Grundlæggende om kvantefysik i fem eksperimenter for dummies. Hvordan bevidsthed styrer sagen

Når folk hører ordene "kvantefysik", trækker de normalt på skuldrene: "Det er noget frygteligt kompliceret." I mellemtiden er dette absolut ikke sandt, og der er absolut intet skræmmende i ordet "kvante". Der er masser af uforståelige ting, mange interessante ting, men ikke noget skræmmende.

Om boghylder, stiger og Ivan Ivanovich

Alle processer, fænomener og mængder i verden omkring os kan opdeles i to grupper: kontinuerlige (videnskabeligt kontinuum ) og diskontinuerlig (videnskabeligt diskret eller kvantiseret ).

Forestil dig et bord, hvorpå du kan placere en bog. Du kan lægge bogen hvor som helst på bordet. Højre, venstre, midt... Hvor end du vil, læg det der. I dette tilfælde siger fysikere, at bogens position på bordet ændres løbende .

Forestil dig nu bogreoler. Du kan lægge en bog på den første hylde, på den anden, på den tredje eller på den fjerde - men du kan ikke lægge en bog "et sted mellem den tredje og fjerde." I dette tilfælde ændres bogens position med mellemrum , diskret , kvantiseret (alle disse ord betyder det samme).

Verden omkring os er fuld af kontinuerlige og kvantificerede mængder. Her er to piger - Katya og Masha. Deres højde er 135 og 136 centimeter. Hvilken størrelse er dette? Højden ændres kontinuerligt, den kan være 135 og en halv centimeter eller 135 og en kvart centimeter. Men nummeret på den skole, hvor pigerne studerer, er en kvantificeret mængde! Lad os sige, at Katya studerer på skole nr. 135, og Masha studerer på skole nr. 136. Men ingen af ​​dem kan studere på skole nr. 135 og en halv, vel?

Et andet eksempel på et kvantiseret system er et skakbræt. Der er 64 felter på et skakbræt, og hver brik kan kun optage et felt. Kan vi placere en bonde et sted mellem cellerne eller placere to bønder på én celle på én gang? Det kan vi faktisk, men ifølge reglerne nej.

Kontinuum nedstigning

Og her er rutsjebanen på legepladsen. Børn glider ned fra den - fordi højden på rutsjebanen ændrer sig jævnt, kontinuerligt. Forestil dig nu, at dette glide pludseligt (bølge tryllestav!) forvandlet til en trappe. At rulle af hende på numsen vil ikke længere virke. Du bliver nødt til at gå med fødderne - først et skridt, så et andet, så et tredje. Størrelsen (højden) er ændret løbende – men begyndte at ændre sig i trin, det vil sige diskret, kvantiseret .

Kvantiseret afstamning

Lad os tjekke!

1. En nabo ved dachaen, Ivan Ivanovich, gik til nabolandsbyen og sagde: "Jeg vil hvile et sted undervejs."

2. En nabo ved dachaen, Ivan Ivanovich, gik til nabolandsbyen og sagde: "Jeg tager en bus."

Hvilken af ​​disse to situationer ("systemer") kan betragtes som kontinuerlige, og hvilke kan betragtes som kvantificerede?

Svar:

I det første tilfælde går Ivan Ivanovich og kan stoppe for at hvile på absolut ethvert tidspunkt. Det betyder, at dette system er kontinuerligt.

I den anden kan Ivan Ivanovich stige på bussen, der kommer til stoppestedet. Han går måske glip af det og venter på den næste bus. Men han vil ikke kunne sidde "et sted mellem" busserne. Det betyder, at dette system er kvantificeret!

Skyld det på astronomi

De gamle grækere var godt klar over eksistensen af ​​kontinuerlige (kontinuerlige) og diskontinuerlige (kvantiserede, diskontinuerlige, diskrete) mængder. I sin bog Psammit (Calculus of Grains of Sand) gjorde Archimedes endda det første forsøg på at etablere en matematisk sammenhæng mellem kontinuerlige og kvantificerede mængder. Der var dog ingen kvantefysik på det tidspunkt.

Den eksisterede først i begyndelsen af ​​det 20. århundrede! Sådanne store fysikere som Galileo, Descartes, Newton, Faraday, Young eller Maxwell havde aldrig hørt om nogen kvantefysik og klarede sig fint uden den. Du kan spørge: hvorfor kom videnskabsmænd så op med kvantefysik? Hvad er der specielt sket i fysikken? Forestil dig, hvad der skete. Kun slet ikke i fysik, men i astronomi!

Mystisk følgesvend

I 1844 observerede den tyske astronom Friedrich Bessel mest lysende stjerne af vores nattehimmel - Sirius. På det tidspunkt vidste astronomer allerede, at stjernerne på vores himmel ikke er stationære - de bevæger sig, kun meget, meget langsomt. Desuden er hver stjerne vigtig! - bevæger sig i en lige linje. Så da han observerede Sirius, viste det sig, at han slet ikke bevægede sig i en lige linje. Stjernen så ud til at "svaglende" først i den ene retning, så i den anden. Sirius' vej på himlen var som en bugtet linje, som matematikere kalder en "sinusbølge".

Stjernen Sirius og dens satellit - Sirius B

Det var tydeligt, at stjernen selv ikke kunne bevæge sig sådan. For at vende bevægelse i en lige linje til bevægelse langs en sinusbølge er der brug for en form for "forstyrrende kraft". Derfor foreslog Bessel, at en tung satellit drejer rundt om Sirius – det var den mest naturlige og rimelige forklaring.

Beregninger viste imidlertid, at massen af ​​denne satellit skulle være omtrent den samme som vores Sols. Hvorfor ser vi så ikke denne satellit fra Jorden? Sirius ligger fra solsystem ikke langt væk - omkring to en halv parsec, og en genstand på størrelse med Solen burde være synlig meget godt...

Det var en svær opgave. Nogle videnskabsmænd sagde, at denne satellit er en kold, afkølet stjerne - derfor er den helt sort og usynlig fra vores planet. Andre sagde, at denne satellit ikke er sort, men gennemsigtig, hvorfor vi ikke ser den. Astronomer over hele verden kiggede på Sirius gennem teleskoper og forsøgte at "fange" den mystiske usynlige satellit, men det så ud til at håne dem. Der var noget at blive overrasket over, du ved...

Vi har brug for et mirakelteleskop!

Gennem et sådant teleskop så folk Sirius satellit for første gang

I midten af ​​det 19. århundrede boede og arbejdede den fremragende teleskopdesigner Alvin Clark i USA. Ved første erhverv var han kunstner, men ved et tilfælde blev han en førsteklasses ingeniør, glasmager og astronom. Indtil nu har ingen været i stand til at overgå hans fantastiske linseteleskoper! En af linserne af Alvin Clark (76 centimeter i diameter) kan ses i St. Petersborg, i Pulkovo Observatory Museum...

