Atgriezīsimies pie tā, kas ir kvantu mehānika un kā mēs to varam izmantot.

Neredzamais skats

Labi, lai tu justos kafiju, tu esi gandrīz nomodā. Tavas acis ir gatavas dienas gaismai, tās mirgo un ļauj gaismai ienākt. Kad jūs to domājat, gaismas daļiņas, kas iekļūst jūsu sejā, un jūsu acis parādījās pirms miljoniem gadu saules centrā, kad mūsu senči sāka lietot uguni. Saulē nebūtu pat sūtīt daļiņas, ko sauc par fotoniem, ja tie nebūtu vajadzīgi tādai pašai parādībai, kas varētu būt mūsu smakas, kvantu tunelēšanas pamats.

Aptuveni 150 miljonu kilometru atdala Sauli un Zemi, fotoni aizņem tikai astoņas minūtes, lai pārvarētu šo attālumu. Lielākā daļa viņu ceļojumu notiek saulē, kur tipisks fotons pavada miljoniem gadu, mēģinot aizbēgt. Pēc tam masu tur vidū mūsu zvaigznēm, kur ūdeņradis ir aptuveni 13 reizes blīvāks nekā svins, un fotoni var ceļot tikai infinitesimally nelielu daļu no otrā, pirms tiek absorbēts ūdeņraža jonus, kas pēc tam ugunsgrēkus fotonu, lai ceļotu no saules, utt .. Pēc miljardiem šādā mijiedarbībā visbeidzot parādās Saules virsmas fotons, kas spīda miljoniem gadu.

Kvantu mehānika (© Jay Smith)

Fotoni nekad neradīsies, un saule nebūtu spīdoša, ja nebūtu kvantu tuneļu. Saule un visas citas zvaigznes ražot gaismas kodolsintēzi, laužot ūdeņradi jonus, veidojot hēlija procesu, kas izdala enerģiju. Katru sekundi saule pārvēršas par aptuveni 4 miljoniem tonnu masas. Tikai ūdeņraža joniem, piemēram, vienotiem protoniem, ir pozitīvas elektriskās strāvas padeves un tie atduras viens otram. Tātad, kā viņi var apvienoties savā starpā?
Kvantu tunelēšanas laikā protonu viļņu raksturs ļauj tiem dažkārt pārklājoties kā viļņi, kas savienojas ar dīķa virsmu. Kas pārklājas protonu viļņi piegādāta pietiekami tuvu, lai papildus spēks, piemēram, spēcīga kodolieroču spēku, kas darbojas tikai ļoti mazos attālumos, tā var pārvarēt elektrisko riebumu daļiņu. Pēc tam protoni sabrūk un atbrīvo vienu fotonu.

Mūsu acis ir ļoti jutīgas pret fotoniem

Mūsu acis ir kļuvušas ļoti jutīgas pret šiem fotoniem. Daži nesenie eksperimenti ir parādījuši, ka mēs varam pat noteikt atsevišķus fotonus, kas dod interesantu iespēju: vai cilvēki varētu atklāt dažus īpašus kvantu mehānikas gadījumus? Vai tas nozīmē, ka cilvēks, tāpat kā fotons vai elektrons vai Šrīdingera žēlīgais kaķis, ir miris un dzīvs tajā pašā laikā, ja viņš tieši iesaistās kvantu pasaulē? Kā varētu izskatīties šāda pieredze?

Cilvēka acs

"Mēs nezinām, jo ​​tas ir mēģinājuši," saka Rebeka Holmes, fiziķis Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Pirms trim gadiem, viņš absolvēja Ilinoisas Universitāte Urbana-Champaign, Holmes bija daļa no komandas, ko Paul kwiat, kas parādīja, ka cilvēki var atklāt īsus gaismas zibšņus, kas sastāv no trīs fotonu vadībā. Jo 2016 konstatēja, ka konkurējošo grupa zinātnieku fiziķis Alipas Vaziriovou noveda pie Rockefeller University in New York konstatēts, ka cilvēki patiešām redzēt vēl vienu fotoni. Tomēr mēs redzam, ka šī pieredze var nebūt precīzi aprakstīta. Vaziriová, viņa mēģināja redzēt Photon pārrāvumi un pastāstīja žurnāls Nature ":" Tas ir tāpat kā redzēt gaismu. Tas ir gandrīz sajūta fantāzijas robežās. "

