Základy kvantovej fyziky v piatich experimentoch pre figuríny. Kvantová fyzika pre figuríny: podstata jednoduchými slovami

Určite ste už veľakrát počuli o nevysvetliteľných záhadách kvantovej fyziky a kvantovej mechaniky. Jeho zákony fascinujú mysticizmom a aj samotní fyzici priznávajú, že im úplne nerozumejú. Na jednej strane je zvedavé porozumieť týmto zákonom, no na druhej strane nie je čas čítať viaczväzkové a zložité knihy o fyzike. Veľmi ťa chápem, pretože aj ja milujem poznanie a hľadanie pravdy, no na všetky knihy je strašne málo času. Nie ste sami, a tak veľa zvedavcov napíše do vyhľadávacieho riadku: „kvantová fyzika pre figuríny, kvantová mechanika pre figuríny, kvantová fyzika pre začiatočníkov, kvantová mechanika pre začiatočníkov, základy kvantovej fyziky, základy kvantovej mechaniky, kvantová fyzika pre deti , čo je kvantová mechanika“. Tento príspevok je pre vás.

Pochopíte základné pojmy a paradoxy kvantovej fyziky. Z článku sa dozviete:

• Čo je kvantová fyzika a kvantová mechanika?
• Čo je rušenie?
• Čo je kvantové zapletenie (alebo kvantová teleportácia pre figuríny)? (pozri článok)
• Čo je myšlienkový experiment Schrödingerovej mačky? (pozri článok)

Kvantová mechanika je súčasťou kvantovej fyziky.

Prečo je také ťažké pochopiť tieto vedy? Odpoveď je jednoduchá: kvantová fyzika a kvantová mechanika (časť kvantovej fyziky) študujú zákony mikrosveta. A tieto zákony sú absolútne odlišné od zákonov nášho makrokozmu. Preto je pre nás ťažké predstaviť si, čo sa deje s elektrónmi a fotónmi v mikrokozme.

Príklad rozdielu medzi zákonmi makro- a mikrosveta: v našom makrokozme, ak vložíte loptu do jednej z 2 krabíc, potom jedna z nich bude prázdna a druhá - lopta. Ale v mikrokozme (ak namiesto gule - atóm) môže byť atóm súčasne v dvoch krabiciach. Experimentálne sa to opakovane potvrdilo. Nie je ťažké dať si to do hlavy? Ale nemôžete argumentovať faktami.

Ešte jeden príklad. Odfotili ste rýchle pretekárske červené športové auto a na fotke ste videli rozmazaný vodorovný pás, ako keby auto v čase fotenia bolo z viacerých bodov vo vesmíre. Napriek tomu, čo vidíte na fotke, stále máte istotu, že auto bolo v momente, keď ste ho fotili. na jednom konkrétnom mieste v priestore. Inak tomu nie je ani v mikrosvete. Elektrón, ktorý sa točí okolo jadra atómu, sa v skutočnosti netočí, ale umiestnené súčasne vo všetkých bodoch gule okolo jadra atómu. Ako voľne navinuté klbko nadýchanej vlny. Tento pojem vo fyzike sa nazýva "elektronický cloud" .

Malá odbočka do histórie. Prvýkrát sa vedci zamysleli nad kvantovým svetom, keď sa v roku 1900 nemecký fyzik Max Planck pokúsil zistiť, prečo kovy menia farbu pri zahrievaní. Bol to on, kto predstavil koncept kvanta. Predtým si vedci mysleli, že svetlo putuje nepretržite. Prvým, kto bral Planckov objav vážne, bol vtedy neznámy Albert Einstein. Uvedomil si, že svetlo nie je len vlna. Niekedy sa správa ako častica. Einstein dostal Nobelovu cenu za objav, že svetlo je vyžarované po častiach, kvantách. Kvantum svetla sa nazýva fotón ( fotón, Wikipedia) .

Aby sme uľahčili pochopenie kvantových zákonov fyzika A mechanika (Wikipedia), je v určitom zmysle potrebné abstrahovať od nám známych zákonov klasickej fyziky. A predstavte si, že ste sa ponorili ako Alica do králičej nory do Krajiny zázrakov.

A tu je karikatúra pre deti a dospelých. Rozpráva o základnom experimente kvantovej mechaniky s 2 štrbinami a pozorovateľom. Trvá len 5 minút. Pozrite si to predtým, ako sa ponoríme do základných otázok a konceptov kvantovej fyziky.

Kvantová fyzika pre figuríny videá. V karikatúre dávajte pozor na "oko" pozorovateľa. Pre fyzikov sa to stalo vážnou záhadou.

Čo je rušenie?

Na začiatku karikatúry bolo na príklade kvapaliny ukázané, ako sa správajú vlny - na obrazovke sa za doskou so štrbinami objavujú striedavo tmavé a svetlé vertikálne pruhy. A v prípade, že diskrétne častice (napríklad kamienky) sú „vystrelené“ na tanier, preletia cez 2 štrbiny a zasiahnu obrazovku priamo oproti štrbinám. A "nakreslite" na obrazovku iba 2 zvislé pruhy.

Rušenie svetla- Toto je "vlnové" správanie svetla, keď sa na obrazovke zobrazuje veľa striedajúcich sa jasných a tmavých vertikálnych pruhov. A tie zvislé pruhy nazývaný interferenčný vzor.

V našom makrokozme často pozorujeme, že svetlo sa správa ako vlna. Ak položíte ruku pred sviečku, na stene nebude jasný tieň z ruky, ale s rozmazanými obrysmi.

Takže to nie je také ťažké! Teraz je nám celkom jasné, že svetlo má vlnovú povahu a ak sú 2 štrbiny osvetlené svetlom, potom na obrazovke za nimi uvidíme interferenčný obrazec. Teraz zvážte 2. experiment. Ide o slávny Stern-Gerlachov experiment (ktorý sa uskutočnil v 20. rokoch minulého storočia).

V inštalácii opísanej v karikatúre nesvietili svetlom, ale „vystrelili“ elektróny (ako samostatné častice). Potom na začiatku minulého storočia fyzici na celom svete verili, že elektróny sú elementárne častice hmoty a nemali by mať vlnovú povahu, ale rovnakú ako kamienky. Koniec koncov, elektróny sú elementárne častice hmoty, však? To znamená, že ak sú „hodené“ do 2 slotov, ako sú kamienky, na obrazovke za slotmi by sme mali vidieť 2 zvislé pruhy.

Ale... Výsledok bol ohromujúci. Vedci videli interferenčný vzor - veľa zvislých pruhov. To znamená, že elektróny, podobne ako svetlo, môžu mať aj vlnovú povahu, môžu rušiť. A na druhej strane sa ukázalo, že svetlo nie je len vlna, ale aj častica - fotón (od historické pozadie Na začiatku článku sme sa dozvedeli, že Einstein dostal za tento objav Nobelovu cenu).

Možno si pamätáte, že v škole nám na fyzike hovorili o "dualizmus častíc a vĺn"? To znamená, že kedy rozprávame sa o veľmi malých časticiach (atómoch, elektrónoch) mikrosveta, teda sú to vlny aj častice

Dnes sme vy a ja tak múdri a chápeme, že 2 vyššie opísané experimenty – vypaľovanie elektrónov a osvetľovanie štrbín svetlom – sú jedno a to isté. Pretože vystreľujeme kvantové častice do štrbín. Teraz vieme, že svetlo aj elektróny sú kvantovej povahy, sú to vlny aj častice súčasne. A na začiatku 20. storočia boli výsledky tohto experimentu senzáciou.

Pozor! Teraz prejdime k jemnejšiemu problému.