Vi afviger dog. Så i 1867 byggede Alvin Clark et nyt teleskop - med en linse med en diameter på 47 centimeter; det var mest stort teleskop i USA på det tidspunkt. Den mystiske Sirius blev valgt som det første himmelobjekt, der blev observeret under testene. Og astronomernes håb var glimrende berettiget - den allerførste nat blev Sirius' undvigende satellit, forudsagt af Bessel, opdaget.

Ud af bradepanden i ilden...

Men efter at have modtaget data fra Clarks observationer, glædede astronomerne sig ikke længe. Ifølge beregninger skulle satellittens masse være omtrent den samme som vores sols (333.000 gange jordens masse). Men i stedet for et enormt sort (eller gennemsigtigt) himmellegeme, så astronomerne... en lille hvid stjerne! Denne stjerne var meget varm (25.000 grader, sammenlignet med 5.500 grader af vores sol) og på samme tid lille (efter kosmiske standarder), ikke størrelsen mere end Jorden(efterfølgende blev sådanne stjerner kaldt "hvide dværge"). Det viste sig, at denne stjerne havde en helt ufattelig tæthed. Hvilket stof består den så af?!

På Jorden kender vi materialer med høj tæthed - f.eks. bly (en kube på centimetersiden lavet af dette metal vejer 11,3 gram) eller guld (19,3 gram pr. kubikcentimeter). Tætheden af ​​stoffet i Sirius-satellitten (den blev kaldt "Sirius B") er million (!!!) gram per kubikcentimeter - det er 52 tusind gange tungere end guld!

Lad os for eksempel tage en almindelig tændstikæske. Dens volumen er 28 kubikcentimeter. Det betyder, at en tændstikæske fyldt med substansen fra Sirius-satellitten vil veje... 28 tons! Prøv at forestille dig - der er en tændstikæske på den ene side af vægten og en tank på den anden!

Der var et problem mere. Der er en lov i fysik kaldet Charles's lov. Han anfører, at i samme volumen er trykket af et stof højere, jo højere temperaturen er på dette stof. Husk, hvordan trykket af varm damp river låget af en kogende kedel – og du vil straks forstå, hvad vi taler om. Så temperaturen af ​​Sirius-satellittens substans overtrådte netop denne Charles lov på den mest skruppelløse måde! Trykket var utænkeligt og temperaturen forholdsvis lav. Resultatet var "forkerte" fysiske love og generelt "forkerte" fysik. Ligesom Peter Plys - "forkerte bier og forkert honning."

Mit hoved snurrer fuldstændig...

For at "redde" fysik, i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, måtte forskere indrømme, at der var TO fysik i verden på én gang - en "klassisk", kendt i to tusinde år. Og den anden er usædvanlig, kvante . Forskere har foreslået, at den klassiske fysiks love fungerer på det almindelige, "makroskopiske" niveau i vores verden. Men på det mindste, "mikroskopiske" niveau, adlyder stof og energi helt andre love - kvante.

Forestil dig vores planet Jorden. Mere end 15.000 forskellige kunstige genstande kredser nu omkring den, hver i deres kredsløb. Desuden kan denne bane ændres (korrigeres), hvis det ønskes - for eksempel Internationalens kredsløb rumstation(ISS). Dette er et makroskopisk niveau, den klassiske fysiks love (for eksempel Newtons love) virker her.

Lad os nu gå til det mikroskopiske niveau. Forestil dig kernen i et atom. Elektroner kredser omkring det, ligesom satellitter - men der kan ikke være så mange af dem som ønsket (for eksempel har et heliumatom ikke mere end to). Og elektronernes baner vil ikke længere være vilkårlige, men kvantificerede, "trinvise". Fysikere kalder også sådanne baner for "tilladte energiniveauer." En elektron kan ikke "glat" bevæge sig fra et tilladt niveau til et andet, den kan kun øjeblikkeligt "springe" fra niveau til niveau. Jeg var bare "der" og befandt mig med det samme "her". Han kan ikke være et sted mellem "der" og "her". Det skifter placering med det samme.

Vidunderlig? Vidunderlig! Men det er ikke alt. Faktum er, at ifølge kvantefysikkens love er to identiske elektroner kan ikke optage samme energiniveau. Aldrig. Forskere kalder dette fænomen for "Pauli-udelukkelsen" (de kan endnu ikke forklare, hvorfor dette "forbud" er i kraft). Mest af alt ligner dette "forbud". skakbræt, som vi nævnte som et eksempel på et kvantesystem - hvis der er en bonde på en celle på brættet, kan en anden bonde ikke placeres på denne celle. Præcis det samme sker med elektroner!

Løsningen af ​​problemet

Hvordan, spørger du, forklarer kvantefysikken så usædvanlige fænomener som overtrædelsen af ​​Charles's lov inde i Sirius B? Sådan gør du.

Forestil dig en bypark, der har et dansegulv. Der går mange mennesker på gaden, de kommer til dansegulvet for at danse. Lad antallet af mennesker på gaden repræsentere trykket, og antallet af personer i diskoteket temperaturen. Et enormt antal mennesker kan komme ind på dansegulvet - end flere folk gåture i parken, jo flere der danser på dansegulvet, det vil sige, jo højere tryk, jo højere temperatur. Sådan fungerer den klassiske fysiks love - inklusive Charles's lov. Forskere kalder dette stof for en "ideel gas".

Folk på dansegulvet er "ideal gas"

Men på det mikroskopiske plan gælder den klassiske fysiks love ikke. Kvantelove begynder at virke der, og dette ændrer situationen radikalt.

Lad os forestille os, at en cafe blev åbnet i stedet for dansegulvet i parken. Hvad er forskellen? Ja, faktum er, at i modsætning til et diskotek vil "så mange mennesker som du vil" ikke komme ind i cafeen. Så snart alle pladser ved bordene er besat, stopper sikkerheden med at lukke folk indenfor. Og indtil en af ​​gæsterne forlader bordet, vil sikkerheden ikke lukke nogen ind! Der går flere og flere mennesker i parken – men antallet af mennesker i cafeen forbliver det samme. Det viser sig, at trykket stiger, men temperaturen "står stille".

Folk på en cafe - "kvantegas"

Inde i Sirius B er der selvfølgelig ingen mennesker, dansegulve eller cafeer. Men princippet forbliver det samme: elektroner fylder alle tilladte energiniveauer(som besøgende - borde på en cafe), og de kan ikke længere "lade nogen ind" - helt efter Paulis forbud. Som følge heraf opnås et ufatteligt enormt tryk inde i stjernen, men temperaturen er høj, men ganske almindelig for stjerner. I fysik kaldes et sådant stof en "degenereret kvantegas."

skal vi fortsætte?..

