עלוות הסתיו הזהובות של העצים זהרו בבהירות. קרני שמש הערב נגעו בצמרות הדלילות. האור פרץ דרך הענפים והציג מחזה של דמויות מוזרות מרצדות על קיר האוניברסיטה "קפטרקה".
מבטו המהורהר של סר המילטון החליק באיטיות, צופה במשחקו של הקיארוסקורו. בראשו של המתמטיקאי האירי היה כור היתוך אמיתי של מחשבות, רעיונות ומסקנות. הוא היה מודע היטב לכך שההסבר של תופעות רבות בעזרת המכניקה הניוטונית הוא כמו משחק הצללים על הקיר, המשלב דמויות באופן מטעה ומשאיר שאלות רבות ללא מענה. "אולי זה גל… או אולי זה זרם של חלקיקים," הרהר המדען, "או האור הוא ביטוי של שתי התופעות. כמו דמויות ארוגות מצל ואור."
תחילתה של פיזיקת הקוונטים
מעניין לצפות באנשים גדולים ולנסות להבין איך נולדים רעיונות גדולים שמשנים את מהלך האבולוציה של האנושות כולה. המילטון הוא אחד מאלה שעמדו במקורות הפיזיקה הקוונטית. חמישים שנה מאוחר יותר, בתחילת המאה העשרים, עסקו מדענים רבים בחקר חלקיקים יסודיים.הידע שנצבר היה לא עקבי ולא מורכב. עם זאת, הצעדים המטלטלים הראשונים ננקטו.
הבנת עולם המיקרו בתחילת המאה ה-20
בשנת 1901, הוצג המודל הראשון של האטום והוצג כישלונו, מנקודת המבט של אלקטרודינמיקה רגילה. באותה תקופה פרסמו מקס פלאנק ונילס בוהר יצירות רבות על טבעו של האטום. למרות עבודתם הקפדנית, לא הייתה הבנה מלאה של מבנה האטום.
כמה שנים לאחר מכן, בשנת 1905, פרסם מדען גרמני לא ידוע אלברט איינשטיין דו ח על אפשרות קיומו של קוונטי אור בשני מצבים - גל וגוף (חלקיקים). בעבודתו ניתנו טיעונים המסבירים את הסיבה לכישלון המודל. עם זאת, החזון של איינשטיין הוגבל על ידי ההבנה הישנה של מודל האטום.
לאחר יצירות רבות של נילס בוהר ועמיתיו ב-1925, נולד כיוון חדש - סוג של מכניקת קוונטים. ביטוי נפוץ - "מכניקת קוונטים" הופיעה שלושים שנה מאוחר יותר.
מה אנחנו יודעים על הקוונטות והמוזרויות שלהן?
היום, פיזיקת הקוונטים הלכה רחוק מספיק. התגלו תופעות רבות ושונות. אבל מה אנחנו באמת יודעים? התשובה מוצגת על ידי מדען מודרני אחד. "אפשר להאמין בפיזיקה קוונטית או לא להבין אותה", היא ההגדרה של ריצ'רד פיינמן. תחשוב על זה בעצמך. די להזכיר תופעה כזו כמו הסתבכות קוונטית של חלקיקים. תופעה זו הטילה את העולם המדעי למצב של תמיהה מוחלטת. אפילו יותר הלםהיה שהפרדוקס שנוצר אינו תואם את חוקי ניוטון ואיינשטיין.
לראשונה נדונה ההשפעה של הסתבכות קוונטית של פוטונים ב-1927 בקונגרס סולביי החמישי. ויכוח סוער התעורר בין נילס בוהר לאיינשטיין. הפרדוקס של ההסתבכות הקוונטית שינה לחלוטין את ההבנה של מהות העולם החומרי.
ידוע שכל הגופים מורכבים מחלקיקים יסודיים. בהתאם לכך, כל התופעות של מכניקת הקוונטים משתקפות בעולם הרגיל. נילס בוהר אמר שאם אנחנו לא מסתכלים על הירח, אז הוא לא קיים. איינשטיין חשב שזה בלתי סביר והאמין שהאובייקט קיים ללא תלות במתבונן.
כאשר לומדים את הבעיות של מכניקת הקוונטים, צריך להבין שהמנגנונים והחוקים שלה קשורים זה בזה ואינם מצייתים לפיזיקה הקלאסית. בואו ננסה להבין את התחום השנוי ביותר במחלוקת - ההסתבכות הקוונטית של חלקיקים.
