia) .

Da bismo lakše razumjeli kvantne zakone fizičari I mehanika (Wikipedia), moramo, u određenom smislu, apstrahirati od zakona klasične fizike koji su nam poznati. I zamislite da ste poput Alice zaronili u zečju rupu, u Zemlju čudesa.

A evo i crtića za djecu i odrasle. Opisuje temeljni eksperiment kvantne mehanike s 2 proreza i promatračem. Traje samo 5 minuta. Pogledajte prije nego što zaronimo u temeljna pitanja i koncepte kvantne fizike.

Kvantna fizika video za lutke. U crtiću obratite pozornost na “oko” promatrača. To je postala ozbiljna misterija za fizičare.

Što je smetnja?

Na početku crtića, na primjeru tekućine, prikazano je kako se ponašaju valovi - na ekranu iza ploče s prorezima pojavljuju se naizmjenične tamne i svijetle okomite pruge. A u slučaju kada se diskretne čestice (na primjer, kamenčići) “gađaju” na tanjur, one lete kroz 2 proreza i slijeću na zaslon točno nasuprot prorezima. I oni "crtaju" samo 2 okomite trake na ekranu.

Interferencija svjetla- Ovo je "valovito" ponašanje svjetla, kada ekran prikazuje mnogo izmjeničnih svijetlih i tamnih okomitih pruga. Također i ove okomite pruge nazvan interferencijski uzorak.

U našem makrokozmosu često opažamo da se svjetlost ponaša poput vala. Ako stavite ruku ispred svijeće, tada na zidu neće biti jasne sjene vaše ruke, već s mutnim konturama.

Dakle, nije sve tako komplicirano! Sada nam je sasvim jasno da svjetlost ima valnu prirodu i ako su 2 proreza osvijetljena svjetlom, tada ćemo na ekranu iza njih vidjeti interferencijski uzorak. Sada pogledajmo 2. eksperiment. Riječ je o poznatom Stern-Gerlachovom eksperimentu (koji je izveden 20-ih godina prošlog stoljeća).

Instalacija opisana u crtiću nije bila obasjana svjetlom, već “prostrijela” elektronima (kao pojedinačnim česticama). Tada, početkom prošlog stoljeća, fizičari diljem svijeta smatrali su da su elektroni elementarne čestice materije i da ne bi trebali imati valnu prirodu, već istu kao kamenčići. Uostalom, elektroni su elementarne čestice materije, zar ne? Odnosno, ako ih "bacite" u 2 proreza, poput kamenčića, tada bismo na ekranu iza proreza trebali vidjeti 2 okomite pruge.

Ali... Rezultat je bio zapanjujući. Znanstvenici su vidjeli interferencijski uzorak - mnoge okomite pruge. Odnosno, elektroni, poput svjetlosti, također mogu imati valnu prirodu i mogu interferirati. S druge strane, postalo je jasno da svjetlost nije samo val, već i mala čestica - foton (od povijesne informacije na početku članka saznali smo da je Einstein za ovo otkriće dobio Nobelovu nagradu).

Možda se sjećate, u školi su nam govorili o fizici "dualnost val-čestica"? Znači da kada govorimo o o vrlo malim česticama (atomima, elektronima) mikrosvijeta, dakle Oni su i valovi i čestice

Danas smo ti i ja tako pametni i razumijemo da su 2 gore opisana eksperimenta - pucanje elektronima i osvjetljavanje proreza svjetlom - ista stvar. Zato što pucamo kvantne čestice u proreze. Sada znamo da su i svjetlost i elektroni kvantne prirode, da su i valovi i čestice u isto vrijeme. A početkom 20. stoljeća rezultati ovog eksperimenta bili su prava senzacija.

Pažnja! Sada prijeđimo na suptilnije pitanje.

Osvijetlimo struju fotona (elektrona) na naše proreze i vidimo interferencijski uzorak (okomite pruge) iza proreza na ekranu. Jasno je. Ali nas zanima kako svaki od elektrona leti kroz prorez.

Pretpostavlja se da jedan elektron leti u lijevi utor, a drugi u desni. Ali tada bi se na zaslonu trebale pojaviti 2 okomite trake točno nasuprot utorima. Zašto dolazi do uzorka smetnji? Možda elektroni na neki način međusobno djeluju već na ekranu nakon što su proletjeli kroz proreze. A rezultat je ovakav valni uzorak. Kako to možemo pratiti?

Elektrone nećemo bacati u snopu, već jedan po jedan. Bacimo ga, čekaj, bacimo sljedeći. Sada kada elektron leti sam, više neće moći komunicirati s drugim elektronima na ekranu. Svaki elektron ćemo registrirati na ekranu nakon bacanja. Jedan ili dva, naravno, neće nam "naslikati" jasnu sliku. Ali kad ih puno pošaljemo u proreze jednu po jednu, primijetit ćemo... o užas - opet su “nacrtali” interferencijski valni uzorak!

Polako počinjemo ludovati. Uostalom, očekivali smo da će biti 2 okomite pruge nasuprot utora! Ispostavilo se da kada smo bacali fotone jedan po jedan, svaki je od njih prošao, takoreći, kroz 2 proreza u isto vrijeme i interferirao sam sa sobom. Fantastičan! Vratimo se objašnjenju ovog fenomena u sljedećem odjeljku.

Što je spin i superpozicija?

Sada znamo što je smetnja. Ovo je valno ponašanje mikročestica - fotona, elektrona, drugih mikročestica (radi jednostavnosti, od sada ih zovimo fotoni).

Kao rezultat eksperimenta, kada smo bacili 1 foton u 2 proreza, shvatili smo da se činilo da leti kroz dva proreza u isto vrijeme. Inače, kako možemo objasniti uzorak smetnji na ekranu?

Ali kako možemo zamisliti da foton leti kroz dva proreza u isto vrijeme? Postoje 2 opcije.

• 1. opcija: foton, poput vala (kao voda) “lebdi” kroz 2 proreza istovremeno
• 2. opcija: foton, kao i čestica, leti istovremeno duž 2 putanje (čak ne dvije, nego sve odjednom)

U načelu, ove su izjave ekvivalentne. Stigli smo do “integrala puta”. Ovo je formulacija kvantne mehanike Richarda Feynmana.

Usput, upravo tako Richard Feynman poznat je izraz koji Sa sigurnošću možemo reći da nitko ne razumije kvantnu mehaniku

Ali ovaj njegov izraz djelovao je početkom stoljeća. Ali sada smo pametni i znamo da se foton može ponašati i kao čestica i kao val. Da može, na neki nama neshvatljiv način, proletjeti kroz 2 proreza istovremeno. Stoga će nam biti lako razumjeti sljedeću važnu izjavu kvantne mehanike:

Strogo govoreći, kvantna mehanika nam govori da je ovakvo ponašanje fotona pravilo, a ne iznimka. Svaka kvantna čestica se u pravilu nalazi u više stanja ili na više točaka u prostoru istovremeno.

