В квантовата физика трябва да се каже така. Съществува странна връзка между човешкото съзнание и квантовата физика

Нов експеримент може да хвърли светлина върху изненадващата скрита механика на квантовите суперпозиции.

Суперпозиция- концепцията, че малките обекти могат да съществуват на няколко места или състояния едновременно - е крайъгълният камък на квантовата физика. Нов експеримент се опитва да хвърли светлина върху този мистериозен феномен.

Основният въпрос в квантовата механика, на който никой не знае отговора: какво всъщност се случва в суперпозиция – вид състояние, в което частиците са на две или повече места или състояния едновременно? Група изследователи от Израел и Япония предложиха експеримент, който най-накрая ще ни позволи да разберем нещо точно за природата на този мистериозен феномен.

Техният експеримент, който изследователите казват, че може да бъде направен в рамките на месеци, трябва да позволи на учените да разберат къде даден обект - в конкретния случай, частица светлина, наречена фотон - всъщност се намира, когато е в суперпозиция. И изследователите прогнозират, че отговорът ще бъде още по-странен и по-шокиращ от „две места едновременно“.

Класически пример за суперпозиция включва изстрелване на фотони през два успоредни процепа в бариера. Един от фундаменталните аспекти на квантовата механика е, че малките частици могат да се държат като вълни, така че тези, които преминават през един процеп, "пречат" на тези, които преминават през друг, техните вълнообразни вълни, увеличаващи се или променящи се взаимно, създавайки характерна структура на детектора. екран. Странното обаче е, че тази намеса се получава дори ако само една частица се изстреля наведнъж. Изглежда, че частицата преминава през двата процепа едновременно. Това е суперпозицията.

И това е много странно: измерването през кой процеп преминава частица неизменно показва, че тя преминава само през един процеп и в този случай вълновата интерференция („квантова“, ако искате) изчезва. Самият акт на измерване изглежда "унищожава" суперпозицията. " Знаем, че нещо странно се случва в наслагванетоказва физикът Авшалом Елицер от Израелския институт за напреднали изследвания. „Но не можете да го измерите. Това е, което прави квантовата механика толкова мистериозна.

В продължение на десетилетия изследователите са в застой в тази очевидна задънена улица. Те не могат да кажат точно какво е суперпозиция, без да я наблюдават; но ако се опитат да го погледнат, то ще изчезне. Едно възможно решение, разработено от бившия наставник на Елицур, израелския физик Якир Ахаронов от университета Чапман и неговите сътрудници, предлага начин да научите нещо за квантовите частици преди измерване. Подходът на Аарон се нарича формализъм с две състояния (TSVF) на квантовата механика и постулатите на квантовите събития в известен смисъл се определят от квантовите състояния не само в миналото, но и в бъдещето. Тоест TSVF приема, че квантовата механика работи по един и същи начин както напред, така и назад във времето. От тази гледна точка изглежда, че причините могат да се разпространяват назад във времето, появявайки се след последствията.

Но тази странна концепция не трябва да се приема буквално. Най-вероятно в TSVF може да се получи ретроспективно знание за случилото се в квантовата система: вместо просто да измерва къде завършва частицата, изследователят избира конкретно място, където да търси. Това се нарича последваща селекция и предоставя повече информация от всеки безусловен изглед на резултатите. Това се дължи на факта, че състоянието на частицата във всеки момент се оценява ретроспективно в светлината на цялата й история до измерването, включително измерването. Оказва се, че изследователят - просто като избере конкретен резултат за търсене - след това стига до заключението, че резултатът трябва да се появи. Това е малко като да включите телевизора в момента, в който трябва да се излъчи любимата ви програма, но самото ви действие кара тази програма да се излъчи точно в този момент. „Общоприето е, че TSVF е математически еквивалентен на стандартната квантова механика“, казва Дейвид Уолъс, философ на науката в Университета на Южна Калифорния, който специализира в интерпретацията на квантовата механика. „Но това води до това, че някои неща не се виждат по различен начин.“

Вземете, например, вариант на двусекундния експеримент, разработен от Ахаронов и сътрудника Лев Вайдман през 2003 г., който те интерпретират с помощта на TSVF. Двойката описва (но не е изградила) оптична система, в която един фотон действа като "затвор", който затваря процепа, карайки друг "сондиращ" фотон да се приближи до процепа, за да бъде отразен, както се е появил. След измерване на тестовия фотон, както е показано от Ахаронов и Вайдман, може да се забележи снимка на затвора в суперпозиция, която едновременно затваря (или дори произволно много) процепи едновременно. С други думи, този мисловен експеримент на теория би позволил безопасно да се каже, че фотонът на вратата е и „тук“, и „там“ едновременно. Въпреки че тази ситуация изглежда парадоксална от нашия ежедневен опит, това е един добре проучен аспект на така наречените „нелокални“ свойства на квантовите частици, където цялата представа за добре дефинирана позиция в пространството се разтваря.

През 2016 г. физиците Ryo Okamoto и Shigeki Takeuchi от университета в Киото експериментално потвърдиха прогнозите на Aharonov и Weidman, използвайки верига със светлинно насочване, в която фотографията на затвора се създава с помощта на квантов рутер, устройство, което позволява на един фотон да контролира маршрута на друг. „Това беше новаторски експеримент, който ни позволи да установим едновременната позиция на частица на две места“, казва колегата на Елицур Елиаху Коен от Университета на Отава в Онтарио.

Сега Елицур и Коен се обединиха с Окамото и Такеучи, за да измислят още по-умопомрачителен експеримент. Те вярват, че това ще позволи на изследователите да знаят със сигурност повече за местоположението на частица в суперпозиция в последователност от различни точки във времето, преди да бъдат направени каквито и да било действителни измервания.

Този път пътят на фотона на сондата ще бъде разделен на три части от огледала. По всеки от тези пътища той може да взаимодейства с фотона на вратата в суперпозиция. Тези взаимодействия могат да се разглеждат като извършвани в кутии, означени с A, B и C, всяка от които е разположена по протежение на всеки от трите възможни фотонни пътя. Като се вземе предвид самонамесата на фотона на сондата, ще бъде възможно ретроспективно да се заключи със сигурност, че частицата на вратата е била в дадена кутия в определен момент.

