1803-ban Thomas Young egy fénysugarat irányított egy átlátszatlan képernyőre, két réssel. A várt két fénycsík helyett be vetítővászon több sávot látott, mintha minden résből két fényhullám interferenciája (szuperpozíciója) lenne. Valójában ebben a pillanatban született meg a kvantumfizika, vagy inkább a benne rejlő kérdések. A XX és XXI század kimutatták, hogy nemcsak a fény, hanem bármely elemi részecske, sőt egyes molekulák is hullámként, kvantumként viselkednek, mintha egyszerre mennének át mindkét résen. Ha azonban a résekhez elhelyezünk egy érzékelőt, amely meghatározza, hogy pontosan mi történik a részecskével ezen a helyen, és melyik résen halad át, akkor csak két csík jelenik meg a vetítővásznon, mintha a megfigyelés ténye (közvetett befolyás) lenne. tönkreteszi a hullámfüggvényt, és a tárgy anyagként viselkedik. ( videó)

Heisenberg bizonytalansági elve a kvantumfizika alapja!

Az 1927-es felfedezésnek köszönhetően tudósok és hallgatók ezrei ismétlik meg ugyanazt az egyszerű kísérletet, lézersugarat átvilágítva egy szűkülő résen. Logikus, hogy a lézer látható nyoma a vetítővásznon a rés csökkenésével egyre szűkebb lesz. De egy bizonyos pillanatban, amikor a rés elég keskeny lesz, a lézerből származó folt hirtelen egyre szélesebb és szélesebb lesz, átnyúlik a képernyőn, és elhalványul, amíg a rés el nem tűnik. Ez a kvintesszencia legnyilvánvalóbb bizonyítéka kvantumfizika- Werner Heisenberg, a kiváló elméleti fizikus bizonytalansági elve. Lényege, hogy minél pontosabban határozzuk meg egy kvantumrendszer páros jellemzőit, annál bizonytalanabbá válik a második jellemző. BAN BEN ebben az esetben, minél pontosabban határozzuk meg a szűkülő réssel rendelkező lézerfotonok koordinátáit, annál bizonytalanabbá válik ezeknek a fotonoknak a lendülete. A makrokozmoszban is pontosan meg tudjuk mérni vagy a repülő kard pontos helyét felemelve, vagy irányát, de nem egyszerre, mivel ez ellentmond és zavarja egymást. ( , videó)

Kvantum szupravezetés és a Meissner-effektus

1933-ban Walter Meissner egy érdekes jelenséget fedezett fel a kvantumfizikában: a minimális hőmérsékletre hűtött szupravezetőben a mágneses tér a határain túl elmozdul. Ezt a jelenséget Meissner-effektusnak nevezik. Ha egy közönséges mágnest alumíniumra (vagy más szupravezetőre) helyezünk, majd folyékony nitrogénnel lehűtjük, a mágnes felrepül és a levegőben lóg, mivel „látja” saját, azonos polaritású mágneses tere kiszorulva a hűtöttből. alumínium, és a mágnesek ugyanazon oldalai taszítják . ( , videó)

Kvantum szuperfolyékonyság

1938-ban Pjotr ​​Kapitsa a folyékony héliumot nulla közeli hőmérsékletre hűtötte le, és felfedezte, hogy az anyag elvesztette viszkozitását. Ezt a jelenséget a kvantumfizikában szuperfluiditásnak nevezik. Ha lehűtött folyékony héliumot öntünk egy pohár aljára, akkor is kifolyik belőle a falak mentén. Valójában mindaddig, amíg a hélium kellően le van hűtve, nincs határa annak, hogy kifolyjon, függetlenül a tartály alakjától vagy méretétől. A 20. század végén és a 21. század elején a hidrogénben és különféle gázokban is felfedezték bizonyos körülmények között a szuperfolyékonyságot. ( , videó)

Kvantum alagútépítés

1960-ban Ivor Jayever elektromos kísérleteket végzett olyan szupravezetőkkel, amelyeket mikroszkopikus, nem vezető alumínium-oxid filmréteg választott el egymástól. Kiderült, hogy a fizikával és a logikával ellentétben néhány elektron mégis áthalad a szigetelésen. Ez megerősítette a kvantumalagút-effektus lehetőségére vonatkozó elméletet. Nem csak az elektromosságra vonatkozik, hanem bármilyen elemi részecskére is, ezek is hullámok a kvantumfizika szerint. Át tudnak haladni az akadályokon, ha ezeknek az akadályoknak a szélessége kisebb, mint a részecske hullámhossza. Minél keskenyebb az akadály, annál gyakrabban haladnak át rajta a részecskék. ( , videó)

Kvantumösszefonódás és teleportáció

1982-ben Alain Aspe fizikus, leendő díjazott Nóbel díj, két, egyidejűleg létrehozott fotont küldött többirányú szenzoroknak spinjük (polarizációjuk) meghatározására. Kiderült, hogy az egyik foton spinjének mérése azonnal befolyásolja a második foton spinjének helyzetét, amely ellentétessé válik. Így bebizonyosodott az elemi részecskék kvantumösszefonódásának és a kvantumteleportációnak a lehetősége. 2008-ban a tudósok meg tudták mérni a kvantumkuszálódott fotonok állapotát 144 kilométeres távolságban, és a köztük lévő kölcsönhatás még mindig pillanatnyi volt, mintha ugyanazon a helyen lennének, vagy nem lenne tér. Úgy gondolják, hogy ha az ilyen kvantum-összefonódott fotonok az univerzum ellentétes részein kötnek ki, a köztük lévő kölcsönhatás továbbra is azonnali lesz, bár a fénynek több tízmilliárd évbe telik, amíg ugyanazt a távolságot megteszi. Érdekes, de Einstein szerint a fénysebességgel haladó fotonoknak sincs ideje. Ez véletlen egybeesés? A jövő fizikusai nem így gondolják! ( , videó)

Quantum Zeno effektus és időmegállás

1989-ben David Wineland vezette tudóscsoport megfigyelte a berillium-ionok átmenetének sebességét az atomi szintek között. Kiderült, hogy maga az ionok állapotának mérése lelassította az állapotok közötti átmenetet. A 21. század elején egy hasonló, rubídium atomokkal végzett kísérletben 30-szoros lassulást értek el. Mindez a kvantum-Zénó-effektus megerősítése. Jelentése az, hogy az instabil részecske állapotának mérése a kvantumfizikában lelassítja bomlási sebességét, és elméletileg teljesen megállíthatja azt. ( , videó angolul)

