Quantum mechanics võimaldab teil osakesi näha, tunda ja puudutada (2 osa)

29941x 22. 11. 2018 1 Reader

Vaatame tagasi kvantmehhaanika ja selle, kuidas seda kasutada.

Nähtamatu vaade

Okei, et tunned kohvi, sa oled peaaegu ärkvel. Teie silmad on päevavalguse jaoks valmis, nad vilguvad ja lasevad mõned tulekahjud. Kui te seda mõelnud, tõusid valguse osakesed teie näole ja silmadesse miljonile aastale tagasi päikese keskosas, ajal, mil meie esivanemad hakkasid tulekahju kasutama. Päike isegi ei saatnud osakesi nimega footonid, kui neid ei vajata sama nähtuse jaoks, mis võiks olla meie lõhna, kvantumunnelite aluseks.

Miljonite kilomeetrite 150-st eraldab Päikese ja Maa, fotonid võtavad selle kauguse ületamiseks vaid kaheksa minutit. Enamik nende reisidest toimub päikese käes, kus tüüpiline footon kulutab miljoneid aastaid põgeneda. Seejärel surutakse mass hoida keset meie tähed, kus vesiniku on umbes 13 korda tihedam kui plii ja footonite saab reisida ainult lõpmatult väike sekundi murdosa enne imendub vesiniku ioonid, mis süttib siis footon reisida päike jne .. Pärast miljardit sellised vastasmõjud tekitavad lõpuks Punase pinna pinna, mis on säilinud miljoneid aastaid.

Quantum Mechanics (© Jay Smith)

Fotoneid ei tekiks kunagi ja päike ei säraks, kui kvantumunnelid poleks. Päike ja kõik teised tähed tekitavad tuumaga liitumise valgust, purustades vesiniku ioone ja loovad energiat kasutades heeliumi. Igal teisel päeval muutub päike miljonite tonnide massiks umbes 4. Ainult vesinikuioonid, nagu üksikprotoneid, omavad positiivset elektrilist laengut ja üksteist tõrjuvad. Niisiis, kuidas nad saavad üksteisega ühineda?
Kvantunnelleerimisel võimaldab prootoni laine iseloom mõnikord kergesti kattuda lainetega, mis ühendavad tiigi pinnaga. Kattuvatena prootonlained on piisavalt suured, et täiendav tugevus, nagu tugev tuumarelv, mis töötab ainult väga lühikestel vahemaadel, suudaks ületada osakeste elektrilist tõrjumist. Seejärel lagundatakse prootonid ja vabastavad üks footon.

Meie silmad on footonite suhtes väga tundlikud

Meie silmad on muutunud nende footoonide suhtes väga tundlikuks. Mõned hiljutised katsed on näidanud, et me suudame isegi tuvastada üksikuid fotosid, mis pakub huvitavat võimalust: kas inimesed avastavad kvantmehaanika erijuhtumeid? Kas see tähendab, et mees, nagu footon või elektron või Schrödinger'i õnnetu kass, on surnud ja elus samaaegselt, kui ta tegeleb otseselt kvantumassiga? Kuidas võiks selline kogemus välja näha?

Inimese silm

"Me ei tea, sest see on olnud proovinud," ütleb Rebecca Holmes, füüsik Los Alamose National Laboratory New Mexico. Kolm aastat tagasi, ta lõpetas Illinoisi Ülikooli Urbana-Champaign, Holmes oli osa meeskond eesotsas Paul Kwiat, mis näitas, et inimesed suudavad tuvastada lühike valgussähvatuste, mis koosneb kolmest footonid. In 2016 leidis, et konkureerivate rühm teadlasi eesotsas füüsik Alipas Vaziriovou Rockefeller University New York leidis, et inimesed tegelikult näha isegi ühe footonid. Siiski näeme, et seda kogemust ei saa täpselt kirjeldada. Vaziri oli ta proovinud näha, et footon vilgub ja rääkis Loodusajakirjale: "See pole nagu valgus nägemine. See on peaaegu tunne fantaasia lävel. "

Quantum mechanics - katsed

Lähitulevikus oodatakse Holmesi ja Vaziri eksperimente, et testida seda, mida inimesed tajuvad, kui fotoneid pannakse spetsiaalsesse kvantseisundisse. Füüsikud suudavad näiteks ühendada ühe fotooni, mida nad kutsuvad superpositsiooniks, kus on kaks footonit kahes erinevas asukohas. Holmes ja tema kolleegid on kavandanud kahe stsenaariumi katse, et testida, kas inimesed suudavad otse tajuda footone superpositsiooni. Esimeses stsenaariumis jõudis üks footon kas võrkkesta vasakule või paremale küljele ja märkaksin, millise võrkkesta küljelt footon tundus. Teises stsenaariumis asetatakse footon kvantkordseks, et see saaks tunduda võimatuks - samaaegselt lendab silma võrkkesta paremale ja vasakule poolele.

Kas keegi leiab valgust võrkkesta mõlemal küljel? Või kas fotone vastasmõju silmas põhjustab kokkupõrke superpositsiooni? Kui nii, siis kas see oleks nii sageli paremal kui vasakus, nagu teooria soovitab?

Rebecca Holmes ütleb:

"Standardse kvantmehhaanika põhjal ei pruugi superpositsiooni footon ilmselt erineda kui tegelikult juhuslikult saadetud footon vasakule või paremale."

Kui selgub, et mõned eksperimentaalsed osalejad mõistavad mõlemal alal samal ajal footonit mõlemas kohas, siis kas see tähendab, et isik ise oli kvantosse?