Unormalt stor tæthed hvide dværge er langt fra det eneste fænomen i fysik, der kræver brug af kvantelove. Hvis dette emne interesserer dig, kan vi i de næste udgaver af Luchik tale om andre, ikke mindre interessante, kvantefænomener. Skrive! Lad os nu huske det vigtigste:

1. I vores verden (universet) fungerer den klassiske fysiks love på det makroskopiske (dvs. "store") niveau. De beskriver egenskaberne ved almindelige væsker og gasser, stjerners og planeters bevægelser og meget mere. Dette er den fysik, du studerer (eller vil studere) i skolen.

2. Men på det mikroskopiske (det vil sige utroligt lille, millioner af gange mindre end de mindste bakterier) niveau virker helt andre love - kvantefysikkens love. Disse love beskrives som meget komplekse matematiske formler, og de studeres ikke i skolen. Det er dog kun kvantefysikken, der gør det muligt relativt klart at forklare strukturen af ​​så fantastiske kosmiske objekter som hvide dværge (som Sirius B), neutronstjerner, sorte huller og så videre.

For mange mennesker virker fysik så fjern og forvirrende, og kvantefysik endnu mere. Men jeg vil gerne åbne sløret for dette store mysterium for dig, for i virkeligheden viser alt sig at være mærkeligt, men optrævlende.

Og også kvantefysik er et fantastisk emne at tale med kloge mennesker om.

Kvantefysik gjort let

Først skal du tegne en i dit hoved stor linje mellem mikroverdenen og makroverdenen, fordi disse verdener er helt forskellige. Alt, hvad du ved om det rum, du er bekendt med, og genstandene i det, er falsk og uacceptabelt i kvantefysikken.

Faktisk har mikropartikler hverken hastighed eller en bestemt position, før forskerne ser på dem. Denne udtalelse forekommer os simpelthen absurd, det virkede sådan for Albert Einstein, men endda stor fysiker bakkede.

Faktum er, at forskning har bevist, at hvis man en gang ser på en partikel, der indtog en bestemt position, og derefter vender sig væk og kigger igen, vil man se, at denne partikel allerede har indtaget en helt anden position.

Disse frække partikler

Alt virker simpelt, men når vi ser på den samme partikel, står den stille. Det vil sige, at disse partikler kun bevæger sig, når vi ikke kan se det.

Essensen er, at hver partikel (ifølge sandsynlighedsteori) har en sandsynlighedsskala for at være i en eller anden position. Og når vi vender væk og så vender os igen, kan vi fange partiklen i en hvilken som helst af dens mulige positioner præcist efter sandsynlighedsskalaen.

Ifølge undersøgelsen blev partiklen ledt efter i forskellige steder, holdt op med at se hende og så igen for at se, hvordan hendes position ændrede sig. Resultatet var simpelthen fantastisk. Sammenfattende var videnskabsmænd virkelig i stand til at skabe en skala af sandsynligheder, hvor den eller den partikel kunne være placeret.

For eksempel har en neutron evnen til at være i tre positioner. Efter at have udført forskning, kan du opdage, at i den første position vil det være med en sandsynlighed på 15%, i den anden - 60%, i den tredje - 25%.

Ingen har endnu været i stand til at tilbagevise denne teori, så den er mærkeligt nok den mest korrekte.

Makroverden og mikroverden

Hvis vi tager et objekt fra makrokosmos, vil vi se, at det også har en sandsynlighedsskala, men det er helt anderledes. For eksempel er sandsynligheden for, at du vender dig væk og finder din telefon på den anden side af jorden, næsten nul, men den eksisterer stadig.

Så opstår spørgsmålet: hvorfor er sådanne sager endnu ikke blevet registreret? Dette forklares med, at sandsynligheden er så lille, at menneskeheden skulle vente lige så mange år, som vores planet og hele universet endnu ikke har levet for at se en sådan begivenhed. Det viser sig, at din telefon er næsten 100 % tilbøjelig til at ende præcis, hvor du så den.

Kvante tunneling

Herfra kan vi komme til begrebet kvantetunneling. Dette er konceptet med den gradvise overgang af et objekt (for at sige det meget groft) til et helt andet sted uden nogen ydre påvirkninger.

Det vil sige, at alt kan starte med én neutron, som på et tidspunkt falder ind i den samme næsten nul sandsynlighed for at være et helt andet sted, og jo flere neutroner der er et andet sted, jo større er sandsynligheden.

Selvfølgelig vil en sådan overgang tage lige så mange år, som vores planet endnu ikke har levet, men ifølge teorien om kvantefysik finder kvantetunneling sted.

Læs også:

Du har sikkert hørt det mange gange om kvantefysikkens og kvantemekanikkens uforklarlige mysterier. Dens love fascinerer med mystik, og selv fysikere indrømmer selv, at de ikke fuldt ud forstår dem. På den ene side er det interessant at forstå disse love, men på den anden side er der ikke tid til at læse komplekse bøger om fysik i flere bind. Jeg forstår dig rigtig godt, for jeg elsker også viden og søgen efter sandhed, men der er sårt ikke tid nok til alle bøgerne. Du er ikke alene, mange nysgerrige personer skriver i søgefeltet: "kvantefysik for dummies, kvantemekanik for dummies, kvantefysik for begyndere, kvantemekanik for begyndere, grundlæggende om kvantefysik, grundlæggende om kvantemekanik, kvantefysik for børn, hvad er kvantemekanik". Denne udgivelse er præcis til dig.

Du vil forstå kvantefysikkens grundlæggende begreber og paradokser. Fra artiklen lærer du:

• Hvad er kvantefysik og kvantemekanik?
• Hvad er interferens?
• Hvad er Quantum Entanglement (eller Quantum Teleportation for Dummies)? (se artiklen)
• Hvad er tankeeksperimentet med Schrödingers kat? (se artiklen)

Kvantemekanik er en del af kvantefysikken.

Hvorfor er det så svært at forstå disse videnskaber? Svaret er enkelt: Kvantefysik og kvantemekanik (en del af kvantefysikken) studerer mikroverdenens love. Og disse love er absolut forskellige fra lovene i vores makrokosmos. Derfor er det svært for os at forestille os, hvad der sker med elektroner og fotoner i mikrokosmos.

