Kvant tebranishi: nazariya, printsip, ta'sir

Daraxtlarning oltin kuzgi barglari porladi. Kechki quyoshning nurlari yupqalashgan tepaliklarga tegdi. Nur shoxlar orasidan o'tib, universitetning devoridagi "kapterka" dagi hayratomuz tasvirlarni namoyish etdi.

Sir Hamiltonning zaharli ko'rinishi asta sekin tushib, chikaroqxonalarning o'yinini tomosha qildi. Irlandiyalik matematikning boshida fikrlarning, g'oyalarning va xulosalarning haqiqiy qudrati bor edi. U Nyuton mexanikasi yordamida ko'plab hodisalarning tushuntirilishi devordagi soyalarni o'ynash, aldamchi to'quv raqamlarini to'ldirish va juda ko'p savollarni javobsiz qoldirganiga o'xshaydi. "Ehtimol, bu to'lqin ... yoki zarrachalar oqimi bo'lishi mumkin," - deydi olim, "yoki yorug'lik ikkala hodisaning ham namoyonidir. Soya va nurdan yasalgan raqamlar kabi. "

Kvant fizikasining boshlanishi

Buyuk odamlarni kuzatib borish va insoniyat evolyutsiyasi jarayonini o'zgartiradigan qanday ajoyib g'oyalar tug'ilishini tushunishga harakat qilish qiziq. Hamilton kvant fizikasining tug'ilishida paydo bo'lganlardan biri. Ellik yil o'tib, yigirmanchi asrning boshlarida ko'plab olimlar elementar zarralarni o'rganishdi. Olingan ma'lumotlar qarama-qarshi va kompleks bo'lmagan. Biroq, dastlabki zaif qadamlar tashlandi.

Yigirmanchi asrning boshlarida mikrokosmni tushunish

1901 yilda atomning birinchi modeli taqdim etildi va oddiy elektrodinamik holatidan uning nomuvofiqligi ko'rsatildi. Shu davrda Maks Plank va Niels Bohr atomning tabiatiga oid ko'plab ishlarni nashr etmoqda. Katta ishlariga qaramasdan, atom tuzilishi haqida to'liq tushuncha yo'q edi.

Bir necha yil o'tgach, 1905 yilda taniqli nemis olimi Albert Eynshteyn ikki davlat to'lqinlari va zarrachalaridagi yorug'lik kvantining mavjudligi haqida hisobot e'lon qildi. O'z ishlarida modelning to'lovga layoqatsizligining sababini tushuntiruvchi dalillar keltirildi. Biroq, Eynshteynning nazariyasi atom modelini eski tushunish bilan chegaralangan.

Niels Bohr va uning hamkasblari tomonidan ko'p asarlar yaratganidan so'ng 1925 yilda yangi yo'nalish - kvant mexanikasi turiga aylandi. O'ttiz yildan keyin keng tarqalgan "kvant mexanikasi" ifodasi paydo bo'ldi.

Kvantalar va ularning hayqiriqlari haqida nimani bilamiz?

Bugungi kunda kvant fizikasi yetarli bo'ldi. Ko'p turli hodisalar ochiq. Lekin biz nimani bilamiz? Javob bir zamonaviy olimga taqdim etiladi. "Kvant fizikasida ishonish yoki tushunish mumkin emas" - bu Richard Feynmanning ta'rifi . O'zingiz uchun o'ylab ko'ring. Zarrachalarning kvant birikmasi kabi bunday hodisani eslatish kifoya. Ushbu hodisa ilmiy olamni to'la hayratga solib qo'ydi. Yana bir katta zarba, paydo bo'lgan paradoks Nyuton va Eynshteyn qonunlariga mos kelmas edi.

Fotonlarning kvant birikmasini ta'siri 1927 yilda Beshinchi Solvay Kongressida muhokama qilindi. Niels Bohr bilan Eynshteyn o'rtasida qizg'in bahs paydo bo'ldi. Kvant chalkashliklarining paradoksi moddiy dunyosining mohiyatini tushunib yetdi.

Ma'lumki, barcha jismlar elementar zarrachalardan iborat. Shunga ko'ra, kvant mexanikasining barcha hodisalari oddiy dunyoda aks etadi. Niels Boh, agar biz Oyga qaramasak, u mavjud emas. Eynshteyn bu aql bovar qilmaydigan narsani ko'rib chiqdi va ob'ektning kuzatuvchidan mustaqil bo'lishiga ishonadi.

Kvant mexanikasi muammolarini o'rganayotganda uning mexanizmlari va qonunlarining o'zaro bog'liqligi va klassik fizikaga bo'ysunmasliklari tushunilishi kerak. Keling, eng ziddiyatli maydonni - zarrachalarning kvant to'siqligini tushunishga harakat qilaylik.