Na naše štrbiny svietime prúdom fotónov (elektrónov) – a za štrbinami na obrazovke vidíme interferenčný obrazec (vertikálne pruhy). Je to jasné. Zaujíma nás však, ako každý z elektrónov preletí štrbinou.

Pravdepodobne jeden elektrón letí do ľavej štrbiny, druhý doprava. Potom by sa však na obrazovke mali objaviť 2 zvislé pruhy priamo oproti slotom. Prečo sa získa interferenčný obrazec? Možno, že elektróny medzi sebou nejako interagujú už na obrazovke po prelete cez štrbiny. A výsledkom je taký vlnový vzor. Ako to môžeme sledovať?

Elektróny budeme hádzať nie lúčom, ale jeden po druhom. Zahoď, počkaj, zahoď ďalší. Teraz, keď elektrón letí sám, už nebude môcť interagovať na obrazovke s inými elektrónmi. Každý elektrón po hode zaregistrujeme na obrazovke. Jeden alebo dva nám, samozrejme, „nenamaľujú“ jasný obraz. Ale keď ich jeden po druhom pošleme do slotov veľa, všimneme si ... ach hrôza - opäť „nakreslili“ interferenčný vlnový vzor!

Začíname sa pomaly blázniť. Veď sme čakali, že oproti slotom budú 2 zvislé pruhy! Ukázalo sa, že keď sme hádzali fotóny jeden po druhom, každý z nich prešiel akoby cez 2 štrbiny súčasne a zasahoval do seba. Fantastické! K vysvetleniu tohto javu sa vrátime v ďalšej časti.

Čo je to spin a superpozícia?

Teraz vieme, čo je rušenie. Toto je vlnové správanie mikročastíc – fotónov, elektrónov, iných mikročastíc (odteraz ich pre zjednodušenie nazývajme fotóny).

Výsledkom experimentu, keď sme hodili 1 fotón do 2 štrbín, sme si uvedomili, že letí akoby cez dve štrbiny súčasne. Ako inak vysvetliť interferenčný obrazec na obrazovke?

Ako si však predstaviť obrázok, na ktorom fotón preletí dvoma štrbinami súčasne? Sú 2 možnosti.

• 1. možnosť: fotón, ako vlna (ako voda) "pláva" cez 2 štrbiny súčasne
• 2. možnosť: fotón, podobne ako častica, letí súčasne po 2 trajektóriách (dokonca nie dvoch, ale naraz)

V zásade sú tieto vyhlásenia ekvivalentné. Dospeli sme k „cestovému integrálu“. Toto je formulácia kvantovej mechaniky Richarda Feynmana.

Mimochodom, presne tak Richard Feynman patrí k známemu výrazu, že môžeme s istotou povedať, že nikto nerozumie kvantovej mechanike

Ale tento jeho prejav fungoval na začiatku storočia. Teraz sme však inteligentní a vieme, že fotón sa môže správať ako častica aj ako vlna. Že dokáže pre nás nejakým nepochopiteľným spôsobom preletieť súčasne cez 2 sloty. Preto bude pre nás ľahké pochopiť nasledujúce dôležité vyhlásenie kvantovej mechaniky:

Presne povedané, kvantová mechanika nám hovorí, že toto správanie fotónov je pravidlom, nie výnimkou. Akákoľvek kvantová častica sa spravidla nachádza v niekoľkých stavoch alebo v niekoľkých bodoch priestoru súčasne.

Objekty makrosveta môžu byť len na jednom konkrétnom mieste a v jednom konkrétnom stave. Ale kvantová častica existuje podľa svojich vlastných zákonov. A je jej jedno, že im nerozumieme. Toto je pointa.

Zostáva nám jednoducho prijať ako axiómu, že „superpozícia“ kvantového objektu znamená, že môže byť na 2 alebo viacerých trajektóriách súčasne, v 2 alebo viacerých bodoch v rovnakom čase.

To isté platí pre ďalší parameter fotónu - spin (jeho vlastný moment hybnosti). Spin je vektor. Kvantový objekt možno považovať za mikroskopický magnet. Sme zvyknutí, že vektor magnetu (spin) smeruje buď nahor alebo nadol. Ale elektrón alebo fotón nám opäť hovorí: „Chlapci, je nám jedno, na čo ste zvyknutí, môžeme byť v oboch spinových stavoch naraz (vektor hore, vektor dole), rovnako ako môžeme byť na 2 trajektóriách v v rovnakom čase alebo v 2 bodoch v rovnakom čase!

Čo je to „meranie“ alebo „kolaps vlnovej funkcie“?

Zostáva nám trochu - pochopiť, čo je "meranie" a čo je "kolaps vlnovej funkcie".

vlnová funkcia je popis stavu kvantového objektu (nášho fotónu alebo elektrónu).

Predpokladajme, že máme elektrón, letí k sebe v neurčitom stave jeho rotácia smeruje súčasne nahor aj nadol. Musíme zmerať jeho stav.

Merajme s magnetické pole: elektróny, ktorých spin smeroval v smere poľa, sa budú odchyľovať jedným smerom a elektróny, ktorých spin je nasmerovaný proti poľu, sa budú odchyľovať v opačnom smere. Fotóny môžu byť tiež odoslané do polarizačného filtra. Ak je spin (polarizácia) fotónu +1, prejde cez filter a ak je -1, tak nie.

Stop! Tu sa nevyhnutne vynára otázka: Pred meraním predsa elektrón nemal žiadny konkrétny smer rotácie, však? Bol vo všetkých štátoch súčasne?

Toto je trik a senzácia kvantovej mechaniky.. Pokiaľ nemeriate stav kvantového objektu, môže sa otáčať ľubovoľným smerom (mať ľubovoľný smer vlastného vektora momentu hybnosti - spin). Ale v momente, keď ste zmerali jeho stav, sa zdá, že sa rozhoduje, ktorý spinový vektor zoberie.

Tento kvantový objekt je taký cool - rozhoduje o svojom stave. A nevieme vopred predpovedať, aké rozhodnutie urobí, keď vletí do magnetického poľa, v ktorom ho meriame. Pravdepodobnosť, že sa rozhodne mať spinový vektor „hore“ alebo „dole“, je 50 až 50 %. Ale akonáhle sa rozhodne, je v určitom stave s konkrétnym smerom otáčania. Dôvodom jeho rozhodnutia je naša „rozmernosť“!

Toto sa volá " kolaps vlnovej funkcie". Vlnová funkcia pred meraním bola neurčitá, t.j. elektrónový spinový vektor bol súčasne vo všetkých smeroch, po meraní si elektrón zafixoval určitý smer svojho spinového vektora.

Pozor! Vynikajúci príklad asociácie z nášho makrokozmu na pochopenie:

Otočte mincou na stole ako vrch. Kým sa minca točí, nemá žiadny konkrétny význam – hlavy alebo chvosty. Akonáhle sa však rozhodnete túto hodnotu „zmerať“ a zabuchnúť mincou rukou, tu získate konkrétny stav mince – hlavy alebo chvosty. Teraz si predstavte, že táto minca rozhoduje o tom, akú hodnotu vám „ukáže“ – hlavy alebo chvosty. Elektrón sa správa približne rovnako.

Teraz si spomeňte na experiment zobrazený na konci karikatúry. Keď fotóny prechádzali cez štrbiny, správali sa ako vlna a na obrazovke vykazovali interferenčný vzor. A keď vedci chceli opraviť (zmerať) moment, keď fotóny prešli štrbinou a umiestniť „pozorovateľa“ za clonu, fotóny sa začali správať nie ako vlny, ale ako častice. A „nakresli“ 2 zvislé pruhy na obrazovku. Tie. v momente merania alebo pozorovania si kvantové objekty samy vyberú, v akom stave sa majú nachádzať.

Fantastické! Nieje to?

To však nie je všetko. Nakoniec my dostal k najzaujímavejšiemu.