Експериментът е проектиран по такъв начин, че фотонът на сондата да може да покаже смущения само в случай на взаимодействие с фотона на вратата в определена последователност от места и времена: а именно, ако фотонът на вратата е бил в двата блока A и C в даден момент (t1), след това в по-късен момент (t2) - само при C и дори по-късно (t3) - както при B, така и при C. По този начин намесата в сондиращия фотон би била крайната индикация, че фотонът на вратата наистина преминава през тази странна последователност от явления сред кутиите по различно време е идеята на Елицур, Коен и Ахаронов, които предложиха миналата година една частица да преминава едновременно през три кутии. „Харесва ми как тази статия задава въпроси за това какво се случва по отношение на цели истории, а не моментни състояния“, казва физикът Кен Уортън от държавния университет в Сан Хосе, който не участва в новия проект. „Говоренето за „състояния“ е старо широко разпространено пристрастие, докато пълните истории обикновено са много по-богати и по-интересни.“

Това е точно това, до което Elitzur твърди, че новият експеримент TSVF дава достъп. Очевидното изчезване на частици на едно място в даден момент - и повторното им появяване на други места и времена - предполага нова и необичайна визия за основните процеси, свързани с нелокалното съществуване на квантовите частици. Благодарение на обектива на TSVF, казва Елицур, това блестящо, постоянно променящо се съществуване може да се разбере като поредица от събития, в които присъствието на частица на едно място по някакъв начин е „отменено“ от нейната собствена „противоположна страна“ на същото място . Той сравнява това с концепция, въведена от британския физик Пол Дирак през 20-те години на миналия век, който твърди, че частиците имат античастици и ако се съберат заедно, частицата и античастицата могат да се унищожат взаимно. Тази картина първоначално изглеждаше просто начин на говорене, но скоро доведе до откриването на антиматерията. Изчезването на квантовите частици не е „анихилация“ в същия смисъл, но е донякъде подобно – тези предполагаеми противоположни частици, смята Елицур, трябва да имат отрицателна енергия и отрицателна маса, което им позволява да отменят своите двойници.

Така че докато традиционната суперпозиция „две места едновременно“ може да изглежда доста странна, „може би суперпозицията е колекция от състояния, която е още по-луда“, казва Елицур. "Квантовата механика просто ви казва за тяхното средно състояние." Последвалата селекция ви позволява да изолирате и тествате само някои от тези състояния при по-висока разделителна способност, предлага той. Подобно тълкуване на квантовото поведение би било, по думите му, "революционно", защото би довело до досега неприемлива менажерия от реални (но много странни) състояния, лежащи в основата на противоречиви квантови феномени.

Изследователите казват, че извършването на действителния експеримент ще изисква фина настройка на производителността на техните квантови рутери, но се надяват системата им да бъде готова за това след три до пет месеца. Докато някои наблюдатели го очакват със затаен дъх. „Експериментът би трябвало да работи“, казва Уортън, „но няма да убеди никого, защото резултатите са предсказани от стандартната квантова механика.“ С други думи, няма основателна причина да се тълкува резултатът по отношение на TSVF.

Елицур се съгласява, че техният експеримент би могъл да бъде замислен с помощта на конвенционалния възглед за квантовата механика, който царуваше преди десетилетия, но това никога не се случи. " Не е ли това добра индикация за надеждността на TSVF? той пита. И ако някой смята, че може да формулира различна картина на „това, което наистина се случва“ в този експеримент, използвайки стандартната квантова механика, той добавя: „ Добре, нека опитат!»

Обикновено смятаме, че квантовата физика описва поведението на субатомните частици, а не поведението на хората. Но идеята не е чак толкова пресилена, казва Уонг. Тя също така подчертава, че нейната изследователска програма не предполага, че нашите мозъци са буквално квантови компютри. Уонг и колегите му не са фокусирани върху физическите аспекти на мозъка, а по-скоро върху това как абстрактните математически принципи на квантовата теория могат да помогнат за разбирането на човешкото съзнание и поведение.

„И в социалните, и в поведенческите науки често използваме вероятностни модели. Например задаваме въпроса каква е вероятността човек да действа по определен начин или да вземе определено решение? Традиционно всички тези модели се основават на класическата теория на вероятностите - произлязла от класическата физика на Нютоновите системи. Какво е екзотичното в това, което социалните учени ще мислят за квантовите системи и техните математически принципи?

Справя се с двусмислието във физическия свят. Състоянието на определена частица, нейната енергия, нейната позиция са несигурни и трябва да бъдат изчислени по отношение на вероятностите. Квантовото познание се ражда, когато човек се занимава с психическа неяснота. Понякога не сме сигурни в чувствата си, чувстваме се двусмислени относно даден вариант или сме принудени да вземаме решения въз основа на ограничена информация.

„Нашият мозък не може да съхранява всичко. Не винаги имаме ясна представа какво се случва. Но ако ми зададете въпрос като „какво искате за вечеря?“, ще помисля и ще изляза с конструктивен и ясен отговор“, казва Уонг. „Това е квантово знание.“

„Мисля, че математическият формализъм, предоставен от квантовата теория, е в съответствие с това, което интуитивно чувстваме като психолози. Квантовата теория може изобщо да не е интуитивна, когато се използва за описание на поведението на частица, но е доста интуитивна, когато описва нашето типично неясно и двусмислено мислене.

Тя използва примера с котката на Шрьодингер, в която котката в кутията е едновременно жива и мъртва с известна вероятност. И двете опции са потенциални в съзнанието ни. Тоест котката има потенциала да бъде и мъртва, и жива едновременно. Този ефект се нарича квантова суперпозиция. Когато отворим кутията, и двете възможности вече не съществуват и котката трябва да е жива или мъртва.

С квантовото съзнание всяко решение, което вземаме, е нашата собствена уникална котка на Шрьодингер.

Когато сортираме опциите, ние ги разглеждаме с вътрешното си око. За известно време всички опции съжителстват с различна степен на потенциал: като суперпозиция. След това, когато изберем една опция, останалите престават да съществуват за нас.

Трудно е да се моделира този процес математически, отчасти защото всяка възможност добавя тежест към уравнението. Ако по време на избори човек бъде помолен да избере от двадесет кандидати в бюлетината, проблемът с избора става очевиден (ако лицето вижда имената им за първи път). Отворени въпроси като "как се чувстваш?" оставяйки още повече опции.

С класическия подход към психологията отговорите може изобщо да нямат смисъл, така че учените трябва да изградят нови математически аксиоми, за да обяснят поведението във всеки отделен случай. Резултатът: появиха се много класически психологически модели, някои от които са в конфликт помежду си и нито един от тях не е приложим за всяка ситуация.

С квантовия подход, както посочват Уонг и нейните колеги, много сложни и комплексни аспекти на поведението могат да бъдат обяснени с един ограничен набор от аксиоми. Същият квантов модел, който обяснява защо редът на въпросите влияе върху отговорите на интервюираните хора, обяснява и нарушенията на рационалността в парадигмата на дилемата на затворника, ефектът от хората да работят заедно, дори когато това изобщо не е в техен най-добър интерес.

„Дилемата на затворника и редът на въпросите са два много различни ефекта в класическата психология, но и двата могат да бъдат обяснени с един и същи квантов модел“, казва Уонг. - С негова помощ могат да се обяснят много други, несвързани и мистериозни открития в психологията. И е елегантен."