Rebecca Holmes lisab:

"Võib öelda, et vaatleja oli kvan- duslikus superpositsioonis üksinda kergelt ebaolulisel ajal, kuid keegi pole seda veel proovinud, seega me tegelikult seda ei tea. Sellepärast saame sellist eksperimenti teha. "

Sa taju oma teed

Nüüd läheme tagasi tassi kohvi. Te tunnete kruust kui tahke materjali, kindlalt kokkupuutes naha käega. Kuid see on lihtsalt illusioon. Me ei puutu kunagi midagi, vähemalt mitte kahe tahke aineosaga, mis puudutab seda. Rohkem kui 99,9999999999 protsent aatomist moodustab tühja ruumi, peaaegu kogu tuumikuga koondatud mass.

Quantum Mechanics (© Jay Smith)

Kui teie käes hoidke tassi, tundub, et ta on tugevus tuleneb tassi ja käte elektronide resistentsusest. Elektroonidel endal ei ole üldse mingit helitugevust, need on ainult negatiivse elektrilise laengu nullmõõtmed, mis ümbritsevad aateid ja molekule nagu pilv. Kvantmehaanika seadused piirduvad aatomite ja molekulidega ümbritsevate konkreetsete energiatasemetega. Kuna käsi haarab tassi, surub see elektronid ühelt tasemelt teisele ja see nõuab lihaste energiat, mida aju tõlgendab kui resistentsust, kui puudutab midagi tahket.

Meie tundlikkus põhineb äärmiselt keerulisel vastastikmõjul meie keha molekulide ümber asuvate elektronide ja nende objektide molekulide vahel, millega me puudutleme. Sellest teabest loob meie aju illusiooni, et meil on kindel keha, mis liigub ümber maailma, mis on täis muid tahke objekte. Nende puudutamine ei anna meile tegelikku reaalsust. On võimalik, et ükski meie arusaamadest ei vasta tegelikult toimuvatele. Kalifornia Ülikoolis Irvinis asuv kognitiivne neuroloog Donald Hoffman usub, et meie meeled ja aju on kujunenud, et varjata reaalsuse tegelikku olemust, mitte seda paljastada.

"Minu idee on see, et see, mis iganes see on, on liiga keeruline ja selle töötlemiseks kulub liiga palju aega ja energiat."

Maailmapildi võrdlus ajus koos arvuti graafilise liidesega

Hoffman võrdleb meie aju graafilise kasutajaliidesega maailma ehituse pilti. Kõik ekraanil olevad värvilised ikoonid, nagu korv, hiirekursor ja failikaust, ei ole üldse seotud sellega, mis arvuti sees tegelikult toimub. Need on lihtsalt abstraktsioonid, lihtsustused, mis võimaldavad meil suhelda keerulise elektroonikaga.

Hoffmani arvates on evolutsioon muutnud meie aju, et see toimiks sarnaselt graafilisele liidesele, mis ei tooda maailma päris kindlalt. Evolutsioon ei toeta täpse arusaamise arengut, vaid kasutab seda, mis võimaldab ellujäämist.

Nagu Hoffman ütleb:

"Vorm valitseb reaalsuses."

Hoffman ja tema kraadiõppe üliõpilased on viimastel aastatel katsetanud sadu tuhandeid arvutismudeleid, et testida nende ideid kunstlike eluvormide simulatsioonides, kus vaidlustatakse piiratud ressursse. Igal juhul on organismid kavandatud eelistama kehalist võimekust, kui reaalsus ei ole sama, mis täpselt tajuda.

Näiteks, kui üks organism ehitatud täpselt tajuda, näiteks vee koguhulk keskkonnas esinevate ja satub organismi, mis on häälestatud mõttes midagi lihtsamat, näiteks optimaalne kogus vett vaja ellu jääda. Nii et kui üks organism võiks luua täpsemat reaalsust, ei suurenda see vara oma ellujäämisvõimet. Hoffmani uuring viitas talle märkimisväärsele järeldusele:

"Niivõrd, kui me oleme häälestatud, et säilitada elu, meid ei seostata reaalsusega. Me ei saa seda teha. "

Quantum teooria

Tema ideed langevad kokku sellega, mida mõned füüsikud peavad kvanteooria keskseks ideeks - reaalsus ei ole täiesti objektiivne, me ei saa eralduda sellest maailmast, mida me vaatame.

Hoffman vaatleb seda vaadet täielikult:

"Ruum on lihtsalt andmestruktuur, ja füüsikalised objektid on iseenesest lennu ajal loodud andmestruktuurid. Kui vaatan mäel, luues selle andmete struktuuri. Siis otsin mujalt ja rikkusin seda andmestruktuuri, sest mul enam seda enam vaja pole. "

Nagu Hoffmani töö näitab, pole me veel käsitlenud kvantteooria täielikku tähendust ja seda, mida ta räägib reaalsuse olemusest. Plaan ise on suurema osa oma elust püüdnud mõista teooriat, mida ta on aidanud luua ja alati uskunud universumi objektiivset tajumist, mis on meie seast sõltumatu.

Ta kord kirjutas, miks ta otsustas oma füüsikast pühenduda oma õpetaja nõuannetele:

"Välimine maailm on inimestest sõltumatu, see on midagi absoluutset, ja selle suhtes kohaldatavate seaduste otsimine tundub mulle kõige kõrgema teadusliku elukogemusega."

Võibolla see võtab veel ühe sajandi enne seda, kui teine ​​füüsiline revolutsioon tõestab, kas ta oli õige või vale, nagu tema professor Philip von Jolly.

Quantum mechanics

Rohkem seeriaid

2i kommentaarid "Quantum mechanics võimaldab teil osakesi näha, tunda ja puudutada (2 osa)"

Jäta vastus