Ale ... zdá sa mi, že dôjde k preťaženiu informácií, takže tieto 2 pojmy zvážime v samostatných príspevkoch:

• Čo sa stalo ?
• Čo je myšlienkový experiment.

A teraz, chcete, aby sa informácie umiestnili na police? Pozrite si dokument z produkcie Kanadského inštitútu pre teoretickú fyziku. V ňom za 20 minút, veľmi krátko a v časová postupnosť Dozviete sa o všetkých objavoch kvantovej fyziky, počnúc objavom Plancka v roku 1900. A potom vám povedia, aký praktický vývoj sa teraz uskutočňuje na základe poznatkov v kvantovej fyzike: od najpresnejších atómové hodiny na superrýchle kvantové výpočty. Vrelo odporúčam pozrieť si tento film.

Maj sa!

Prajem vám inšpiráciu pre všetky vaše plány a projekty!

P.S.2 Svoje otázky a myšlienky píšte do komentárov. Napíšte, aké ďalšie otázky z kvantovej fyziky vás zaujímajú?

P.S.3 Prihláste sa na odber blogu - formulár na odber pod článkom.

Kvantová fyzika radikálne zmenila naše chápanie sveta. Podľa kvantovej fyziky môžeme proces omladzovania ovplyvniť svojím vedomím!

Prečo je to možné?Z pohľadu kvantovej fyziky je naša realita zdrojom čistých potenciálov, zdrojom surovín, ktoré tvoria naše telo, myseľ a celý Vesmír.Univerzálne energetické a informačné pole sa nikdy neprestáva meniť a premieňať na každú sekundu niečo nové.

V 20. storočí sa pri fyzikálnych experimentoch so subatomárnymi časticami a fotónmi zistilo, že skutočnosť pozorovania priebehu experimentu mení jeho výsledky. To, na čo sústredíme svoju pozornosť, môže reagovať.

Túto skutočnosť potvrdzuje klasický experiment, ktorý vedcov zakaždým prekvapí. Opakovalo sa to v mnohých laboratóriách a vždy sa dosiahli rovnaké výsledky.

Pre tento experiment bol pripravený svetelný zdroj a clona s dvoma štrbinami. Ako zdroj svetla bolo použité zariadenie, ktoré „vystreľovalo“ fotóny vo forme jednotlivých impulzov.

Priebeh experimentu bol sledovaný. Po skončení experimentu boli na fotografickom papieri, ktorý bol za štrbinami, viditeľné dva zvislé pruhy. Sú to stopy fotónov, ktoré prešli štrbinami a osvetlili fotografický papier.

Keď sa tento experiment opakoval v automatickom režime, bez ľudského zásahu, obraz na fotografickom papieri sa zmenil:

Ak výskumník zapol zariadenie a odišiel a po 20 minútach sa fotografický papier vyvinul, potom sa na ňom nenašli dva, ale veľa zvislých pruhov. Boli to stopy radiácie. Ale kresba bola iná.

Štruktúra stopy na fotografickom papieri pripomínala stopu vlny, ktorá prešla štrbinami Svetlo môže vykazovať vlastnosti vlny alebo častice.

V dôsledku jednoduchého faktu pozorovania vlna zmizne a zmení sa na častice. Ak to nepozorujete, na fotografickom papieri sa objaví stopa vlny. Tento fyzikálny jav sa nazýva efekt pozorovateľa.

Rovnaké výsledky sa získali s inými časticami. Experimenty sa mnohokrát opakovali, no zakaždým vedcov prekvapili. Tak sa zistilo, že na kvantovej úrovni hmota reaguje na pozornosť človeka. To bola novinka vo fyzike.

Podľa koncepcií modernej fyziky sa všetko zhmotňuje z prázdna. Táto prázdnota sa nazýva „kvantové pole“, „nulové pole“ alebo „matrica“. Prázdnota obsahuje energiu, ktorá sa môže zmeniť na hmotu.

Hmota pozostáva z koncentrovanej energie – to je zásadný objav fyziky 20. storočia.

V atóme nie sú žiadne pevné časti. Predmety sa skladajú z atómov. Ale prečo sú predmety pevné? prst pripojený k tehlová stena neprechádza cez ňu. prečo? Je to spôsobené rozdielmi vo frekvenčných charakteristikách atómov a elektrické náboje. Každý typ atómu má svoju vlastnú vibračnú frekvenciu. To určuje rozdiely vo fyzikálnych vlastnostiach predmetov. Ak by bolo možné zmeniť frekvenciu vibrácií atómov, ktoré tvoria telo, potom by človek mohol prejsť cez steny. Ale vibračné frekvencie atómov ruky a atómov steny sú blízko. Preto prst spočíva na stene.

Pre akýkoľvek druh interakcie je potrebná frekvenčná rezonancia.

To sa dá ľahko pochopiť na jednoduchom príklade. Ak svieti kamenná stena baterkou, svetlo bude blokované stenou. Žiarenie mobilného telefónu však cez túto stenu ľahko prejde. Všetko je to o frekvenčných rozdieloch medzi žiarením baterky a mobilu. Kým čítate tento text, cez vaše telo prechádzajú prúdy veľmi odlišného žiarenia. Je to kozmické žiarenie, rádiové signály, signály miliónov mobilné telefónyžiarenie prichádzajúce zo zeme, slnečné žiarenie, žiarenie generované domácimi spotrebičmi atď.

Necítite to, pretože môžete vidieť iba svetlo a počuť iba zvuk. Aj keď budete ticho sedieť so zatvorenými očami, milióny telefonické rozhovory, obrázky televíznych správ a rozhlasových správ. Vy to nevnímate, pretože medzi atómami, ktoré tvoria vaše telo, a žiarením nie je žiadna rezonancia frekvencií. Ale ak dôjde k rezonancii, okamžite zareagujete. Napríklad, keď si spomeniete na milovaného človeka, ktorý na vás práve myslel. Všetko vo vesmíre sa riadi zákonmi rezonancie.

Svet pozostáva z energie a informácií. Einstein po dlhom premýšľaní o štruktúre sveta povedal: "Jediná realita, ktorá existuje vo vesmíre, je pole." Tak ako sú vlny výtvorom mora, všetky prejavy hmoty: organizmy, planéty, hviezdy, galaxie sú výtvormi poľa.

Vynára sa otázka, ako vzniká hmota z poľa? Aká sila riadi pohyb hmoty?

Vedci z výskumu ich priviedli k nečakanej odpovedi. Zakladateľ kvantovej fyziky Max Planck počas svojho prejavu udeľujúceho Nobelovu cenu povedal nasledovné:

„Všetko vo vesmíre je stvorené a existuje vďaka sile. Musíme predpokladať, že za touto silou je vedomá myseľ, ktorá je matricou všetkej hmoty.

HMOTA SA RIADÍ VEDOMÍM

Na prelome 20. a 21. storočia sa v teoretickej fyzike objavili nové myšlienky, ktoré umožňujú vysvetliť podivné vlastnosti elementárne častice. Častice sa môžu objaviť z dutiny a náhle zmiznúť. Vedci pripúšťajú možnosť existencie paralelných vesmírov. Možno sa častice pohybujú z jednej vrstvy vesmíru do druhej. Na vývoji týchto myšlienok sa podieľajú známe osobnosti ako Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind.

Podľa koncepcií teoretickej fyziky vesmír pripomína hniezdnu bábiku, ktorá pozostáva z mnohých hniezdiacich bábik - vrstiev. Ide o varianty vesmírov – paralelné svety. Tie vedľa seba sú si veľmi podobné. Ale čím sú vrstvy od seba ďalej, tým je medzi nimi menej podobností. Teoreticky, na presun z jedného vesmíru do druhého nie sú potrebné vesmírne lode. Všetky možné možnosti sú umiestnené jedna v druhej. Prvýkrát tieto myšlienky vyslovili vedci v polovici 20. storočia. Na prelome 20. a 21. storočia dostali matematické potvrdenie. Dnes sú takéto informácie verejnosťou ľahko akceptované. Pred pár stovkami rokov ich však za takéto vyhlásenia mohli upáliť na hranici alebo vyhlásiť za bláznov.