Kvantum radír késleltetett választással

1999-ben egy Marlan Scali vezette tudóscsoport két résen keresztül irányította a fotonokat, amelyek mögött egy prizma állt, amely minden egyes feltörekvő fotont kvantum-összefonódott fotonpárokká alakított, és két irányba választotta el őket. Az első fotonokat küldött a fő detektorba. A második irány fotonokat küldött egy 50%-ban reflektorokból és detektorokból álló rendszerbe. Kiderült, hogy ha a második irányból egy foton elérte azokat a detektorokat, amelyek meghatározták azt a rést, amelyből kisugárzott, akkor a fő detektor részecskeként rögzítette a párosított fotonját. Ha egy foton a második irányból elérte azokat a detektorokat, amelyek nem észlelték azt a rést, amelyből kisugárzott, akkor a fő detektor hullámként rögzítette a párosított fotonját. Nemcsak egy foton mérése tükröződött a kvantumösszefonódott párjára, hanem ez a távolságon és az időn túl is megtörtént, mert a másodlagos detektorrendszer a fő fotonoknál később rögzítette a fotonokat, mintha a jövő határozná meg a múltat. Úgy gondolják, hogy ez a leghihetetlenebb kísérlet nemcsak a kvantumfizika, hanem az egész tudomány történetében is, mivel aláássa a világnézet számos szokásos alapját. ( , videó angol)

Kvantum szuperpozíció és Schrödinger macskája

2010-ben Aaron O'Connell egy kis fémlemezt helyezett egy átlátszatlan vákuumkamrába, amit majdnem abszolút nullára hűtött. Ezután impulzust adott a lemezre, hogy az rezegjen. A helyzetérzékelő azonban azt mutatta, hogy a lemez egyszerre vibrált és csendes, ami pontosan megfelelt az elméleti kvantumfizikának. Ez volt az első alkalom, hogy a szuperpozíció elvét makroobjektumokon igazolták. Izolált körülmények között, amikor nincs kölcsönhatás a kvantumrendszerek között, egy objektum egyidejűleg korlátlan számú lehetséges pozícióban lehet, mintha már nem lenne anyagi. ( , videó)

Quantum Cheshire macska és fizika

2014-ben Tobias Denkmair és munkatársai a neutronsugarat két sugárnyalábra osztották, és összetett mérések sorozatát végezték el. Kiderült, hogy bizonyos körülmények között a neutronok az egyik nyalábban, a mágneses momentumuk pedig egy másik nyalábban lehetnek. Így beigazolódott a cheshire-i macska mosolyának kvantumparadoxona, amikor a részecskék és tulajdonságaik felfogásunk szerint Különböző részek tér, mint egy mosoly a macskától eltekintve az „Alice Csodaországban” mesében. A kvantumfizika ismét titokzatosabbnak és csodálatosabbnak bizonyult, mint bármely tündérmese! ( , videó angolul.)

Köszönöm hogy elolvastad! Most egy kicsit okosabb lettél, és ez egy kicsit világosabbá teszi a világunkat. Oszd meg a cikk linkjét barátaiddal, és a világ még jobb hellyé válik!

Azonnal figyelmeztetem: ez a cikksorozat markánsan eltér a kvantummechanika hagyományos bevezetésétől.

Először, I Nem Idézek Richard Feynmant, aki egyszer kijelentette, hogy „jó nem érteni a kvantummechanikát, mert senki sem érti”. Ez valaha igaz volt, de az idők változnak.

Nem mondom: "A kvantummechanikát lehetetlen megérteni, csak meg kell szokni." (Ezt az idézetet Neumann Jánosnak tulajdonítják; ő azokban a sötét időkben élt, amikor senki sem és valóban nem értett a kvantummechanikához.)

Nem fejezheti be a magyarázatot a következő szavakkal: „Ha valami nem világos, annak így kell lennie.” Nem, ez így van nem szabad. Lehet, hogy te vagy a probléma. Talán a tanárod. Mindenesetre szükséges döntsd el, és ne dőljön hátra, és nyugtassa magát, hogy mindenki más sem ért semmit.

Nem mondom, hogy a kvantummechanika valami furcsa, zavaró vagy hozzáférhetetlen az emberi megértés számára. Igen, ez ellentmondásos – de ez kizárólag az intuíciónkkal van probléma. A kvantummechanika jóval a Nap, a Föld bolygó vagy az emberi civilizáció előtt keletkezett. Nem fog megváltozni érted. Valójában nem is létezik elrettentő tények, csak van a tények által elbátortalanított elméletek; és ha az elmélet nem esik egybe a gyakorlattal, ez nem tesz jót neki.

A valóságot mindig érdemes teljesen hétköznapi dolognak tekinteni. Az idők kezdete óta nem történt az Univerzumban Semmi szokatlan.

A miénk cél- Tanuld meg otthon érezni magad ebben a kvantumvilágban. Mert már itthon vagyunk.

Ebben a sorozatban a kvantummechanikáról fogok beszélni a legközönségesebb elméletek; és ahol a világ intuitív elképzelése nem esik egybe vele, kinevetem intuíció a valósággal való összeegyeztethetetlenség miatt.

Másodszor, Nem fogom követni a kvantummechanika tanulmányozásának hagyományos sorrendjét, lemásolva azt a sorrendet, amelyben felfedezték.

Általában azzal a történettel kezdődik, hogy az anyag néha úgy viselkedik, mint egy csomó kis biliárdgolyó, amely egymással ütközik, néha pedig úgy, mint a hullámok egy medence felszínén. Ezt számos példa kíséri, amelyek mindkét anyagnézetet illusztrálják.

Korábban, amikor mindez még gyerekcipőben járt, és senkinek sem volt nincs ötletem a fizika matematikai alapjairól a tudósok komolyan hitték, hogy minden olyan atomokból áll, amelyek a biliárdgolyókhoz hasonlóan viselkednek. Aztán elkezdték azt hinni, hogy minden hullámokból áll. Aztán visszamentek a biliárdlabdákhoz. Mindez oda vezetett, hogy a tudósok végülösszezavarodtak, és csak néhány évtizeddel később - a 19. század végére - sikerült mindent a helyére tenni.

Ha ezt alkalmazod történelmileg pontos a modern hallgatók tanításának megközelítése (ahogy most teszik), természetesen ugyanaz fog megtörténni velük, mint a korai tudósokkal, nevezetesen - teljes és teljes zavarba fognak esni. A fizikus hallgatóknak a hullám-részecske kettősségről beszélni ugyanaz, mintha egy kémia tanfolyamot kezdenénk egy előadással a négy elemről.

Az elektron nem hasonló se biliárdlabdán, se egy óceán hullámának gerincén. Az elektron matematikai szempontból teljesen más tárgy, és az is marad bármilyen körülmények között. És ha kitartasz a vágy mellett, hogy mindkettőt figyelembe vegyétek, ahogy szeretnéd, Figyelmeztetlek: ha két mezei nyulat üldözöl, akkor sem fogod el.