29.10.2016

Въпреки звучността и мистерията на днешната тема, ние ще се опитаме да разкажем какво изучава квантовата физика с прости думи, какви раздели на квантовата физика имат място да бъдат и защо по принцип е необходима квантовата физика.

Предлаганият по-долу материал е достъпен за разбиране от всеки.

Преди да разказваме какво изучава квантовата физика, би било редно да си припомним как започна всичко...

До средата на 19-ти век човечеството се е захванало с изучаването на проблеми, които не могат да бъдат решени с помощта на апарата на класическата физика.

Редица явления изглеждаха "странни". На някои въпроси изобщо не беше отговорено.

През 1850 г. Уилям Хамилтън, вярвайки, че класическата механика не е в състояние да опише точно движението на светлинните лъчи, предлага своя собствена теория, която влезе в историята на науката под името на формализма на Хамилтън-Якоби, който се основава на постулата на вълновата теория на светлината.

През 1885 г., след спор с приятел, швейцарският физик Йохан Балмер извежда емпирично формула, която прави възможно изчисляването на дължините на вълните на спектралните линии с много висока точност.

По това време Балмър не можа да обясни причините за разкритите модели.

През 1895 г. Вилхелм Рьонтген, докато изучава катодните лъчи, открива лъчение, което той нарича рентгенови лъчи (по-късно преименувани на лъчи), което се характеризира с мощен проникващ характер.

Година по-късно, през 1896 г., Анри Бекерел, изучавайки уранови соли, открива спонтанно излъчване с подобни свойства. Новото явление беше наречено радиоактивност.

През 1899 г. е доказана вълновата природа на рентгеновите лъчи.

Снимка 1. Основателите на квантовата физика Макс Планк, Ервин Шрьодингер, Нилс Бор

1901 г. е белязана от появата на първия планетарен модел на атома, предложен от Жан Перин. Уви, самият учен изостави тази теория, без да намери потвърждение за нея от гледна точка на теорията на електродинамиката.

Две години по-късно учен от Япония, Хантаро Нагаока, предложи друг планетарен модел на атома, в центъра на който трябваше да има положително заредена частица, около която електроните ще обикалят по орбити.

Тази теория обаче не взема предвид излъчването, излъчвано от електрони, и следователно не може, например, да обясни теорията на спектралните линии.

Размишлявайки върху структурата на атома, през 1904 г. Джоузеф Томсън е първият, който тълкува понятието валентност от физическа гледна точка.

Годината на раждане на квантовата физика може би може да бъде призната за 1900 г., свързвайки с нея речта на Макс Планк на среща на немската физика.

Планк беше този, който предложи теория, която обедини много различни досега физически понятия, формули и теории, включително константата на Болцман, свързваща енергията и температурата, числото на Авогадро, закона за изместване на Виен, заряда на електрона, радиационния закон на Болцман...

Той също така въвежда понятието квант на действие (вторият - след константата на Болцман - основната константа).

По-нататъшното развитие на квантовата физика е пряко свързано с имената на Хендрик Лоренц, Алберт Айнщайн, Ернст Ръдърфорд, Арнолд Зомерфелд, Макс Борн, Нилс Бор, Ервин Шрьодингер, Луис де Бройл, Вернер Хайзенберг, Волфганг Паули, Пол Дирак, Енрико Ферми и др. много други забележителни учени, творили през първата половина на 20 век.

Учените успяха да разберат природата на елементарните частици с безпрецедентна дълбочина, да изучат взаимодействията на частиците и полетата, да разкрият кварковата природа на материята, да изведат вълновата функция, да обяснят основните понятия за дискретност (квантуване) и дуалност вълна-частица.

Квантовата теория, като никоя друга, доближи човечеството до разбирането на основните закони на Вселената, замени обичайните концепции с по-точни и ни накара да преосмислим огромен брой физически модели.

Какво изучава квантовата физика?

Квантовата физика описва свойствата на материята на ниво микро-феномени, изследвайки законите на движение на микро-обектите (квантовите обекти).

Предметът на квантовата физикаса квантови обекти с размери 10 −8 cm или по-малко. То:

• молекули,
• атоми,
• атомни ядра,
• елементарни частици.

Основните характеристики на микрообектите са масата на покой и електрическият заряд. Масата на един електрон (me) е 9,1 10 −28 g.

За сравнение, масата на мюона е 207 me, на неутрона е 1839 me, а на протона е 1836 me.

Някои частици изобщо нямат маса на покой (неутрино, фотон). Масата им е 0 me.

Електрическият заряд на всеки микрообект е кратен на заряда на електрона, равен на 1,6 · 10 −19 C. Наред със заредените съществуват и неутрални микрообекти, чийто заряд е равен на нула.

Снимка 2. Квантовата физика е принудена да преразгледа традиционните възгледи за концепциите за вълни, полета и частици

Електрическият заряд на сложен микрообект е равен на алгебричната сума от зарядите на съставните му частици.

Сред свойствата на микрообектите е завъртане(буквално преведено от английски - "да се върти").

Прието е да се тълкува като ъглов момент на квантов обект, който не зависи от външни условия.

На гърба е трудно да се намери адекватно изображение в реалния свят. Не може да бъде представен като въртящ се връх поради квантовата си природа. Класическата физика не може да опише този обект.

Наличието на спин влияе върху поведението на микрообектите.

Наличието на спин въвежда съществени особености в поведението на обектите в микрокосмоса, повечето от които - нестабилни обекти - спонтанно се разпадат, превръщайки се в други квантови обекти.

Стабилните микрообекти, които включват неутрино, електрони, фотони, протони, както и атоми и молекули, могат да се разпадат само под въздействието на мощна енергия.

Квантовата физика напълно поглъща класическата физика, считайки я за свой граничен случай.

Всъщност квантовата физика е - в широк смисъл - съвременна физика.

Това, което квантовата физика описва в микрокосмоса, не може да бъде възприето. Поради това много разпоредби на квантовата физика са трудни за представяне, за разлика от обектите, описани от класическата физика.

Въпреки това новите теории направиха възможно промяната на представите ни за вълни и частици, за динамично и вероятностно описание, за непрекъснато и дискретно.

Квантовата физика не е просто новомодна теория.

Това е теория, която успя да предскаже и обясни невероятен брой явления - от процеси, протичащи в атомните ядра, до макроскопични ефекти в космоса.

Квантовата физика – за разлика от класическата физика – изучава материята на фундаментално ниво, като дава тълкувания на феномените от заобикалящата ни реалност, които традиционната физика не е в състояние да даде (например защо атомите остават стабилни или дали елементарните частици наистина са елементарни).

Квантовата теория ни дава възможност да опишем света по-точно, отколкото се е приемало преди възникването му.

Значението на квантовата физика

Теоретичните разработки, съставляващи същността на квантовата физика, са приложими за изследване както на невъобразимо огромни космически обекти, така и на изключително малки елементарни частици.