Et eksempel på forskellen mellem makro- og mikroverdenens love: i vores makroverden, hvis du lægger en bold i en af ​​2 kasser, så vil den ene af dem være tom, og den anden vil have en bold. Men i mikrokosmos (hvis der er et atom i stedet for en kugle) kan et atom være i to kasser på samme tid. Dette er blevet bekræftet eksperimentelt mange gange. Er det ikke svært at vikle hovedet rundt om det her? Men du kan ikke argumentere med fakta.

Endnu et eksempel. Du tog et fotografi af en rød racerbil, og på billedet så du en sløret vandret stribe, som om bilen var placeret flere steder i rummet på tidspunktet for billedet. På trods af hvad du ser på billedet, er du stadig sikker på, at bilen var et bestemt sted i rummet. I mikroverdenen er alt anderledes. En elektron, der roterer rundt om kernen af ​​et atom, roterer faktisk ikke, men er placeret samtidigt på alle punkter af kuglen omkring kernen af ​​et atom. Som en løst viklet kugle af fluffy uld. Dette begreb i fysik kaldes "elektronisk sky" .

En kort udflugt ind i historien. Forskere tænkte først på kvanteverdenen, da den tyske fysiker Max Planck i 1900 forsøgte at finde ud af, hvorfor metaller skifter farve, når de opvarmes. Det var ham, der introducerede begrebet kvante. Indtil da troede forskerne, at lys rejste kontinuerligt. Den første person, der tog Plancks opdagelse alvorligt, var den dengang ukendte Albert Einstein. Han indså, at lys ikke bare er en bølge. Nogle gange opfører han sig som en partikel. Einstein modtog Nobel pris for hans opdagelse af, at lys udsendes i portioner, kvantum. En lyskvantum kaldes en foton ( foton, Wikipedia) .

For at gøre det lettere at forstå kvantelovene fysikere Og mekanik (Wikipedia), må vi i en vis forstand abstrahere fra den klassiske fysiks love, som vi kender. Og forestil dig, at du dykkede, ligesom Alice, ned i kaninhullet, ind i Eventyrland.

Og her er en tegnefilm for børn og voksne. Beskriver kvantemekanikkens fundamentale eksperiment med 2 spalter og en observatør. Holder kun 5 minutter. Se det, før vi dykker ned i kvantefysikkens grundlæggende spørgsmål og begreber.

Kvantefysik til dummies video. I tegneserien skal du være opmærksom på observatørens "øje". Det er blevet et alvorligt mysterium for fysikere.

Hvad er interferens?

I begyndelsen af ​​tegneserien blev det vist ved hjælp af eksemplet med en væske, hvordan bølger opfører sig - skiftevis mørke og lys vises på skærmen bag en plade med slidser lodrette striber. Og i det tilfælde, hvor diskrete partikler (for eksempel småsten) bliver "skudt" på pladen, flyver de gennem 2 spalter og lander på skærmen lige overfor spalterne. Og de "tegner" kun 2 lodrette striber på skærmen.

Interferens af lys- Dette er lysets "bølge"-adfærd, når skærmen viser mange skiftende lyse og mørke lodrette striber. Også disse lodrette striber kaldet interferensmønster.

I vores makrokosmos observerer vi ofte, at lys opfører sig som en bølge. Hvis du placerer din hånd foran et stearinlys, vil der ikke være en klar skygge fra din hånd på væggen, men med slørede konturer.

Så det er ikke så kompliceret! Det er nu helt klart for os, at lys har en bølgenatur, og hvis 2 spalter er oplyst med lys, så vil vi på skærmen bag dem se et interferensmønster. Lad os nu se på det 2. eksperiment. Dette er det berømte Stern-Gerlach-eksperiment (som blev udført i 20'erne af forrige århundrede).

Installationen beskrevet i tegneserien blev ikke skinnet med lys, men "skudt" med elektroner (som individuelle partikler). Dengang, i begyndelsen af ​​forrige århundrede, mente fysikere rundt om i verden, at elektroner er elementære partikler af stof og ikke burde have en bølgenatur, men det samme som småsten. Elektroner er jo elementære partikler af stof, ikke? Det vil sige, at hvis du "kaster" dem i 2 slidser, som småsten, så skal vi på skærmen bag slidserne se 2 lodrette striber.

Men... Resultatet var fantastisk. Forskere så et interferensmønster - mange lodrette striber. Det vil sige, at elektroner ligesom lys også kan have en bølgenatur og kan interferere. På den anden side blev det klart, at lys ikke kun er en bølge, men også en lille partikel - en foton (fra historiske oplysninger i begyndelsen af ​​artiklen lærte vi, at Einstein modtog Nobelprisen for denne opdagelse).

Måske husker du, i skolen fik vi fortalt i fysik om "bølge-partikel dualitet"? Det betyder, at hvornår vi taler om om meget små partikler (atomer, elektroner) i mikroverdenen, altså De er både bølger og partikler

I dag er du og jeg så smarte, og vi forstår, at de 2 eksperimenter beskrevet ovenfor - at skyde med elektroner og belyse spalter med lys - er det samme. Fordi vi skyder kvantepartikler på spalterne. Vi ved nu, at både lys og elektroner er af kvantenatur, at de både er bølger og partikler på samme tid. Og i begyndelsen af ​​det 20. århundrede var resultaterne af dette eksperiment en sensation.

Opmærksomhed! Lad os nu gå videre til et mere subtilt problem.

Vi lyser en strøm af fotoner (elektroner) på vores spalter og ser et interferensmønster (lodrette striber) bag spalterne på skærmen. Det er klart. Men vi er interesserede i at se, hvordan hver af elektronerne flyver gennem spalten.

Formentlig flyver den ene elektron ind i venstre spalte, den anden ind i højre. Men så skulle der komme 2 lodrette striber på skærmen lige over for hullerne. Hvorfor opstår der et interferensmønster? Måske interagerer elektronerne på en eller anden måde med hinanden allerede på skærmen efter at have fløjet gennem spalterne. Og resultatet er et bølgemønster som dette. Hvordan kan vi holde styr på dette?

Vi kaster elektroner ikke i en stråle, men en ad gangen. Lad os smide den, vent, lad os smide den næste. Nu hvor elektronen flyver alene, vil den ikke længere være i stand til at interagere med andre elektroner på skærmen. Vi vil registrere hver elektron på skærmen efter kastet. En eller to vil selvfølgelig ikke "male" et klart billede for os. Men når vi sender mange af dem ind i spalterne en ad gangen, vil vi bemærke... åh rædsel - de "tegnede" igen et interferensbølgemønster!

Vi begynder så småt at gå amok. Vi forventede jo, at der ville være 2 lodrette striber modsat spalterne! Det viser sig, at når vi kastede fotoner en ad gangen, passerede hver af dem så at sige gennem 2 spalter på samme tid og forstyrrede sig selv. Fantastisk! Lad os vende tilbage til at forklare dette fænomen i næste afsnit.