Nem csak ez az oka annak, hogy a történelmi rend nem az a legjobb választás. Kövessük a hipotetikus folyamatot a legelejétől: az emberek észreveszik, hogy más állatok veszik körül - az állatok belsejében, kiderül, vannak szervek - és a szervek, ha jól megnézzük, szövetekből állnak - mikroszkóp alatt láthatja, hogy a szövetek sejtekből állnak - a sejtek fehérjék és egyéb kémiai vegyületek - kémiai vegyületek atomokból állnak - az atomok protonokból, neutronokból és elektronokból állnak - és az utóbbiak sokkal egyszerűbbek és érthetőbbek, mint azok az állatok, amelyekkel az egész kezdődött, de több tízezer évvel később fedezték fel.

A fizikát nem biológiával kezded. Akkor miért kell a laboratóriumi kísérletek és azok eredményeinek tárgyalásával kezdeni, amelyek még a legegyszerűbb kísérletek esetében is sok bonyolult és bonyolult folyamat eredménye?

Egyrészt meg tudom érteni, hogy a kísérletezés miért áll az élen. kb fizika mondjuk végül is.

Másrészt az, hogy a diákoknak csak egy összetett matematikai apparátust adunk, hogy egy egyszerű kísérletet elemezzenek ez túl sok. A programozókat például először két változó hozzáadására tanítják, és csak ezután - többszálú alkalmazások írására; és ne törődj azzal, hogy az utóbbiak „közelebb vannak való élet».

A klasszikus mechanika nem következik kifejezetten a kvantummechanikából. Ráadásul a klasszikus mechanika sokkal fejlettebb magas szint. Hasonlítsa össze az atomokat és molekulákat a kvarkokkal: milliók ismertek a tudomány számára vegyi anyagok, Száz kémiai elemek, és csak hat kvark. Jobb először az egyszerű dolgokat megérteni, és csak azután áttérni a bonyolultakra.

Végül, a kvantummechanikát szigorúan realista álláspontból fogom vizsgálni - világunk kvantum, egyenletünk egy területet ír le, nem annak térképét, és az általunk ismert világ implicit módon létezik a kvantumvilágban. Ha vannak antirealisták az olvasóim között - Kérem, tartsa meg észrevételeit. A kvantummechanikát sokkal nehezebb megérteni és elképzelni, ha kételkedünk az érvényességében. Erről részletesebben a következő cikkek egyikében fogok beszélni.

Úgy gondolom, hogy a bevezetőben bemutatott álláspontot az elméleti fizikusok többsége osztja. De még mindig tudnia kell, hogy nem ez az egyetlen lehetséges nézőpont, és a tudósok jelentős része kételkedik a realista álláspont érvényességében. Bár nem fogok más elméletekre figyelni épp most, kötelességemnek érzem megemlíteni, hogy ők Van.

Összegzés, az a célom, hogy megtanítsalak úgy gondolkodni a kvantumvilág szülötte, nem hogyan kelletlen turista.

Ragadja meg szorosan a valóságot. Kezdjük.

Konfigurációk és amplitúdók

Nézze meg az ábrát. 1. A ponton A van egy félig ezüstözött tükör, és a pontoknál BÉs C- két fotondetektor.

Ez az egyszerű kísérlet egykor arra késztette a tudósokat, hogy megvakarják a fejüket. Az a tény, hogy az esetek felében a tükör felé felszabaduló fotont az első detektor rögzítette, felében pedig a második. A tudósok pedig – figyelem, készülj fel a nevetésre – azt feltételezték, hogy a tükör vagy továbbította a fotont, vagy visszaveri.

Ha-ha-ha, képzelj el egy tükröt, amely eldöntheti, hogy átengedi-e a fotont vagy sem! Még ha el is tudod képzelni, semmi esetre se tedd – különben összezavarodsz, mint azok a tudósok. A tükör mindkét esetben pontosan ugyanúgy viselkedik.

Ha megpróbálnánk írni számítógépes program, szimulálva ez a kísérlet (és nem csak az eredmény előrejelzése), valahogy így nézne ki...

A program elején deklarálunk egy változót, amely egy bizonyos matematikai objektumot tárol - konfigurációt. A világ állapotának egy bizonyos leírását képviseli – ebben az esetben „egy foton az A pontba repül”.

Valójában a konfigurációt egy komplex szám írja le (hadd emlékeztessem önöket, hogy a komplex számok alakja (a + b én), ahol a és b valós számok, A én- képzeletbeli egység, azaz. olyan szám, hogy én² = -1). A mi konfigurációnk „a foton a pontra repül A" is megfelel valamilyen számnak. Legyen (-1 + 0 én). A következőkben a konfigurációnak megfelelő számot hívjuk annak amplitúdó.

Mutassunk be még két konfigurációt: „a foton innen repül A pontosan B" és "a foton felől repül A pontosan C" Még nem ismerjük ezeknek a konfigurációknak az amplitúdóját; a program végrehajtása során értékeket kapnak.

Az amplitúdók kiszámíthatók a tükör működési szabályának a kezdeti konfigurációra történő alkalmazásával. Anélkül, hogy belemennénk a részletekbe, feltételezhetjük, hogy a szabály így néz ki: „szorozzuk meg 1-gyel, amikor a foton elrepül; szorozva én amikor a foton visszaverődik." Alkalmazzuk a szabályt: a „foton repül” konfiguráció amplitúdója B» egyenlő (-1 + 0 én) × én = (0 + -én), és a konfiguráció amplitúdója „a foton repül C» egyenlő (-1 + 0 én) × 1 = (-1 + 0 én). Egyéb konfigurációk az ábrán. 1 elment, így végeztünk.

Elvileg az „első detektor fotont érzékel” és a „második detektor fotont érzékel” elvileg külön konfigurációnak tekinthetjük, de ez nem változtat semmit; amplitúdójuk megegyezik a két előző konfiguráció amplitúdójával, ill. (Tovább saját maga valójában még mindig meg kell szorozni őket a távolsággal egyenlő tényezővel A a detektorokhoz, de csak azt feltételezzük, hogy a kísérletünkben szereplő összes távolság egységtényező.)

Tehát itt van a program végső állapota:

• "A foton odarepül A": (-1 + 0 én)
• "A foton innen repül A V B»: (0 + - én)
• "A foton innen repül A V C": (-1 + 0 én)

És talán:

• "az első detektor kioldott": (0 + - én)
• „a második detektor kioldott”: (-1 + 0 én)

Természetesen akárhányszor futtatjuk a programot, a végső állapot ugyanaz marad.
Nos, meglehetősen bonyolult okok miatt, amelyekre most nem térek ki, nincs egyszerű a konfiguráció amplitúdójának mérési módja. A program állapota el van rejtve előlünk.