квантова електродинамикани потапя в света на фотоните и електроните, фокусирайки се върху изследването на взаимодействията между тях.

Квантова теория на кондензираната материязадълбочава знанията ни за свръхфлуиди, магнити, течни кристали, аморфни тела, кристали и полимери.

Снимка 3. Квантовата физика е дала на човечеството много по-точно описание на света около нас

Научните изследвания през последните десетилетия са фокусирани върху изучаването на кварковата структура на елементарните частици в рамките на независим клон на квантовата физика - квантова хромодинамика.

Нерелативистка квантова механика(този, който е извън обхвата на теорията на относителността на Айнщайн) изучава микроскопични обекти, движещи се с относително ниска скорост (по-малко от), свойствата на молекулите и атомите, тяхната структура.

квантова оптиказанимава се с научно изследване на фактите, свързани с проявата на квантовите свойства на светлината (фотохимични процеси, термично и стимулирано лъчение, фотоелектричен ефект).

квантова теория на полетое обединяващ раздел, който включва идеите на теорията на относителността и квантовата механика.

Научните теории, разработени в рамките на квантовата физика, дадоха мощен тласък на развитието на квантовата електроника, технологиите, квантовата теория на твърдите тела, материалознанието и квантовата химия.

Без появата и развитието на посочените клонове на знанието би било невъзможно създаването на космически кораби, атомни ледоразбивачи, мобилни комуникации и много други полезни изобретения.

Никой не разбира какво е съзнанието и как работи. Никой не разбира и от квантова механика. Възможно ли е това да е нещо повече от просто съвпадение? „Не мога да идентифицирам истинския проблем, така че подозирам, че няма истински проблем, но не съм сигурен, че няма истински проблем.“ Американският физик Ричард Фейнман каза това за озадачаващите парадокси на квантовата механика. Днес физиците използват тази теория, за да опишат най-малките обекти във Вселената. Но той можеше да каже същото за сложния проблем на съзнанието.

Някои учени смятат, че вече разбираме съзнанието или че то е просто илюзия. Но за много други изглежда, че изобщо не сме се доближили до същността на съзнанието.

Вечната главоблъсканица, наречена „съзнание“, дори накара някои учени да се опитат да я обяснят с квантовата физика. Но тяхното усърдие беше посрещнато с доста скептицизъм и това не е изненадващо: изглежда неразумно да се обяснява една загадка с помощта на друга.

Но такива идеи никога не са абсурдни и дори не идват от тавана.

От една страна, за голямо недоволство на физиците, умът първоначално отказва да разбере ранната квантова теория. Нещо повече, прогнозира се, че квантовите компютри са способни на неща, които нормалните компютри не могат. Това ни напомня, че нашите мозъци все още са способни на подвизи извън обсега на изкуствения интелект. "Квантовото съзнание" е широко осмивано като мистична глупост, но никой не е успял окончателно да я разсее.

Квантовата механика е най-добрата теория, която имаме, която може да опише света на ниво атоми и субатомни частици. Може би най-известната от нейните мистерии е фактът, че резултатът от квантов експеримент може да се промени в зависимост от това дали решим да измерим свойствата на участващите частици или не.

Когато пионерите на квантовата теория за първи път откриха този „ефект на наблюдателя“, те бяха сериозно разтревожени. Изглеждаше, че подкопава предположението в основата на цялата наука: че някъде там съществува обективен свят, независим от нас. Ако светът наистина се държи в зависимост от това как - или ако - го гледаме, какво всъщност би означавало "реалността"?

Някои учени са били принудени да заключат, че обективността е илюзия и че съзнанието трябва да играе активна роля в квантовата теория. Други просто не виждат здрав разум в това. Например Алберт Айнщайн беше раздразнен: луната съществува ли само когато я погледнете?

Днес някои физици подозират, че не съзнанието влияе на квантовата механика... а че изобщо се е появило благодарение на нея. Те смятат, че може да се нуждаем от квантова теория, за да разберем как изобщо работи мозъкът. Възможно ли е, точно както квантовите обекти могат да бъдат на две места по едно и също време, квантовият мозък може да има предвид две взаимно изключващи се неща едновременно?

Тези идеи са противоречиви. Може да се окаже, че квантовата физика няма нищо общо с работата на съзнанието. Но поне демонстрират, че странната квантова теория ни кара да мислим за странни неща.

Най-добрият начин квантовата механика да проникне в човешкото съзнание е чрез експеримента с двоен прорез. Представете си лъч светлина, който удря екран с два близко разположени успоредни процепа. Част от светлината преминава през прорезите и пада върху друг екран.

Можете да мислите за светлината като за вълна. Когато вълните преминават през два процепа, както в експеримента, те се сблъскват - интерферират - една с друга. Ако пиковете им съвпадат, те се подсилват един друг, което води до поредица от черно-бели ивици светлина на втори черен екран.

Този експеримент е използван, за да покаже вълновата природа на светлината повече от 200 години, до появата на квантовата теория. След това беше проведен експериментът с двоен процеп с квантови частици - електрони. Това са малки заредени частици, компонентите на атома. По някакъв странен начин тези частици могат да се държат като вълни. Тоест, те претърпяват дифракция, когато поток от частици преминава през два процепа, създавайки интерференчен модел.

Сега да предположим, че квантовите частици преминават през прорезите една по една и пристигането им на екрана също ще се наблюдава стъпка по стъпка. Сега няма нищо очевидно, което да накара частицата да се намеси по пътя си. Но моделът на въздействието на частиците все още ще показва интерферентни ивици.

Всичко показва, че всяка частица преминава едновременно през двата процепа и се намесва сама в себе си. Тази комбинация от двата пътя е известна като състояние на суперпозиция.

Но ето какво е странно.

Ако поставим детектора в или зад един от процепите, можем да разберем дали частиците преминават през него или не. Но в този случай намесата изчезва. Простият факт за наблюдение на пътя на частицата - дори ако това наблюдение не трябва да пречи на движението на частицата - променя резултата.

Физикът Паскуал Джордан, който работи с квантовия гуру Нилс Бор в Копенхаген през 20-те години на миналия век, го формулира по следния начин: „Наблюденията не само нарушават това, което трябва да се измери, те го определят... Ние принуждаваме квантовата частица да избере определена позиция.“ С други думи, Джордан казва, че „ние сами произвеждаме измерванията“.

Ако е така, обективната реалност може просто да бъде изхвърлена през прозореца.

Но странностите не свършват дотук.

Ако природата променя поведението си в зависимост от това дали изглеждаме или не, може да се опитаме да я излъжем. За да направим това, бихме могли да измерим кой път е поела частицата, когато е преминала през двойния процеп, но само след като е преминала през него. Дотогава тя трябва вече да е "решила" дали да мине по единия път или по двата.