תורת ההסתבכות הקוונטית
לכתחילה, כדאי להבין שפיזיקה קוונטית היא כמו באר ללא תחתית שבה אפשר למצוא כל דבר. תופעת ההסתבכות הקוונטית בתחילת המאה הקודמת נחקרה על ידי איינשטיין, בוהר, מקסוול, בויל, בל, פלאנק ועוד פיזיקאים רבים. לאורך המאה העשרים, אלפי מדענים ברחבי העולם חקרו אותה וניסויים באופן פעיל.
העולם כפוף לחוקי הפיזיקה המחמירים
למה יש עניין כזה בפרדוקסים של מכניקת הקוונטים? הכל מאוד פשוט: אנחנו חיים, מצייתים לחוקים מסוימים של העולם הפיזי. היכולת "לעקוף" את הגזרה המוקדמת פותחת דלת קסומה, מעברשבו הכל הופך לאפשרי. לדוגמה, המושג "החתול של שרדינגר" מוביל לשליטה בחומר. יתאפשר גם לבצע טלפורטור של מידע, מה שגורם להסתבכות קוונטית. העברת המידע תהפוך מיידית, ללא קשר למרחק.נושא זה עדיין במחקר, אך יש לו מגמה חיובית.
אנלוגיה והבנה
מה הייחוד של הסתבכות קוונטית, איך להבין אותה ומה קורה איתה? בואו ננסה להבין את זה. זה ידרוש ניסוי מחשבתי. תאר לעצמך שיש לך שתי קופסאות בידיים שלך. כל אחד מהם מכיל כדור אחד עם פס. עכשיו אנחנו נותנים קופסה אחת לאסטרונאוט, והוא טס למאדים. ברגע שפותחים את הקופסה ורואים שהפס על הכדור אופקי, אז בתיבה השנייה לכדור יהיה פס אנכי אוטומטית. זו תהיה הסתבכות קוונטית המתבטאת במילים פשוטות: אובייקט אחד קובע מראש את מיקומו של אחר.
עם זאת, צריך להבין שזהו רק הסבר שטחי. על מנת לקבל הסתבכות קוונטית, יש צורך שלחלקיקים יהיה אותו מקור, כמו תאומים.
חשוב מאוד להבין שהניסוי ישתבש אם למישהו לפניך הייתה הזדמנות להסתכל לפחות על אחד מהאובייקטים.
היכן ניתן להשתמש בהסתבכות קוונטית?
עקרון ההסתבכות הקוונטית יכול לשמש להעברת מידע למרחקים ארוכיםבאופן מיידי. מסקנה כזו סותרת את תורת היחסות של איינשטיין. הוא אומר שמהירות התנועה המרבית טבועה רק באור - שלוש מאות אלף קילומטרים לשנייה. העברת מידע זו מאפשרת להתקיים טלפורטציה פיזית.
כל דבר בעולם הוא מידע, כולל חומר. הפיזיקאים הקוונטים הגיעו למסקנה הזו. בשנת 2008, בהתבסס על מסד נתונים תיאורטי, ניתן היה לראות הסתבכות קוונטית בעין בלתי מזוינת.
זה שוב מרמז שאנחנו על סף תגליות גדולות - נעים במרחב ובזמן. הזמן ביקום הוא דיסקרטי, ולכן תנועה מיידית על פני מרחקים עצומים מאפשרת להיכנס לצפיפות זמן שונות (בהתבסס על ההשערות של איינשטיין, בוהר). אולי בעתיד זה יהיה מציאות בדיוק כמו הטלפון הנייד היום.
אתרדינמיקה והסתבכות קוונטית
לפי כמה מדענים מובילים, הסתבכות קוונטית מוסברת בכך שהחלל מלא במעין אתר - חומר שחור. כל חלקיק יסודי, כידוע, קיים בצורה של גל וגוף (חלקיק). כמה מדענים מאמינים שכל החלקיקים נמצאים על "קנבס" האנרגיה האפלה. זה לא קל להבנה. בואו ננסה להבין את זה בדרך אחרת - שיטת האסוציאציות.
דמיין את עצמך על החוף. רוח קלה ובריזה קלה. רואים את הגלים? ואי שם מרחוק, בהשתקפויות של קרני השמש, נראית סירת מפרש.