Objekti makrosvijeta mogu biti samo na jednom određenom mjestu iu jednom određenom stanju. Ali kvantna čestica postoji prema vlastitim zakonima. I nije ju briga što ih ne razumijemo. To je bit.

Moramo samo priznati, kao aksiom, da "superpozicija" kvantnog objekta znači da on može biti na 2 ili više putanja u isto vrijeme, u 2 ili više točaka u isto vrijeme

Isto vrijedi i za drugi parametar fotona – spin (vlastiti kutni moment). Spin je vektor. Kvantni objekt može se smatrati mikroskopskim magnetom. Navikli smo na činjenicu da je vektor magneta (spin) usmjeren gore ili dolje. Ali elektron ili foton nam opet govori: "Dečki, nije nas briga na što ste navikli, možemo biti u oba stanja vrtnje odjednom (vektor gore, vektor dolje), baš kao što možemo biti na 2 putanje na u isto vrijeme ili u 2 točke u isto vrijeme!

Što je "mjerenje" ili "kolaps valne funkcije"?

Malo nam je ostalo da shvatimo što je "mjerenje", a što "kolaps valne funkcije".

Valna funkcija je opis stanja kvantnog objekta (našeg fotona ili elektrona).

Pretpostavimo da imamo elektron, on leti sam sebi u neodređenom stanju, njegov spin je usmjeren i gore i dolje u isto vrijeme. Moramo izmjeriti njegovo stanje.

Izmjerimo pomoću magnetsko polje: elektroni čiji je spin bio usmjeren u smjeru polja bit će otklonjeni u jednom smjeru, a elektroni čiji je spin bio usmjeren protiv polja - u drugom. Više fotona može se usmjeriti u polarizacijski filter. Ako je spin (polarizacija) fotona +1, on prolazi kroz filter, ali ako je -1, onda ne prolazi.

Stop! Ovdje ćete neizbježno imati pitanje: Prije mjerenja, elektron nije imao nikakav određeni smjer vrtnje, zar ne? Bio je u svim državama u isto vrijeme, zar ne?

Ovo je trik i senzacija kvantne mehanike. Sve dok ne mjerite stanje kvantnog objekta, on se može okretati u bilo kojem smjeru (imati bilo koji smjer vektora vlastite kutne količine gibanja – spina). Ali u trenutku kada ste izmjerili njegovo stanje, čini se da on odlučuje koji će spin vektor prihvatiti.

Ovaj kvantni objekt je tako cool - donosi odluke o svom stanju. I ne možemo unaprijed predvidjeti kakvu će odluku donijeti kada uleti u magnetsko polje u kojem ga mjerimo. Vjerojatnost da će odlučiti imati spin vektor “gore” ili “dolje” je 50 do 50%. Ali čim odluči, on je u određenom stanju s određenim smjerom vrtnje. Razlog njegove odluke je naša “dimenzija”!

Ovo se zove " kolaps valne funkcije". Valna funkcija prije mjerenja bila je nesigurna, tj. vektor spina elektrona bio je istovremeno u svim smjerovima; nakon mjerenja elektron je zabilježio određeni smjer vektora spina.

Pažnja! Odličan primjer za razumijevanje je asocijacija iz našeg makrokozmosa:

Zavrtite novčić na stolu poput vrtnje. Dok se novčić vrti, on nema određeno značenje - glava ili rep. Ali čim odlučite "izmjeriti" ovu vrijednost i tresnuti novčić rukom, tada ćete dobiti točno određeno stanje novčića - glava ili rep. Sada zamislite da ovaj novčić odlučuje koju će vam vrijednost "pokazati" - glavu ili rep. Elektron se ponaša približno na isti način.

Sada se prisjetite eksperimenta prikazanog na kraju crtića. Kad su fotoni prošli kroz proreze, ponašali su se poput vala i pokazivali interferencijski uzorak na ekranu. A kada su znanstvenici htjeli zabilježiti (izmjeriti) trenutak leta fotona kroz prorez i postavili “promatrača” iza ekrana, fotoni su se počeli ponašati ne kao valovi, već kao čestice. I "nacrtali" su 2 okomite pruge na ekranu. Oni. U trenutku mjerenja ili promatranja kvantni objekti sami biraju u kakvom će stanju biti.

Fantastičan! Nije li?

Ali to nije sve. Napokon mi Došli smo do najzanimljivijeg dijela.

Ali... čini mi se da će biti previše informacija, pa ćemo ova 2 koncepta razmotriti u zasebnim postovima:

• Što se dogodilo ?
• Što je misaoni eksperiment.

Sada, želite li da se informacije srede? Pogledajte dokumentarac u produkciji Kanadskog instituta za teorijsku fiziku. U 20 minuta vrlo je kratko i Kronološki red Reći će vam se o svim otkrićima kvantne fizike, počevši od Planckovog otkrića 1900. godine. A onda će vam reći koji se praktični razvoj trenutno provodi na temelju znanja iz kvantne fizike: od najpreciznijih atomski sat do superbrzih proračuna kvantnog računala. Toplo preporučam pogledati ovaj film.

Vidimo se!

Svima želim inspiraciju za sve svoje planove i projekte!

P.S.2 Napišite svoja pitanja i mišljenja u komentarima. Napiši, koja te još pitanja iz kvantne fizike zanimaju?

P.S.3 Pretplatite se na blog - obrazac za pretplatu nalazi se ispod članka.

Kvantna fizika radikalno je promijenila naše poimanje svijeta. Prema kvantnoj fizici, svojom sviješću možemo utjecati na proces pomlađivanja!

Zašto je to moguće?Sa stajališta kvantne fizike, naša stvarnost je izvor čistog potencijala, izvor sirovina od kojih se sastoji naše tijelo, naš um i cijeli Svemir. Univerzalno energetsko i informacijsko polje se nikada ne prestaje mijenjati i transformirati. pretvarajući se u nešto novo svake sekunde.

U 20. stoljeću, tijekom fizičkih eksperimenata sa subatomskim česticama i fotonima, otkriveno je da činjenica promatranja eksperimenta mijenja njegove rezultate. Ono na što usmjerimo pažnju može reagirati.

Tu činjenicu potvrđuje i klasičan eksperiment koji svaki put iznenadi znanstvenike. Ponavljano je u mnogim laboratorijima i uvijek su dobivani isti rezultati.

Za ovaj pokus pripremljen je izvor svjetla i zaslon s dva proreza. Izvor svjetlosti bio je uređaj koji je "ispaljivao" fotone u obliku pojedinačnih impulsa.

Praćen je tijek pokusa. Nakon završetka eksperimenta, na fotografskom papiru koji se nalazio iza proreza bile su vidljive dvije okomite pruge. To su tragovi fotona koji su prošli kroz pukotine i osvijetlili fotografski papir.

Kada je ovaj eksperiment ponovljen automatski, bez ljudske intervencije, slika na fotografskom papiru se promijenila:

Ako je istraživač uključio uređaj i otišao, a nakon 20 minuta fotografski papir je bio razvijen, tada su se na njemu nalazile ne dvije, već mnogo okomitih pruga. To su bili tragovi zračenja. Ali crtež je bio drugačiji.