Hvad er spin og superposition?

Vi ved nu, hvad interferens er. Dette er mikropartiklernes bølgeadfærd - fotoner, elektroner, andre mikropartikler (for nemheds skyld, lad os kalde dem fotoner fra nu af).

Som et resultat af eksperimentet, da vi kastede 1 foton ind i 2 spalter, indså vi, at den så ud til at flyve gennem to spalter på samme tid. Hvordan kan vi ellers forklare interferensmønsteret på skærmen?

Men hvordan kan vi forestille os en foton, der flyver gennem to spalter på samme tid? Der er 2 muligheder.

• 1. mulighed: en foton, som en bølge (som vand) "svæver" gennem 2 spalter på samme tid
• 2. mulighed: en foton, som en partikel, flyver samtidigt langs 2 baner (ikke engang to, men alle på én gang)

I princippet er disse udsagn ækvivalente. Vi ankom til "sti-integralet". Dette er Richard Feynmans formulering af kvantemekanik.

Forresten, præcis Richard Feynman det er der et velkendt udtryk for Vi kan trygt sige, at ingen forstår kvantemekanik

Men dette udtryk for hans virkede i begyndelsen af ​​århundredet. Men nu er vi kloge og ved, at en foton kan opføre sig både som en partikel og som en bølge. At han på en for os uforståelig måde kan flyve gennem 2 spalter på samme tid. Derfor vil det være let for os at forstå følgende vigtige udsagn om kvantemekanik:

Strengt taget fortæller kvantemekanikken os, at denne fotonadfærd er reglen, ikke undtagelsen. Enhver kvantepartikel er som regel i flere tilstande eller på flere punkter i rummet samtidigt.

Objekter i makroverdenen kan kun være på ét bestemt sted og i én bestemt tilstand. Men en kvantepartikel eksisterer ifølge sine egne love. Og hun er ligeglad med, at vi ikke forstår dem. Det er pointen.

Vi må bare indrømme, som et aksiom, at "superpositionen" af et kvanteobjekt betyder, at det kan være på 2 eller flere baner på samme tid, i 2 eller flere punkter på samme tid

Det samme gælder for en anden fotonparameter - spin (dets eget vinkelmomentum). Spin er en vektor. Et kvanteobjekt kan opfattes som en mikroskopisk magnet. Vi er vant til, at magnetvektoren (spin) enten er rettet op eller ned. Men elektronen eller fotonen fortæller os igen: ”Gutter, vi er ligeglade med, hvad I er vant til, vi kan være i begge spin-tilstande på én gang (vektor op, vektor ned), ligesom vi kan være på 2 baner kl. på samme tid eller på 2 punkter på samme tid!

Hvad er "måling" eller "bølgefunktionskollaps"?

Der er lidt tilbage for os at forstå, hvad "måling" er, og hvad "bølgefunktionskollaps" er.

Wave funktion er en beskrivelse af tilstanden af ​​et kvanteobjekt (vores foton eller elektron).

Antag, at vi har en elektron, flyver den til sig selv i en ubestemt tilstand er dens spin rettet både op og ned på samme tid. Vi skal måle hans tilstand.

Lad os måle vha magnetfelt: elektroner, hvis spin var rettet i retning af feltet, vil blive afbøjet i den ene retning, og elektroner, hvis spin var rettet mod feltet - i den anden. Flere fotoner kan ledes ind i et polariserende filter. Hvis spin (polarisering) af fotonen er +1, passerer den gennem filteret, men hvis den er -1, så gør den det ikke.

Hold op! Her vil du uundgåeligt have et spørgsmål: Før målingen havde elektronen ikke nogen specifik spin-retning, vel? Han var i alle stater på samme tid, var han ikke?

Dette er kvantemekanikkens trick og fornemmelse. Så længe du ikke måler tilstanden af ​​et kvanteobjekt, kan det rotere i en hvilken som helst retning (har en hvilken som helst retning af vektoren af ​​sin egen vinkelmomentum - spin). Men i det øjeblik, hvor du målte hans tilstand, ser det ud til, at han træffer en beslutning, hvilken spinvektor han skal acceptere.

Dette kvanteobjekt er så sejt - det tager beslutninger om dets tilstand. Og vi kan ikke forudsige på forhånd, hvilken beslutning den vil tage, når den flyver ind i det magnetfelt, som vi måler den i. Sandsynligheden for, at han beslutter sig for at have en spinvektor "op" eller "ned" er 50 til 50%. Men så snart han beslutter sig, er han i en bestemt tilstand med en bestemt spin-retning. Årsagen til hans beslutning er vores "dimension"!

Dette kaldes " kollaps af bølgefunktionen". Bølgefunktionen før målingen var usikker, dvs. elektronspinvektoren var samtidig i alle retninger efter målingen, registrerede elektronen en bestemt retning af sin spinvektor.

Opmærksomhed! Et glimrende eksempel på forståelse er en association fra vores makrokosmos:

Spin en mønt på bordet som en snurretop. Mens mønten snurrer, har den ikke en bestemt betydning – hoveder eller haler. Men så snart du beslutter dig for at "måle" denne værdi og smække mønten med din hånd, er det, når du får den specifikke tilstand af mønten - hoveder eller haler. Forestil dig nu, at denne mønt bestemmer, hvilken værdi der skal "vises" dig - hoveder eller haler. Elektronen opfører sig på nogenlunde samme måde.

Husk nu eksperimentet vist i slutningen af ​​tegneserien. Når fotoner blev ført gennem spalterne, opførte de sig som en bølge og viste et interferensmønster på skærmen. Og da videnskabsmænd ønskede at registrere (måle) øjeblikket for fotoner, der flyver gennem spalten og placerede en "observatør" bag skærmen, begyndte fotonerne ikke at opføre sig som bølger, men som partikler. Og de "tegnede" 2 lodrette striber på skærmen. De der. i måle- eller observationsøjeblikket vælger kvanteobjekter selv, hvilken tilstand de skal være i.

Fantastisk! Er det ikke?

Men det er ikke alt. Endelig vi Vi kom til den mest interessante del.

Men... det forekommer mig, at der vil være en overbelastning af information, så vi vil overveje disse 2 begreber i separate indlæg:

• Hvad er der sket ?
• Hvad er et tankeeksperiment?

Vil du nu have oplysningerne sorteret fra? Se dokumentaren produceret af Canadian Institute of Theoretical Physics. På 20 minutter er det meget kort og kronologisk rækkefølge Du vil blive fortalt om alle kvantefysikkens opdagelser, startende med Plancks opdagelse i 1900. Og så vil de fortælle dig, hvilke praktiske udviklinger der i øjeblikket udføres på baggrund af viden inden for kvantefysik: fra den mest præcise atomur til superhurtige kvantecomputerberegninger. Jeg kan varmt anbefale at se denne film.

