Fizyka klasyczna, która istniała przed wynalezieniem mechaniki kwantowej, opisuje naturę w zwykłej (makroskopowej) skali. Większość teorii w fizyce klasycznej można wyprowadzić jako przybliżenia operujące na skalach, do których jesteśmy przyzwyczajeni. Fizyka kwantowa (to również mechanika kwantowa) różni się od nauki klasycznej tym, że energia, pęd, moment pędu i inne wielkości sprzężonego układu są ograniczone do wartości dyskretnych (kwantyzacja). Przedmioty mają szczególne cechy zarówno w postaci cząstek, jak i fal (dualność cząstek falowych). Również w tej nauce istnieją granice dokładności, z jaką można mierzyć wielkości (zasada nieoznaczoności).
Można powiedzieć, że po pojawieniu się fizyki kwantowej w naukach ścisłych nastąpiła swoista rewolucja, która umożliwiła ponowne rozważenie i przeanalizowanie wszystkich starych praw, które wcześniej uważano za prawdy niepodważalne. Czy to dobrze, czy źle? Być może dobrze, ponieważ prawdziwa nauka nigdy nie powinna stać w miejscu.
Jednak „rewolucja kwantowa” stała sięrodzaj ciosu dla fizyków starej szkoły, którzy musieli pogodzić się z faktem, że to, w co wcześniej wierzyli, okazało się tylko zestawem błędnych i archaicznych teorii, wymagających pilnej rewizji i adaptacji do nowej rzeczywistości. Większość fizyków entuzjastycznie zaakceptowała te nowe idee dotyczące znanej nauki, przyczyniając się do jej badania, rozwoju i wdrażania. Dzisiaj fizyka kwantowa nadaje dynamikę całej nauce jako całości. To dzięki niej powstały nowatorskie projekty eksperymentalne (m.in. Wielki Zderzacz Hadronów).
Otwarcie
Co można powiedzieć o podstawach fizyki kwantowej? Stopniowo wyłonił się z różnych teorii mających na celu wyjaśnienie zjawisk, których nie można było pogodzić z fizyką klasyczną, takich jak rozwiązanie Maxa Plancka z 1900 r. i jego podejście do problemu promieniowania wielu problemów naukowych oraz związek między energią i częstotliwością w artykule z 1905 r. Alberta Einsteina, który wyjaśniał efekty fotoelektryczne. Wczesna teoria fizyki kwantowej została gruntownie zrewidowana w połowie lat dwudziestych przez Erwina Schrödingera, Wernera Heisenberga, Maxa Borna i innych. Współczesna teoria jest sformułowana w różnych specjalnie opracowanych koncepcjach matematycznych. W jednym z nich funkcja arytmetyczna (lub funkcja falowa) dostarcza nam wyczerpujących informacji o amplitudzie prawdopodobieństwa lokalizacji impulsu.
Podstawy fizyki kwantowej dla manekinów
Naukowe badanie faliIstota światła zaczęła się ponad 200 lat temu, kiedy wielcy i uznani naukowcy tamtych czasów zaproponowali, rozwinęli i udowodnili teorię światła w oparciu o własne obserwacje eksperymentalne. Nazywali to falą.
W 1803 roku słynny angielski naukowiec Thomas Young przeprowadził swój słynny podwójny eksperyment, w wyniku którego napisał słynną pracę „O naturze światła i koloru”, która odegrała ogromną rolę w kształtowaniu współczesnych idei te znajome zjawiska. Ten eksperyment odegrał główną rolę w ogólnej akceptacji tej teorii.
Takie eksperymenty są często opisywane w różnych książkach, na przykład „Podstawy fizyki kwantowej dla manekinów”. Współczesne eksperymenty z przyspieszaniem cząstek elementarnych, na przykład poszukiwanie bozonu Higgsa w Wielkim Zderzaczu Hadronów (w skrócie LHC) przeprowadzane są właśnie po to, aby znaleźć praktyczne potwierdzenie wielu czysto teoretycznych teorii kwantowych.
Historia
W 1838 roku Michael Faraday, ku uciesze całego świata, odkrył promienie katodowe. Po tych sensacyjnych badaniach nastąpiło stwierdzenie Gustava Kirchhoffa o problemie promieniowania, tzw. „ciała czarnego” (1859), a także słynne założenie Ludwiga Boltzmanna, że stany energetyczne dowolnego układu fizycznego mogą również być dyskretnym (1877). Później pojawiła się hipoteza kwantowa opracowana przez Maxa Plancka (1900). Jest uważany za jeden z fundamentów fizyki kwantowej. Odważna hipoteza Plancka, że energia może być zarówno emitowana, jak i absorbowana w dyskretnych „kwantach”(lub pakiety energii) dokładnie odpowiadają obserwowanym wzorom promieniowania ciała doskonale czarnego.