הספינה תהיה החלקיק היסודי שלנו, והים יהיה אתר (חשוך).אנרגיה).הים יכול להיות בתנועה בצורה של גלים גלויים וטיפות מים. באותו אופן, כל החלקיקים היסודיים יכולים להיות רק ים (החלק האינטגרלי שלו) או חלקיק נפרד - טיפה.
זו דוגמה פשוטה, הכל קצת יותר מסובך. חלקיקים ללא נוכחות של צופה הם בצורת גל ואין להם מיקום קבוע.
סירת מפרש לבנה היא אובייקט בולט, היא שונה מפני השטח והמבנה של מי הים. באותו אופן, יש "פסגות" באוקיינוס האנרגיה שאנו יכולים לתפוס כביטויים של כוחות המוכרים לנו שעיצבו את החלק החומרי של העולם.
Microworld חי לפי החוקים שלו
ניתן להבין את עקרון ההסתבכות הקוונטית אם ניקח בחשבון את העובדה שחלקיקים יסודיים הם בצורת גלים. ללא מיקום ומאפיינים ספציפיים, שני החלקיקים נמצאים באוקיינוס של אנרגיה. ברגע שהצופה מופיע, הגל "הופך" לעצם נגיש למגע. החלקיק השני, המתבונן במערכת שיווי המשקל, מקבל תכונות הפוכות.
המאמר המתואר אינו מכוון לתיאורים מדעיים רחבי היקף של העולם הקוונטי. יכולת ההבנה של אדם רגיל מבוססת על זמינות ההבנה של החומר המוצג.
פיזיקת חלקיקים חוקרת את ההסתבכות של מצבים קוונטיים על סמך סיבוב (סיבוב) של חלקיק יסודי.
שפה מדעית (פשוטה) - הסתבכות קוונטית מוגדרת על ידי ספינים שונים. בְּבתהליך התבוננות בחפצים, ראו מדענים שיכולים להיות רק שני ספינים - לאורך ולרוחב. למרבה הפלא, בעמדות אחרות, החלקיקים אינם "פוזלים" למתבונן.
השערה חדשה - מבט חדש על העולם
חקר המיקרוקוסמוס - מרחב החלקיקים היסודיים - הוליד השערות והנחות רבות. השפעת ההסתבכות הקוונטית גרמה למדענים לחשוב על קיומו של איזשהו מיקרו-סריג קוונטי. לדעתם, בכל צומת - נקודת החיתוך - יש קוונטי. כל האנרגיה היא סריג אינטגרלי, והביטוי והתנועה של חלקיקים אפשריים רק דרך הצמתים של הסריג.
גודל ה"חלון" של סורג כזה הוא די קטן, והמדידה של ציוד מודרני בלתי אפשרית. עם זאת, על מנת לאשש או להפריך השערה זו, מדענים החליטו לחקור את תנועת הפוטונים בסריג קוונטי מרחבי. השורה התחתונה היא שפוטון יכול לנוע ישר או בזיגזגים - לאורך האלכסון של הסריג. במקרה השני, לאחר שהתגבר על מרחק גדול יותר, הוא יוציא יותר אנרגיה. בהתאם, הוא יהיה שונה מפוטון שנע בקו ישר.
אולי עם הזמן נלמד שאנחנו חיים ברשת קוונטית מרחבית. או שההנחה הזו עשויה להיות שגויה. עם זאת, עקרון ההסתבכות הקוונטית הוא שמצביע על אפשרות קיומו של סריג.
במונחים פשוטים, ב"קוביה" מרחבית היפותטית להגדרה של פנים אחד יש משמעות הפוכה ברורה מהאחרת. זהו העיקרון של שימור מבנה החלל -זמן.
אפילוג
כדי להבין את העולם הקסום והמסתורי של פיזיקת הקוונטים, כדאי להסתכל מקרוב על מהלך המדע בחמש מאות השנים האחרונות. פעם היה כדור הארץ שטוח, לא כדורי. הסיבה ברורה: אם אתה מקבל את צורתו כעגול, אז מים ואנשים לא יוכלו להתנגד.
כפי שאנו יכולים לראות, הבעיה הייתה קיימת בהעדר חזון שלם של כל הכוחות הפועלים. ייתכן שלמדע המודרני אין חזון של כל הכוחות הפועלים כדי להבין את הפיזיקה הקוונטית. פערי ראייה מולידים מערכת של סתירות ופרדוקסים. אולי העולם הקסום של מכניקת הקוונטים מכיל את התשובות לשאלות האלה.