Kvant to'siqlari nazariyasi

Avvalo, kvant fizikasi hamma narsaning mavjud bo'lgan tubsiz quduqqa o'xshashligini tushunish kerak. O'tgan asrning boshida kvant to'siqlari fenomeni Eynshteyn, Bohr, Maxwell, Boyl, Bell, Plank va boshqa ko'plab fiziklar tomonidan o'rganilgan. Yigirmanchi asr davomida butun dunyoda minglab olimlarni faol o'rganib chiqdi va tajriba o'tkazdi.

Dunyo qattiq fizika qonunlariga bo'ysunadi

Nega kvant mexanikasining paradokslariga bunday qiziqish bor? Bu juda oddiy: biz jismoniy dunyoning muayyan qonunlariga bo'ysunib yashaymiz. Oldindan "o'tish" qilish qobiliyati sehrli eshikni ochadi, bundan tashqari, hamma narsa mumkin bo'ladi. Misol uchun, "Schrodinger mushuk" tushunchasi moddaning boshqaruviga olib keladi. Bundan tashqari, kvant to'satdan yuzaga keladigan ma'lumotni teleportatsiya qilish mumkin bo'ladi. Axborotni uzatish, masofadan qat'i nazar, darhol bo'ladi.
Bu masala hali o'rganilmayapti, ammo ijobiy tendentsiyaga ega.

O'xshashlik va tushunish

Kvant kavrami haqida noyob narsa, buni qanday tushunish mumkin va bu sodir bo'lganda nima sodir bo'ladi? Keling, tushunaylik. Buni amalga oshirish uchun siz aqliy tajriba o'tkazishingiz kerak. Sizning qo'lingizda ikkita qutisi borligini tasavvur qiling. Ularning har birida ipdan bir to'p bor. Endi kosmonavtga bitta quti beramiz va u Marsga uchadi. Bir marta qutini ochib, to'pning ustidagi gorizontal chiziqni ko'rgandan so'ng, boshqa qutida to'p avtomatik ravishda vertikal chiziqga ega bo'ladi. Bu oddiy so'zlar bilan ifodalangan kvant to'siq bo'ladi: bir ob'ekt birining o'rnini oldindan belgilab beradi.

Biroq, tushunish kerakki, bu faqat yuzaki tushuntirishdir. Kvant birikmasini olish uchun zarralarning egizaklar kabi bir xil kelib chiqishiga ehtiyoj bor. Ekspertizadan oldin hech kimdan kamida bittasini ko'rish imkoniga ega bo'lganda, tajribani to'xtatishini tushunish juda muhimdir.

Kvant aralashmasidan qayerda foydalanish mumkin?

Kvant to'siqni printsipi uzoq masofalarga oniy ma'lumotlarni uzatish uchun ishlatilishi mumkin. Bunday xulosa Eynshteynning nisbiylik nazariyasiga zid keladi. U yerda ko'chishning maksimal tezligi faqat yorug'likda - soatiga uch yuz ming kilometrni tashkil etadi. Ushbu ma'lumot uzatish jismoniy teleportatsiya mavjudligiga imkon beradi.

Dunyodagi hamma narsa axborot, jumladan, materiyadir. Bu xulosaga kvant fiziklari erishdilar. 2008 yilda nazariy ma'lumotlar bazasiga asoslanib, kvant aralashmasidan ko'zga ko'rinmas ko'z bilan ko'rish mumkin edi.

Bu yana bir bor kashfiyotlar - kosmosda va vaqt ichida harakat qilish ekanligimizni yana bir bor namoyon etadi. Koinotdagi vaqt alohida bo'lib, juda katta masofalardagi bir lahzalik harakatlar turli vaqt zichligiga (Eynshteyn, Bohrning gipotezalariga asoslangan holda) tushishiga imkon yaratadi. Ehtimol, kelajakda bu bugungi kunda mobil telefon kabi haqiqat bo'ladi.

Eterdynamika va kvant tuzilishi

Ba'zi yetakchi olimlarning fikricha, kvant aralashuvi kosmosning ba'zi eter - qora moddalar bilan to'ldirilganligi bilan izohlanadi. Biz bilganimizdek, har qanday elementar zarracha to'lqin va korpuskul (zarracha) shaklida bo'ladi. Ba'zi olimlar, barcha zarralar qorong'u energiyaning "tuvali" da ekanligiga ishonishadi. Buni tushunish oson emas. Keling, boshqa yo'lni - uyushish usulini tushunishga harakat qilaylik.

Sohilda o'zingizni tasavvur qiling. Engil shabada va shamolning zaifligi. To'lqinlarni ko'rasizmi? Masofa bir joyda, quyosh nuri ko'rinishida, yelkenli qayiq ko'rinadi.
Kema bizning boshlang'ich zarrachalarimiz, dengiz esa efir (qorong'u energiya) bo'ladi.
Dengiz suvi to'lqinlar va tomchilar ko'rinishida harakatlanishi mumkin. Xuddi shunday, barcha elementar zarralar oddiygina dengiz (uning tarkibiy yaxlit qismi) yoki alohida zarracha bo'lishi mumkin - tomchi.