Všetko vzniká z prázdnoty. Všetko je v pohybe. Položky sú ilúzia. Hmota sa skladá z energie. Všetko je vytvorené myšlienkou. Tieto objavy kvantovej fyziky neobsahujú nič nové. Toto všetko vedeli už starí mudrci. V mnohých mystických náukách, ktoré boli považované za tajné a boli dostupné len zasvätencom, sa hovorilo, že medzi myšlienkami a predmetmi nie je rozdiel.Všetko na svete je plné energie. Vesmír reaguje na myšlienky. Energia nasleduje pozornosť.

To, na čo sústredíte svoju pozornosť, sa začína meniť. Tieto myšlienky v rôznych formuláciách sú uvedené v Biblii, starovekých gnostických textoch, v mystických náukách, ktoré vznikli v Indii a Južná Amerika. Stavitelia starovekých pyramíd to uhádli. Tieto znalosti sú kľúčom k novým technológiám, ktoré sa dnes používajú na manipuláciu reality.

Naše telo je poľom energie, informácií a inteligencie, ktoré je v stave neustálej dynamickej výmeny s okolím. Impulzy mysle neustále, každú sekundu, dávajú telu nové formy, aby sa prispôsobilo meniacim sa požiadavkám života.

Z pohľadu kvantovej fyziky je naša fyzické telo pod vplyvom našej mysle je schopný urobiť kvantový skok z jedného biologického veku do druhého bez toho, aby prešiel všetkými medzivekami. publikovaný

P.S. A pamätajte, že len zmenou vašej spotreby meníme spoločne svet! © econet

Fyzika je najzáhadnejšia zo všetkých vied. Fyzika nám umožňuje pochopiť svet okolo nás. Fyzikálne zákony sú absolútne a platia pre každého bez výnimky, bez ohľadu na osobu a spoločenské postavenie.

Tento článok je určený pre osoby staršie ako 18 rokov.

Už máš viac ako 18?

Základné objavy v kvantovej fyzike

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein a mnohí ďalší sú veľkými sprievodcami ľudstva v nádhernom svete fyziky, ktorí ako proroci odhalili ľudstvu najväčšie tajomstvá vesmíru a schopnosť ovládať fyzikálne javy. Ich jasné hlavy pretínajú temnotu nevedomosti nerozumnej väčšiny a podobne vodiaca hviezda ukázal cestu ľudstvu v temnote noci. Jedným z týchto vodičov vo svete fyziky bol Max Planck, otec kvantovej fyziky.

Max Planck je nielen zakladateľom kvantovej fyziky, ale aj autorom svetoznámej kvantovej teórie. Kvantová teória je najdôležitejšou súčasťou kvantovej fyziky. Jednoducho povedané, táto teória popisuje pohyb, správanie a interakciu mikročastíc. Zakladateľ kvantovej fyziky nám priniesol aj mnohé ďalšie vedeckých prác, ktoré sa stali základnými kameňmi modernej fyziky:

• teória tepelného žiarenia;
• špeciálna teória relativity;
• výskum v oblasti termodynamiky;
• výskum v oblasti optiky.

Teória kvantovej fyziky o správaní a interakcii mikročastíc sa stala základom fyziky kondenzovaných látok, fyziky elementárnych častíc a fyziky vysokých energií. Kvantová teória nám vysvetľuje podstatu mnohých javov nášho sveta – od fungovania elektronických počítačov až po štruktúru a správanie nebeských telies. Max Planck, tvorca tejto teórie, nám vďaka svojmu objavu umožnil pochopiť skutočnú podstatu mnohých vecí na úrovni elementárnych častíc. Vytvorenie tejto teórie však zďaleka nie je jedinou zásluhou vedca. Ako prvý objavil základný zákon vesmíru – zákon zachovania energie. Príspevok Maxa Plancka k vede je ťažké preceňovať. Jeho objavy sú skrátka na nezaplatenie pre fyziku, chémiu, históriu, metodológiu a filozofiu.

kvantová teória poľa

Stručne povedané, kvantová teória poľa je teória popisu mikročastíc, ako aj ich správania v priestore, vzájomnej interakcie a vzájomných premien. Táto teória študuje správanie sa kvantových systémov v rámci takzvaných stupňov voľnosti. Toto krásne a romantické meno mnohým z nás nič nehovorí. Pre figuríny sú stupne voľnosti počtom nezávislých súradníc, ktoré sú potrebné na označenie pohybu. mechanický systém. Zjednodušene povedané, stupne voľnosti sú charakteristikami pohybu. Zaujímavé objavy v oblasti interakcie elementárnych častíc urobil Steven Weinberg. Objavil takzvaný neutrálny prúd – princíp interakcie medzi kvarkami a leptónmi, za čo dostal v roku 1979 Nobelovu cenu.

Kvantová teória Maxa Plancka

V deväťdesiatych rokoch osemnásteho storočia sa nemecký fyzik Max Planck pustil do štúdia tepelného žiarenia a nakoniec dostal vzorec na rozdelenie energie. Kvantová hypotéza, ktorá sa zrodila v priebehu týchto štúdií, znamenala začiatok kvantovej fyziky, ako aj kvantovej teórie poľa, objavenej v roku 1900. Planckova kvantová teória hovorí, že počas tepelného žiarenia je vyprodukovaná energia emitovaná a absorbovaná nie neustále, ale epizodicky, kvantovo. Rok 1900 sa vďaka tomuto objavu Maxa Plancka stal rokom zrodu kvantovej mechaniky. Za zmienku stojí aj Planckov vzorec. Jeho podstata je v skratke nasledovná – vychádza z pomeru telesnej teploty a jeho vyžarovania.

Kvantovo-mechanická teória štruktúry atómu

Kvantová mechanická teória štruktúry atómu je jednou zo základných teórií pojmov v kvantovej fyzike a vlastne vo fyzike všeobecne. Táto teória nám umožňuje pochopiť štruktúru všetkého hmotného a otvára závoj tajomstva nad tým, z čoho sa veci vlastne skladajú. A závery založené na tejto teórii sú veľmi neočakávané. Stručne zvážte štruktúru atómu. Z čoho je teda atóm skutočne vyrobený? Atóm pozostáva z jadra a oblaku elektrónov. Základ atómu, jeho jadro, obsahuje takmer celú hmotnosť samotného atómu – viac ako 99 percent. Jadro má vždy kladný náboj a definuje chemický prvok, ktorého súčasťou je atóm. Na jadre atómu je najzaujímavejšie, že obsahuje takmer celú hmotnosť atómu, no zároveň zaberá len jednu desaťtisícinu jeho objemu. Čo z toho vyplýva? A záver je veľmi nečakaný. To znamená, že hustá hmota v atóme je len jedna desaťtisícina. A čo všetko ostatné? Všetko ostatné v atóme je elektrónový oblak.

Elektrónový oblak nie je trvalá a dokonca ani v skutočnosti nie je hmotná látka. Elektrónový oblak je len pravdepodobnosť výskytu elektrónov v atóme. To znamená, že jadro zaberá iba jednu desaťtisícinu v atóme a všetko ostatné je prázdnota. A ak zoberieme do úvahy, že všetky objekty okolo nás, od prachových častíc až po nebeské telesá, planéty a hviezdy, sú zložené z atómov, vyjde nám, že všetko hmotné je vlastne z viac ako 99 percent prázdnota. Táto teória sa zdá byť úplne nedôveryhodná a jej autor je prinajmenšom človek s bludom, pretože veci, ktoré existujú okolo, majú pevnú konzistenciu, váhu a sú cítiť. Ako môže pozostávať z prázdnoty? Vkradla sa do tejto teórie o štruktúre hmoty chyba? Ale tu nie je žiadna chyba.