Kvantu mehānika - eksperimenti

Paredzams, ka tuvākajā nākotnē Holmes un Vaziri eksperimenti pārbaudīs, ko cilvēki uztver, kad fotoni tiek ievietoti īpašos kvantu stāvokļos. Fiziķi, piemēram, var sasaistīt vienu fotonu ar to, ko viņi sauc par superpozītu, kur vienlaicīgi ir divu dažādu vietu fotoni. Holmss un viņas kolēģi ir izstrādājuši eksperimentu, kurā ietverti divi scenāriji, lai pārbaudītu, vai cilvēki var tieši uztvert fotonu superpozīciju. Pirmajā scenārijā viens fotons vai nu nokļūst uz tīklenes kreiso pusi vai labo pusi, un viens varētu pamanīt, uz kuru tīklenes pusi novērots fotons. Otrajā scenārijā būtu jānovieto fotonu kvantu superpozīcijas, kas ļautu viņam veikt šķietami neiespējamo - tajā pašā laikā, lai lidot uz kreisās un labās puses uz acs tīklenē.

Vai kāds varētu atrast gaismu abās retina pusēs? Vai arī fotonu mijiedarbība acī var izraisīt superposmu sabrukumu? Ja tā, vai tas būtu tikpat bieži pa labi kā kreisajā pusē, kā teorija iesaka?

Rebecca Holmes saka:

"Pamatojoties uz standarta kvantu mehānika, fotonu ar superpozīcijas iespējams izskatījās citādi nekā patiesībā nejauši izstaro fotonu pa kreisi vai pa labi."

Ja izrādās, ka daži dalībnieki eksperimentā faktiski uztvēra fotonu abās vietās, tajā pašā laikā, tas nozīmē, ka cilvēks pats bija kvantu stāvoklī?

Rebecca Holmes piebilst:

"Var teikt, ka novērotājs bija tikai viens kvantu superpozītā nedaudz niecīgā laikā, bet neviens tā vēl nav mēģinājis, tāpēc mēs īsti nezinām. Tieši tāpēc mēs varam veikt šādu eksperimentu. "

Jūs uztverat savu ceļu

Tagad ejam atpakaļ uz kafijas tasi. Jūs jūtat krūzi kā cietu materiāla daļu, stingri saskaroties ar rokas roku. Bet tas ir tikai ilūzija. Mēs nekad neko neko neieskaramies, vismaz ne par diviem cietajiem materiāla punktiem, kas pieskaras. Vairāk nekā 99,9999999999 procenti no atoma sastāv no tukšas vietas, ar gandrīz visu masu centrā kodols.

Kvantu mehānika (© Jay Smith)

Kad tu turi ar rokām krūzi, šķiet, ka viņa spēks rodas no krūzītē un rokā esošo elektronu pretestības. Elektroniem pašiem nav tilpuma vispār, tie ir tikai šķietami nulles izmēri negatīva elektriskā lādiņa laukam, kas aptukšo atomus un molekulas, piemēram, mākoņu. Kvantu mehānikas likumi attiecas tikai uz noteiktiem enerģijas līmeņiem ap atomiem un molekulām. Kad roka grabs kausu, tas spiež elektronus no viena līmeņa uz otru, un tas prasa muskuļu enerģiju, ko smadzenes interpretē kā pretestību, pieskaroties kaut ko cietu.

Mūsu sajūta par pieskārienu ir balstīta uz ārkārtīgi sarežģītu mijiedarbību starp elektroniem, kas atrodas ap mūsu ķermeņa molekulām, un to objektu molekulas, kuras mēs pieskaramies. No šīs informācijas mūsu smadzenes rada ilūziju, ka mums ir ciets ķermenis, kas pārvietojas pa pasauli, kurā ir citi cietie objekti. Kontakts ar viņiem nedod precīzu realitātes izjūtu. Iespējams, ka neviens no mūsu uzskatiem neatbilst tam, kas patiesībā notiek. Kalifornijas universitātes Irvinas kognitīvais neirologs Donalds Hofmans uzskata, ka mūsu maņas un smadzenes ir attīstījušās, lai aizklātu realitātes patieso būtību, nevis to atklātu.