Американският физик Джон Уилър предложи такъв експеримент през 70-те години на миналия век и през следващите десет години беше проведен експериментът „отложен избор“. Той използва хитри методи за измерване на пътищата на квантовите частици (обикновено леки частици - фотони), след като изберат един път или суперпозиция от два.

Оказа се, че както предсказа Бор, няма значение дали ще забавим измерванията или не. Докато измерваме пътя на фотона до неговото попадение и регистрация в детектора, няма никаква намеса. Изглежда природата "знае" не само кога надничаме, но и кога планираме да надничаме.

Юджийн Вигнер

Всеки път, когато открием пътя на квантова частица в тези експерименти, нейният облак от възможни пътища се „компресира“ в едно, добре дефинирано състояние. Освен това, експериментът със забавяне предполага, че самият акт на наблюдение, без никаква физическа намеса, причинена от измерването, може да причини колапса. Означава ли това, че истински колапс настъпва едва когато резултатът от измерването достигне съзнанието ни?

Тази възможност е предложена през 30-те години на миналия век от унгарския физик Юджийн Вигнер. „От това следва, че квантовото описание на обектите се влияе от впечатленията, влизащи в моето съзнание“, пише той. „Солипсизмът може да бъде логически съвместим с квантовата механика.“

Уилър дори се забавляваше от идеята, че наличието на живи същества, способни да „наблюдават“, е превърнало това, което преди това е било много възможни квантови минали, в една конкретна история. В този смисъл, казва Уилър, ние ставаме участници в еволюцията на Вселената от самото начало. Ние живеем във "вселена на участието", казва той.

Физиците все още не могат да решат коя е най-добрата интерпретация на тези квантови експерименти и до известна степен правото е дадено на вас. Но, по един или друг начин, изводът е очевиден: съзнанието и квантовата механика са някак си свързани.

В началото на 80-те години английският физик Роджър Пенроуз предполага, че тази връзка може да работи в различна посока. Той каза, че независимо дали съзнанието засяга квантовата механика или не, може би квантовата механика е свързана със съзнанието.

Физикът и математикът Роджър Пенроуз

И Пенроуз също попита: какво ще стане, ако в мозъка ни има молекулярни структури, които могат да променят състоянието си в отговор на едно квантово събитие? Могат ли тези структури да приемат състояние на суперпозиция, като частиците в експеримента с двоен прорез? Могат ли тези квантови суперпозиции да се проявят в начина, по който невроните комуникират чрез електрически сигнали?

Възможно ли е, каза Пенроуз, способността ни да поддържаме привидно несъвместими умствени състояния да не е перцептивна странност, а истински квантов ефект?

В края на краищата човешкият мозък изглежда е в състояние да обработва когнитивни процеси, които все още са далеч отвъд възможностите на цифровите компютри. Може дори да сме в състояние да изпълняваме изчислителни задачи, които не могат да бъдат изпълнени на обикновени компютри, използващи класическа цифрова логика.

Пенроуз за първи път предположи, че квантовите ефекти присъстват в човешкия ум в книгата си от 1989 г. „Новият ум на императора“. Основната му идея беше "дирижирано обективно намаляване". Обективната редукция, според Пенроуз, означава, че колапсът на квантовата интерференция и суперпозицията е реален физически процес, като спукан балон.

Оркестрираната обективна редукция се основава на предположението на Пенроуз, че гравитацията, която засяга предмети от ежедневието, столове или планети, не проявява квантови ефекти. Пенроуз смята, че квантовата суперпозиция става невъзможна за обекти, по-големи от атоми, тъй като тяхното гравитационно влияние би довело до съществуването на две несъвместими версии на пространство-времето.

Пенроуз доразвива тази идея с американския лекар Стюарт Хамероф. В книгата си Shadows of the Mind (1994) той предполага, че структурите, участващи в това квантово познание, могат да бъдат протеинови нишки - микротубули. Те се намират в повечето от нашите клетки, включително мозъчните неврони. Пенроуз и Хамероф твърдят, че по време на процеса на трептене, микротубулите могат да поемат състояние на квантова суперпозиция.

Но нищо не подкрепя, че това е възможно.

Експериментите, предложени през 2013 г., трябваше да подкрепят идеята за квантови суперпозиции в микротубулите, но всъщност тези изследвания не споменаха квантови ефекти. В допълнение, повечето изследователи смятат, че идеята за оркестрирани обективни намаления е развенчана от проучване, публикувано през 2000 г. Физикът Макс Тегмарк е изчислил, че квантовите суперпозиции на молекули, участващи в нервните сигнали, не могат да оцелеят дори за мига, необходим за предаване на сигнал.

Квантовите ефекти, включително суперпозицията, са много крехки и се унищожават в процес, наречен декохерентност. Този процес се дължи на взаимодействията на квантов обект с неговата среда, тъй като неговата "квантовост" изтича.

Смята се, че декохерентността е изключително бърза в топла и влажна среда като живи клетки.

Нервните сигнали са електрически импулси, причинени от преминаването на електрически заредени атоми през стените на нервните клетки. Ако един от тези атоми беше в суперпозиция и след това се сблъска с неврон, Тегмарк показа, че суперпозицията трябва да се разпадне за по-малко от една милиардна от милиардната от секундата. Необходими са десет хиляди трилиона пъти повече на неврон, за да излъчи сигнал.

Ето защо идеите за квантовите ефекти в мозъка не издържат теста на скептиците.

Но Пенроуз безмилостно настоява на хипотезата за OOR. И въпреки предсказанието на Тегмарк за свръхбърза декохерентност в клетките, други учени са открили прояви на квантови ефекти в живи същества. Някои твърдят, че квантовата механика се използва от мигриращи птици, които използват магнитна навигация и зелени растения, когато използват слънчева светлина за производство на захар чрез фотосинтеза.

С всичко това идеята, че мозъкът може да използва квантови трикове, отказва да изчезне завинаги. Защото намериха още един аргумент в нейна полза.

Може ли фосфорът да поддържа квантово състояние?

В проучване от 2015 г. физикът Матю Фишър от UC Santa Barbara твърди, че мозъкът може да съдържа молекули, които могат да издържат на по-мощни квантови суперпозиции. По-специално, той смята, че ядрата на фосфорните атоми могат да имат такава способност. Фосфорните атоми се намират навсякъде в живите клетки. Те често са под формата на фосфатни йони, в които един фосфорен атом се свързва с четири кислородни атома.

Такива йони са основната единица енергия в клетките. По-голямата част от енергията на клетката се съхранява в ATP молекули, които съдържат последователност от три фосфатни групи, прикрепени към органична молекула. Когато един от фосфатите бъде прекъснат, се освобождава енергия, която се използва от клетката.

Клетките имат молекулярни машини за сглобяване на фосфатни йони в групи и тяхното разграждане. Фишер предложи схема, в която два фосфатни йона могат да бъдат поставени в определен вид суперпозиция: в заплетено състояние.