Mit kell tenni?

Bár az amplitúdót nem tudjuk közvetlenül mérni, valami van - nevezetesen egy mágikus mérőeszközünk, amely meg tudja mondani a konfiguráció amplitúdójának modulusának négyzetét. Más szóval, az amplitúdóhoz (a + b én) a dolog az (a² + b²) számmal fog válaszolni.

Helyesebb lenne azt mondani, hogy a varázslat csak talál hozzáállás modulok négyzetei egymáshoz. De még ez az információ is elegendő ahhoz, hogy megértsük, mi történik a programon belül, és milyen törvények szerint működik.

A gizmo segítségével könnyen megtudhatjuk, hogy az „első detektor kioldott” és „a második detektor aktiválódott” konfigurációk moduljainak négyzete egyenlő. És néhány bonyolultabb kísérlet elvégzése után maguknak az amplitúdóknak az arányát is megtudhatjuk - én 1-hez.

Egyébként mi ez a varázslatos mérőlény?

Nos, amikor ilyen kísérleteket hajtanak végre a való életben, az a varázslatos dolog, hogy a kísérletet néhány ezer alkalommal elvégzik, és egyszerűen megszámolják, hányszor került a foton az első detektorba, és hányszor a másodikba. . Ezeknek az értékeknek az aránya az amplitúdómodulok négyzeteinek aránya lesz. Miértígy lesz – a kérdés más, sokkal összetettebb. Addig is használhatja a dolgot anélkül, hogy megértené, hogyan és miért működik. Mindennek megvan a maga ideje.

Felteheti a kérdést: „Miért van egyáltalán szükség a kvantumelméletre, ha annak előrejelzései egybeesnek a „biliárd” elmélet jóslataival? Ennek két oka van. Először, valóság, nem számít, mit gondol, továbbra is betartja a kvantumtörvényeket – amplitúdók, komplex számok és minden. Másodszor pedig a „biliárd” elmélet nem működik bármilyen többé-kevésbé összetett kísérlethez. Példát akarsz? Kérem.

ábrán. 2 a pontokon két tükröt láthat BÉs C, és két féltükör a pontokon AÉs D. Később elmagyarázom, miért ez a szegmens DE szaggatott vonallal húzva; Ez semmilyen módon nem befolyásolja a számításokat.

Alkalmazzuk a már ismert szabályokat.

Az elején a „foton repül” konfigurációnk van A", az amplitúdója (-1 + 0 én).

Megszámoljuk azoknak a konfigurációknak az amplitúdóját, amelyekből „egy foton repül A V B" és "a foton felől repül A V C»:

• "A foton innen repül A V B» = én× "foton repül ide A» = (0 + - én)
• "A foton innen repül A V C" = 1 × " foton repül ide A» = (-1 + 0 én)

Ez intuitív módon egyértelmű rendes tükörúgy viselkedik, mint egy féltükör fele: mindig visszaveri a fotont, mindig megszorozza az amplitúdót én. Így:

• "A foton innen repül B V D» = én× "foton repül innen A V B" = (1 + 0 én)
• "A foton innen repül C V D» = én× "foton repül innen A V C» = (0 + - én)

Fontos megérteni, hogy „tól B V D" és "tól C V D"- ez kettő különböző konfigurációk. Nem lehet csak azt írni, hogy „a foton odarepül D", mert abból a szögből, amelybe ez a foton jön D, attól függ, mi történik vele ezután.

• B V D", egyenlő (1 + 0 én):
  • szorozva én, és az eredmény (0 + én D V E»
  • megszorozzuk 1-gyel, és az eredmény: (1 + 0 én) „a foton repül ahonnan” konfiguráció javára számít D V F»
• amplitúdója konfiguráció „foton repül innen C V D", egyenlő (0 + - én):
  • szorozva én, és az eredmény (1 + 0 én) „a foton repül ahonnan” konfiguráció javára számít D V F»
  • megszorozzuk 1-gyel, és az eredmény: (0 + - én) „a foton repül ahonnan” konfiguráció javára számít D V E»

• "A foton innen repül D V E» = (0 + én) + (0 + -én) = (0 + 0én) = 0
• "A foton innen repül D V F" = (1 + 0 én) + (1 + 0én) = (2 + 0én)

Az amplitúdómodulok négyzeteinek aránya 0:4; A számításokból az következik, hogy az első detektor egyáltalán nem fog működni! Ezért a szegmens DEábrán szaggatott vonalként látható. 2.

Ha a féltükrök véletlenszerűen vernék vissza vagy továbbítanák a fotont, akkor mindkét detektor megközelítőleg azonos frekvencián válaszolna. De ez nem esik egybe a kísérleti eredményekkel. Ez minden.
Kifogásolhatja: „De ez még nem minden! Tegyük fel például, hogy amikor egy tükör visszaver egy fotont, akkor valami olyasmi történik vele, hogy másodszor nem fog visszaverődni? És fordítva, amikor egy tükör elhalad egy fotonon, a következő alkalommal vissza kell tükröződnie."

Először is Occam borotvája. Nincs értelme bonyolult magyarázatot kitalálni, ha egy egyszerű már létezik (ha természetesen a kvantummechanikát vesszük figyelembe egyszerű...) Másodszor pedig előhozhatok egy másik tapasztalatot, ami megcáfolja ezt az alternatív elméletet.

Helyezzünk közé egy kis átlátszatlan tárgyat BÉs D, így a konfiguráció amplitúdója „a foton felől repül B V D" mindig egyenlő volt a nullával.

Most a konfiguráció amplitúdója „a foton repül D V F» egyenlő (1 + 0 én), és a konfiguráció amplitúdója „a foton repül D V E» - (0 + - én). A modulok négyzete egyenlő 1-gyel. Ez azt jelenti, hogy az esetek felében az első, felében a második detektor aktiválódik.

Ez lehetetlen magyarázzuk, ha feltételezzük, hogy a foton egy kis biliárdgolyó, amely a tükrökről visszaverődik.

A lényeg az, hogy az amplitúdó nem tekinthető valószínűségnek. Valószínűségelméletben, ha egy esemény x megtörténhet vagy nem, akkor az esemény valószínűsége Z egyenlő P( Z|x)P( x) + P( Z|¬ x)P(¬ x), ahol minden valószínűség pozitív. Ha tudja, hogy a valószínűség Z feltéve, hogy x történt 0,5, és a valószínűség x- 0,3, akkor a teljes valószínűség Z legalább 0,15, tekintet nélkül hogy mi lesz ha x nem fog megtörténni. Nincsenek negatív valószínűségek. A lehetséges és lehetetlen események nem zárják ki egymást. De az amplitúdók igen.

