Złote jesienne liście drzew świeciły jasno. Promienie wieczornego słońca dotknęły przerzedzonych blatów. Światło przebiło się przez gałęzie i wystawiło spektakl z dziwacznymi postaciami migoczącymi na ścianie uniwersyteckiej „kapterki”.
Zamyślone spojrzenie sir Hamiltona powoli przesunęło się, obserwując grę światłocienia. W głowie irlandzkiego matematyka istniał prawdziwy tygiel myśli, pomysłów i wniosków. Doskonale zdawał sobie sprawę, że wyjaśnienie wielu zjawisk za pomocą mechaniki Newtona jest jak gra cieni na ścianie, zwodniczo przeplatająca się figury i pozostawiająca wiele pytań bez odpowiedzi. „Może to fala… a może to strumień cząstek” – zastanawiał się naukowiec – „albo światło jest przejawem obu zjawisk. Jak postacie utkane z cienia i światła.”
Początek fizyki kwantowej
Ciekawe jest obserwowanie wspaniałych ludzi i próba zrozumienia, jak rodzą się wspaniałe idee, które zmieniają bieg ewolucji całej ludzkości. Hamilton jest jednym z tych, którzy stali u początków fizyki kwantowej. Pięćdziesiąt lat później, na początku XX wieku, wielu naukowców zajmowało się badaniem cząstek elementarnych. Zdobyta wiedza była niespójna i niekompilowana. Jednak pierwsze niepewne kroki zostały podjęte.
Zrozumienie mikroświata na początku XX wieku
W 1901 zaprezentowano pierwszy model atomu i pokazano jego uszkodzenie z punktu widzenia zwykłej elektrodynamiki. W tym samym okresie Max Planck i Niels Bohr opublikowali wiele prac na temat natury atomu. Pomimo ich żmudnej pracy, nie udało się w pełni zrozumieć struktury atomu.
Kilka lat później, w 1905 roku, mało znany niemiecki naukowiec Albert Einstein opublikował raport na temat możliwości istnienia kwantu światła w dwóch stanach - falowym i korpuskularnym (cząstki). W jego pracy podano argumenty wyjaśniające przyczynę niepowodzenia modelu. Jednak wizja Einsteina była ograniczona przez stare rozumienie modelu atomu.
Po licznych pracach Nielsa Bohra i jego współpracowników w 1925 roku narodził się nowy kierunek - rodzaj mechaniki kwantowej. Trzydzieści lat później pojawiło się powszechne wyrażenie - „mechanika kwantowa”.
Co wiemy o kwantach i ich dziwactwach?
Dziś fizyka kwantowa zaszła wystarczająco daleko. Odkryto wiele różnych zjawisk. Ale co tak naprawdę wiemy? Odpowiedź przedstawia jeden współczesny naukowiec. „Można albo wierzyć w fizykę kwantową, albo jej nie rozumieć” – to definicja Richarda Feynmana. Pomyśl o tym sam. Wystarczy wspomnieć takie zjawisko jak splątanie kwantowe cząstek. Zjawisko to pogrążyło świat nauki w całkowitym oszołomieniu. Jeszcze więcej szokubyło to, że powstały paradoks jest niezgodny z prawami Newtona i Einsteina.
Po raz pierwszy efekt splątania kwantowego fotonów był omawiany w 1927 roku na piątym Kongresie Solvaya. Między Nielsem Bohrem i Einsteinem wybuchł gorący spór. Paradoks splątania kwantowego całkowicie zmienił rozumienie istoty świata materialnego.
Wiadomo, że wszystkie ciała składają się z cząstek elementarnych. W związku z tym wszystkie zjawiska mechaniki kwantowej znajdują odzwierciedlenie w zwykłym świecie. Niels Bohr powiedział, że jeśli nie patrzymy na księżyc, to nie istnieje. Einstein uważał to za nierozsądne i wierzył, że obiekt istnieje niezależnie od obserwatora.
Badając problemy mechaniki kwantowej, należy zrozumieć, że jej mechanizmy i prawa są ze sobą powiązane i nie są zgodne z fizyką klasyczną. Spróbujmy zrozumieć najbardziej kontrowersyjny obszar - kwantowe splątanie cząstek.