"Mana ideja ir tāda, ka fakts, neatkarīgi no tā, ir pārāk sarežģīts, un tā apstrādā pārāk daudz laika un enerģijas".

Pasaules tēlu salīdzinājums smadzenēs ar grafisko interfeisu datorā

Hoffman salīdzina pasaules uzbūves tēlu mūsu smadzenēs ar grafisko interfeisu datora ekrānā. Visas krāsains ikonas uz ekrāna, piemēram, grozu, peles rādītāju un failu mapes, nekāda sakara ar to, kas patiesībā notiek iekšā datoru. Tie ir tikai abstrakcijas, vienkāršojumi, kas ļauj mums sazināties ar sarežģītu elektroniku.

Saskaņā ar Hoffman viedokli par evolūcijas ir mainījusies mūsu smadzenes, lai darbotos kā grafisko interfeisu, kas nav atveido uzticīgi pasaule pilnībā. Evolūcija neatbalsta precīzas uztveres attīstību, tas izmanto tikai to, kas ļauj izdzīvot.

Kā Hoffman saka:

"Forma dominē realitātē."

Hoffmans un viņa pēcdiploma studenti pēdējos gados testē simtiem tūkstošu datoru modeļu, lai pārbaudītu savas idejas mākslīgās dzīves formas simulācijās, apstrīdot ierobežotos resursus. Jebkurā gadījumā organisms tiek ieprogrammēts, lai dotu priekšroku fiziskajai sagatavotībai, ja reāli nav tādi paši kā tie, kas veikti precīzai uztverei.

Piemēram, ja viens organisms konstruēta, lai precīzi uztvert, piemēram, kopējo summu esošā ūdens vidē, un nokļūst organismā, kas ir pielāgota sajust kaut ko vienkāršāku, piem optimālo ūdens daudzumu, kas nepieciešama, lai paliktu dzīvs. Lai gan viens organisms varētu radīt precīzāku realitātes formu, šis īpašums nepalielina tā izdzīvošanas spēju. Hoffmana pētījums noveda pie ievērojama secinājuma:

"Ciktāl mēs esam pielāgoti, lai uzturētu dzīvību, mēs netiksim pieskaņoti realitātei. Mēs to nevaram izdarīt. "

Kvantu teorija

Viņa domas piekrītu, ko daži fiziķi uzskatīta par centrālo ideju kvantu teorija - uztvere realitāti nav pilnīgi objektīvs, mēs nevaram atdalīt no pasaules, ko mēs ievērot.

Hoffman pilnībā apskata šo skatu:

"Kosmoss ir tikai datu struktūra, un fiziskie objekti paši par sevi ir datu struktūras, kuras mēs izveidojam lidojumā. Kad skatos uz kalnu, es izveidoju šo datu struktūru. Tad es meklēt citur un pārtraukt šo datu struktūru, jo vairs to vairs nevajag. "

Kā rāda Hofmana darbs, mēs vēl neesam apsvēruši kvantu teorijas pilnu nozīmi un to, ko tā saka par realitātes būtību. Lielāko savas dzīves daļu Planks pats centās izprast teoriju, kurai palīdzēja radīt, un vienmēr ticēja objektīvai Visuma uztverei, kas pastāvēja neatkarīgi no mums.

Viņš kādreiz rakstīja par to, kāpēc viņš nolēma veltīt sevi fizikai, pret viņa skolotāja padomu:

"Ārējā pasaule ir kaut kas neatkarīgs no cilvēka, tas ir kaut kas absolūts, un to, ka tiek meklēti likumi, kas attiecas uz šo, man šķiet, ir vislielākā zinātniskā dzīves pieredze."

Varbūt tas prasīs vēl vienu gadsimtu, pirms vēl viena fiziskā revolūcija pierāda, vai viņš bija pareizi vai nepareizi, tāpat kā viņa profesors Philip von Jolly.