Íme egy példa rossz gondolkodik: „A foton odarepül B vagy be C, de ő tudott másképp repül, és ez befolyásolja annak valószínűségét, hogy berepül E…»

Események, amelyek Nem megtörtént, nincs hatással a világra. Az egyetlen dolog Talán a világ befolyásolása a képzeletünk. „Istenem, az az autó majdnem elütött” – gondolod, és elhatározod, hogy elmész egy kolostorba, hogy soha többé ne találkozz veszélyes autókkal. De még mindig nem igazán maga esemény, de csak a képzeleted van az agyadban – amit kivehetsz magadból, megérinthetsz és visszahelyezhetsz, hogy megbizonyosodj arról, hogy valóságos-e.

Minden, ami a világot érinti, valóságos. (Ha úgy gondolja, hogy ez nem így van, próbálja meg meghatározni a „valódi” szót.) A konfigurációk és az amplitúdók közvetlenül befolyásolják a világot, tehát valóságosak is. Azt mondani, hogy egy konfiguráció „mi történhet”, ugyanolyan furcsa, mint ezt mondani szék- ez "mi történhet".

Akkor mi ez a konfiguráció?

Folytatjuk.

Valójában minden egy kicsit bonyolultabb, mint gondolnád a cikk elolvasása után.
Minden konfiguráció leírja Minden részecskék az Univerzumban. Az amplitúdó az folyamatos eloszlás a konfigurációk teljes területén, és nem diszkrét, ahogyan ma gondoltuk. Valójában a fotonok nem teleportálnak egyik helyről a másikra. azonnal, és a világ minden egyes állapotát egy új konfiguráció írja le. Végül odaérünk.

Ha nem értettél semmit ebből a bekezdésből, ne aggódj, mindent elmagyarázok. Után.

Sok ember számára a fizika olyan távolinak és zavarosnak tűnik, a kvantumfizika pedig még inkább. De szeretném feltárni előtted ennek a nagy rejtélynek a fátylát, mert a valóságban minden furcsa, de megfejthetetlennek bizonyul.

És a kvantumfizika is remek téma, hogy beszélgessünk okos emberekkel.

A kvantumfizika egyszerűvé tette

Először a fejedben kell rajzolnod egyet nagy vonal a mikrovilág és a makrovilág között, mert ezek a világok teljesen mások. Minden, amit az Ön által ismert térről és a benne lévő tárgyakról tud, hamis és elfogadhatatlan a kvantumfizikában.

Valójában a mikrorészecskéknek nincs sem sebességük, sem konkrét helyzetük, amíg a tudósok meg nem nézik őket. Ez a kijelentés számunkra egyszerűen abszurdnak tűnik, Albert Einsteinnek is annak tűnt, de méghozzá nagy fizikus meghátrált.

A tény az, hogy a kutatások bebizonyították, hogy ha egyszer ránézel egy bizonyos pozíciót elfoglaló részecskére, majd elfordulsz és újra megnézed, látni fogod, hogy ez a részecske már teljesen más pozíciót foglalt el.

Ezek a szemtelen részecskék

Minden egyszerűnek tűnik, de ha ugyanazt a részecskét nézzük, az áll. Vagyis ezek a részecskék csak akkor mozognak, ha nem látjuk.

A lényeg az, hogy minden részecskének (a valószínűségelmélet szerint) van egy valószínűségi skálája, hogy egy vagy másik pozícióba kerüljön. Amikor pedig elfordulunk, majd újra elfordulunk, pontosan a valószínűségi skála szerint elkaphatjuk a részecskét bármely lehetséges pozíciójában.

A tanulmány szerint a részecskét benne keresték különböző helyeken, majd abbahagyta a figyelését, majd újra figyelte, ahogy a helyzete megváltozik. Az eredmény egyszerűen lenyűgöző volt. Összefoglalva, a tudósok valóban képesek voltak létrehozni egy valószínűségi skálát, ahol ez vagy az a részecske található.

Például egy neutron képes három pozícióban lenni. A kutatás elvégzése után azt tapasztalhatja, hogy az első pozícióban 15%, a másodikban - 60%, a harmadikban - 25% valószínűséggel.

Ezt az elméletet még senki sem tudta megcáfolni, így furcsa módon ez a leghelyesebb.

Makrovilág és mikrovilág

Ha kiveszünk egy tárgyat a makrokozmoszból, látni fogjuk, hogy annak is van valószínűségi skálája, de az teljesen más. Például annak a valószínűsége, hogy elfordul, és a világ másik felén találja meg telefonját, szinte nulla, de még mindig létezik.

Ekkor felmerül a kérdés: hogy lehet, hogy ilyen eseteket még nem rögzítettek? Ez azzal magyarázható, hogy ennek olyan kicsi a valószínűsége, hogy az emberiségnek annyi évet kellene várnia, mint amennyit bolygónk és az egész univerzum még nem élt meg, hogy láthasson egy ilyen eseményt. Kiderült, hogy a telefonja majdnem 100%-os valószínűséggel pontosan oda kerül, ahol látta.

Kvantum alagútépítés

Innentől eljuthatunk a kvantum-alagút fogalmához. Ez egy objektum fokozatos (nagyon durván fogalmazva) egy teljesen más helyre való átmenetének koncepciója minden külső hatás nélkül.

Vagyis minden kezdődhet egy neutronnal, amely egy ponton ugyanabba a szinte nulla valószínűségbe esik, hogy teljesen más helyen van, és minél több neutron van egy másik helyen, annál nagyobb a valószínűsége.

Természetesen egy ilyen átmenet annyi évig tart, amennyit bolygónk még nem élt, de a kvantumfizika elmélete szerint a kvantumalagút megtörténik.

Olvassa el még:

Itt napokig beszélgettem a témáról késleltetett választási kvantumtörlés, nem annyira vita, mint inkább egy türelmes magyarázata nekem csodálatos barátomtól, dr_tambowskytól a kvantumfizika alapjairól. Mivel az iskolában nem tanultam jól fizikát, idős koromban pedig szivacsként szívom fel. Úgy döntöttem, egy helyre gyűjtöm a magyarázatokat, talán másnak.

Kezdésként azt javaslom, hogy nézzenek meg egy gyerekeknek szóló rajzfilmet az interferenciáról, és figyeljenek a „szemre”. Mert tulajdonképpen ez a lényeg.

Ezután elkezdheti olvasni a szöveget dr_tambowskytól, amit az alábbiakban teljes egészében idézek, vagy ha okos és okos vagy, akkor azonnal elolvashatod. Vagy még jobb, mindkettő.