Bu soddalashtirilgan misol bo'lib, hamma narsa murakkabroq. Kuzatuvchining ishtirokisiz zarrachalar to'lqin shaklida bo'ladi va aniq bir joy yo'q.

Oq yelkenli qayiq tanlangan ob'ekt bo'lib, dengiz sathining tekis yuzasidan va tuzilmasidan farq qiladi. Xuddi shu tarzda, biz energiya okeanida "zirvalar" mavjud, bu biz biladigan kuchlarning namoyishi bo'lib, dunyodagi moddiy qismni shakllantiradi.

Mikrokosm o'z qonunlari bilan yashaydi

Agar elementar zarralar to'lqinlar shaklida bo'lganligini hisobga oladigan bo'lsa, kvant to'siqni printsipini tushunish mumkin. Aniq bir joy va xususiyatlarga ega bo'lmagan ikkala zarr energiya okeanida. Kuzatuvchining paydo bo'lishi paytida to'lqin "tegib ketadigan" ob'ektga "aylanadi". Ikkinchi zarracha muvozanat tizimini kuzatib, qarshi xususiyatlarga ega bo'ladi.

Ushbu maqola kvant dunyosining keng ilmiy ta'riflariga qaratilgan emas. Oddiy insonni tushunish imkoniyati, taqdim etilgan materialni tushunishning mavjudligiga asoslanadi.

Elementar zarralarning fizikasi elementar zarrachaning aylanishiga (rotatsiyasiga) asoslangan holda kvant holatini o'rganadi.

Ilmiy til (soddalashtirilgan) - kvant tartibsizliklari turli xil spinlar bilan belgilanadi. Ob'ektlarni kuzatish jarayonida olimlar faqat ikkita spinni borligini ko'rishdi - ular bo'ylab va bo'ylab. G'ayrioddiy ko'rinishi mumkin, boshqa holatlarda zarralar kuzatuvchilardan "posed" emas.

Yangi faraz - bu dunyoning yangi ko'rinishi

Mikrokosmni o'rganish - elementar zarrachalar maydoni - ko'p faraz va taxminlarni keltirib chiqardi. Kvantli to'siqlarning ta'siri olimlarni kvant mikro-qafasning mavjudligi g'oyasiga olib keldi. Ularning fikricha, har bir nodada - kesishish nuqtasi - kvant bor. Barcha energiya to'liq bir to'siqdir va zarrachalarning namoyon bo'lishi va harakatlanishi faqat qafas joylari orqali amalga oshirilishi mumkin.

Bunday tarmoqning "oynasi" ning hajmi juda kichik va zamonaviy uskunalar bilan o'lchash mumkin emas. Biroq, bu farazni tasdiqlash yoki rad etish uchun olimlar kosmik kosmik panjaradagi fotonlarning harakatini o'rganishga qaror qilishdi. Pastki chiziq esa, fotonning to'g'ridan-to'g'ri yoki zigzaglantirilishi mumkinligi - panjaraning diagonali bo'ylab. Ikkinchidan, katta masofani bosib o'tib, u ko'proq energiya sarflaydi. Shunga ko'ra, u tekis chiziqda harakat qilgan fotondan farq qiladi.

Ehtimol, vaqt o'tishi bilan, biz bo'shliqning kvantli panjalarida yashayotganimizni bilib olamiz. Yoki bu taxmin noto'g'ri bo'lishi mumkin. Biroq, bu krestikning mavjudligini ko'rsatadigan kvant to'siqlari tamoyili.

Oddiy sharoitlarda, "bir kvadrat" hipotetik makonida bir yuzning ta'rifi boshqasi bilan ochiq-oydin ma'nosini anglatadi. Bu kosmik-vaqt strukturasini saqlab qolish printsipi.

Epilog

Kvant fizikasining sehrli va sirli dunyosini tushunish uchun so'nggi besh yuz yil mobaynida ilm-fan taraqqiyotiga diqqat bilan qarash maqsadga muvofiqdir. Erning sharsimon shakli emas, balki tekis shakli bo'lgan. Buning sababi shubhasiz: agar siz dumaloq shaklga ega bo'lsangiz, suv va odamlar uni ushlab tura olmaydilar.

Ko'rib turganimizdek, muammoni ishlab turgan barcha kuchlarning to'liq ko'rinmasligi muammosi mavjud edi. Zamonaviy ilm-fanning barcha kvant kuchlari uchun kvant fizikasini tushunish uchun etarlicha tuyulishi mumkin emas. Vizual bo'shliqlar ziddiyatlar va paradokslar tizimini yaratadi. Ehtimol, kvant mexanikasining sehrli dunyosi savollarga berilgan javoblarni ushlab turadi.