Pinapayagan ka ng mekanika ng kuwantum na makita mo, pakiramdam at hawakan ang mga particle (bahagi 2)

29484x 22. 11. 2018

Bumalik tayo sa kung ano ang mechanics ng quantum at kung paano natin ito magagamit.

Invisible view

Okay, kaya pakiramdam mo ang kape, halos gising ka. Ang iyong mga mata ay handa na para sa araw-araw na routine, blink at ipaalam sa isang maliit na liwanag na nagmumula sa. Kapag sa tingin mo tungkol dito, kaya particle ng liwanag ng pagpasok ng mukha at sa inyong mga mata, nabuo milyon-milyong mga taon na ang nakakaraan sa gitna ng araw, sa isang pagkakataon kapag ang aming mga ninuno ay nagsimulang gumamit ng apoy. Ang araw ay hindi hindi magpadala ng mga particle na tinatawag photons, kung sila ay hindi kinakailangan para sa parehong phenomenon na maaaring maging batayan ng ating pang-amoy, na ang kabuuan tunneling.

Tungkol sa 150 milyong kilometro naghihiwalay ng Araw at Earth, ang mga photons tumatagal lamang ng walong minuto upang pagtagumpayan ito distansya. Karamihan sa kanilang mga paglalakbay ay nagaganap sa loob ng araw, kung saan ang isang tipikal na poton ay gumugol ng milyun-milyong taon na nagsisikap na makatakas. mass ay pagkatapos ay nag-iingat sa gitna ng aming mga bituin, kung saan ang hydrogen ay tungkol sa 13 beses mas siksik kaysa sa lead, at photons maaaring maglakbay lamang kaliit kumpara bahagi ng isang segundo bago hinihigop ions hydrogen, na pagkatapos ay apoy ng isang poton upang maglakbay mula sa araw, atbp .. Pagkatapos ng bilyong ang mga naturang pakikipag-ugnayan sa wakas ay lumitaw ang isang poton sa ibabaw ng Araw na nagniningning sa milyun-milyong taon.

Quantum Mechanics (© Jay Smith)

Ang mga photon ay hindi kailanman babangon, at ang araw ay hindi lumiwanag kung ang quantum tunneling ay hindi. Ang araw at lahat ng iba pang mga bituin ay lumilikha ng liwanag sa pamamagitan ng nuclear fusion, paglabag sa mga ions ng hydrogen, at paggawa ng helium sa pamamagitan ng isang proseso na naglalabas ng enerhiya. Sa bawat segundo, ang araw ay nag-convert sa tungkol sa 4 ng milyun-milyong tonelada ng masa. Tanging ang mga ions ng hydrogen, tulad ng mga nag-iisang proton, ay may positibong singil sa kuryente at nagpapahina sa bawat isa. Kaya paano sila magkakasama?
Kapag tunneling quantum wave likas na katangian ng protons ay nagbibigay-daan sa madaling minsan nago-overlap tulad ng mga alon na dumating nang magkasama sa ibabaw ng pond. Iyon overlap proton waves ibinibigay sapat na malapit upang ang mga karagdagang puwersa tulad ng isang malakas na puwersang nuklear na gumaganap lamang sa napakaliit na distansya, maaari itong pagtagumpayan ang mga de-koryenteng pagtanggi ng particle. Protons ay pagkatapos ay gumuho, ilalabas ang isang poton.

Ang aming mga mata ay masyadong sensitibo sa mga photon

Ang aming mga mata ay lumaki upang maging napaka-sensitibo sa mga photons. Ipinakita ng ilang kamakailang mga eksperimento na maaari pa rin nating makita ang mga indibidwal na photon, na nagbibigay ng isang kagiliw-giliw na pagpipilian: maaari bang makita ng mga tao ang ilang mga espesyal na kaso ng mekanika ng quantum? Nangangahulugan ba iyon na ang isang tao, tulad ng photon o isang elektron o kapus-palad na pusa ng Schrödinger, ay patay at buhay sa parehong oras kung siya ay nakikibahagi nang direkta sa kabuuan ng mundo? Paano magiging ganito ang ganitong karanasan?

Ang mata ng tao

"Hindi namin alam kung dahil na sinubukan," sabi ni Rebecca Holmes, pisisista sa Los Alamos National Laboratory sa New Mexico. Tatlong taon na ang nakaraan, siya ay nagtapos mula sa University of Illinois sa Urbana-Champaign, Holmes ay bahagi ng isang team na humantong sa pamamagitan ng Paul kwiat, na kung saan ay nagpakita na ang mga tao ay maaaring tuklasin ang maikling flashes ng liwanag, na binubuo ng tatlong photons. Sa 2016 natagpuan na nakikipagkumpitensya grupo ng mga siyentipiko na humantong sa pamamagitan ng pisisista Alipas Vaziriovou sa Rockefeller University sa New York natagpuan na ang mga tao talagang makita ang kahit single photons. Gayunman, nakikita natin na ang karanasang iyon ay hindi maaaring tumpak na inilarawan. Vaziriová, siya tried upang makita photon pagsabog at sinabi sa magazine Nature ': "Ito ay tulad ng nakikita ang liwanag. Ito ay halos isang pakiramdam sa threshold ng pantasya. "