Struktura traga na fotografskom papiru nalikovala je tragu vala koji je prošao kroz proreze. Svjetlost može pokazivati ​​svojstva vala ili čestice.

Kao rezultat jednostavne činjenice promatranja, val nestaje i pretvara se u čestice. Ako ne promatrate, na fotopapiru se pojavljuje trag vala. Ovaj fizički fenomen naziva se "Efekt promatrača".

Isti rezultati dobiveni su i s drugim česticama. Eksperimenti su ponovljeni mnogo puta, ali su svaki put iznenadili znanstvenike. Tako je otkriveno da na kvantnoj razini materija reagira na ljudsku pozornost. Ovo je bilo novo u fizici.

Prema konceptima moderne fizike, sve se materijalizira iz praznine. Ta se praznina naziva "kvantno polje", "nulto polje" ili "matrica". Praznina sadrži energiju koja se može pretvoriti u materiju.

Materija se sastoji od koncentrirane energije – to je temeljno otkriće fizike 20. stoljeća.

U atomu nema čvrstih dijelova. Predmeti su napravljeni od atoma. Ali zašto su objekti čvrsti? Prst pričvršćen na zid od cigli ne prolazi kroz to. Zašto? To je zbog razlika u frekvencijskim karakteristikama atoma i električni naboji. Svaki tip atoma ima svoju frekvenciju vibracije. To određuje razlike u fizičkim svojstvima objekata. Kad bi bilo moguće promijeniti frekvenciju vibracije atoma koji čine tijelo, tada bi čovjek mogao hodati kroz zidove. Ali vibracijske frekvencije atoma ruke i atoma zida su bliske. Stoga se prst naslanja na zid.

Za bilo koju vrstu interakcije neophodna je frekvencijska rezonancija.

To je lako razumjeti na jednostavnom primjeru. Ako je osvijetljen kameni zid svjetiljku, svjetlo će biti blokirano zidom. Međutim, zračenje mobitela lako će proći kroz ovaj zid. Radi se o razlikama u frekvencijama zračenja svjetiljke i mobilnog telefona. Dok čitate ovaj tekst, kroz vaše tijelo prolaze struje najrazličitijih zračenja. Ovo je kozmičko zračenje, radio signali, signali milijuna Mobiteli zračenje koje dolazi sa zemlje, solarno zračenje, zračenje koje stvaraju kućanski uređaji itd.

Vi to ne osjećate jer možete vidjeti samo svjetlo i čuti samo zvuk.Čak i ako sjedite u tišini zatvorenih očiju, milijuni vam prolaze kroz glavu. telefonski razgovori, slike televizijskih vijesti i radijskih poruka. Vi to ne opažate, jer ne postoji frekvencijska rezonancija između atoma koji čine vaše tijelo i zračenja. Ali ako postoji rezonancija, onda se odmah reagira. Na primjer, kada se sjetite voljene osobe koja je upravo mislila na vas. Sve u svemiru pokorava se zakonima rezonancije.

Svijet se sastoji od energije i informacija. Einstein je nakon mnogo razmišljanja o strukturi svijeta rekao: "Jedina stvarnost koja postoji u svemiru je polje." Kao što su valovi tvorevina mora, sve manifestacije materije: organizmi, planeti, zvijezde, galaksije tvorevine su polja.

Postavlja se pitanje: kako iz polja nastaje materija? Koja sila upravlja kretanjem materije?

Istraživanje znanstvenika dovelo ih je do neočekivanog odgovora. Tvorac kvantne fizike, Max Planck, rekao je sljedeće tijekom svog govora primanja Nobelove nagrade:

“Sve u Svemiru je stvoreno i postoji zahvaljujući sili. Moramo pretpostaviti da iza ove sile postoji svjesni um, koji je matrica sve materije."

MATERIJU UPRAVLJA SVIJEST

Na prijelazu iz 20. u 21. stoljeće u teorijskoj fizici pojavile su se nove ideje koje omogućuju objašnjenje čudnih svojstava elementarne čestice. Čestice se mogu pojaviti iz praznine i odjednom nestati. Znanstvenici priznaju mogućnost postojanja paralelnih svemira. Možda se čestice kreću iz jednog sloja svemira u drugi. Slavne osobe kao što su Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind uključene su u razvoj ovih ideja.

Prema konceptima teorijske fizike, Svemir nalikuje lutki koja se sastoji od mnoštva lutki - slojeva. To su varijante svemira – paralelni svjetovi. One do druge su vrlo slične. Ali što su slojevi udaljeniji jedan od drugoga, to je manje sličnosti između njih. Teoretski, za prelazak iz jednog svemira u drugi nisu potrebni svemirski brodovi. Sve moguće opcije nalaze se jedna u drugoj. Te su ideje prvi put izrazili znanstvenici sredinom 20. stoljeća. Na prijelazu iz 20. u 21. stoljeće dobili su matematičku potvrdu. Danas se takve informacije lako prihvaćaju u javnosti. No, prije nekoliko stotina godina za takve se izjave moglo spaliti na lomači ili proglasiti ludim.

Sve nastaje iz praznine. Sve je u pokretu. Predmeti su iluzija. Materija se sastoji od energije. Sve je stvoreno mišlju. Ova otkrića kvantne fizike ne sadrže ništa novo. Sve su to znali stari mudraci. Mnoga mistična učenja, koja su se smatrala tajnom i bila dostupna samo iniciranima, govorila su da nema razlike između misli i predmeta.Sve na svijetu je ispunjeno energijom. Svemir reagira na misao. Energija slijedi pažnju.

Ono na što usredotočite svoju pozornost počinje se mijenjati. Te su misli dane u različitim formulacijama u Bibliji, drevnim gnostičkim tekstovima, u mističnim učenjima koja su nastala u Indiji i Južna Amerika. Graditelji drevnih piramida su to pogodili. To znanje je ključ novih tehnologija koje se danas koriste za kontrolu stvarnosti.

Naše tijelo je polje energije, informacija i inteligencije, u stanju stalne dinamičke razmjene s okolinom. Impulsi uma stalno, svake sekunde, daju tijelu nove oblike da se prilagodi promjenjivim zahtjevima života.

Sa stajališta kvantne fizike, naš fizičko tijelo pod utjecajem našeg uma, sposoban je napraviti kvantni skok iz jednog biološkog doba u drugo, bez prolaska kroz sva međudoba. Objavljeno

p.s. I zapamtite, samo promjenom vaše potrošnje, mi zajedno mijenjamo svijet! © econet

Fizika je najmisterioznija od svih znanosti. Fizika nam daje razumijevanje svijeta oko nas. Zakoni fizike su apsolutni i vrijede za sve bez iznimke, bez obzira na osobu ili društveni status.

Ovaj članak je namijenjen osobama starijim od 18 godina

Jeste li već napunili 18 godina?