Všetky hmotné veci sa javia ako husté len vďaka interakcii medzi atómami. Veci majú pevnú a hustú konzistenciu iba vďaka príťažlivosti alebo odpudzovaniu medzi atómami. To zaisťuje hustotu a tvrdosť kryštálovej mriežky chemikálií, z ktorých pozostáva všetok materiál. Ale, zaujímavý bod, keď sa napríklad zmenia teplotné podmienky prostredia, väzby medzi atómami, teda ich priťahovanie a odpudzovanie, môžu slabnúť, čo vedie k oslabeniu kryštálovej mriežky až k jej zničeniu. To vysvetľuje zmenu fyzikálnych vlastností látok pri zahrievaní. Napríklad, keď sa železo zahreje, stane sa tekutým a dá sa tvarovať do akéhokoľvek tvaru. A keď sa ľad topí, deštrukcia kryštálovej mriežky vedie k zmene skupenstva hmoty a tá sa mení z pevnej látky na tekutú. Toto sú jasné príklady oslabenia väzieb medzi atómami a v dôsledku toho oslabenia alebo zničenia kryštálovej mriežky a umožňujú, aby sa látka stala amorfnou. A dôvodom takýchto záhadných metamorfóz je práve to, že látky pozostávajú z hustej hmoty len z jednej desaťtisíciny a všetko ostatné je prázdnota.

A látky sa zdajú byť pevné len kvôli silným väzbám medzi atómami, ktorých oslabením sa látka mení. Kvantová teória štruktúry atómu nám teda umožňuje úplne iný pohľad na svet okolo nás.

Zakladateľ teórie atómu Niels Bohr predložil zaujímavý koncept, že elektróny v atóme nevyžarujú energiu neustále, ale len v momente prechodu medzi trajektóriami svojho pohybu. Bohrova teória pomohla vysvetliť mnohé vnútroatómové procesy a tiež urobila prelom vo vede chémie, keď vysvetlila hranicu tabuľky, ktorú vytvoril Mendelejev. Podľa , posledný prvok, ktorý môže existovať v čase a priestore, má poradové číslo sto tridsaťsedem a prvky začínajúce od stotridsiateho ôsmeho nemôžu existovať, pretože ich existencia je v rozpore s teóriou relativity. Bohrova teória tiež vysvetlila povahu takého fyzikálneho javu, akým sú atómové spektrá.

Ide o interakčné spektrá voľných atómov, ktoré vznikajú, keď sa medzi nimi vyžaruje energia. Takéto javy sú typické pre plynné, parné látky a látky v plazmovom stave. Kvantová teória teda urobila revolúciu vo svete fyziky a umožnila vedcom napredovať nielen v oblasti tejto vedy, ale aj v oblasti mnohých príbuzných vied: chémie, termodynamiky, optiky a filozofie. A tiež umožnil ľudstvu preniknúť do tajomstiev podstaty vecí.

Ľudstvo musí vo svojom vedomí ešte veľa urobiť, aby si uvedomilo podstatu atómov, pochopilo princípy ich správania a vzájomného pôsobenia. Keď to pochopíme, budeme schopní pochopiť povahu sveta okolo nás, pretože všetko, čo nás obklopuje, počnúc prachovými časticami a končiac samotným slnkom, a my sami - všetko pozostáva z atómov, ktorých povaha je tajomná. a úžasné a plné tajomstiev.

Nikto na tomto svete nechápe, čo je kvantová mechanika. To je možno to najdôležitejšie, čo o nej treba vedieť. Samozrejme, mnohí fyzici sa naučili používať zákony a dokonca predpovedať javy na základe kvantových výpočtov. Stále však nie je jasné, prečo pozorovateľ experimentu určuje správanie systému a núti ho zaujať jeden z dvoch stavov.

Tu je niekoľko príkladov experimentov s výsledkami, ktoré sa pod vplyvom pozorovateľa nevyhnutne zmenia. Ukazujú, že kvantová mechanika sa prakticky zaoberá zásahom vedomého myslenia do materiálnej reality.

V súčasnosti existuje veľa interpretácií kvantovej mechaniky, ale Kodanská interpretácia je snáď najznámejšia. V 20. rokoch 20. storočia sformulovali jeho všeobecné postuláty Niels Bohr a Werner Heisenberg.

Základom kodanskej interpretácie bola vlnová funkcia. Ide o matematickú funkciu obsahujúcu informácie o všetkých možných stavoch kvantového systému, v ktorom súčasne existuje. Podľa Kodanskej interpretácie stav systému a jeho polohu voči iným stavom možno určiť len pozorovaním (vlnová funkcia sa používa len na matematický výpočet pravdepodobnosti, že sa systém nachádza v jednom alebo druhom stave).

Dá sa povedať, že po pozorovaní sa kvantový systém stáva klasickým a okamžite prestáva existovať v iných stavoch, ako bol ten, v ktorom bol pozorovaný. Tento záver si našiel svojich odporcov (spomeňte si na slávne Einsteinovo „Boh nehrá kocky“), no presnosť výpočtov a predpovedí mala predsa len svoje.

Napriek tomu počet priaznivcov Kodanského výkladu klesá, a hlavný dôvod toto je záhadný okamžitý kolaps vlnovej funkcie počas experimentu. Slávny myšlienkový experiment Erwina Schrödingera s úbohou mačkou by mal demonštrovať absurdnosť tohto javu. Pripomeňme si detaily.

Vo vnútri čiernej skrinky sedí čierna mačka a s ňou liekovka s jedom a mechanizmus, ktorý dokáže náhodne uvoľniť jed. Napríklad rádioaktívny atóm počas rozpadu môže rozbiť bublinu. Presný čas rozpad atómu nie je známy. Známy je len polčas rozpadu, počas ktorého dochádza k rozpadu s pravdepodobnosťou 50 %.

Je zrejmé, že pre vonkajšieho pozorovateľa je mačka vo vnútri krabice v dvoch stavoch: buď je živá, ak všetko prebehlo dobre, alebo mŕtva, ak došlo k rozkladu a fľaštička sa rozbila. Oba tieto stavy sú opísané vlnovou funkciou mačky, ktorá sa časom mení.

Čím viac času uplynulo, tým skôrže došlo k rádioaktívnemu rozpadu. No akonáhle otvoríme krabicu, vlnová funkcia skolabuje a my okamžite vidíme výsledky tohto neľudského experimentu.

V skutočnosti, kým pozorovateľ neotvorí krabicu, mačka bude nekonečne balansovať medzi životom a smrťou, alebo bude živá aj mŕtva. O jej osude možno rozhodnúť len v dôsledku konania pozorovateľa. Na túto absurditu poukázal Schrödinger.

Podľa prieskumu slávnych fyzikov The New York Times je experiment elektrónovej difrakcie jednou z najúžasnejších štúdií v histórii vedy. Aká je jeho povaha? Existuje zdroj, ktorý vysiela lúč elektrónov na fotocitlivú obrazovku. A týmto elektrónom stojí v ceste prekážka, medená platňa s dvoma štrbinami.

Aký obraz môžeme očakávať na obrazovke, ak sú pre nás elektróny zvyčajne reprezentované ako malé nabité guľôčky? Dva pruhy oproti štrbinám v medenej doske. Ale v skutočnosti sa na obrazovke objaví oveľa zložitejší vzor striedajúcich sa bielych a čiernych pruhov. Je to spôsobené tým, že pri prechode štrbinou sa elektróny začnú správať nielen ako častice, ale aj ako vlny (fotóny alebo iné svetelné častice, ktoré môžu byť zároveň vlnou, sa správajú rovnako).