Фосфорните ядра имат квантово свойство - въртене - което ги прави да изглеждат като малки магнити с полюси, насочени в определени посоки. В заплетено състояние въртенето на едното фосфорно ядро ​​зависи от другото. С други думи, заплетените състояния са състояния на суперпозиция, включващи повече от една квантова частица.

Фишър казва, че квантовомеханичното поведение на тези ядрени завъртания може да устои на декохерентност. Той е съгласен с Тегмарк, че квантовите вибрации, за които говориха Пенроуз и Хамероф, ще бъдат силно зависими от тяхната среда и „декохерират почти веднага“. Но завъртанията на ядрата не взаимодействат толкова силно със заобикалящата ги среда.

И все пак квантовото поведение на спиновете на фосфорните ядра трябва да бъде „защитено“ от декохерентност.

Квантовите частици могат да имат различни спинове

Това може да се случи, казва Фишер, ако фосфорните атоми са включени в по-големи обекти, наречени "молекули на Познер". Те са клъстери от шест фосфатни йона, комбинирани с девет калциеви йона. Има някои индикации, че такива молекули може да присъстват в живите клетки, но засега те не са много убедителни.

В молекулите на Познер, твърди Фишер, фосфорните завъртания могат да устоят на декохерентност за около ден, дори в живи клетки. Следователно те могат да повлияят и на функционирането на мозъка.

Идеята е, че молекулите на Posner могат да бъдат поети от неврони. Веднъж попаднали вътре, молекулите ще активират сигнал към друг неврон чрез разпадане и освобождаване на калциеви йони. Поради заплитането в молекулите на Познер, два от тези сигнали могат да се заплитат на свой ред: по някакъв начин това би било квантова суперпозиция на „мисълта“. „Ако квантовата обработка с ядрени завъртания действително присъства в мозъка, това би било изключително често срещано явление, което се случва през цялото време“, казва Фишър.

Идеята му хрумна за първи път, когато си помисли за психично заболяване.

Капсула с литиев карбонат

„Въведението ми в мозъчната биохимия започна, когато реших преди три до четири години да проуча как и защо литиевите йони имат такъв драстичен ефект при лечението на психични разстройства“, казва Фишър.

Литиевите лекарства се използват широко за лечение на биполярно разстройство. Те работят, но никой не знае защо.

„Не търсех квантово обяснение“, казва Фишър. Но тогава той се натъкна на документ, който описва как литиевите препарати имат различни ефекти върху поведението на плъхове в зависимост от това коя форма - или "изотоп" - на лития е използвана.

Първоначално това озадачи учените. От химическа гледна точка различните изотопи се държат почти по същия начин, така че ако литият действа като конвенционално лекарство, изотопите трябва да имат същия ефект.

Нервните клетки са свързани със синапси

Но Фишър осъзна, че ядрата на атомите на различни изотопи на лития могат да имат различни спинове. Това квантово свойство може да повлияе на това как действат лекарствата на основата на литий. Например, ако литият замени калция в молекулите на Posner, литиевите завъртания могат да окажат влияние върху фосфорните атоми и да предотвратят заплитането им.

Ако това е вярно, тогава може да обясни защо литият може да лекува биполярно разстройство.

В момента предложението на Фишър не е нищо повече от интригуваща идея. Но има няколко начина да го проверите. Например, че завъртанията на фосфора в молекулите на Познер могат да поддържат квантова кохерентност за дълго време. Това е Фишър и планира да провери допълнително.

И все пак той е предпазлив да бъде свързван с по-ранни представи за "квантово съзнание", които той смята в най-добрия случай за спекулативни.

Съзнанието е дълбока мистерия

Физиците не обичат да са вътре в собствените си теории. Много от тях се надяват, че съзнанието и мозъкът могат да бъдат извлечени от квантовата теория, а може би и обратното. Но ние не знаем какво е съзнанието, да не говорим за факта, че нямаме теория, която да го описва.

Освен това понякога има силни викове, че квантовата механика ще ни позволи да овладеем телепатията и телекинезата (и въпреки че някъде в дълбините на концепциите това може да е вярно, хората приемат всичко твърде буквално). Затова физиците като цяло се страхуват да споменават думите „квант“ и „съзнание“ в едно и също изречение.

През 2016 г. Адриан Кент от университета в Кеймбридж в Обединеното кралство, един от най-уважаваните "квантови философи", предложи, че съзнанието може да промени поведението на квантовите системи по фини, но откриваеми начини. Кент е много внимателен в изявленията си. „Няма убедителна причина да вярваме, че квантовата теория е подходяща теория, от която да се извлече теория за съзнанието, или че проблемите на квантовата теория трябва по някакъв начин да се пресичат с проблема за съзнанието“, признава той.

Но той добавя, че е напълно неразбираемо как може да се извлече описание на съзнанието, базирано единствено на предквантовата физика, как да се опишат всички негови свойства и характеристики.

Ние не разбираме как работят мислите

Един особено вълнуващ въпрос е как нашите съзнателни умове могат да изпитат уникални усещания като червения цвят или миризмата на печено месо. С изключение на хората с увредено зрение, всички знаем как изглежда червеното, но не можем да опишем усещането, а във физиката няма нищо, което да ни каже как изглежда.

Чувства като тези се наричат ​​квалиа. Ние ги възприемаме като единни свойства на външния свят, но всъщност те са продукти на нашето съзнание - и това е трудно за обяснение. През 1995 г. философът Дейвид Чалмърс нарече това "трудният проблем" на съзнанието.

„Всяка мисловна верига за връзката на съзнанието с физиката води до сериозни проблеми“, казва Кент.

Това го подтикна да предположи, че "бихме могли да постигнем известен напредък в разбирането на проблема с еволюцията на съзнанието, ако допуснем (или дори просто приемем), че съзнанието променя квантовите вероятности."

С други думи, мозъкът може действително да повлияе на резултатите от измерването.

От тази гледна точка то не определя „какво е реално“. Но може да повлияе на вероятността всяка от възможните реалности, наложени от квантовата механика, да бъде наблюдавана. Дори самата квантова теория не може да предвиди това. И Кент смята, че можем да търсим такива прояви експериментално. Дори смело преценява шансовете да ги намери.

„Бих предположил с 15 процента сигурност, че съзнанието причинява отклонения от квантовата теория; и още 3 процента, че експериментално ще потвърдим това през следващите 50 години“, казва той.

Ако това се случи, светът вече няма да е същият. И за това си струва да се проучи.