Mi az interferencia?
Valójában nagyon sok különböző kifejezés és fogalom van itt, és nagyon zavarosak. Menjünk sorban. Először is, az interferencia mint olyan. Számtalan példa van az interferenciára, és nagyon sok különböző interferométer létezik. Egy sajátos kísérlet, amelyet folyamatosan javasolnak és gyakran használnak ebben a törléstudományban (főleg azért, mert egyszerű és kényelmes), egy átlátszatlan képernyőn egymás mellett, párhuzamosan vágott rés. Először is világítsunk rá egy ilyen dupla nyílásra. A fény hullám, igaz? És folyamatosan megfigyeljük a fény interferenciáját. Bízzunk benne, hogy ha erre a két résre megvilágítunk, a másik oldalára pedig egy képernyőt (vagy csak egy falat) teszünk, akkor ezen a második képernyőn is interferenciamintát fogunk látni - két fényes fényfolt helyett. áthalad a réseken” a második képernyőn (falon) váltakozó világos és sötét csíkokból álló kerítés lesz. Még egyszer jegyezzük meg, hogy ez pusztán hullámtulajdonság: ha kavicsot dobunk, akkor azok, amelyek a résbe esnek, továbbra is egyenesen repülnek és nekiütköznek a falnak, mindegyik a saját rése mögött, vagyis két független kupacot látunk. kövekből (persze ha a falhoz tapadnak 🙂), nincs interferencia.

Következő, emlékszel arra, hogy az iskolában a „hullám-részecske kettősségről” tanítottak? Hogy amikor minden nagyon kicsi és nagyon kvantum, akkor a tárgyak részecskék és hullámok is? Az egyik híres kísérletben (a Stern-Gerlach kísérletben) a múlt század 20-as éveiben ugyanazt a beállítást alkalmazták, mint fentebb, de fény helyett... elektronokkal világítottak. Nos, az elektronok részecskék, nem? Vagyis ha a dupla résre „dobod” őket, mint a kavicsokat, akkor mit fogunk látni a falon a rések mögött? A válasz nem két külön folt, hanem megint egy interferencia kép!! Vagyis az elektronok is interferálhatnak.

Másrészt kiderül, hogy a fény nem éppen hullám, hanem egy kicsit részecske is – egy foton. Vagyis most már annyira okosak vagyunk, hogy megértjük, hogy a fent leírt két kísérlet ugyanaz. A résekre (kvantum)részecskéket dobunk, és ezeken a réseken lévő részecskék interferálnak - a falon váltakozó csíkok láthatók ("látható" - abban az értelemben, ahogyan ott fotonokat vagy elektronokat regisztrálunk, valójában nincs szükség szemre: )).

Most ezzel az univerzális képpel felvértezve tegyük fel a következő, finomabb kérdést (figyelem, nagyon fontos!!):
Amikor fényt sugározunk a résekre fotonjainkkal/elektronjainkkal/részecskéinkkel, interferenciamintát látunk a másik oldalon. Csodálatos. De mi történik egy egyedi fotonnal/elektronnal/pi-mezonnal? [és ezentúl beszéljünk – kizárólag a kényelem kedvéért – csak a fotonokról]. Hiszen ez a lehetőség lehetséges: minden foton kavicsként repül át a saját résein, vagyis nagyon határozott pályája van. Ez a foton átrepül a bal oldali résen. És az ott van a jobb oldalon. Amikor ezek a kavicsos fotonok sajátos pályájukat követve a rések mögött elérik a falat, valamilyen módon kölcsönhatásba lépnek egymással, és ennek a kölcsönhatásnak a hatására magán a falon interferenciamintázat jelenik meg. Eddigi kísérleteinkben semmi sem mond ellent ennek az értelmezésnek – elvégre, amikor erős fényt sugározunk a résbe, egyszerre sok fotont küldünk. A kutyájuk tudja, mit csinálnak ott.

Azon a fontos kérdés megvan a válasz. Tudjuk, hogyan kell egyszerre egy fotont dobni. Távoztak. Vártunk. Bedobták a következőt. Alaposan megnézzük a falat, és észrevesszük, hová érkeznek ezek a fotonok. Egyetlen foton persze elvileg nem tud megfigyelhető interferenciamintázatot létrehozni - egyedül van, és amikor regisztráljuk, csak egy bizonyos helyen láthatjuk, és nem mindenhol egyszerre. Térjünk azonban vissza a kavicsokkal való hasonlathoz. Egy kavics elrepült mellette. A falnak ütközött az egyik rés mögött (természetesen azon, amelyen átrepült). Itt van még egy – ismét a nyílás mögé ütött. ülünk. számolunk. Egy idő után, és elegendő kavicsot dobunk, elosztást kapunk - látni fogjuk, hogy sok kavics ütközik a falnak az egyik rés mögött, és sok a másik mögött. És sehol máshol. Ugyanezt tesszük a fotonokkal is – dobjuk őket egyenként, és lassan számoljuk meg, hány foton érkezik a fal egyes helyeire. Lassan megőrülünk, mert a foton-becsapódások ebből adódó frekvenciaeloszlása ​​egyáltalán nincs két ponton a megfelelő rések alatt. Ez az eloszlás pontosan megismétli azt az interferenciamintát, amelyet akkor láttunk, amikor erős fénnyel világítottunk. De a fotonok most egyenként érkeztek! Egy - ma. A következő holnap lesz. Nem kommunikálhattak egymással a falon. Vagyis a kvantummechanikával teljes összhangban egy, különálló foton egyszerre hullám, és semmi hullámszerűség nem idegen tőle. A kísérletünkben szereplő fotonnak nincs meghatározott pályája - minden egyes foton egyszerre halad át mindkét résen, és mintegy interferál önmagával. A kísérletet megismételhetjük úgy, hogy csak egy rést hagyunk nyitva - akkor a fotonok természetesen mögé csoportosulnak. Zárjuk be az elsőt, nyissuk ki a másodikat, továbbra is egyenként dobva a fotonokat. Természetesen a második, nyitott repedés alatt csoportosulnak. Nyissa meg mindkettőt – a kapott helyek, ahol a fotonok szeretnek csoportosulni, eloszlása ​​nem az akkor kapott eloszlások összege, amikor csak egy rés volt nyitva. Most még a repedések között húzódnak meg. Vagy inkább az övék kedvenc helyek a fürtök most váltakozó csíkok. Ebben összebújnak, a következőben - nem, megint - igen, sötét, világos. Ah, interferencia...

Mi a szuperpozíció és a spin.
Így. Tételezzük fel, hogy mindent megértünk az interferenciáról mint olyanról. Végezzünk szuperpozíciót. Nem tudom, hogy állsz a kvantummechanikával, elnézést. Ha ez rossz, akkor sokat kell a hittel foglalkoznod; nehéz dióhéjban elmagyarázni.