Temeljna otkrića u području kvantne fizike

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein i mnogi drugi veliki su vodiči čovječanstva u čudesnom svijetu fizike, koji su poput proroka otkrivali čovječanstvu najveće tajne svemira i mogućnosti upravljanja fizičkim pojavama. Njihove svijetle glave sijeku mrak neznanja nerazumne većine i isto tako zvijezda vodilja pokazao put čovječanstvu u tami noći. Jedan od takvih vodiča u svijetu fizike bio je Max Planck, otac kvantne fizike.

Max Planck nije samo utemeljitelj kvantne fizike, već i autor svjetski poznate kvantne teorije. Kvantna teorija najvažnija je komponenta kvantne fizike. Jednostavnim riječima, ova teorija opisuje kretanje, ponašanje i interakciju mikročestica. Utemeljitelj kvantne fizike donio nam je i mnoge druge znanstveni radovi, koji su postali kamen temeljac moderne fizike:

• teorija toplinskog zračenja;
• specijalna teorija relativnosti;
• istraživanja u termodinamici;
• istraživanja u području optike.

Teorije kvantne fizike o ponašanju i interakcijama mikročestica postale su osnova za fiziku kondenzirane tvari, fiziku čestica i fiziku visokih energija. Kvantna teorija objašnjava nam bit mnogih pojava u našem svijetu – od funkcioniranja elektroničkih računala do strukture i ponašanja nebeskih tijela. Max Planck, tvorac ove teorije, zahvaljujući svom otkriću omogućio nam je da shvatimo pravu bit mnogih stvari na razini elementarnih čestica. Ali stvaranje ove teorije daleko je od jedine zasluge znanstvenika. Postao je prvi koji je otkrio temeljni zakon svemira - zakon održanja energije. Doprinos Maxa Plancka znanosti teško je precijeniti. Ukratko, njegova su otkrića neprocjenjiva za fiziku, kemiju, povijest, metodologiju i filozofiju.

Kvantna teorija polja

Ukratko, kvantna teorija polja je teorija za opisivanje mikročestica, kao i njihovog ponašanja u prostoru, međusobne interakcije i međupretvorbe. Ova teorija proučava ponašanje kvantnih sustava unutar takozvanih stupnjeva slobode. Ovo lijepo i romantično ime mnogima od nas zapravo ne znači ništa. Za lutke, stupnjevi slobode su broj neovisnih koordinata koje su potrebne za označavanje gibanja mehanički sustav. Jednostavno rečeno, stupnjevi slobode su karakteristike gibanja. Zanimljiva otkrića u području međudjelovanja elementarnih čestica došao je do Stevena Weinberga. Otkrio je takozvanu neutralnu struju - princip međudjelovanja kvarkova i leptona, za što je 1979. godine dobio Nobelovu nagradu.

Kvantna teorija Maxa Plancka

Devedesetih godina osamnaestog stoljeća njemački fizičar Max Planck počeo je proučavati toplinsko zračenje i na kraju dobio formulu za raspodjelu energije. Kvantna hipoteza, koja je rođena tijekom ovih studija, postavila je temelje kvantne fizike, kao i kvantne teorije polja, otkrivene 1900. godine. Planckova kvantna teorija kaže da se u toplinskom zračenju proizvedena energija ne emitira i apsorbira konstantno, već epizodično, kvantno. Godina 1900., zahvaljujući ovom otkriću Maxa Plancka, postala je godina rođenja kvantne mehanike. Vrijedno je spomenuti i Planckovu formulu. Ukratko, njegova bit je sljedeća – temelji se na odnosu između tjelesne temperature i njegovog zračenja.

Kvantno mehanička teorija strukture atoma

Kvantno-mehanička teorija strukture atoma jedna je od temeljnih teorija pojmova u kvantnoj fizici, ali iu fizici općenito. Ova nam teorija omogućuje razumijevanje strukture svih materijalnih stvari i podiže veo tajne nad time od čega se stvari zapravo sastoje. A zaključci temeljeni na ovoj teoriji prilično su neočekivani. Razmotrimo ukratko strukturu atoma. Dakle, od čega se zapravo sastoji atom? Atom se sastoji od jezgre i oblaka elektrona. Osnova atoma, njegova jezgra, sadrži gotovo cijelu masu samog atoma - više od 99 posto. Kernel uvijek ima pozitivan naboj, i definira kemijski element, čiji je atom dio. Najzanimljivija stvar u vezi s jezgrom atoma je to što sadrži gotovo cijelu masu atoma, ali istovremeno zauzima samo jednu desettisućiti dio njegovog volumena. Što iz ovoga slijedi? A zaključak koji se nameće prilično je neočekivan. To znači da u atomu postoji samo jedan desettisućiti dio guste tvari. A što zauzima sve ostalo? A sve ostalo u atomu je elektronski oblak.

Elektronički oblak nije trajna i, zapravo, nije materijalna tvar. Elektronski oblak je samo vjerojatnost pojavljivanja elektrona u atomu. Odnosno, jezgra zauzima samo jedan desettisućiti dio atoma, a ostalo je praznina. A ako uzmemo u obzir da su svi predmeti oko nas, od čestica prašine do nebeskih tijela, planeta i zvijezda, sačinjeni od atoma, onda ispada da je sve materijalno zapravo više od 99 posto sastavljeno od praznine. Ova se teorija čini potpuno nevjerojatnom, a njen autor je u najmanju ruku u zabludi, jer stvari koje postoje okolo imaju čvrstu konzistenciju, imaju težinu i mogu se dodirnuti. Kako se može sastojati od praznine? Je li se u ovu teoriju o strukturi materije uvukla pogreška? Ali tu nema greške.

Sve materijalne stvari izgledaju guste samo zahvaljujući interakciji između atoma. Stvari imaju čvrstu i gustu konzistenciju samo zahvaljujući privlačenju ili odbijanju između atoma. Time se osigurava gustoća i tvrdoća kristalne rešetke kemijskih tvari, od koje se sastoji sve materijalno. Ali, zanimljiva točka, kada se npr. promijene temperaturni uvjeti okoline, veze između atoma, odnosno njihovo privlačenje i odbijanje mogu oslabiti, što dovodi do slabljenja kristalne rešetke, pa čak i do njezinog uništenja. To objašnjava promjenu fizikalnih svojstava tvari pri zagrijavanju. Na primjer, kada se željezo zagrije, ono postaje tekuće i može se oblikovati u bilo koji oblik. A kada se led topi, uništavanje kristalne rešetke dovodi do promjene stanja tvari, a iz krutog se pretvara u tekućinu. Ovo su jasni primjeri slabljenja veza između atoma i, kao rezultat toga, slabljenja ili razaranja kristalne rešetke, te omogućuju tvari da postane amorfna. A razlog za takve tajanstvene metamorfoze je upravo to što se tvari sastoje od samo jednog desettisućitog dijela guste materije, a ostalo je praznina.

A tvari se čine čvrstima samo zbog jakih veza među atomima, kada one oslabe, tvar se mijenja. Dakle, kvantna teorija strukture atoma omogućuje nam da na potpuno drugačiji način gledamo na svijet oko sebe.