Teoria splątania kwantowego
Na początek warto zrozumieć, że fizyka kwantowa jest jak studnia bez dna, w której można znaleźć wszystko. Zjawisko splątania kwantowego na początku ubiegłego wieku badali Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck i wielu innych fizyków. W dwudziestym wieku tysiące naukowców na całym świecie aktywnie je badało i eksperymentowało.
Świat podlega surowym prawom fizyki
Skąd takie zainteresowanie paradoksami mechaniki kwantowej? Wszystko jest bardzo proste: żyjemy, przestrzegając pewnych praw świata fizycznego. Zdolność do „ominięcia” predestynacji otwiera magiczne drzwi, pozagdzie wszystko staje się możliwe. Na przykład koncepcja „Kota Schrödingera” prowadzi do kontroli materii. Możliwe stanie się również teleportowanie informacji, co powoduje splątanie kwantowe. Przekazywanie informacji stanie się natychmiastowe, niezależnie od odległości. Zagadnienie to jest nadal badane, ale ma pozytywny trend.
Analogia i zrozumienie
Jaka jest wyjątkowość splątania kwantowego, jak je rozumieć i co się z nim dzieje? Spróbujmy to rozgryźć. Będzie to wymagało pewnego eksperymentu myślowego. Wyobraź sobie, że trzymasz w rękach dwa pudełka. Każdy z nich zawiera jedną kulkę z paskiem. Teraz dajemy jedno pudełko astronaucie, a on leci na Marsa. Jak tylko otworzysz pudełko i zobaczysz, że pasek na piłce jest poziomy, to w drugim pudełku piłka automatycznie będzie miała pionowy pasek. Będzie to splątanie kwantowe wyrażone prostymi słowami: jeden obiekt z góry określa położenie drugiego.
Należy jednak rozumieć, że jest to tylko powierzchowne wyjaśnienie. Aby uzyskać splątanie kwantowe, konieczne jest, aby cząstki miały to samo pochodzenie, jak bliźniaki.
Bardzo ważne jest, aby zrozumieć, że eksperyment zostanie zakłócony, jeśli ktoś wcześniej miał okazję obejrzeć przynajmniej jeden z obiektów.
Gdzie można zastosować splątanie kwantowe?
Zasada splątania kwantowego może być wykorzystywana do przesyłania informacji na duże odległościnatychmiast. Taki wniosek jest sprzeczny z teorią względności Einsteina. Mówi, że maksymalna prędkość ruchu jest nieodłączna tylko w świetle - trzysta tysięcy kilometrów na sekundę. Ten transfer informacji umożliwia istnienie fizycznej teleportacji.
Wszystko na świecie jest informacją, łącznie z materią. Do tego wniosku doszli fizycy kwantowi. W 2008 roku na podstawie teoretycznej bazy danych można było zobaczyć gołym okiem splątanie kwantowe.
To po raz kolejny sugeruje, że jesteśmy u progu wielkich odkryć - poruszania się w przestrzeni i czasie. Czas we Wszechświecie jest dyskretny, więc natychmiastowy ruch na ogromne odległości umożliwia wejście w różne gęstości czasu (w oparciu o hipotezy Einsteina, Bohra). Być może w przyszłości stanie się to rzeczywistością, tak jak dziś telefon komórkowy.
Eterdynamika i splątanie kwantowe
Według niektórych czołowych naukowców splątanie kwantowe tłumaczy się tym, że przestrzeń jest wypełniona rodzajem eteru - czarnej materii. Każda cząstka elementarna, jak wiemy, istnieje w postaci fali i korpuskuły (cząstki). Niektórzy naukowcy uważają, że wszystkie cząstki znajdują się na „płótnie” ciemnej energii. Nie jest to łatwe do zrozumienia. Spróbujmy to rozgryźć w inny sposób - metodą asocjacyjną.
Wyobraź sobie siebie na plaży. Lekka bryza i lekka bryza. Widzisz fale? A gdzieś w oddali, w odbiciach promieni słonecznych widać żaglówkę.