De elvileg már valahol a közelben jártunk - amikor láttuk, hogy egyetlen foton egyszerre két résen repül át. Egyszerűen kijelenthetjük: a fotonnak nincs pályája, van hulláma és hulláma. És azt mondhatjuk, hogy a foton egyszerre két pályán repül (szigorúan véve persze nem is kettőn, hanem egyszerre). Ez egyenértékű kijelentés. Elvileg, ha ezt az utat követjük a végéig, akkor eljutunk az „útintegrálhoz” - a kvantummechanika Feynman-féle megfogalmazásához. Ez a megfogalmazás hihetetlenül elegáns és ugyanolyan összetett, a gyakorlatban nehezen használható, még kevésbé az alapok elmagyarázására. Ezért ne menjünk végig, hanem meditáljunk egy „két pályán egyszerre” repülő fotonon. A klasszikus fogalmak értelmében (és a pálya egy jól körülhatárolható klasszikus fogalom, vagy egy kő repül frontálisan, vagy mellette) a foton egyszerre különböző állapotban van. A pálya még egyszer sem az, amire szükségünk van, a céljaink egyszerűbbek, csak arra buzdítalak, hogy ismerd fel és érezd át a tényt.

A kvantummechanika azt mondja, hogy ez a helyzet a szabály, nem a kivétel. Bármely kvantumrészecske lehet (és általában van) egyszerre „több állapotban”. Valójában ezt a kijelentést nem kell túl komolyan venni. Ezek a „több állapot” valójában a mi klasszikus intuícióink. Különböző „állapotokat” határozunk meg néhány saját (külső és klasszikus) megfontolásunk alapján. A kvantumrészecske pedig a saját törvényei szerint él. Van egy vagyona. Pont. A „szuperpozícióra” vonatkozó állítás csak annyit jelent, hogy ez az állapot nagyon eltérhet a klasszikus elképzeléseinktől. Bemutatjuk a trajektória klasszikus fogalmát, és egy olyan fotonra alkalmazzuk, amilyen állapotban szeret lenni. És a foton azt mondja: "Bocs, a kedvenc állapotom az, hogy ezekhez a pályáidhoz képest egyszerre mindkettőn vagyok!" Ez nem jelenti azt, hogy a foton egyáltalán nem lehet olyan állapotban, amelyben a pálya (többé-kevésbé) meghatározott. Zárjuk be az egyik rést – és bizonyos mértékig azt mondhatjuk, hogy a foton egy bizonyos pályán repül át a másodikon, amit jól értünk. Vagyis ilyen állapot elvileg létezik. Nyissuk meg mindkettőt – a foton jobban szeret szuperpozícióban lenni.

Ugyanez vonatkozik más paraméterekre is. Például a saját szögimpulzusa, vagy a spin. Emlékszel két elektronra, amelyek együtt ülhetnek ugyanazon a s pályán – ha ellentétes spinjeik vannak? Pontosan ez az. És a fotonnak is van spinje. A foton spinben az a jó, hogy a klasszikusokban valójában egy fényhullám polarizációjának felel meg. Vagyis mindenféle polarizátort és más kristályt használva, amivel rendelkezünk, manipulálni tudjuk az egyes fotonok spinjét (polarizációját), ha rendelkezünk velük (és megjelennek).

Szóval pörögj. Az elektronnak van egy spinje (abban a reményben, hogy a pályák és az elektronok ismerősebbek számodra, mint a fotonok, tehát minden a régi), de az elektron számára teljesen közömbös, hogy milyen „spin-állapotban” van. A spin egy vektor, és megpróbálhatjuk azt mondani, hogy „pörgés pontok felfelé”. Vagy „a pörgés lefelé néz” (valamely általunk választott irányhoz képest). És az elektron azt mondja nekünk: „Nem törődök veled, mindkét pályán lehetek egyszerre mindkét spinállapotban.” Itt is nagyon fontos, hogy nem sok elektron van különböző spinállapotban, egy együttesben az egyik felfelé, a másik lefelé néz, és minden egyes elektron egyszerre van mindkét állapotban. Ugyanúgy, ahogy nem különböző elektronok haladnak át különböző réseken, hanem egy elektron (vagy foton) halad át mindkét résen egyszerre. Egy elektron lehet bizonyos forgásirányú állapotban, ha nagyon kérdezed tőle, de ő maga nem fogja ezt megtenni. A helyzet félig minőségileg a következőképpen írható le: 1) két állapot van, |+1> (pörgés fel) és |-1> (pörgés le); 2) ezek elvileg kóser állapotok, amelyekben az elektron létezhet; 3) ha azonban nem tesz különösebb erőfeszítést, az elektron mindkét állapotában „elkenődik”, és állapota valami ilyesmi lesz: |+1> + |-1>, olyan állapot, amelyben az elektronnak nincs specifikus állapota. forgásirány (akárcsak az 1+ pályapálya 2, ugye?). Ez az „állapotok szuperpozíciója”.

A hullámfüggvény összeomlásáról.
Nagyon kevés van hátra ahhoz, hogy megértsük, mi a mérés és a „hullámfüggvény összeomlása”. A hullámfüggvény az, amit fentebb írtunk, |+1> + |-1>. Csak az állapot leírása. Az egyszerűség kedvéért beszélhetünk magáról az államról, mint olyanról, és annak „összeomlásáról”, nem számít. Ez történik: az elektron ilyen bizonytalan lelkiállapotban repül magához, vagy fent van, vagy lent, vagy mindkettő egyszerre. Aztán felrohanunk valami ijesztő kinézetű eszközzel, és mérjük meg a pörgés irányát. Ebben konkrét eset Elegendő egy elektront mágneses térbe helyezni: azok az elektronok, amelyek spinje a mező iránya mentén mutat, az egyik irányba térjenek el, azok, amelyek spinje a mező ellen mutat, a másik irányba. A másik oldalon ülünk és dörzsöljük a kezünket - látjuk, hogy az elektron melyik irányba tért el, és azonnal tudjuk, hogy a spinje felfelé vagy lefelé néz. A fotonokat polarizáló szűrőbe lehet tenni - ha a polarizáció (spin) +1, akkor a foton átmegy, ha -1, akkor nem.