Utemeljitelj atomske teorije, Niels Bohr, iznio je zanimljivu koncepciju da elektroni u atomu ne emitiraju energiju stalno, već samo u trenutku prijelaza između trajektorija njihovog kretanja. Bohrova teorija pomogla je objasniti mnoge unutaratomske procese, a također je napravila proboj u polju znanosti kao što je kemija, objašnjavajući granice tablice koju je stvorio Mendelejev. Prema , posljednji element koji može postojati u vremenu i prostoru ima redni broj od sto trideset i sedam, a elementi koji počinju od sto trideset i osam ne mogu postojati, budući da je njihovo postojanje u suprotnosti s teorijom relativnosti. Također, Bohrova teorija objasnila je prirodu takvog fizičkog fenomena kao što su atomski spektri.

To su spektri interakcija slobodnih atoma koji nastaju kada se energija emitira između njih. Takve pojave karakteristične su za plinovite, parovite tvari i tvari u plazma stanju. Tako je kvantna teorija napravila revoluciju u svijetu fizike i omogućila znanstvenicima napredak ne samo u području ove znanosti, već i u području mnogih srodnih znanosti: kemije, termodinamike, optike i filozofije. I također omogućio čovječanstvu da prodre u tajne prirode stvari.

Ima još puno toga što čovječanstvo mora preokrenuti u svojoj svijesti kako bi spoznalo prirodu atoma i razumjelo principe njihova ponašanja i interakcije. Shvativši ovo, moći ćemo razumjeti prirodu svijeta oko nas, jer sve što nas okružuje, od čestica prašine do samog sunca, pa i mi sami, sastoji se od atoma, čija je priroda tajanstvena i nevjerojatna i krije mnoge tajne.

Nitko na ovom svijetu ne razumije što je kvantna mehanika. Ovo je možda najvažnija stvar koju trebate znati o njoj. Naravno, mnogi su fizičari naučili koristiti zakone, pa čak i predviđati fenomene na temelju kvantnog računalstva. Ali još uvijek nije jasno zašto promatrač eksperimenta određuje ponašanje sustava i prisiljava ga da prihvati jedno od dva stanja.

Evo nekoliko primjera eksperimenata s rezultatima koji će se neizbježno promijeniti pod utjecajem promatrača. Oni pokazuju da se kvantna mehanika praktički bavi intervencijom svjesne misli u materijalnu stvarnost.

Danas postoje mnoga tumačenja kvantne mehanike, no Kopenhagensko je možda najpoznatije. 1920-ih, njegove opće postavke formulirali su Niels Bohr i Werner Heisenberg.

Kopenhagenska interpretacija temelji se na valnoj funkciji. Ovo je matematička funkcija koja sadrži informacije o svim mogućim stanjima kvantnog sustava u kojima on istovremeno postoji. Prema Kopenhaškoj interpretaciji, stanje sustava i njegov položaj u odnosu na druga stanja mogu se odrediti samo promatranjem (valna funkcija se koristi samo za matematički izračun vjerojatnosti da je sustav u jednom ili drugom stanju).

Možemo reći da nakon promatranja kvantni sustav postaje klasičan i odmah prestaje postojati u stanjima različitim od onoga u kojem je promatran. Ovaj je zaključak naišao na svoje protivnike (sjetimo se poznate Einsteinove "Bog se ne igra kockama"), no točnost izračuna i predviđanja ipak je imala svoje.

Međutim, broj pristaša Kopenhaške interpretacije opada, i glavni razlog To je zbog tajanstvenog trenutnog kolapsa valne funkcije tijekom eksperimenta. Poznati misaoni eksperiment Erwina Schrödingera sa jadnom mačkom trebao bi pokazati apsurdnost ovog fenomena. Prisjetimo se detalja.

Unutar crne kutije nalazi se crna mačka, zajedno s bočicom otrova i mehanizmom koji može nasumično ispuštati otrov. Na primjer, radioaktivni atom može razbiti mjehurić tijekom raspada. Točno vrijeme atomski raspad je nepoznat. Poznato je samo vrijeme poluraspada tijekom kojeg dolazi do raspada s vjerojatnošću od 50%.

Vanjskom promatraču očito je mačka unutar kutije u dva stanja: ili je živa, ako je sve prošlo dobro, ili mrtva, ako je došlo do raspadanja i boca se razbila. Oba ova stanja opisana su valnom funkcijom mačke, koja se mijenja tijekom vremena.

Što je više vremena prolazilo, to vjerojatnije da je došlo do radioaktivnog raspada. Ali čim otvorimo kutiju, valna funkcija kolabira i odmah vidimo rezultate ovog nehumanog eksperimenta.

Naime, dok promatrač ne otvori kutiju, mačka će beskonačno balansirati između života i smrti, ili biti i živa i mrtva. Njegovu sudbinu mogu odrediti samo postupci promatrača. Schrödinger je ukazao na taj apsurd.

Prema anketi poznatih fizičara koju je proveo The New York Times, eksperiment s difrakcijom elektrona jedna je od najčudesnijih studija u povijesti znanosti. Kakva je njegova priroda? Postoji izvor koji emitira snop elektrona na zaslon osjetljiv na svjetlost. I postoji prepreka na putu ovih elektrona, bakrena ploča s dva proreza.

Kakvu sliku možemo očekivati ​​na ekranu ako nam se elektroni obično doimaju kao male nabijene kuglice? Dvije pruge nasuprot utorima u bakrenoj ploči. Ali zapravo se na ekranu pojavljuje mnogo složeniji uzorak izmjeničnih bijelih i crnih pruga. To je zbog činjenice da se elektroni pri prolasku kroz prorez počinju ponašati ne samo kao čestice, već i kao valovi (na isti način se ponašaju fotoni ili druge čestice svjetlosti koje mogu biti val).

Ti valovi međusobno djeluju u prostoru, sudaraju se i pojačavaju, a kao rezultat toga na ekranu se prikazuje složeni uzorak izmjeničnih svijetlih i tamnih pruga. Pritom se rezultat ovog eksperimenta ne mijenja čak i ako elektroni prolaze jedan za drugim - čak i jedna čestica može biti val i proći kroz dva proreza istovremeno. Ovaj postulat bio je jedan od glavnih u kopenhaškoj interpretaciji kvantne mehanike, kada čestice mogu istodobno pokazati svoje "obične" fizička svojstva i egzotična svojstva poput vala.

Ali što je s promatračem? Upravo on ovu konfuznu priču čini još konfuznijom. Kad su fizičari tijekom sličnih eksperimenata uz pomoć instrumenata pokušali utvrditi kroz koji prorez je elektron zapravo prošao, slika na ekranu dramatično se promijenila i postala “klasična”: s dva osvijetljena dijela točno nasuprot prorezima, bez ikakvih izmjeničnih pruga.

Činilo se da elektroni nerado otkrivaju svoju valnu prirodu budnom oku promatrača. Izgleda kao misterij obavijen mrakom. Ali postoji jednostavnije objašnjenje: promatranje sustava ne može se provesti bez fizičkog utjecaja na njega. O tome ćemo razgovarati kasnije.