Със сигурност сте чували много пъти за необяснимите мистерии на квантовата физика и квантовата механика. Неговите закони пленяват с мистицизъм и дори самите физици признават, че не ги разбират напълно. От една страна е любопитно да се разберат тези закони, но от друга страна няма време да се четат многотомни и сложни книги по физика. Разбирам те много, защото и аз обичам знанието и търсенето на истината, но времето за всички книги не стига. Не сте сами, толкова много любознателни хора пишат в реда за търсене: „квантова физика за манекени, квантова механика за манекени, квантова физика за начинаещи, квантова механика за начинаещи, основи на квантовата физика, основи на квантовата механика, квантова физика за деца , какво е квантовата механика". Тази публикация е за вас.

Ще разберете основните концепции и парадокси на квантовата физика. От статията ще научите:

• Какво е квантова физика и квантова механика?
• Какво е намеса?
• Какво е квантово заплитане (или квантова телепортация за манекени)? (виж статията)
• Какво представлява мисловният експеримент на котката на Шрьодингер? (виж статията)

Квантовата механика е част от квантовата физика.

Защо е толкова трудно да се разберат тези науки? Отговорът е прост: квантовата физика и квантовата механика (част от квантовата физика) изучават законите на микросвета. И тези закони са абсолютно различни от законите на нашия макрокосмос. Затова ни е трудно да си представим какво се случва с електроните и фотоните в микрокосмоса.

Пример за разликата между законите на макро- и микросветовете: в нашия макрокосмос, ако поставите топка в една от 2 кутии, тогава едната от тях ще бъде празна, а другата - топка. Но в микрокосмоса (ако вместо топка - атом), един атом може да бъде едновременно в две кутии. Това е многократно потвърдено експериментално. Не е ли трудно да си го набиеш в главата? Но не можете да спорите с фактите.

Още един пример.Снимахте бърза състезателна червена спортна кола и на снимката видяхте размазана хоризонтална ивица, сякаш колата по време на снимката беше от няколко точки в пространството. Въпреки това, което виждате на снимката, все още сте сигурни, че колата е била в момента, в който сте я снимали. на едно определено място в пространството. Не е така в микросвета. Електронът, който се върти около ядрото на атома, всъщност не се върти, а разположени едновременно във всички точки на сфератаоколо ядрото на атома. Като хлабаво навита топка пухкава вълна. Тази концепция във физиката се нарича "електронен облак" .

Малко отклонение в историята.За първи път учените се замислиха за квантовия свят, когато през 1900 г. немският физик Макс Планк се опита да разбере защо металите променят цвета си при нагряване. Той беше този, който въведе понятието квант. Преди това учените смятаха, че светлината пътува непрекъснато. Първият човек, който прие сериозно откритието на Планк, беше неизвестният тогава Алберт Айнщайн. Той разбра, че светлината не е само вълна. Понякога се държи като частица. Айнщайн получава Нобелова награда за откритието си, че светлината се излъчва на порции, кванти. Квант светлина се нарича фотон ( фотон, Уикипедия) .

За да улесним разбирането на законите на кванта физикаи механика (Уикипедия), е необходимо в известен смисъл да се абстрахираме от познатите ни закони на класическата физика. И си представете, че сте се гмурнали като Алиса в заешката дупка, в страната на чудесата.

А ето и анимационен филм за деца и възрастни.Разказва за фундаменталния експеримент на квантовата механика с 2 процепа и наблюдател. Издържа само 5 минути. Гледайте го, преди да навлезем в основните въпроси и концепции на квантовата физика.

Видео квантова физика за манекени. В карикатурата обърнете внимание на "окото" на наблюдателя. Това се превърна в сериозна мистерия за физиците.

Какво е намеса?

В началото на анимационния филм, използвайки примера на течност, беше показано как се държат вълните - редуващи се тъмни и светли вертикални ивици се появяват на екрана зад плоча с прорези. А в случай, че отделни частици (например камъчета) са „изстреляни“ в плочата, те прелитат през 2 слота и удрят екрана точно срещу слотовете. И "начертайте" на екрана само 2 вертикални ивици.

Светлинна интерференция- Това е "вълновото" поведение на светлината, когато на екрана се показват много редуващи се ярки и тъмни вертикални ивици. И тези вертикални ивици наречен интерференчен модел.

В нашия макрокосмос често наблюдаваме, че светлината се държи като вълна. Ако поставите ръката си пред свещта, тогава на стената няма да има ясна сянка от ръката, а с размазани контури.

Така че не е толкова трудно! Вече ни е съвсем ясно, че светлината има вълнова природа и ако 2 процепа са осветени със светлина, тогава на екрана зад тях ще видим интерферентна картина. Сега разгледайте втория експеримент. Това е известният експеримент на Щерн-Герлах (проведен през 20-те години на миналия век).

В инсталацията, описана в карикатурата, те не светеха със светлина, а „изстреляха“ с електрони (като отделни частици). Тогава, в началото на миналия век, физиците от цял ​​свят смятаха, че електроните са елементарни частици на материята и не трябва да имат вълнова природа, а същата като камъчетата. Все пак електроните са елементарни частици на материята, нали? Тоест, ако са „хвърлени“ в 2 слота, като камъчета, тогава на екрана зад слотовете трябва да видим 2 вертикални ивици.

Но… Резултатът беше зашеметяващ. Учените видяха интерференчен модел - много вертикални ивици. Тоест електроните, както и светлината, също могат да имат вълнова природа, да интерферират. От друга страна стана ясно, че светлината не е само вълна, но и частица – фотон (от историческата справка в началото на статията научихме, че Айнщайн е получил Нобелова награда за това откритие).

Може би си спомняте, че в училище ни разказваха по физика "дуализъм частица-вълна"? Това означава, че когато става въпрос за много малки частици (атоми, електрони) от микросвета, тогава те са едновременно вълни и частици

Днес вие и аз сме толкова умни и разбираме, че двата експеримента, описани по-горе - изстрелване на електрони и осветяване на слотове със светлина - са едно и също. Защото изстрелваме квантови частици в прорезите. Сега знаем, че и светлината, и електроните са от квантова природа, те са вълни и частици едновременно. И в началото на 20-ти век резултатите от този експеримент бяха сензация.

внимание! Сега нека да преминем към по-фин въпрос.

Ние осветяваме нашите процепи с поток от фотони (електрони) - и виждаме интерференчен модел (вертикални ивици) зад процепите на екрана. Ясно е. Но ни е интересно да видим как всеки от електроните лети през процепа.

Предполага се, че единият електрон лети към левия процеп, а другият към десния. Но тогава 2 вертикални ивици трябва да се появят на екрана точно срещу слотовете. Защо се получава интерференчна картина? Може би електроните някак си взаимодействат помежду си вече на екрана, след като са прелетели през прорезите. И резултатът е такъв вълнов модел. Как можем да следваме това?

Ще хвърляме електрони не на лъч, а един по един. Пуснете го, изчакайте, пуснете следващия. Сега, когато електронът лети сам, той вече няма да може да взаимодейства на екрана с други електрони. Ще регистрираме на екрана всеки електрон след хвърлянето. Един или двама, разбира се, няма да ни „нарисуват“ ясна картина. Но когато един по един изпратим много от тях в слотовете, ще забележим ... о, ужас - те отново „начертаха“ модел на интерферентна вълна!