Mga mekanika ng kuwantum - mga eksperimento

Sa malapit na hinaharap, inaasahang susubukan ng mga eksperimento ni Holmes at Vaziri kung ano ang nakikita ng mga tao kapag ang mga photon ay inilagay sa mga espesyal na estado ng kabuuan. Ang mga physicist ay maaaring, halimbawa, mag-link ng isang poton sa tinatawag nilang superposition, kung saan may mga photon sa parehong oras sa dalawang magkakaibang lokasyon. Dinaluhan ni Holmes at ng kanyang mga kasamahan ang isang eksperimento na kinasasangkutan ng dalawang sitwasyon upang masuri kung ang mga tao ay maaaring direktang mapaghulo ang superposisyon ng mga photon. Sa unang sitwasyon, ang isang photon ay ibinigay alinman sa kaliwa o sa kanang bahagi ng mga tao retina, at isa na nakapansin na bahagi ng retina nadama poton. Sa ikalawang kalagayan ay inilagay poton sa isang kabuuan superposisyon, na kung saan ay magpapahintulot sa kanya upang gawin ang tila imposible - sa parehong oras upang lumipad sa kaliwa at kanang panig ng retina ng mata.

Makakakita ba ng liwanag sa magkabilang panig ng retina? O kaya ay ang interaksyon ng poton sa mata ang sanhi ng pagbagsak? Kung gayon, magiging madalas ba ito sa kanan gaya ng sa kaliwa, gaya ng ipinahihiwatig ng teorya?

Sinabi ni Rebecca Holmes:

"Batay sa karaniwang mekanika ng quantum, ang superposition poton ay malamang na hindi magkakaiba kaysa sa aktwal na ipinadadala ng poton sa kaliwa o kanan."

Kung ito ay lumabas na ang ilan sa mga kalahok sa eksperimento ay tunay na pinaghihinalaang ang poton sa parehong mga site sa parehong oras, ang ibig sabihin nito na ang tao mismo ay nasa isang kabuuan ng estado?

Rebecca Holmes nagdadagdag:

"Maaaring sabihin na ang tagamasid ay nag-iisa sa isang quantum superposition sa isang maikling panahon, ngunit walang sinuman ang sinubukan pa, kaya hindi namin talaga alam. Kaya nga magagawa natin ang gayong eksperimento. "

Nakikita mo ang iyong sariling paraan

Ngayon, bumalik tayo sa tasa ng kape. Pakiramdam mo ang tabo bilang isang matibay na piraso ng materyal, matatag na nakikipag-ugnay sa balat ng iyong kamay. Ngunit ito ay isang ilusyon lamang. Hindi namin hinawakan ang anumang bagay, hindi bababa sa diwa ng dalawang matibay na piraso ng bagay na hinawakan. Higit sa 99,9999999999 porsyento ng isang atom ay binubuo ng isang walang laman na espasyo, na may halos lahat ng masa na nakasentro sa core.

Quantum Mechanics (© Jay Smith)

Kapag hawak mo ang isang tasa gamit ang iyong mga kamay, tila ang kanyang ang lakas ay nanggagaling sa paglaban ng mga electron sa tasa at sa kamay. Ang mga electron mismo ay walang lakas ng tunog sa lahat, ang mga ito ay lamang ang maliwanag zero sukat ng negatibong patlang ng singil ng kuryente na nakapaligid sa atoms at molecules tulad ng isang ulap. Ang mga batas ng mekanika ng quantum ay limitado sa mga tiyak na antas ng enerhiya sa paligid ng mga atomo at molecule. Bilang ng kamay grasps ang tasa tinutulak electron mula sa isang antas sa ibang, at ito ay nangangailangan ng enerhiya muscles na ang utak binibigyang-kahulugan bilang pagtutol kapag paghawak ng isang bagay na solid.

Ang aming pakiramdam ng pag-ugnay ay batay sa isang sobrang komplikadong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga electron sa paligid ng aming mga molecule ng katawan at ang mga molecule ng mga bagay na hinahawakan namin. Mula sa impormasyong ito, ang ating utak ay lumilikha ng ilusyon na mayroon tayong solidong katawan na gumagalaw sa buong mundo na puno ng iba pang mga solidong bagay. Ang paghawak sa mga ito ay hindi nagbibigay sa amin ng isang tunay na kahulugan ng katotohanan. Upang maging na wala sa aming pang-unawa ay hindi tumutugma sa kung ano ang tunay na nangyayari. Donald Hoffman, isang nagbibigay-malay neuroscientist sa University of California Irvine naniniwala ang aming mga pandama at utak ay may nagbago upang itago ang tunay na likas na katangian ng katotohanan, hindi upang ibunyag ito.