2. Zagrijani fuleren

Eksperimenti difrakcije čestica provedeni su ne samo s elektronima, već i s drugim, puno većim objektima. Na primjer, korišteni su fulereni, velike i zatvorene molekule koje se sastoje od nekoliko desetaka ugljikovih atoma. Nedavno je skupina znanstvenika sa Sveučilišta u Beču, predvođena profesorom Zeilingerom, pokušala u te eksperimente ugraditi element promatranja. Da bi to učinili, ozračili su pokretne molekule fulerena laserskim zrakama. Zatim su, zagrijane vanjskim izvorom, molekule počele svijetliti i neizbježno pokazati svoju prisutnost promatraču.

Zajedno s ovom inovacijom promijenilo se i ponašanje molekula. Prije nego što su započela tako sveobuhvatna promatranja, fulereni su bili prilično uspješni u izbjegavanju prepreka (izlaganju valna svojstva), slično prethodnom primjeru s elektronima koji udaraju u ekran. Ali uz prisutnost promatrača, fulereni su se počeli ponašati kao fizičke čestice koje potpuno poštuju zakone.

3. Dimenzija hlađenja

Jedan od najpoznatijih zakona u svijetu kvantne fizike je Heisenbergov princip neodređenosti, prema kojem je nemoguće odrediti brzinu i položaj kvantnog objekta u isto vrijeme. Što točnije mjerimo impuls čestice, to manje možemo izmjeriti njen položaj. Međutim, u našem makroskopskom stvarnom svijetu, valjanost kvantnih zakona koji djeluju na sićušne čestice obično ostaje nezapažena.

Nedavni eksperimenti profesora Schwaba iz SAD-a daju vrlo vrijedan doprinos ovom području. Kvantni efekti u ovim eksperimentima nisu pokazani na razini elektrona ili molekula fulerena (čiji je približni promjer 1 nm), već na većim objektima, sićušnoj aluminijskoj traci. Ova je vrpca bila fiksirana s obje strane tako da je njezina sredina visila i mogla vibrirati pod vanjskim utjecajem. Osim toga, u blizini je postavljen uređaj koji je mogao precizno zabilježiti položaj vrpce. Eksperiment je otkrio nekoliko zanimljivih stvari. Prvo, svako mjerenje vezano uz položaj objekta i promatranje vrpce utjecalo je na to; nakon svakog mjerenja položaj vrpce se mijenjao.

Eksperimentatori su odredili koordinate vrpce s visokom točnošću i tako, u skladu s Heisenbergovim načelom, promijenili njezinu brzinu, a time i njen kasniji položaj. Drugo, sasvim neočekivano, neka su mjerenja dovela do hlađenja vrpce. Dakle, promatrač se može promijeniti fizičke karakteristike objekte samom svojom prisutnošću.

4. Smrzavanje čestica

Kao što je poznato, nestabilne radioaktivne čestice ne raspadaju se samo u eksperimentima s mačkama, već i same. Svaka čestica ima prosječan životni vijek, koji se, kako se pokazalo, može povećati pod budnim okom promatrača. Ovaj kvantni učinak predviđen je još 60-ih godina prošlog stoljeća, a njegov briljantan eksperimentalni dokaz pojavio se u radu koji je objavio tim predvođen nobelovcem fizičarom Wolfgangom Ketterleom s Massachusetts Institute of Technology.

U ovom radu proučavan je raspad nestabilnih pobuđenih atoma rubidija. Odmah nakon pripreme sustava, atomi su pobuđeni pomoću laserske zrake. Promatranje se odvijalo u dva načina: kontinuiranom (sustav je bio stalno izložen malim svjetlosnim impulsima) i pulsirajućem (sustav je s vremena na vrijeme ozračen jačim impulsima).

Dobiveni rezultati bili su u potpunosti u skladu s teorijskim predviđanjima. Vanjski svjetlosni efekti usporavaju raspad čestica, vraćajući ih u prvobitno stanje koje je daleko od stanja raspada. Veličina ovog učinka također je bila u skladu s predviđanjima. Maksimalno vrijeme života nestabilnih pobuđenih atoma rubidija povećalo se 30 puta.

5. Kvantna mehanika i svijest

Elektroni i fulereni prestaju pokazivati ​​svoja valna svojstva, aluminijske ploče se hlade, a nestabilne čestice usporavaju svoj raspad. Budno oko promatrača doslovno mijenja svijet. Zašto ovo ne može biti dokaz uključenosti našeg uma u funkcioniranje svijeta? Možda su Carl Jung i Wolfgang Pauli (austrijski fizičar, dobitnik Nobelove nagrade, pionir kvantne mehanike) ipak bili u pravu kada su rekli da zakone fizike i svijesti treba promatrati kao komplementarne jedni drugima?

Na korak smo od spoznaje da je svijet oko nas jednostavno iluzoran proizvod našeg uma. Ideja je zastrašujuća i primamljiva. Pokušajmo se ponovno obratiti fizičarima. Pogotovo u posljednjih godina, kada sve manje i manje ljudi vjeruje da se kopenhagenska interpretacija kvantne mehanike s misterioznom valnom funkcijom urušava, okrećući se prizemnijoj i pouzdanijoj dekoherenciji.

Stvar je u tome da su u svim tim promatračkim eksperimentima eksperimentatori neizbježno utjecali na sustav. Osvijetlili su ga laserom i ugradili mjerni instrumenti. Dijelili su važno načelo: ne možete promatrati sustav ili mjeriti njegova svojstva bez interakcije s njim. Svaka interakcija je proces modifikacije svojstava. Pogotovo kada je maleni kvantni sustav izložen kolosalnim kvantnim objektima. Neki vječno neutralni budistički promatrač je u načelu nemoguć. Ovdje dolazi do izraza "dekoherencija", koja je nepovratna s termodinamičke točke gledišta: kvantna svojstva sustava se mijenjaju kada on stupa u interakciju s drugim velikim sustavom.

Tijekom te interakcije kvantni sustav gubi svoja izvorna svojstva i postaje klasičan, kao da se “podređuje” većem sustavu. To objašnjava paradoks Schrödingerove mačke: mačka je prevelik sustav, pa se ne može izolirati od ostatka svijeta. Sam dizajn ovog misaonog eksperimenta nije sasvim točan.

U svakom slučaju, ako pretpostavimo stvarnost čina stvaranja svijesti, dekoherencija se čini puno prikladnijim pristupom. Možda čak i previše zgodno. Ovim pristupom cijeli klasični svijet postaje jedna velika posljedica dekoherencije. I kao što je rekao autor jedne od najpoznatijih knjiga u ovom području, ovaj pristup logično dovodi do izjava poput "nema čestica u svijetu" ili "nema vremena na fundamentalnoj razini".

Što je istina: kreator-promatrač ili snažna dekoherencija? Moramo birati između dva zla. Ipak, znanstvenici su sve više uvjereni da su kvantni efekti manifestacija našeg mentalni procesi. A gdje prestaje promatranje, a počinje stvarnost ovisi o svakome od nas.