Започваме бавно да се побъркваме. Все пак очаквахме да има 2 вертикални ивици срещу слотовете! Оказва се, че когато хвърляме фотони един по един, всеки от тях преминава сякаш през 2 процепа едновременно и се намесва сам в себе си. Измислица! Ще се върнем към обяснението на този феномен в следващия раздел.

Какво е спин и суперпозиция?

Вече знаем какво е намеса. Това е вълновото поведение на микрочастиците - фотони, електрони, други микрочастици (нека ги наричаме фотони за по-лесно от сега нататък).

В резултат на експеримента, когато хвърлихме 1 фотон в 2 процепа, разбрахме, че той лети сякаш през два процепа едновременно. Как иначе да се обясни моделът на смущения на екрана?

Но как да си представим картина, че фотон лети през два процепа едновременно? Има 2 варианта.

• 1-ви вариант:фотон, подобно на вълна (като вода) "плува" през 2 процепа едновременно
• 2-ри вариант:фотон, подобно на частица, лети едновременно по 2 траектории (дори не две, а всички наведнъж)

По принцип тези твърдения са еквивалентни. Стигнахме до „интеграла на пътя“. Това е формулировката на квантовата механика на Ричард Файнман.

Между другото точно Ричард Файнманпринадлежи на известния израз, че можем уверено да кажем, че никой не разбира квантовата механика

Но този негов израз проработи в началото на века. Но сега сме умни и знаем, че фотонът може да се държи както като частица, така и като вълна. Че може да лети през 2 слота едновременно по някакъв неразбираем за нас начин. Следователно ще ни бъде лесно да разберем следното важно твърдение на квантовата механика:

Строго погледнато, квантовата механика ни казва, че това фотонно поведение е правило, а не изключение. Всяка квантова частица по правило се намира в няколко състояния или в няколко точки в пространството едновременно.

Обектите на макросвета могат да бъдат само на едно конкретно място и в едно конкретно състояние. Но квантовата частица съществува според собствените си закони. И не й пука, че не ги разбираме. Това е смисълът.

Остава просто да приемем за аксиома, че "суперпозицията" на квантовия обект означава, че той може да бъде на 2 или повече траектории едновременно, в 2 или повече точки едновременно

Същото важи и за друг параметър на фотона - спин (собствен ъглов импулс). Спинът е вектор. Квантовият обект може да се разглежда като микроскопичен магнит. Свикнали сме с факта, че магнитният вектор (спин) е насочен нагоре или надолу. Но електронът или фотонът отново ни казва: „Момчета, не ни интересува с какво сте свикнали, ние можем да бъдем в двете спинови състояния едновременно (вектор нагоре, вектор надолу), точно както можем да бъдем на 2 траектории в по едно и също време или в 2 точки едновременно!

Какво е "измерване" или "колапс на вълновата функция"?

Остава ни малко - да разберем какво е "измерване" и какво е "колапс на вълновата функция".

вълнова функцияе описание на състоянието на квантов обект (нашият фотон или електрон).

Да предположим, че имаме електрон, той лети към себе си в неопределено състояние въртенето му е насочено едновременно нагоре и надолу. Трябва да измерим състоянието му.

Нека измерим с помощта на магнитно поле: електроните, чийто спин е насочен в посоката на полето, ще се отклонят в една посока, а електроните, чийто спин е насочен срещу полето, ще се отклонят в другата посока. Фотоните също могат да бъдат изпратени към поляризационен филтър. Ако спинът (поляризацията) на фотона е +1, той преминава през филтъра, а ако е -1, тогава не преминава.

Спри се! Тук неизбежно възниква въпросът:преди измерването, в края на краищата, електронът нямаше определена посока на въртене, нали? Във всички щати ли беше едновременно?

Това е трикът и усещането на квантовата механика.. Докато не измервате състоянието на квантовия обект, той може да се върти във всяка посока (да има всяка посока на собствения си вектор на ъгловия момент - спин). Но в момента, в който сте измерили състоянието му, той изглежда решава кой вектор на въртене да вземе.

Този квантов обект е толкова готин - той взема решение за своето състояние.И не можем да предвидим предварително какво решение ще вземе, когато лети в магнитното поле, в което го измерваме. Вероятността той да реши да има вектор на въртене "нагоре" или "надолу" е 50 до 50%. Но щом реши, той е в определено състояние с определена посока на въртене. Причината за решението му е нашето "измерение"!

Това се казва " колапс на вълновата функция". Вълновата функция преди измерването беше неопределена, т.е. векторът на въртене на електрона беше едновременно във всички посоки, след измерването електронът фиксира определена посока на своя вектор на въртене.

внимание! Отличен пример-асоциация от нашия макрокосмос за разбиране:

Завъртете монета на масата като топ. Докато монетата се върти, тя няма конкретно значение - глави или опашки. Но веднага щом решите да "измерите" тази стойност и ударите монетата с ръка, тук получавате конкретното състояние на монетата - глави или опашки. Сега си представете, че тази монета решава каква стойност да ви "покаже" - глави или опашки. Електронът се държи приблизително по същия начин.

Сега си спомнете експеримента, показан в края на карикатурата. Когато фотоните преминаха през прорезите, те се държаха като вълна и показаха интерференчен модел на екрана. И когато учените поискаха да фиксират (измерят) момента, в който фотони преминават през процепа и поставиха „наблюдател“ зад екрана, фотоните започнаха да се държат не като вълни, а като частици. И „начертани“ 2 вертикални ивици на екрана. Тези. в момента на измерване или наблюдение квантовите обекти сами избират в какво състояние да бъдат.

Измислица! Не е ли?

Но това не е всичко. Най-накрая ние стигна до най-интересното.

Но ... струва ми се, че ще има претоварване с информация, така че ще разгледаме тези 2 понятия в отделни публикации:

• Какво ?
• Какво е мисловен експеримент.

И сега, искате ли информацията да бъде поставена на рафтовете? Гледайте документален филм, произведен от Канадския институт за теоретична физика. В рамките на 20 минути ще ви разкаже съвсем накратко и в хронологичен ред за всички открития на квантовата физика, като се започне с откритието на Планк през 1900 г. И тогава те ще ви разкажат какви практически разработки се извършват в момента въз основа на познанията по квантовата физика: от най-точните атомни часовници до супер бързи изчисления на квантов компютър. Силно препоръчвам да гледате този филм.

Ще се видим!

Пожелавам на всички ви вдъхновение за всички ваши планове и проекти!

P.S.2 Напишете вашите въпроси и мисли в коментарите. Пишете, какви други въпроси по квантовата физика ви интересуват?

P.S.3 Абонирайте се за блога - формата за абонамент под статията.