Μυστικά της κβαντικής μηχανικής - Τι είναι η κβαντική εμπλοκή;

Πριν από περίπου 100 χρόνια, οι επιστήμονες το σκέφτηκαν για πρώτη φοράτη φύση ορισμένων από τις ασυνήθιστες ιδιότητες του φωτός. Για παράδειγμα, το φως που εκπέμπεται από αέρια όταν θερμαίνεται σε δοκιμαστικό σωλήνα. Αν κοιτάξετε αυτό το φως μέσα από ένα πρίσμα, θα παρατηρήσετε κάτι ασυνήθιστο. Όχι ένα φάσμα, στο οποίο τα χρώματα περνούν ομαλά το ένα στο άλλο, αντανακλάται σε ένα κρύσταλλο, αλλά διακριτές γραμμές, τα χρώματα των οποίων δεν αναμιγνύονται, όπως σε ένα ουράνιο τόξο. Μιλάμε για κάθετες ακτίνες φωτός, παρόμοιες με τα μολύβια - το καθένα στο δικό του χρώμα. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να εξηγήσουν μια τόσο περίεργη ιδιότητα του φωτός. Η αναζήτηση απαντήσεων συνεχίστηκε ανεπιτυχώς έως ότου ο φυσικός Niels Bohr στις αρχές του 20ού αιώνα παρουσίασε την πιο απίστευτη και φανταστική υπόθεση. Ο Bohr ήταν πεπεισμένος ότι η ένδειξη για τις ξεχωριστές γραμμές βρίσκεται στην καρδιά της ύλης - τη δομή του ατόμου.

Εάν θερμάνετε ένα αέριο σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα και δείτε το φως που προέρχεται από αυτό μέσω ενός πρίσματος, θα δείτε κάθετες γραμμές

Φανταστική υπόθεση

Σύμφωνα με τον επιστήμονα, τα άτομα μοιάζουν με μικροσκοπικάμοντέλα του ηλιακού συστήματος, καθώς τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, όπως οι πλανήτες. Αλλά τα ηλεκτρόνια, σε αντίθεση με τους πλανήτες, κινούνται σε μια συγκεκριμένη τροχιά και όχι σε κανένα άλλο. Ο Bohr υποστήριξε ότι όταν ένα άτομο θερμαίνεται, τα ηλεκτρόνια κινούνται και πηδούν από τη μία τροχιά στην άλλη. Επιπλέον, κάθε άλμα συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας με τη μορφή φωτός με ένα ορισμένο μήκος κύματος. Από εδώ προέρχονται αυτές οι περίεργες κατακόρυφες γραμμές και η έννοια του «κβαντικού άλματος».

Σε ένα ντοκιμαντέρ National Geographic γιακβαντική θεωρία, ο φυσικός Brian Greene μιλά για τις εκπληκτικές ιδιότητες του κβαντικού άλματος, το οποίο συνίσταται στο γεγονός ότι ένα ηλεκτρόνιο κινείται από τη μία τροχιά απευθείας στην άλλη, σαν να μην διασχίζει το διάστημα μεταξύ τους. Λες και η Γη σε μια στιγμή άλλαξε σε τροχιά με τον Άρη ή τον Δία. Ο Μποχ το πίστευε αυτό Λόγω των περίεργων ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο, εκπέμπουν ενέργεια σε συγκεκριμένα, αδιαίρετα τμήματα, τα οποία ονομάζονται κβάντα. Γι 'αυτό τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται αυστηράκατά μήκος ορισμένων τροχιών και μπορεί να είναι είτε σε ένα σημείο είτε σε άλλο, αλλά όχι στη μέση. Στην καθημερινή ζωή, δεν συναντάμε κάτι τέτοιο.

Εάν ένα μπέιζμπολ ήταν σε δύο μέρηταυτόχρονα, ίσως πιστεύουμε ότι ο μάγος μας εξαπατά. Αλλά στην κβαντική μηχανική, το να έχουμε ένα σωματίδιο σε δύο μέρη ταυτόχρονα είναι ακριβώς αυτό που μας κάνει να πιστεύουμε ότι το πείραμα είναι αλήθεια.