Tieto vlny interagujú v priestore, narážajú a navzájom sa posilňujú a v dôsledku toho sa na obrazovke zobrazuje zložitý vzor striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Zároveň sa výsledok tohto experimentu nemení, aj keď elektróny prechádzajú jeden po druhom - aj jedna častica môže byť vlna a prechádzať cez dve štrbiny súčasne. Tento postulát bol jedným z hlavných v kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky, keď častice môžu súčasne demonštrovať svoju „obyčajnú“ fyzikálne vlastnosti a exotické vlastnosti ako vlna.

Ale čo pozorovateľ? Práve on robí tento mätúci príbeh ešte mätúcim. Keď sa fyzici v experimentoch, ako je tento, pokúsili pomocou prístrojov určiť, ktorou štrbinou elektrón skutočne prešiel, obraz na obrazovke sa dramaticky zmenil a stal sa „klasickým“: s dvoma osvetlenými časťami priamo oproti štrbinám, bez akýchkoľvek striedajúcich sa pruhov.

Zdalo sa, že elektróny sa zdráhajú odhaliť svoju vlnovú povahu pozornému oku prizerajúcich sa. Vyzerá to ako záhada zahalená tmou. Existuje však jednoduchšie vysvetlenie: pozorovanie systému nemožno vykonávať bez fyzického vplyvu naň. Budeme o tom diskutovať neskôr.

2. Vyhrievané fullerény

Experimenty s difrakciou častíc sa robili nielen s elektrónmi, ale aj s inými, oveľa väčšími objektmi. Používali sa napríklad fullerény, veľké a uzavreté molekuly pozostávajúce z niekoľkých desiatok atómov uhlíka. Nedávno sa skupina vedcov z Viedenskej univerzity pod vedením profesora Zeilingera pokúsila do týchto experimentov zahrnúť prvok pozorovania. Aby to urobili, ožiarili pohybujúce sa molekuly fullerénu laserovými lúčmi. Potom, zahrievané vonkajším zdrojom, molekuly začali žiariť a nevyhnutne odrážali svoju prítomnosť pre pozorovateľa.

Spolu s touto inováciou sa zmenilo aj správanie molekúl. Pred takýmto komplexným pozorovaním sa fullerény celkom úspešne vyhýbali prekážkam (zobrazuje sa vlnové vlastnosti), podobne ako v predchádzajúcom príklade s elektrónmi dopadajúcimi na obrazovku. Ale s prítomnosťou pozorovateľa sa fullerény začali správať ako fyzikálne častice, ktoré dokonale dodržiavajú zákony.

3. Meranie chladenia

Jedným z najznámejších zákonov vo svete kvantovej fyziky je Heisenbergov princíp neurčitosti, podľa ktorého nie je možné určiť rýchlosť a polohu kvantového objektu súčasne. Čím presnejšie zmeriame hybnosť častice, tým presnejšie dokážeme zmerať jej polohu. V našom makroskopickom reálnom svete však platnosť kvantových zákonov pôsobiacich na drobné častice zvyčajne zostáva nepovšimnutá.

Nedávne experimenty prof. Schwaba z USA sú veľmi cenným príspevkom k tejto oblasti. Kvantové efekty v týchto experimentoch sa nepreukázali na úrovni elektrónov alebo molekúl fullerénu (ktoré majú približný priemer 1 nm), ale na väčších objektoch, malej hliníkovej stuhe. Táto páska bola upevnená na oboch stranách, takže jej stred bol v zavesenom stave a mohol vibrovať pod vonkajším vplyvom. Okrem toho bolo v blízkosti umiestnené zariadenie schopné presne zaznamenať polohu pásky. Výsledkom experimentu bolo objavených niekoľko zaujímavých vecí. Po prvé, akékoľvek meranie týkajúce sa polohy objektu a pozorovania pásky ju ovplyvnilo, po každom meraní sa poloha pásky zmenila.

Experimentátori určili súradnice pásky s vysokou presnosťou, a tak v súlade s Heisenbergovým princípom zmenili jej rýchlosť a tým aj následnú polohu. Po druhé, a celkom neočakávane, niektoré merania viedli k ochladeniu pásky. Takže pozorovateľ sa môže zmeniť fyzicka charakteristika predmety už len svojou prítomnosťou.

4. Mrazivé častice

Ako viete, nestabilné rádioaktívne častice sa rozpadajú nielen pri pokusoch s mačkami, ale aj samostatne. Každá častica má priemernú životnosť, ktorá sa, ako sa ukazuje, môže pod drobnohľadom pozorovateľa predĺžiť. Tento kvantový efekt bol predpovedaný už v 60. rokoch a jeho brilantný experimentálny dôkaz sa objavil v článku publikovanom skupinou vedenou nositeľom Nobelovej ceny za fyziku Wolfgangom Ketterlem z Massachusettského technologického inštitútu.

V tejto práci sa študoval rozpad nestabilných excitovaných atómov rubídia. Ihneď po príprave systému boli atómy excitované pomocou laserového lúča. Pozorovanie prebiehalo v dvoch režimoch: kontinuálnom (systém bol neustále vystavený malým svetelným impulzom) a pulznom (systém bol z času na čas ožarovaný silnejšími impulzmi).

Získané výsledky boli plne v súlade s teoretickými predpoveďami. Vonkajšie svetelné efekty spomaľujú rozpad častíc a vracajú ich do pôvodného stavu, ktorý je vzdialený od stavu rozpadu. Veľkosť tohto efektu sa tiež zhodovala s predpoveďami. Maximálna životnosť nestabilných excitovaných atómov rubídia sa zvýšila 30-krát.

5. Kvantová mechanika a vedomie

Elektróny a fullerény prestávajú vykazovať svoje vlnové vlastnosti, hliníkové platne sa ochladzujú a nestabilné častice spomaľujú ich rozpad. Pozorné oko diváka doslova mení svet. Prečo to nemôže byť dôkazom zapojenia našej mysle do práce sveta? Možno mali Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakúsky fyzik, laureát Nobelovej ceny, priekopník kvantovej mechaniky) predsa len pravdu, keď povedali, že zákony fyziky a vedomia by sa mali považovať za vzájomne sa dopĺňajúce?

Sme len krôčik od toho, aby sme si uvedomili, že svet okolo nás je len iluzórnym produktom našej mysle. Predstava je to desivá a lákavá. Skúsme sa opäť obrátiť na fyzikov. Najmä v posledné roky, keď čoraz menej ľudí verí, že kodanská interpretácia kvantovej mechaniky s jej tajomnou vlnovou funkciou sa zrúti a zmení sa na svetskejšiu a spoľahlivejšiu dekoherenciu.

Faktom je, že pri všetkých týchto experimentoch s pozorovaniami experimentátori nevyhnutne ovplyvňovali systém. Zapálili ho laserom a nainštalovali meracie prístroje. Spájal ich dôležitý princíp: nemôžete pozorovať systém alebo merať jeho vlastnosti bez interakcie s ním. Akákoľvek interakcia je proces úpravy vlastností. Najmä keď je malý kvantový systém vystavený kolosálnym kvantovým objektom. Nejaký večne neutrálny budhistický pozorovateľ je z princípu nemožný. A tu vstupuje do hry pojem „dekoherencia“, ktorý je z hľadiska termodynamiky nezvratný: kvantové vlastnosti systému sa menia pri interakcii s iným veľkým systémom.