Klasična fizika, koja je postojala prije izuma kvantne mehanike, opisuje prirodu na običnom (makroskopskom) mjerilu. Većina teorija u klasičnoj fizici može se izvesti kao aproksimacije koje djeluju na skalama koje su nam poznate. Kvantna fizika (također poznata kao kvantna mehanika) razlikuje se od klasične znanosti po tome što su energija, zamah, kutni zamah i druge količine spregnutog sustava ograničene na diskretne vrijednosti (kvantizacija). Objekti imaju posebne karakteristike i kao čestice i kao valovi (dualnost čestica valova). I u ovoj znanosti postoje ograničenja točnosti s kojom se količine mogu mjeriti (načelo nesigurnosti).

Možemo reći da se nakon pojave kvantne fizike dogodila svojevrsna revolucija u egzaktnim znanostima, koja je omogućila preispitivanje i analizu svih starih zakona koji su se prije smatrali nepromjenjivim istinama. Je li to dobro ili loše? Možda je to i dobro, jer prava znanost nikada ne smije stajati na mjestu.

No, “kvantna revolucija” bila je svojevrstan udarac za fizičare stare škole, koji su se morali pomiriti s činjenicom da se pokazalo da je ono u što su prije vjerovali samo skup pogrešnih i arhaičnih teorija koje treba hitno revidirati i prilagođavanje novoj stvarnosti. Većina fizičara s oduševljenjem je prihvatila te nove ideje o poznatoj znanosti, dajući svoj doprinos njezinom proučavanju, razvoju i implementaciji. Danas kvantna fizika postavlja dinamiku cijele znanosti u cjelini. Napredni eksperimentalni projekti (poput Velikog hadronskog sudarača) nastali su upravo zahvaljujući njoj.

Otvor

Što se može reći o temeljima kvantne fizike? Postupno je proizašao iz raznih teorija osmišljenih da objasne fenomene koji se nisu mogli pomiriti s klasičnom fizikom, na primjer, Max Planckovo rješenje iz 1900. i njegov pristup problemu zračenja mnogih znanstveni problemi, kao i korespondencija između energije i frekvencije u radu Alberta Einsteina iz 1905. koji objašnjava fotoelektrične učinke. Ranu teoriju kvantne fizike sredinom 1920-ih temeljito su revidirali Werner Heisenberg, Max Born i drugi. Moderna teorija formulirana je u različitim posebno razvijenim matematičkim konceptima. U jednoj od njih, aritmetička funkcija (ili valna funkcija) daje nam opsežne informacije o amplitudi vjerojatnosti lokacije pulsa.

Znanstveno istraživanje valna esencija svjetlosti započela je prije više od 200 godina, kada je velika i priznata znanstvenici toga vrijeme su predložili, razvili i dokazali teoriju svjetlosti na temelju vlastitih eksperimentalnih opažanja. Zvali su to val.

Godine 1803., poznati engleski znanstvenik Thomas Young proveo je svoj poznati dvostruki eksperiment, kao rezultat kojeg je napisao poznato djelo "O prirodi svjetla i boje", koje je odigralo veliku ulogu u formiranju modernih ideja o ovim poznatim fenomenima. svima nama. Ovaj eksperiment odigrao je ključnu ulogu u općem prihvaćanju ove teorije.

Takvi eksperimenti često su opisani u raznim knjigama, na primjer, "Osnove kvantne fizike za lutke". Suvremeni eksperimenti s ubrzavanjem elementarnih čestica, primjerice, potraga za Higgsovim bozonom u Velikom hadronskom sudaraču (skraćeno LHC), provode se upravo kako bi se pronašle praktične potvrde mnogih čisto teoretskih kvantnih teorija.

Priča

Godine 1838. Michael Faraday otkrio je katodne zrake na oduševljenje cijelog svijeta. Nakon ovih senzacionalnih studija uslijedila je izjava Gustava Kirchhoffa o problemu zračenja tzv. "crnog tijela" (1859.), kao i poznata pretpostavka Ludwiga Boltzmanna da energetska stanja bilo kojeg fizičkog sustava mogu biti i diskretna. (1877.). Tek tada se pojavila kvantna hipoteza koju je razvio Max Planck (1900.). Smatra se jednim od temelja kvantne fizike. Hrabra ideja da se energija može i emitirati i apsorbirati u diskretnim "kvantima" (ili paketima energije) točno se podudara s promatranim obrascima zračenja crnog tijela.

Albert Einstein, poznat u cijelom svijetu, dao je veliki doprinos kvantnoj fizici. Impresioniran kvantnim teorijama, razvio je vlastitu. Opća teorija relativnost – tako se to zove. Otkrića u kvantnoj fizici također su utjecala na razvoj posebne teorije relativnosti. Mnogi su znanstvenici u prvoj polovici prošlog stoljeća počeli proučavati ovu znanost na Einsteinov prijedlog. U to vrijeme bila je napredna, svima se sviđala, svi su se zanimali za nju. Nije iznenađujuće, budući da je zatvorio toliko “rupa” u klasičnoj fizikalnoj znanosti (iako je stvorio i nove), te ponudio znanstvenu osnovu za putovanje kroz vrijeme, telekinezu, telepatiju i paralelne svjetove.

Uloga promatrača

Svaki događaj ili stanje izravno ovisi o promatraču. Obično se ovako ukratko objašnjavaju osnove kvantne fizike ljudima koji su daleko od egzaktnih znanosti. Međutim, u stvarnosti je sve mnogo kompliciranije.

To savršeno odgovara mnogim okultnim i religijskim tradicijama, koje od pamtivijeka inzistiraju na sposobnosti ljudi da utječu na događaje oko sebe. To je na neki način i temelj za znanstveno objašnjenje izvanosjetilne percepcije, jer sada se ne čini apsurdnom tvrdnja da je osoba (promatrač) sposobna snagom misli utjecati na fizička zbivanja.

Svako svojstveno stanje promatranog događaja ili objekta odgovara svojstvenom vektoru promatrača. Ako je spektar operatora (promatrača) diskretan, promatrani objekt može postići samo diskretne svojstvene vrijednosti. Naime, predmet promatranja, kao i njegove karakteristike, u potpunosti je određen upravo ovim operatorom.

Za razliku od konvencionalne klasične mehanike (ili fizike), ne mogu se napraviti simultana predviđanja konjugiranih varijabli kao što su položaj i moment. Na primjer, elektroni se mogu (s određenom vjerojatnošću) nalaziti približno u određenom području prostora, ali je njihova matematički precizna lokacija zapravo nepoznata.

Konture gustoće konstantne vjerojatnosti, često zvane "oblaci", mogu se nacrtati oko jezgre atoma kako bi se konceptualiziralo gdje će se elektron najvjerojatnije nalaziti. Heisenbergovo načelo nesigurnosti dokazuje nemogućnost točnog lociranja čestice s obzirom na njen konjugirani moment. Neki modeli u ovoj teoriji čisto su apstraktne računalne prirode i ne impliciraju nikakvo praktično značenje. Međutim, često se koriste za izračunavanje složenih interakcija na razini drugih suptilnih materija. Osim toga, ova grana fizike omogućila je znanstvenicima da pretpostave mogućnost stvarnog postojanja mnogih svjetova. Možda ćemo ih uskoro moći vidjeti.