Όταν τα άτομα θερμαίνονται, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να πηδούν από τη μία τροχιά στην άλλη.

Όσο απίστευτη είναι η υπόθεση του Bohr, οι φυσικοί βρήκαν γρήγορα πολλά αποδεικτικά στοιχεία υπέρ της θεωρίας του - Τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται πραγματικά σύμφωνα με εντελώς διαφορετικούς νόμους από τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος ή τις μπάλες πινγκ πονγκ. Η ανακάλυψη από τον Bohr και τους συναδέλφους του, ωστόσο, αντιφάσκει με τους γνωστούς νόμους της φυσικής και σύντομα οδήγησε σε σύγκρουση με τις ιδέες που εξέφρασε ο Albert Einstein.

Κβαντική εμπλοκή

Ο Αϊνστάιν δεν μπόρεσε να δεχτεί την αβεβαιότηταΈνα σύμπαν που ρέει από την κβαντική μηχανική. Ο φυσικός πίστευε ότι ένα αντικείμενο υπάρχει όχι μόνο όταν παρατηρείται (όπως υποστήριξε ο Niels Bohr), αλλά και τον υπόλοιπο χρόνο. Ο επιστήμονας έγραψε: «Θέλω να πιστέψω ότι το φεγγάρι λάμπει ακόμα και όταν δεν το κοιτάω». Η ίδια η ιδέα ότι η πραγματικότητα του σύμπαντος καθορίζεται όταν ανοίγουμε και κλείνουμε τα μάτια μας φαινόταν ακατανόητη γι 'αυτόν. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, η κβαντική θεωρία δεν είχε κάτι που να περιγράφει όλες τις ιδιότητες των σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένης της θέσης τους, ακόμη και όταν δεν παρατηρούνται. Και το 1935, φάνηκε στον Αϊνστάιν ότι είχε βρει ένα αδύνατο σημείο στην κβαντική μηχανική. Ήταν ένα απίστευτα παράξενο φαινόμενο, σε αντίθεση με όλες τις λογικές ιδέες για το σύμπαν - κβαντική εμπλοκή.

Κβαντική εμπλοκή Είναι μια θεωρητική υπόθεση που προκύπτει απόεξισώσεις κβαντικής μηχανικής, σύμφωνα με τις οποίες δύο σωματίδια μπορούν να μπλέκονται αν είναι αρκετά κοντά το ένα στο άλλο. Ταυτόχρονα, οι ιδιότητές τους γίνονται αλληλένδετες.

Αλλά ακόμα κι αν διαχωρίζετε αυτά τα σωματίδια και τα στέλνετεΤα διαφορετικά άκρα του κόσμου, όπως υποδηλώνει η κβαντική μηχανική, μπορούν να παραμείνουν εμπλεγμένα και άρρηκτα συνδεδεμένα. Για τον Αϊνστάιν, μια τέτοια σύνδεση μεταξύ σωματιδίων φαινόταν αδύνατη, το ονόμασε έτσι - «υπερφυσική επικοινωνία από απόσταση». Ο επιστήμονας παραδέχτηκε ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν εμπλεγμένα σωματίδια, αλλά πίστευαν ότι δεν υπήρχε "υπερφυσική σύνδεση σε απόσταση". Αντίθετα, όλα είναι προκαθορισμένα πολύ πριν από τη στιγμή της μέτρησης.

Ας πούμε ότι κάποιος πήρε ένα ζευγάρι γάντια, τα χώριζεκαι βάλτε το καθένα σε ξεχωριστή βαλίτσα. Στη συνέχεια, μια βαλίτσα σας στάλθηκε και η δεύτερη στην Ανταρκτική Μέχρι τη στιγμή που οι βαλίτσες είναι κλειστές, δεν ξέρετε ποιο από τα γάντια είναι εκεί. Αλλά όταν ανοίξουμε τη βαλίτσα και βρούμε το αριστερό γάντι σε αυτό, θα γνωρίζουμε με 100% βεβαιότητα ότι το δεξί γάντι βρίσκεται στη βαλίτσα στην Ανταρκτική, ακόμα κι αν κανείς δεν το έχει εξετάσει.