Vi ses!

Jeg ønsker alle inspiration til alle deres planer og projekter!

P.S.2 Skriv dine spørgsmål og tanker i kommentarerne. Skriv, hvilke andre spørgsmål om kvantefysik er du interesseret i?

P.S.3 Abonner på bloggen - tilmeldingsformularen er under artiklen.

Returnering af en bil under garanti eller kvantefysik for dummies.

Lad os sige, at året er 3006. Du går til de "forbundne" og køber en kinesisk budgettidsmaskine på afbetaling i 600 år. Vil du snige dig rundt en uge frem for at slå bookmakerens kontor? I forventning om en stor jackpot, skriver du febrilsk ankomstdatoen på den blå plastikæske...

Og her er grinet: I den brænder Nikadim-chronon-konverteren ud med det samme. Maskinen, der udsender et døende knirk, kaster dig ind i året 62342. Menneskeheden var opdelt i baghæl og barberet og spredt til fjerne galakser. Solen er blevet solgt til rumvæsener, Jorden er styret af gigantiske radioaktive siliciumorme. Atmosfæren er en blanding af fluor og klor. Temperatur minus 180 grader. Jorden er eroderet, og man falder også ned på en klippe af fluoritkrystaller fra omkring femten meters afstand. Ved din sidste udånding udøver du din civile galaktiske ret til et intertemporalt opkald på din nøglebrik. Ring til teknisk supportcenter for den "tilsluttede person", hvor en høflig robot fortæller dig, at garantien for tidsmaskinen er 100 år, og i deres tid er den helt i orden, og i 62342 modtog du et beløb på millioner af øre uudtalelig af den menneskelige talemekanisme for aldrig betalt én gang i rater.

Velsign og gem! Herre, tak, at vi lever i denne decimerede bearish fortid, hvor sådanne hændelser er umulige!
...Selvom, nej! Bare de fleste af de store videnskabelige opdagelser giv ikke så episke resultater, som forskellige science fiction-forfattere forestiller sig.

Lasere brænder ikke byer og planeter - de optager og transmitterer information og underholder skolebørn. Nanoteknologi gør ikke universet til en selvreplikerende horde af nanobots. De gør regnfrakken mere vandtæt og betonen mere holdbar. Atombombe, eksploderede i havet startede aldrig en kædereaktion af termonuklear fusion af brintkerner og gjorde os ikke til en anden sol. Hadron Collideren vendte ikke planeten vrangen ud eller trak hele verden ind i et sort hul. Kunstig intelligens er allerede blevet skabt, men den spotter kun tanken om at ødelægge menneskeheden.
Time Machine er ingen undtagelse. Faktum er, at det blev skabt i midten af ​​forrige århundrede. Den blev ikke bygget som et mål i sig selv, men kun som et værktøj til at skabe en lille, ubestemmelig, men meget bemærkelsesværdig enhed.

På et tidspunkt var professor Dmitry Nikolaevich Grachev meget forundret over spørgsmålet om at skabe effektive midler beskyttelse mod radiostråling. Ved første øjekast virkede opgaven umulig - enheden skulle reagere på hver radiobølge med sin egen og samtidig ikke på nogen måde være bundet til signalkilden (da det var en fjende). Dmitry Nikolaevich så engang børn spille "dodgeball" i gården. Den hurtigste spiller, der undviger bolden mest effektivt, vinder spillet. Dette kræver koordination, og vigtigst af alt, evnen til at forudsige boldens bane.

Evnen til at forudsige bestemmes af computerressourcen. Men i vores tilfælde vil øgede computerressourcer ikke føre til noget. Selv de mest moderne supercomputere vil ikke have nok hastighed og nøjagtighed til dette. Vi talte om at forudsige en spontan proces med hastigheden af ​​en halvcyklus af en mikrobølgeradiobølge.

Professoren samlede bolden op, der var fløjet ind i buskene, og kastede den tilbage til børnene. Hvorfor forudsige, hvor bolden er på vej hen, når den allerede er ankommet? En løsning blev fundet: egenskaberne ved det ukendte inputradiosignal er velkendte i den nærmeste fremtid, og der er simpelthen ikke behov for at beregne dem. Det er nok at måle dem direkte der. Men her er problemet: det er umuligt at rejse i tid selv i et nanosekund. Dette var dog ikke påkrævet til opgaven. Det er kun nødvendigt, at det følsomme element i enheden - transistoren - er i det mindste delvist i den nærmeste fremtid. Og her kom det nyligt opdagede fænomen kvantesuperposition til undsætning. Dens betydning er, at den samme partikel kan være på forskellige steder og tidspunkter på samme tid.

Som et resultat skabte professor Grachev et masseorienteret kvante elektronfælde- en realtidsmaskine, hvori der først blev skabt en halvlederchip, hvor nogle af elektronerne er i fremtiden og samtidig i nuet. En prototype af den samme TMA - en chip, der styrer Grachev-resonatoren. Man kan sige, at denne ting altid vil have en fod i fremtiden.

• Oversættelse

Ifølge Owen Maroney, en fysiker ved University of Oxford, har alle siden fremkomsten af ​​kvanteteorien i 1900-tallet talt om det mærkelige ved teorien. Hvordan det tillader partikler og atomer at bevæge sig i flere retninger på samme tid, eller rotere med uret og mod uret på samme tid. Men ord kan ikke bevise noget. "Hvis vi fortæller offentligheden, at kvanteteori er meget mærkelig, er vi nødt til at teste denne udtalelse eksperimentelt," siger Maroney. "Ellers laver vi ikke videnskab, men taler om alle mulige kruseduller på tavlen."

Det var det, der fik Maroney og hans kolleger til at udvikle en ny række eksperimenter for at afsløre essensen af ​​bølgefunktionen - mystisk enhed, som ligger til grund for kvantemærkværdigheder. På papiret er bølgefunktionen simpelthen et matematisk objekt, betegnet med bogstavet psi (Ψ) (en af ​​disse krøller), og bruges til at beskrive partiklernes kvanteadfærd. Afhængigt af eksperimentet giver bølgefunktionen forskere mulighed for at beregne sandsynligheden for at se en elektron på et bestemt sted, eller chancerne for, at dens spin er orienteret op eller ned. Men matematikken fortæller dig ikke, hvad en bølgefunktion egentlig er. Er det noget fysisk? Eller blot et beregningsværktøj til at håndtere observatørens uvidenhed om den virkelige verden?