Słynny na całym świecie Albert Einstein wniósł wielki wkład w fizykę kwantową. Pod wrażeniem teorii kwantowych opracował własną. Ogólna teoria względności - tak się nazywa. Odkrycia w fizyce kwantowej wpłynęły również na rozwój szczególnej teorii względności. Wielu naukowców w pierwszej połowie ubiegłego wieku zaczęło studiować tę naukę za sugestią Einsteina. Była wtedy w czołówce, wszyscy ją lubili, wszyscy się nią interesowali. Nic dziwnego, ponieważ zamknęła tak wiele "dziur" w klasycznej nauce fizycznej (jednak stworzyła też nowe), przedstawiła naukowe uzasadnienie dla podróży w czasie, telekinezy, telepatii i światów równoległych.
Rola obserwatora
Każde zdarzenie lub stan zależy bezpośrednio od obserwatora. Zazwyczaj tak pokrótce wyjaśnia się podstawy fizyki kwantowej ludziom, którzy są dalecy od nauk ścisłych. Jednak rzeczywistość jest znacznie bardziej skomplikowana.
To doskonale pasuje do wielu tradycji okultystycznych i religijnych, które od wieków kładą nacisk na zdolność ludzi do wpływania na wydarzenia wokół nich. W pewnym sensie jest to również podstawa naukowego wyjaśnienia percepcji pozazmysłowej, ponieważ obecnie stwierdzenie, że osoba (obserwator) jest w stanie wpływać na zdarzenia fizyczne siłą myśli, nie wydaje się absurdalne.
Każdy stan własny obserwowanego zdarzenia lub obiektu odpowiadawektor własny obserwatora. Jeśli widmo operatora (obserwatora) jest dyskretne, obserwowany obiekt może osiągnąć tylko dyskretne wartości własne. Oznacza to, że przedmiot obserwacji, a także jego cechy, są całkowicie określone przez ten właśnie operator.
Podstawy fizyki kwantowej w złożonych słowach
W przeciwieństwie do konwencjonalnej mechaniki klasycznej (lub fizyki), nie można jednocześnie przewidywać zmiennych sprzężonych, takich jak położenie i pęd. Na przykład elektrony mogą (z pewnym prawdopodobieństwem) znajdować się w przybliżeniu w określonym obszarze przestrzeni, ale ich matematycznie dokładna pozycja jest w rzeczywistości nieznana.
Kontury o stałej gęstości prawdopodobieństwa, często nazywane „chmurami”, można narysować wokół jądra atomu, aby określić, gdzie najprawdopodobniej znajduje się elektron. Zasada nieoznaczoności Heisenberga dowodzi niezdolności do dokładnego zlokalizowania cząstki, biorąc pod uwagę jej sprzężony pęd. Niektóre modele w tej teorii mają czysto abstrakcyjny charakter obliczeniowy i nie implikują wartości stosowanej. Jednak są one często używane do obliczania złożonych interakcji na poziomie cząstek subatomowych i innych subtelnych materii. Ponadto ta gałąź fizyki pozwoliła naukowcom założyć możliwość realnego istnienia wielu światów. Być może wkrótce będziemy mogli je zobaczyć.
Funkcje falowe
Prawa fizyki kwantowej są bardzo obszerne i zróżnicowane. Przecinają się zpojęcie funkcji falowych. Niektóre specjalne funkcje falowe powodują rozpiętość prawdopodobieństw, która jest z natury stała lub niezależna od czasu, na przykład, gdy w stacjonarnym stanie energii, czas wydaje się zanikać w odniesieniu do funkcji falowej. To jeden z efektów fizyki kwantowej, która ma dla niej fundamentalne znaczenie. Ciekawostką jest to, że w tej niezwykłej nauce zjawisko czasu zostało radykalnie zrewidowane.
Teoria perturbacji
Jednak istnieje kilka niezawodnych sposobów opracowywania rozwiązań potrzebnych do pracy ze wzorami i teoriami w fizyce kwantowej. Jedna z takich metod, powszechnie znana jako „teoria perturbacji”, wykorzystuje wynik analityczny dla elementarnego modelu mechaniki kwantowej. Został stworzony, aby uzyskać wyniki z eksperymentów w celu opracowania jeszcze bardziej złożonego modelu, który jest powiązany z prostszym modelem. Tak wygląda rekurencja.
Takie podejście jest szczególnie ważne w teorii chaosu kwantowego, która jest niezwykle popularna przy interpretacji różnych zdarzeń w mikroskopijnej rzeczywistości.
Zasady i prawa
Zasady mechaniki kwantowej są fundamentalne. Twierdzą, że przestrzeń wdrażania systemu jest absolutnie fundamentalna (ma iloczyn skalarny). Innym stwierdzeniem jest to, że efekty obserwowane przez ten system są jednocześnie osobliwymi operatorami, które wpływają na wektory w tym właśnie ośrodku. Jednak nie mówią nam, w której przestrzeni Hilberta ani w jakich operatorach istniejąten moment. Można je odpowiednio dobrać, aby uzyskać ilościowy opis układu kwantowego.
Znaczenie i wpływ
Od samego początku tej niezwykłej nauki wiele antyintuicyjnych aspektów i wyników badań mechaniki kwantowej wywoływało głośne debaty filozoficzne i wiele interpretacji. Nawet fundamentalne pytania, takie jak zasady obliczania różnych amplitud i rozkładów prawdopodobieństwa, zasługują na szacunek opinii publicznej i wielu czołowych naukowców.