Počas tejto interakcie kvantový systém stráca svoje pôvodné vlastnosti a stáva sa klasickým, akoby „poslúchal“ veľký systém. To vysvetľuje aj paradox Schrödingerovej mačky: mačka je príliš veľký systém, takže ju nemožno izolovať od zvyšku sveta. Samotný dizajn tohto myšlienkového experimentu nie je úplne správny.

V každom prípade, ak predpokladáme realitu aktu stvorenia vedomím, dekoherencia sa javí ako oveľa pohodlnejší prístup. Možno až príliš pohodlné. S týmto prístupom sa celý klasický svet stáva jedným veľkým dôsledkom dekoherencie. A ako uviedol autor jednej z najznámejších kníh v tejto oblasti, takýto prístup logicky vedie k výrokom ako „na svete nie sú žiadne častice“ alebo „na základnej úrovni neexistuje čas“.

Čo je pravda: v tvorcovi-pozorovateľovi alebo v silnej dekoherencii? Musíme si vybrať medzi dvoma zlami. Napriek tomu sú vedci čoraz viac presvedčení, že kvantové efekty sú prejavom našich mentálne procesy. A kde končí pozorovanie a začína realita, závisí od každého z nás.

Klasická fyzika, ktorá existovala pred vynálezom kvantovej mechaniky, opisuje prírodu v obyčajnom (makroskopickom) meradle. Väčšina teórií klasickej fyziky sa dá odvodiť ako aproximácie fungujúce na mierkach, na ktoré sme zvyknutí. Kvantová fyzika (je to aj kvantová mechanika) sa líši od klasickej vedy tým, že energia, hybnosť, moment hybnosti a ďalšie veličiny spojeného systému sú obmedzené na diskrétne hodnoty (kvantizácia). Objekty majú špeciálne vlastnosti ako vo forme častíc, tak aj vo forme vĺn (dualita vlnových častíc). Aj v tejto vede existujú hranice presnosti, s ktorou je možné merať veličiny (princíp neistoty).

Dá sa povedať, že po nástupe kvantovej fyziky nastala v exaktných vedách akási revolúcia, ktorá umožnila prehodnotiť a rozobrať všetky staré zákony, ktoré boli predtým považované za nespochybniteľné pravdy. Je to dobré alebo zlé? Možno je to dobré, pretože skutočná veda by nikdy nemala stáť na mieste.

„Kvantová revolúcia“ však bola akýmsi úderom pre fyzikov zo starej školy, ktorí sa museli vyrovnať s tým, že to, v čo verili predtým, sa ukázalo byť len súborom mylných a archaických teórií, ktoré potrebovali urýchlenú revíziu. a prispôsobenie sa novej realite. Väčšina fyzikov s nadšením prijala tieto nové myšlienky o známej vede a prispela k jej štúdiu, rozvoju a realizácii. Dnes kvantová fyzika určuje dynamiku celej vedy ako celku. Pokročilé experimentálne projekty (ako Veľký hadrónový urýchľovač) vznikli práve kvôli nej.

Otvorenie

Čo možno povedať o základoch kvantovej fyziky? Postupne vzišla z rôznych teórií určených na vysvetlenie javov, ktoré sa nedali zosúladiť s klasickou fyzikou, ako napríklad riešenie Maxa Plancka v roku 1900 a jeho prístup k problému žiarenia z mnohých vedeckých problémov, ako aj súlad medzi energiou a frekvenciou v článku Alberta Einsteina z roku 1905, ktorý vysvetľoval fotoelektrické efekty. Raná teória kvantovej fyziky bola dôkladne prepracovaná v polovici 20. rokov 20. storočia Wernerom Heisenbergom, Maxom Bornom a ďalšími. Moderná teória je formulovaná v rôznych špeciálne vyvinutých matematických konceptoch. V jednom z nich nám aritmetická funkcia (alebo vlnová funkcia) poskytuje komplexnú informáciu o amplitúde pravdepodobnosti umiestnenia impulzu.

Vedecký výskum vlnová esencia svetla začala pred viac ako 200 rokmi, keď boli veľké a uznávané učenci tohočasu navrhli, vyvinuli a dokázali teóriu svetla na základe vlastných experimentálnych pozorovaní. Nazvali to vlna.

V roku 1803 uskutočnil slávny anglický vedec Thomas Young svoj slávny dvojitý experiment, v dôsledku ktorého napísal slávnu prácu „O povahe svetla a farby“, ktorá zohrala obrovskú úlohu pri formovaní moderných predstáv o týchto nám známych javoch. všetky. Tento experiment zohral hlavnú úlohu vo všeobecnom prijatí tejto teórie.

Takéto experimenty sú často opísané v rôznych knihách, napríklad „Základy kvantovej fyziky pre figuríny“. Moderné experimenty s urýchľovaním elementárnych častíc, napríklad hľadanie Higgsovho bozónu vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (skrátene LHC) sa vykonávajú práve preto, aby sa našli praktické potvrdenie mnohých čisto teoretických kvantových teórií.

Príbeh

V roku 1838 Michael Faraday na radosť celého sveta objavil katódové lúče. Po týchto senzačných štúdiách nasledovalo vyhlásenie o probléme žiarenia, takzvané „čierne teleso“ (1859), ktoré urobil Gustav Kirchhoff, ako aj slávny predpoklad Ludwiga Boltzmanna, že energetické stavy akéhokoľvek fyzikálneho systému môžu tiež byť diskrétny (1877). Neskôr sa objavila kvantová hypotéza vyvinutá Maxom Planckom (1900). Považuje sa za jeden zo základov kvantovej fyziky. Odvážne tvrdenie, že energia môže byť emitovaná aj absorbovaná v diskrétnych „kvantách“ (alebo energetických balíčkoch), je presne v súlade s pozorovateľnými vzormi žiarenia čierneho telesa.

Veľký prínos do kvantovej fyziky priniesol svetoznámy Albert Einstein. Pod dojmom kvantových teórií vyvinul svoju vlastnú. všeobecná teória relativita - tak sa tomu hovorí. Objavy v kvantovej fyzike ovplyvnili aj vývoj špeciálnej teórie relativity. Mnohí vedci v prvej polovici minulého storočia začali študovať túto vedu na návrh Einsteina. Bola vtedy v popredí, všetci ju mali radi, všetci sa o ňu zaujímali. Niet sa čomu čudovať, veď uzavrela toľko „dier“ v klasickej fyzikálnej vede (vytvorila však aj nové), ponúkla vedecké zdôvodnenie cestovania v čase, telekinézy, telepatie a paralelných svetov.

Úloha pozorovateľa

Akákoľvek udalosť alebo stav závisí priamo od pozorovateľa. Zvyčajne sa takto stručne vysvetľujú základy kvantovej fyziky ľuďom, ktorí majú ďaleko od exaktných vied. V skutočnosti je však všetko oveľa komplikovanejšie.

To je v dokonalom súlade s mnohými okultnými a náboženskými tradíciami, ktoré po stáročia trvali na schopnosti ľudí ovplyvňovať okolité dianie. Určitým spôsobom je to základ aj pre vedecké vysvetlenie mimozmyslového vnímania, pretože teraz sa nezdá absurdné tvrdenie, že človek (pozorovateľ) je schopný ovplyvňovať fyzikálne deje silou myšlienky.

Každý vlastný stav pozorovateľnej udalosti alebo objektu zodpovedá vlastnému vektoru pozorovateľa. Ak je spektrum operátora (pozorovateľa) diskrétne, pozorovaný objekt môže dosahovať iba diskrétne vlastné hodnoty. To znamená, že predmet pozorovania, ako aj jeho charakteristiky, sú úplne určené práve týmto operátorom.

Na rozdiel od klasickej klasickej mechaniky (alebo fyziky) nie je možné simultánne predpovedať konjugované premenné, ako je poloha a hybnosť. Napríklad elektróny sa môžu (s určitou pravdepodobnosťou) nachádzať približne v určitej oblasti priestoru, ale ich matematicky presná poloha je v skutočnosti neznáma.