Testene, der bruges til at besvare spørgsmålet, er meget subtile og mangler endnu at give et endeligt svar. Men forskere er optimistiske om, at enden er nær. Og de vil endelig være i stand til at svare på de spørgsmål, der har plaget alle i årtier. Kan en partikel virkelig være mange steder på samme tid? Er Universet konstant ved at dele sig i Parallelle verdener, i hver af dem findes vores alternativ version? Findes der overhovedet noget, der hedder "objektiv virkelighed"?

"Alle har spørgsmål som disse før eller siden," siger Alessandro Fedricci, fysiker ved University of Queensland (Australien). "Hvad er egentlig rigtigt?"

Tvister om virkelighedens essens begyndte, selv da fysikere opdagede, at en bølge og en partikel kun er to sider af samme mønt. Klassisk eksempel– et dobbeltspalteeksperiment, hvor individuelle elektroner skydes ind i en barriere, der har to spalter: elektronen opfører sig, som om den passerer gennem to spalter på samme tid, hvilket skaber et stribet interferensmønster på den anden side af den. I 1926 kom den østrigske fysiker Erwin Schrödinger med en bølgefunktion til at beskrive denne adfærd og udledte en ligning, der kunne beregnes for enhver situation. Men hverken han eller nogen anden kunne sige noget om karakteren af ​​denne funktion.

Nåde i uvidenhed

Fra et praktisk synspunkt er dens natur ikke vigtig. Den københavnske fortolkning af kvanteteorien, skabt i 1920'erne af Niels Bohr og Werner Heisenberg, bruger bølgefunktionen blot som et værktøj til at forudsige resultaterne af observationer, uden at skulle tænke over, hvad der sker i virkeligheden. "Fysikere kan ikke bebrejdes denne "hold kæft og tæl"-adfærd, da det har ført til betydelige gennembrud inden for atom- og atomfysik, fysik solid og partikelfysik,” siger Jean Bricmont, en statistisk fysiker ved det katolske universitet i Belgien. "Så folk rådes til ikke at bekymre sig om grundlæggende problemer."

Men nogle er stadig bekymrede. I 1930'erne havde Einstein afvist københavnerfortolkningen, ikke mindst fordi den tillod to partikler at vikle deres bølgefunktioner ind, hvilket førte til en situation, hvor målinger af den ene øjeblikkeligt kunne give den andens tilstand, selvom de var adskilt af enorme afstande afstande. For ikke at komme overens med denne "skræmmende interaktion på afstand" foretrak Einstein at tro, at partiklernes bølgefunktioner var ufuldstændige. Han sagde, at det er muligt, at partikler har nogle skjulte variabler, der bestemmer resultatet af en måling, som ikke blev bemærket af kvanteteorien.

Eksperimenter har siden demonstreret funktionaliteten af ​​frygtsom interaktion på afstand, hvilket afviser konceptet om skjulte variable. men dette forhindrede ikke andre fysikere i at fortolke dem på deres egen måde. Disse fortolkninger falder i to lejre. Nogle er enige med Einstein i, at bølgefunktionen afspejler vores uvidenhed. Det er det, filosoffer kalder psi-epistemiske modeller. Og andre ser bølgefunktionen som en rigtig ting - psi-ontiske modeller.

For at forstå forskellen, lad os forestille os Schrödingers tankeeksperiment, som han beskrev i et brev fra 1935 til Einstein. Katten er i en stålkasse. Æsken indeholder en prøve af radioaktivt materiale, der har 50 % chance for at frigive et henfaldsprodukt på en time, og en maskine, der vil forgifte katten, hvis dette produkt opdages. Fordi Radioaktivt henfald– en begivenhed på kvanteniveau, skriver Schrödinger, kvanteteoriens regler siger, at ved slutningen af ​​timen skal bølgefunktionen af ​​æskens inderside være en blanding af en død og en levende kat.

"Groft sagt," siger Fedricci mildt, "i den psi-epistemiske model er katten i kassen enten levende eller død, og vi ved det bare ikke, fordi kassen er lukket." Og i de fleste psioniske modeller er der overensstemmelse med den københavnske fortolkning: indtil iagttageren åbner kassen, vil katten være både levende og død.

Men her når striden en blindgyde. Hvilken fortolkning er sand? Dette spørgsmål er svært at besvare eksperimentelt, fordi forskellene mellem modellerne er meget subtile. De skal i bund og grund forudsige det samme kvantefænomen som den meget vellykkede københavnerfortolkning. Andrew White, en fysiker ved University of Queensland, siger, at i løbet af hans 20-årige karriere inden for kvanteteknologi, "var dette problem som et kæmpe glat bjerg uden afsatser, som du ikke kunne nærme dig."

Alt ændrede sig i 2011 med offentliggørelsen af ​​kvantemålingssætningen, som så ud til at eliminere "bølgefunktionen som uvidenhed". Men ved nærmere undersøgelse viste det sig, at denne teorem efterlader plads nok til deres manøvre. Det har dog inspireret fysikere til at tænke seriøst over måder at løse striden på ved at teste bølgefunktionens virkelighed. Maroney havde allerede designet et eksperiment, der fungerede i princippet, og han og hans kolleger fandt hurtigt en måde at få det til at fungere i praksis. Eksperimentet blev udført sidste år af Fedrici, White og andre.

For at forstå ideen med testen, forestil dig to sæt kort. Den ene har kun røde, den anden kun esser. "Du får et kort og bedt om at identificere, hvilket spil det kommer fra," siger Martin Ringbauer, fysiker ved samme universitet. Hvis det er et rødt es, "vil der være en crossover, og du kan ikke sige det med sikkerhed." Men hvis du ved, hvor mange kort der er i hvert kortspil, kan du beregne, hvor ofte denne tvetydige situation vil opstå.

Fysik i fare

Den samme tvetydighed sker i kvantesystemer. Det er ikke altid muligt at finde ud af for eksempel, hvor polariseret en foton er ved én måling. "I det virkelige liv er det let at skelne mellem vest og en retning lige syd for vest, men i kvantesystemer er det ikke så nemt," siger White. Ifølge den københavnske standardfortolkning nytter det ikke at spørge om polarisering, da spørgsmålet ikke har noget svar - indtil endnu en måling afgør svaret præcist. Men ifølge wavefunction-as-ignorance-modellen giver spørgsmålet mening – det er bare, at eksperimentet, ligesom det med kortspil, mangler information. Som med kort er det muligt at forudsige, hvor mange tvetydige situationer, der kan forklares med en sådan uvidenhed, og sammenligne dem med det store antal tvetydige situationer, der løses af standardteori.