Valne funkcije

Zakoni kvantne fizike vrlo su opsežni i raznoliki. Preklapaju se s idejom valnih funkcija. Neki posebni stvaraju širenje vjerojatnosti koje je inherentno konstantno ili neovisno o vremenu, na primjer, kada se čini da vrijeme u stacionarnom položaju energije nestaje u odnosu na valnu funkciju. To je jedan od učinaka kvantne fizike, koji je za nju temeljan. Zanimljiva je činjenica da je u ovoj neobičnoj znanosti fenomen vremena radikalno revidiran.

Teorija poremećaja

Međutim, postoji nekoliko pouzdanih načina za razvoj rješenja potrebnih za rad s formulama i teorijama u kvantnoj fizici. Jedna takva metoda, općenito poznata kao "teorija poremećaja", koristi analitički rezultat za elementarni kvantno mehanički model. Stvoren je za dobivanje rezultata eksperimenata za razvoj još složenijeg modela koji je povezan s jednostavnijim modelom. Ovako ispada rekurzija.

Ovaj pristup je posebno važan u teoriji kvantnog kaosa, koja je iznimno popularna za tretiranje različitih događaja u mikroskopskoj stvarnosti.

Pravila i zakoni

Pravila kvantne mehanike su temeljna. Oni tvrde da je prostor za implementaciju sustava apsolutno temeljan (ima točkasti proizvod). Druga izjava je da su efekti koje ovaj sustav promatra ujedno jedinstveni operatori koji utječu na vektore u ovom okruženju. Međutim, oni nam ne govore koji Hilbertov prostor ili koji operatori trenutno postoje. Mogu se odabrati na odgovarajući način kako bi se dobio kvantitativni opis kvantnog sustava.

Značenje i utjecaj

Od nastanka ove neobične znanosti, mnogi kontraintuitivni aspekti i rezultati proučavanja kvantne mehanike izazvali su mnoge filozofske rasprave i mnoga tumačenja. Čak i temeljna pitanja, kao što su pravila za izračunavanje raznih amplituda i distribucija vjerojatnosti, zaslužuju poštovanje javnosti i mnogih vodećih znanstvenika.

Na primjer, jednom je tužno primijetio da uopće nije siguran da ijedan znanstvenik uopće razumije kvantnu mehaniku. Prema Stevenu Weinbergu, u ovom trenutku ne postoji interpretacija kvantne mehanike koja bi svima odgovarala. To sugerira da su znanstvenici stvorili "čudovište" čije postojanje ni sami ne mogu u potpunosti razumjeti i objasniti. No, to ni na koji način ne šteti relevantnosti i popularnosti ove znanosti, već joj privlači mlade stručnjake koji žele rješavati uistinu složene i neshvatljive probleme.

Osim toga, kvantna nas je mehanika natjerala da potpuno preispitamo objektivne fizikalne zakone svemira, što je dobra vijest.

Kopenhagensko tumačenje

Prema tom tumačenju, standardna definicija uzročnosti koju poznajemo iz klasične fizike više nije potrebna. Prema kvantnim teorijama, kauzalnost u našem uobičajenom shvaćanju uopće ne postoji. U njima se objašnjavaju svi fizikalni fenomeni sa stajališta međudjelovanja najsitnijih elementarnih čestica na subatomskoj razini. Ovo je područje, unatoč prividnoj nevjerojatnosti, izuzetno obećavajuće.

Kvantna psihologija

Što se može reći o odnosu između kvantne fizike i ljudske svijesti? O tome je lijepo napisano u knjizi Roberta Antona Wilsona 1990. pod nazivom Kvantna psihologija.

Prema teoriji izloženoj u knjizi, svi procesi koji se odvijaju u našem mozgu određeni su zakonima opisanim u ovom članku. Odnosno, ovo je svojevrsni pokušaj prilagodbe teorije kvantne fizike psihologiji. Ova teorija se smatra paraznanstvenom i nije priznata od strane akademske zajednice.

Wilsonova knjiga značajna je po tome što daje skup razne tehnike i praktičari koji, u ovom ili onom stupnju, dokazuju njegovu hipotezu. Na ovaj ili onaj način, čitatelj mora sam odlučiti vjeruje li ili ne u valjanost takvih pokušaja primjene matematičkih i fizikalnih modela na humanističke znanosti.

Neki su na Wilsonovu knjigu gledali kao na pokušaj opravdanja mističnog razmišljanja i njegovog povezivanja sa znanstveno dokazanim novonastalim formulacijama fizike. Ovaj vrlo netrivijalan i briljantan rad ostao je tražen više od 100 godina. Knjiga se objavljuje, prevodi i čita diljem svijeta. Tko zna, možda će se s razvojem kvantne mehanike promijeniti i odnos znanstvene zajednice prema kvantnoj psihologiji.

Zaključak

Zahvaljujući ovoj izvanrednoj teoriji, koja je ubrzo postala zasebna znanost, uspjeli smo istražiti okolnu stvarnost na razini subatomskih čestica. Ovo je najmanja razina od svih mogućih, potpuno nedostupna našoj percepciji. Ono što su fizičari prije znali o našem svijetu treba hitno revidirati. S ovim se slažu apsolutno svi. Postalo je očito da različite čestice mogu međusobno djelovati na potpuno nezamislivim udaljenostima, koje možemo izmjeriti samo složenim matematičkim formulama.

Osim toga, kvantna mehanika (i kvantna fizika) dokazala je mogućnost višestrukih paralelnih stvarnosti, putovanja kroz vrijeme i drugih stvari koje su se kroz povijest smatrale samo područjem znanstvene fantastike. Ovo je nedvojbeno ogroman doprinos ne samo znanosti, već i budućnosti čovječanstva.

Za zaljubljene znanstvena slika svijeta, ova znanost može biti i prijatelj i neprijatelj. Činjenica je da kvantna teorija otvara široke mogućnosti za razne spekulacije o paraznanstvenim temama, što je već pokazano na primjeru jedne od alternativnih psiholoških teorija. Neki suvremeni okultisti, ezoteričari i pristaše alternativnih religijskih i duhovnih pokreta (najčešće psihokulta) okreću se teorijskim konstruktima ove znanosti kako bi potkrijepili racionalnost i istinitost svojih mističnih teorija, vjerovanja i praksi.

Ovo je slučaj bez presedana kada su jednostavne spekulacije teoretičara i apstraktne matematičke formule dovele do prave znanstvene revolucije i stvorile novu znanost koja je prekrižila sve dotad poznato. Donekle je kvantna fizika opovrgla zakone aristotelovske logike, jer je pokazala da pri izboru “ili-ili” postoji još jedna (a možda i nekoliko) alternativna opcija.