Obrysy konštantnej hustoty pravdepodobnosti, často označované ako "oblaky", môžu byť nakreslené okolo jadra atómu, aby sa konceptualizovalo, kde sa elektrón s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza. Heisenbergov princíp neistoty dokazuje neschopnosť presne lokalizovať časticu vzhľadom na jej konjugovanú hybnosť. Niektoré modely v tejto teórii majú čisto abstraktný výpočtový charakter a neimplikujú aplikovanú hodnotu. Často sa však používajú na výpočet zložitých interakcií na úrovni a iných jemných záležitostí. Okrem toho toto odvetvie fyziky umožnilo vedcom predpokladať možnosť skutočnej existencie mnohých svetov. Snáď ich budeme môcť čoskoro vidieť.

vlnové funkcie

Zákony kvantovej fyziky sú veľmi rozsiahle a rozmanité. Prelínajú sa s myšlienkou vlnových funkcií. Niektoré špeciálne vytvárajú rozptyl pravdepodobností, ktorý je vo svojej podstate konštantný alebo nezávislý od času, napríklad keď sa v stacionárnom stave energie zdá, že čas mizne vzhľadom na vlnovú funkciu. Toto je jeden z efektov kvantovej fyziky, ktorá je pre ňu zásadná. Zaujímavým faktom je, že fenomén času bol v tejto nezvyčajnej vede radikálne revidovaný.

Poruchová teória

Existuje však niekoľko spoľahlivých spôsobov, ako vyvinúť riešenia potrebné na prácu so vzorcami a teóriami v kvantovej fyzike. Jedna z takýchto metód, bežne známa ako „teória porúch“, využíva analytický výsledok pre elementárny kvantovo-mechanický model. Bol vytvorený, aby priniesol výsledky z experimentov s cieľom vyvinúť ešte zložitejší model, ktorý súvisí s jednoduchším modelom. Tu je rekurzia.

Tento prístup je dôležitý najmä v teórii kvantového chaosu, ktorá je mimoriadne populárna na interpretáciu rôznych udalostí v mikroskopickej realite.

Pravidlá a zákony

Základom sú pravidlá kvantovej mechaniky. Tvrdia, že priestor nasadenia systému je absolútne zásadný (má bodový súčin). Ďalším tvrdením je, že efekty pozorované týmto systémom sú zároveň zvláštnymi operátormi, ktoré ovplyvňujú vektory práve v tomto médiu. Nepovedia nám však, ktorý Hilbertov priestor alebo ktorí operátori v súčasnosti existujú. Môžu byť zvolené vhodne na získanie kvantitatívneho popisu kvantového systému.

Význam a vplyv

Od vzniku tejto nezvyčajnej vedy mnohé antiintuitívne aspekty a výsledky štúdia kvantovej mechaniky vyvolali hlasné filozofické debaty a mnohé interpretácie. Aj zásadné otázky, akými sú pravidlá výpočtu rôznych amplitúd a rozdelenia pravdepodobnosti, si zaslúžia rešpekt verejnosti a mnohých popredných vedcov.

Napríklad jedného dňa smutne poznamenal, že si vôbec nie je istý, či niekto z vedcov vôbec rozumie kvantovej mechanike. Podľa Stevena Weinberga v súčasnosti neexistuje univerzálna interpretácia kvantovej mechaniky. To naznačuje, že vedci vytvorili „monštrum“, aby plne pochopili a vysvetlili existenciu, ktorej sami nie sú schopní. To však nijako nepoškodzuje relevantnosť a popularitu tejto vedy, ale priťahuje mladých odborníkov, ktorí chcú riešiť skutočne zložité a nepochopiteľné problémy.

Kvantová mechanika si navyše vynútila úplnú revíziu objektívnych fyzikálnych zákonov vesmíru, čo je dobrá správa.

Kodanská interpretácia

Podľa tejto interpretácie už nie je potrebná štandardná definícia kauzality, ktorú poznáme z klasickej fyziky. Podľa kvantových teórií kauzalita v pre nás obvyklom zmysle vôbec neexistuje. Všetky fyzikálne javy v nich sú vysvetlené z pohľadu interakcie najmenších elementárnych častíc na subatomárnej úrovni. Táto oblasť je napriek zdanlivej nepravdepodobnosti mimoriadne perspektívna.

kvantová psychológia

Čo možno povedať o vzťahu medzi kvantovou fyzikou a ľudským vedomím? Krásne je to napísané v knihe, ktorú napísal Robert Anton Wilson v roku 1990 s názvom Kvantová psychológia.

Podľa teórie uvedenej v knihe sú všetky procesy prebiehajúce v našom mozgu determinované zákonmi opísanými v tomto článku. To znamená, že ide o akýsi pokus o prispôsobenie teórie kvantovej fyziky psychológii. Táto teória sa považuje za paravedeckú a akademická obec ju neuznáva.

Wilsonova kniha je pozoruhodná tým, že cituje súbor rôzne techniky a praktizujúcich, ktorí v tej či onej miere dokazujú jeho hypotézu. Tak či onak, čitateľ sa musí sám rozhodnúť, či verí alebo neverí v životaschopnosť takýchto pokusov aplikovať matematické a fyzikálne modely na humanitné vedy.

Niektorí brali Wilsonovu knihu ako pokus ospravedlniť mystické myslenie a spojiť ho s vedecky overenými novodobými fyzikálnymi formuláciami. Toto veľmi netriviálne a nápadné dielo je žiadané už viac ako 100 rokov. Kniha vychádza, prekladá a číta sa po celom svete. Ktovie, možno sa s rozvojom kvantovej mechaniky zmení aj postoj vedeckej komunity ku kvantovej psychológii.

Záver

Vďaka tejto pozoruhodnej teórii, ktorá sa čoskoro stala samostatnou vedou, sme mohli skúmať okolitú realitu na úrovni subatomárnych častíc. Toto je najmenšia úroveň zo všetkých možných, úplne neprístupná nášmu vnímaniu. To, čo fyzici predtým vedeli o našom svete, si vyžaduje okamžitú revíziu. S týmto súhlasí úplne každý. Ukázalo sa, že rôzne častice môžu navzájom interagovať na úplne nepredstaviteľné vzdialenosti, ktoré môžeme merať iba zložitými matematickými vzorcami.

Okrem toho kvantová mechanika (a kvantová fyzika) dokázala možnosť mnohých paralelných realít, cestovania v čase a iných vecí, ktoré boli v histórii považované len za sci-fi. To je nepochybne obrovský prínos nielen pre vedu, ale aj pre budúcnosť ľudstva.

Pre milencov vedecký obraz svete, môže byť táto veda priateľom aj nepriateľom. Faktom je, že kvantová teória otvára široké možnosti pre rôzne špekulácie na paravedeckú tému, ako sa už ukázalo na príklade jednej z alternatívnych psychologických teórií. Niektorí moderní okultisti, ezoterici a priaznivci alternatívnych náboženských a duchovných hnutí (najčastejšie psychokultov) sa obracajú k teoretickým konštrukciám tejto vedy, aby dokázali racionalitu a pravdivosť svojich mystických teórií, presvedčení a praktík.

Ide o bezprecedentný prípad, keď jednoduché dohady teoretikov a abstraktné matematické vzorce viedli k skutočnej vedeckej revolúcii a vytvorili novú vedu, ktorá prečiarkla všetko, čo bolo predtým známe. Kvantová fyzika do určitej miery vyvrátila zákony aristotelovskej logiky, pretože ukázala, že pri výbere „buď-alebo“ existuje ešte jedna (alebo možno niekoľko) alternatív.