Dette er præcis, hvad Fedrici og hans team testede. Holdet målte polarisering og andre egenskaber i fotonstrålen og fandt niveauer af skæringspunkter, der ikke kunne forklares med "uvidenhed"-modeller. Resultatet understøtter en alternativ teori – hvis objektiv virkelighed eksisterer, så eksisterer bølgefunktionen. "Det er imponerende, at holdet var i stand til at løse dette vanskelig opgave sådan et simpelt eksperiment,” siger Andrea Alberti, fysiker ved universitetet i Bonn (Tyskland).

Konklusionen er endnu ikke hugget i sten: Da detektorerne kun fangede en femtedel af de fotoner, der blev brugt i testen, må vi antage, at de tabte fotoner opførte sig på samme måde. Dette er en stærk antagelse, og teamet arbejder nu på at reducere tab og producere et mere endeligt resultat. I mellemtiden arbejder Maroneys team i Oxford sammen med University of New South Wales i Australien for at replikere eksperimentet med ioner, der er lettere at spore. "I de næste seks måneder vil vi have en afgørende version af dette eksperiment," siger Maroney.

Men selvom de har succes, og "bølgefunktionen som virkelighed"-modellerne vinder, så har disse modeller også det forskellige varianter. Eksperimentører bliver nødt til at vælge en af ​​dem.

En af de tidligste fortolkninger blev lavet i 1920'erne af franskmanden Louis de Broglie, og udvidet i 1950'erne af amerikaneren David Bohm. Ifølge Broglie-Bohm-modeller har partikler en bestemt placering og egenskaber, men de er drevet af en bestemt "pilotbølge", som er defineret som en bølgefunktion. Dette forklarer eksperimentet med to spalter, da pilotbølgen kan passere gennem begge spalter og producere et interferensmønster, selvom elektronen selv, tiltrukket af den, kun passerer gennem en af ​​de to spalter.

I 2005 modtog denne model uventet støtte. Fysikerne Emmanuel Fort, nu ved Langevin Instituttet i Paris, og Yves Caudier fra Paris Diderot University gav eleverne, hvad de troede var et simpelt problem: Opstil et eksperiment, hvor dråber af olie, der falder på en bakke, ville smelte sammen på grund af vibrationerne fra bakke. Til alles overraskelse begyndte bølger at danne sig omkring dråberne, mens bakken vibrerede med en bestemt frekvens. "Dråberne begyndte at bevæge sig uafhængigt på deres egne bølger," siger Fort. "Det var et dobbelt objekt - en partikel trukket af en bølge."

Forth og Caudier har siden vist, at sådanne bølger kan lede deres partikler i et dobbeltspalteeksperiment nøjagtigt som pilotbølgeteorien forudsiger, og kan reproducere andre kvanteeffekter. Men dette beviser ikke eksistensen af ​​pilotbølger i kvanteverdenen. "Vi fik at vide, at sådanne effekter var umulige i klassisk fysik," siger Fort. "Og her viste vi, hvad der er muligt."

Et andet sæt virkelighedsbaserede modeller, udviklet i 1980'erne, forsøger at forklare de store forskelle i egenskaber mellem store og små objekter. "Hvorfor kan elektroner og atomer være to steder på én gang, men det kan borde, stole, mennesker og katte ikke," siger Angelo Basi, fysiker ved Universitetet i Trieste (Italien). Kendt som "kollapsmodeller", siger disse teorier, at individuelle partiklers bølgefunktioner er reelle, men kan miste deres kvanteegenskaber og bringe partiklen til en bestemt position i rummet. Modellerne er designet således, at chancerne for et sådant kollaps er ekstremt små for en individuel partikel, så kvanteeffekter dominerer på atomniveau. Men sandsynligheden for kollaps stiger hurtigt i takt med at partikler kombineres, og makroskopiske objekter mister fuldstændigt deres kvanteegenskaber og opfører sig i overensstemmelse med den klassiske fysiks love.

En måde at teste dette på er at lede efter kvanteeffekter i store objekter. Hvis standard kvanteteori er korrekt, så er der ingen grænse for størrelse. Og fysikere har allerede udført et dobbeltspalte-eksperiment med store molekyler. Men hvis kollapsmodeller er korrekte, vil kvanteeffekter ikke være synlige over en vis masse. Forskellige grupper planlægger at søge efter denne masse ved hjælp af kolde atomer, molekyler, metalklynger og nanopartikler. De håber at opdage resultater inden for de næste ti år. "Det, der er fedt med disse eksperimenter, er, at vi udsætter os kvanteteori nøjagtige tests hvor det ikke er blevet testet endnu, siger Maroney.

Parallelle verdener

Én "bølgefunktion som virkelighed"-model er allerede kendt og elsket af science fiction-forfattere. Dette er en fortolkning af mange verdener udviklet i 1950'erne af Hugh Everett, som på det tidspunkt var studerende ved Princeton University i New Jersey. I denne model er bølgefunktionen så stærkt bestemmende for virkelighedens udvikling, at universet ved hver kvantemåling deler sig i parallelle verdener. Med andre ord, når vi åbner en boks med en kat, føder vi to universer - det ene med en død kat og det andet med en levende.

Det er svært at adskille denne fortolkning fra standard kvanteteori, fordi deres forudsigelser er de samme. Men sidste år foreslog Howard Wiseman fra Griffith University i Brisbane og hans kolleger en testbar model af multiverset. Der er ingen bølgefunktion i deres model – partikler adlyder klassisk fysik, Newtons love. Og kvanteverdenens mærkelige effekter opstår, fordi der er frastødende kræfter mellem partikler og deres kloner i parallelle universer. "Den frastødende kraft mellem dem skaber bølger, der spreder sig gennem de parallelle verdener," siger Wiseman.

Ved hjælp af en computersimulering, hvor 41 universer interagerede, viste de, at modellen groft gengiver adskillige kvanteeffekter, herunder partiklernes baner i dobbeltspalte-eksperimentet. Efterhånden som antallet af verdener stiger, tenderer interferensmønsteret til det rigtige. Da teoriens forudsigelser varierer afhængigt af antallet af verdener, siger Wiseman, er det muligt at teste, om multiversmodellen er korrekt – det vil sige, at der ikke er nogen bølgefunktion, og at virkeligheden fungerer efter klassiske love.

Da bølgefunktionen ikke er nødvendig i denne model, vil den forblive levedygtig, selvom fremtidige eksperimenter udelukker "uvidenhed"-modellerne. Udover det vil andre modeller overleve, for eksempel københavnerfortolkningen, som argumenterer for, at nej objektiv virkelighed, men der er kun beregninger.

Men så, siger White, vil dette spørgsmål blive genstand for undersøgelse. Og selvom ingen ved, hvordan man gør dette endnu, "det ville være virkelig interessant at udvikle en test, der tester, om vi overhovedet har en objektiv virkelighed."