Ο Niels Bohr, με τη σειρά του, βασίστηκεεξισώσεις που αποδεικνύουν ότι τα σωματίδια συμπεριφέρονται σαν δύο τροχούς που μπορούν να συνδέσουν άμεσα τα τυχαία αποτελέσματα της περιστροφής τους, ακόμη και όταν βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους. Λοιπόν, ποιος έχει δίκιο;

Προσδιορίστε εάν μεταξύ μπλέκεταισωματίδια υπάρχει μια «υπερφυσική σύνδεση» μεταξύ περιστρεφόμενων τροχών, ή δεν υπάρχει σύνδεση και οι ιδιότητες των σωματιδίων είναι προκαθορισμένες, όπως στην περίπτωση ενός ζευγαριού γαντιών, πέτυχε ο φυσικός John Bell. Ο Μπέλ έδειξε από εξελιγμένους μαθηματικούς υπολογισμούς ότι Αν δεν υπάρχει υπερφυσική σύνδεση, τότε η κβαντική μηχανική είναι λάθος. Ωστόσο, ο θεωρητικός φυσικός απέδειξε επίσης ότι το ζήτημα θα μπορούσε να λυθεί δημιουργώντας μια μηχανή που θα δημιουργούσε και θα συγκρίνει πολλά ζεύγη εμπλεγμένων σωματιδίων.

Με βάση τις οδηγίες του Bell ο φυσικός,ο κβαντικός μηχανικός John Clauser έχει κατασκευάσει μια μηχανή ικανή να κάνει αυτή τη δουλειά. Η μηχανή του Klauser μπορούσε να μετρήσει χιλιάδες ζεύγη εμπλεγμένων σωματιδίων και να τα συγκρίνει με πολλούς τρόπους. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν οδήγησαν τον επιστήμονα να πιστεύει ότι έκανε λάθος. Σύντομα ο Γάλλος φυσικός Alain Aspe έφτασε στο επίκεντρο της διαμάχης Einstein-Bohr.

Ο Alain Aspe είναι Γάλλος φυσικός που ειδικεύεται στην κβαντική οπτική, τη θεωρία των κρυφών παραμέτρων και την κβαντική εμπλοκή.

Στο πείραμα του Aspe, η μέτρηση ενός σωματιδίου θα μπορούσε άμεσαεπηρεάζει το άλλο μόνο εάν το σήμα από το πρώτο σωματίδιο στο δεύτερο ταξιδεύει με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Το οποίο, όπως γνωρίζουμε, είναι αδύνατο. Έτσι, υπήρχε μόνο μία εξήγηση - μια υπερφυσική σύνδεση. Επιπλέον, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έχουν αποδείξει ότι η μαθηματική βάση της κβαντικής μηχανικής είναι σωστή.

Ο εμπλοκή των κβαντικών καταστάσεων είναι πραγματικότητα.

Αποδεικνύεται ότι τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να συνδεθούνπαρά τις τεράστιες αποστάσεις και η μέτρηση ενός σωματιδίου μπορεί πραγματικά να επηρεάσει το μακρινό του ζεύγος, σαν να μην υπήρχε ποτέ ο χώρος μεταξύ τους. Αλλά Κανείς δεν μπορεί να απαντήσει στο ερώτημα πώς λειτουργεί αυτή η σύνδεση σήμερα.

Η κβαντική εμπλοκή σωματιδίων επίσης δεν αποκλείειτο γεγονός ότι η τηλεμεταφορά θα γίνει κάποια μέρα πραγματικότητα. Έτσι, οι επιστήμονες ήδη τηλεμεταφέρουν εκατοντάδες σωματίδια σήμερα, όπως έγραψε η συνάδελφός μου Daria Eletskaya με περισσότερες λεπτομέρειες. Πιστεύετε ότι οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να δημιουργήσουν μια ενοποιημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας; Θα περιμένουμε την απάντηση στα σχόλια σε αυτό το άρθρο, καθώς και στη συνομιλία μας στο Telegram.