Statek będzie naszą cząstką elementarną, a morze będzie eterem (ciemnymenergia). Morze może być w ruchu w postaci widocznych fal i kropel wody. W ten sam sposób wszystkie cząstki elementarne mogą być tylko morzem (jego integralną częścią) lub osobną cząsteczką - kroplą.
To jest uproszczony przykład, wszystko jest trochę bardziej skomplikowane. Cząstki bez obecności obserwatora mają postać fali i nie mają stałego położenia.
Biała żaglówka jest obiektem dystyngowanym, różni się od powierzchni i struktury wody morskiej. W ten sam sposób istnieją „szczyty” w oceanie energii, które możemy postrzegać jako przejawy znanych nam sił, które ukształtowały materialną część świata.
Mikroświat żyje według własnych praw
Zasadę splątania kwantowego można zrozumieć, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że cząstki elementarne mają postać fal. Bez określonej lokalizacji i cech obie cząstki znajdują się w oceanie energii. W momencie pojawienia się obserwatora fala „zamienia się” w obiekt dostępny w dotyku. Druga cząstka, obserwując układ równowagi, uzyskuje przeciwne własności.
Opisany artykuł nie ma na celu obszernych naukowych opisów świata kwantowego. Zdolność zwykłego człowieka do zrozumienia opiera się na dostępności zrozumienia prezentowanego materiału.
Fizyka cząstek bada splątanie stanów kwantowych w oparciu o spin (rotację) cząstki elementarnej.
Język naukowy (uproszczony) - splątanie kwantowe jest definiowane przez różne spiny. WW trakcie obserwacji obiektów naukowcy zauważyli, że mogą istnieć tylko dwa spiny - wzdłuż i w poprzek. Co dziwne, w innych pozycjach cząstki nie „pozują” obserwatorowi.
Nowa hipoteza - nowe spojrzenie na świat
Badanie mikrokosmosu - przestrzeni cząstek elementarnych - dało początek wielu hipotezom i przypuszczeniom. Efekt splątania kwantowego skłonił naukowców do zastanowienia się nad istnieniem pewnego rodzaju mikrosieci kwantowej. Ich zdaniem w każdym węźle - punkcie przecięcia - znajduje się kwant. Cała energia jest integralną siecią, a manifestacja i ruch cząstek jest możliwy tylko przez węzły sieci.
Wielkość "okna" takiej kraty jest dosyć mała, a pomiar na nowoczesnych urządzeniach jest niemożliwy. Aby jednak potwierdzić lub obalić tę hipotezę, naukowcy postanowili zbadać ruch fotonów w przestrzennej sieci kwantowej. Najważniejsze jest to, że foton może poruszać się prosto lub zygzakiem - po przekątnej siatki. W drugim przypadku, po pokonaniu większej odległości, wyda więcej energii. W związku z tym będzie się różnił od fotonu poruszającego się po linii prostej.
Być może z czasem dowiemy się, że żyjemy w przestrzennej sieci kwantowej. Albo to założenie może być błędne. Jednak to zasada splątania kwantowego wskazuje na możliwość istnienia sieci.
W prostych słowach, w hipotetycznym przestrzennym „sześcianie” definicja jednej twarzy ma wyraźnie przeciwne znaczenie drugiej. To jest zasada zachowania struktury przestrzeni -czas.
Epilog
Aby zrozumieć magiczny i tajemniczy świat fizyki kwantowej, warto przyjrzeć się bliżej przebiegowi nauki na przestrzeni ostatnich pięciuset lat. Kiedyś Ziemia była płaska, a nie kulista. Powód jest oczywisty: jeśli przyjmiesz jego kształt jako okrągły, wtedy woda i ludzie nie będą w stanie się oprzeć.
Jak widać, problem istniał przy braku pełnej wizji wszystkich działających sił. Możliwe, że współczesnej nauce brakuje wizji wszystkich działających sił, aby zrozumieć fizykę kwantową. Luki wzrokowe rodzą system sprzeczności i paradoksów. Być może magiczny świat mechaniki kwantowej zawiera odpowiedzi na te pytania.