"Ang aking ideya ay ang katotohanang ito, kahit anong ito, ay masyadong kumplikado, at nangangailangan ng napakaraming oras at lakas upang iproseso ito."

Paghahambing ng imahe ng mundo sa utak na may graphical na interface sa computer

Inihahambing ni Hoffman ang imahe ng pagtatayo ng mundo sa ating utak gamit ang graphical interface sa screen ng computer. Ang lahat ng mga icon ng kulay sa screen, tulad ng basket, mouse pointer, at folder ng file, ay walang kaugnayan sa kung ano talaga ang nangyayari sa loob ng computer. Ang mga ito ay mga abstraksiyon lamang, mga pagpapadali na nagpapahintulot sa amin na makipag-usap sa kumplikadong electronics.

Ayon sa pananaw ni Hoffman, nagbago ang ebolusyon ng aming utak upang gumana tulad ng isang graphical na interface na hindi makagawa ng mundo medyo matapat. Hindi sinusuportahan ng ebolusyon ang pagpapaunlad ng tumpak na pang-unawa, ginagamit lamang nito kung ano ang nagbibigay-daan para sa kaligtasan.

Bilang sabi ni Hoffman:

"Ang form ay nagmumula sa katotohanan."

Hoffman at ang kanyang mga graduate mag-aaral sa mga nakaraang taon Sinubukan daan-daang libo ng mga modelo ng computer upang masubukan ang kanilang mga ideya sa mga simulation ng artipisyal na buhay form sa pakikipagkumpitensya para sa limitadong resources. Sa anumang kaso, ang mga organismo ay na-program upang bigyan ng kagustuhan sa pisikal na fitness, kapag ang mga katotohanan ay hindi katulad ng mga na ginawa para sa tumpak na pang-unawa.

Halimbawa, kung ang isa organismo constructed upang tumpak na maramdaman, halimbawa, ang kabuuang halaga ng tubig naroroon sa kapaligiran, at nagpapatakbo sa isang organismo na kung saan ay nakatutok sa pang-unawa ng isang bagay na mas simple, hal ang pinakamainam na halaga ng tubig na kailangan upang manatiling buhay. Kaya habang ang isang organismo ay maaaring lumikha ng isang mas tumpak na anyo ng katotohanan, ang ari-arian na ito ay hindi nagtataas ng kakayahan sa kaligtasan ng buhay nito. Ang pag-aaral ni Hoffman ay humantong sa kanya sa isang kahanga-hangang konklusyon:

"Hangga't tayo ay nakatutok upang mapanatili ang buhay, hindi tayo magkakaugnay sa katotohanan. Hindi namin magawa ito. "

Quantum theory

Ang kanyang mga saloobin sumasang-ayon sa kung ano ang ilang mga pisiko itinuturing na ang pangunahing ideya ng quantum theory - ang pang-unawa ng katotohanan ay hindi ganap na maging obhektibo, hindi namin maaaring paghiwalayin mula sa mundo, na kung saan obserbahan namin.

Lubos na tinitingnan ni Hoffman ang pananaw na ito:

"Space ay lamang ng isang istraktura ng data, at pisikal na bagay ay sa kanilang sarili ang mga istraktura ng data na nilikha namin sa flight. Kapag tumingin ako sa isang burol, nililikha ko ang istraktura ng data na ito. Pagkatapos ay tumingin ako sa ibang lugar at sinira ang istraktura ng data na ito dahil hindi ko na kailangan ito. "

Tulad ng ipinakita ng trabaho ni Hoffman, hindi pa natin nakikitungo ang buong kahalagahan ng teorya ng kabuuan at kung ano ang sinasabi niya tungkol sa likas na katangian ng katotohanan. Planck sa kanyang sarili, para sa karamihan ng kanyang buhay, ay hinahangad na maunawaan ang teorya na siya ay nakatulong upang lumikha at palaging naniniwala sa mga layunin ng pang-unawa ng uniberso na umiiral nang malaya sa atin.

Minsan ay sumulat siya tungkol sa kung bakit siya ay nagpasya na italaga ang kanyang sarili sa pisika, laban sa payo ng kanyang guro:

"Ang labas ng mundo ay isang bagay na independiyenteng ng tao, ito ay isang bagay na ganap at search batas na nauukol sa ito ganap na, ito tila sa akin bilang ang pinaka-kahanga-hanga pang-agham na karanasan ng buhay."

Marahil ay magkakaroon ng isa pang siglo bago ang isa pang rebolusyon sa physics nagpapatunay kung siya ay tama o mali, tulad ng kanyang propesor Philip von Jolly.

Quantum mechanics

Higit pang mga bahagi mula sa serye

Ang mga komento sa 2 sa "Pinapayagan ka ng mekanika ng kuwantum na makita mo, pakiramdam at hawakan ang mga particle (bahagi 2)"

Mag-iwan ng Sagot