Richard Feynman, na przykład, zauważył kiedyś ze smutkiem, że wcale nie jest pewien, czy którykolwiek z naukowców w ogóle rozumiał mechanikę kwantową. Według Stevena Weinberga w tej chwili nie ma jednej interpretacji mechaniki kwantowej, która pasowałaby do wszystkich. Sugeruje to, że naukowcy stworzyli "potwora", aby w pełni zrozumieć i wyjaśnić istnienie którego sami nie są w stanie. Jednak w żaden sposób nie szkodzi to znaczeniu i popularności tej nauki, ale przyciąga młodych profesjonalistów, którzy chcą rozwiązywać naprawdę złożone i niezrozumiałe problemy.
Poza tym mechanika kwantowa wymusiła całkowitą rewizję obiektywnych praw fizycznych Wszechświata, co jest dobrą wiadomością.
Interpretacja kopenhaska
Według tej interpretacji, standardowa definicja przyczynowości znana nam z fizyki klasycznej nie jest już potrzebna. Zgodnie z teoriami kwantowymi przyczynowość w zwykłym dla nas sensie w ogóle nie istnieje. Wszystkie zjawiska fizyczne w nich wyjaśnione są z punktu widzenia interakcji najmniejszych elementarnychcząstki na poziomie subatomowym. Ten obszar, mimo pozornego nieprawdopodobieństwa, jest niezwykle obiecujący.
Psychologia kwantowa
Co można powiedzieć o związku między fizyką kwantową a ludzką świadomością? Jest to pięknie napisane w książce napisanej przez Roberta Antona Wilsona w 1990 roku zatytułowanej Psychologia kwantowa.
Zgodnie z teorią przedstawioną w książce, wszystkie procesy zachodzące w naszym mózgu wynikają z praw opisanych w tym artykule. To znaczy, jest to swego rodzaju próba dostosowania teorii fizyki kwantowej do psychologii. Ta teoria jest uważana za paranaukową i nie jest uznawana przez społeczność akademicką.
Książka Wilsona wyróżnia się tym, że dostarcza w niej zestaw różnych technik i praktyk, które mniej lub bardziej potwierdzają jego hipotezę. Tak czy inaczej, czytelnik musi sam zdecydować, czy wierzy w wykonalność takich prób zastosowania modeli matematycznych i fizycznych w naukach humanistycznych.
Książka Wilsona była postrzegana przez niektórych jako próba usprawiedliwienia mistycznego myślenia i powiązania go z naukowo udowodnionymi, nowomodnymi sformułowaniami fizycznymi. Ta bardzo nietrywialna i uderzająca praca jest poszukiwana od ponad 100 lat. Książka jest publikowana, tłumaczona i czytana na całym świecie. Kto wie, być może wraz z rozwojem mechaniki kwantowej zmieni się również stosunek społeczności naukowej do psychologii kwantowej.
Wniosek
Dzięki tej niezwykłej teorii, która wkrótce stała się odrębną nauką, mogliśmy badać środowiskorzeczywistość na poziomie cząstek subatomowych. To najmniejszy poziom ze wszystkich możliwych, całkowicie niedostępny dla naszej percepcji. To, co wcześniej fizycy wiedzieli o naszym świecie, wymaga pilnej rewizji. Absolutnie wszyscy się z tym zgadzają. Stało się oczywiste, że różne cząstki mogą oddziaływać ze sobą w zupełnie niewyobrażalnych odległościach, które możemy zmierzyć jedynie za pomocą skomplikowanych wzorów matematycznych.
Co więcej, mechanika kwantowa (i fizyka kwantowa) dowiodła możliwości istnienia wielu równoległych rzeczywistości, podróży w czasie i innych rzeczy, które w historii były uważane jedynie za materiał science fiction. To niewątpliwie ogromny wkład nie tylko w naukę, ale także w przyszłość ludzkości.
Dla miłośników naukowego obrazu świata ta nauka może być zarówno przyjacielem, jak i wrogiem. Faktem jest, że teoria kwantów otwiera szerokie możliwości dla różnych spekulacji na temat paranaukowy, co zostało już pokazane na przykładzie jednej z alternatywnych teorii psychologicznych. Niektórzy współcześni okultyści, ezoterycy i zwolennicy alternatywnych ruchów religijnych i duchowych (najczęściej psychokulty) zwracają się do teoretycznych konstrukcji tej nauki, aby uzasadnić racjonalność i prawdę swoich mistycznych teorii, wierzeń i praktyk.
To bezprecedensowy przypadek, kiedy proste domysły teoretyków i abstrakcyjne formuły matematyczne doprowadziły do prawdziwej rewolucji naukowej i stworzyły nową naukę, która przekreśliła wszystko, co było znane wcześniej. W niektórychFizyka kwantowa obaliła prawa logiki Arystotelesa, ponieważ pokazała, że przy wyborze „albo-albo” istnieje jeszcze jedna (a być może kilka) alternatywa.