De elnézést – elvégre az elektronnak nem volt meghatározott spin iránya a mérés előtt? Ez az egész lényeg. Nem volt határozott, de mintha egyszerre két állapotból volt „keverve”, és ezeknek az állapotoknak mindegyikében volt egy irány. A mérés során arra kényszerítjük az elektront, hogy eldöntse, ki legyen, és hova nézzen – felfelé vagy lefelé. A fent leírt helyzetben természetesen elvileg nem tudjuk előre megjósolni, hogy ez az adott elektron milyen döntést hoz, amikor a mágneses térbe repül. 50%-os valószínűséggel tud dönteni „felfelé”, ugyanakkora valószínűséggel „lefelé”. De amint ezt eldönti, egy bizonyos forgásirányú állapotba kerül. „Mérésünk” eredményeként! Ez „összeomlás” – a mérés előtt a hullámfüggvény (elnézést, állapot) |+1> + |-1> volt. Miután „megmértük” és láttuk, hogy az elektron egy bizonyos irányba eltér, meghatároztuk a spin irányát, és a hullámfüggvénye egyszerűen |+1> lett (vagy |-1>, ha más irányba tért el). Vagyis az állam „összeomlott” az egyik összetevőjébe; A második komponens „keverésének” már nyoma sincs!

Az eredeti szócikkben nagyrészt ez volt az üres filozofálás középpontjában, és ez az, amit nem szeretek a rajzfilm végén. Ott egyszerűen megrajzolódik a szem, és a tapasztalatlan nézőnek egyrészt a folyamat bizonyos antropocentricitásának illúziója lehet (azt mondják, megfigyelőre van szükség a „méréshez”), másodszor pedig annak non-invazivitásáról. nos, csak keresünk!). A témával kapcsolatos véleményemet fentebb ismertettem. Először is, természetesen nincs szükség „megfigyelőre”. Elég, ha egy kvantumrendszert érintkezésbe hozunk egy nagy rendszerrel, klasszikus rendszerés minden magától megtörténik (az elektronok berepülnek a mágneses mezőbe és eldöntik, hogy kik lesznek, függetlenül attól, hogy a másik oldalon ülünk és nézünk vagy sem). Másodszor, egy kvantumrészecske nem invazív klasszikus mérése elvileg lehetetlen. Könnyű szemet rajzolni, de mit jelent az, hogy „nézz egy fotont, és derítsd ki, hová tűnt”? Ahhoz, hogy megnézhesd, fotonokra van szükséged, amelyek eltalálják a szemed, lehetőleg sok. Hogyan rendezhetjük el úgy, hogy sok foton érkezzen, és mindent eláruljon egy szerencsétlen foton állapotáról, amelynek állapota érdekel minket? Zseblámpát rágyújtani? És mi marad belőle ezek után? Egyértelmű, hogy nagyban befolyásoljuk az állapotát, talán olyan mértékben, hogy már nem akar majd bemászni valamelyik résbe. Nem annyira érdekes. De végre eljutottunk az érdekes dolgokhoz.

Az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxonról és a koherens (összegabalyodott) fotonpárokról
Ma már ismerjük az állapotok szuperpozícióját, de eddig csak egy részecskéről beszéltünk. Pusztán az egyszerűség kedvéért. De mégis, mi van akkor, ha két részecskénk van? Készíthet részecskepárt teljesen kvantumállapotban, így azok általános állapotát egyetlen, közös hullámfüggvény írja le. Ez persze nem egyszerű – két tetszőleges foton van benne szomszédos szobák vagy egy elektron a szomszédos kémcsövekben nem is tudnak egymásról, így teljesen függetlenül lehet és kell leírni. Ezért egyszerűen ki lehet számítani mondjuk egy elektron kötési energiáját egy hidrogénatom egy protonján anélkül, hogy érdekelnének a Marson lévő többi elektron vagy akár a szomszédos atomok. De ha különleges erőfeszítést tesz, létrehozhat egy kvantumállapotot, amely egyszerre két részecskét foglal magában. Ezt „koherens állapotnak” fogjuk nevezni; a részecskepárok és mindenféle kvantumtörlés és a számítógépek kapcsán ezt összefonódott állapotnak is nevezik.

Menjünk tovább. Tudhatjuk (a koherens állapot elkészítésének folyamata által támasztott korlátok miatt), hogy pl. teljes pörgés kétrészecskés rendszerünkből nulla. Rendben van, tudjuk, hogy az s-pályán két elektron spinjének antiparallelnek kell lennie, vagyis a teljes spin nulla, és ez egyáltalán nem ijeszt meg minket, igaz? Azt nem tudjuk, hogy egy adott részecske spinje hova mutat. Csak azt tudjuk, hogy bárhová is néz, a második pörgetésnek a másik irányba kell néznie. Vagyis ha kijelöljük a két részecskénket (A) és (B), akkor az állapot elvileg így lehet: |+1(A), -1(B)> (A felfelé néz, B lefelé néz). ). Ez egy engedélyezett állapot, és nem sért semmilyen korlátozást. Egy másik lehetőség a |-1(A), +1(B)> (fordítva, A le, B fel). Szintén lehetséges állapot. Nem emlékeztet még mindig azokra az állapotokra, amelyeket valamivel korábban felírtunk egyetlen elektron spinjére? Mert a két részecskerendszerünk, bár kvantum és koherens, a |+1(A) állapotok szuperpozíciójában is lehet (és lesz); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. Vagyis mindkét lehetőség egyszerre valósul meg. Mint egy foton mindkét pályája vagy egy elektron spinjének mindkét iránya.

Egy ilyen rendszer mérése sokkal izgalmasabb, mint egyetlen foton mérése. Valóban, tegyük fel, hogy csak egy részecske spinjét mérjük, A. Azt már megértettük, hogy a mérés egy kvantumrészecske számára súlyos feszültség, állapota a mérési folyamat során nagymértékben megváltozik, összeomlás következik be... Ez mind igaz, de ebben az esetben ott van a második részecske is, a B, ami szorosan kapcsolódik A-hoz, közös hullámfüggvényük van! Tegyük fel, hogy megmértük az A forgás irányát, és azt láttuk, hogy +1. De A-nak nincs saját hullámfüggvénye (vagy más szóval saját független állapota), hogy |+1>-re omoljon össze. A-nak csak a B-vel „összegabalyodott” állapota van, fentebb leírtuk. Ha az A mérés +1-et ad, és tudjuk, hogy A és B spinje ellentétes, akkor tudjuk, hogy B spinje lefelé néz (-1). A pár hullámfüggvénye összeomlik, amire csak tud, vagy csak |+1(A); -1(B)>. Az írott hullámfüggvény más lehetőséget nem ad számunkra.

Még semmi? Gondolja csak, a teljes pörgés megmarad? Most képzeljük el, hogy létrehoztunk egy ilyen A, B párt, és hagytuk, hogy ez a két részecske szétrepüljön különböző oldalak, koherens marad. Az egyik (A) a Merkúr felé repült. A másik pedig (B) mondjuk a Jupiternek. Ebben a pillanatban a Merkúron történtünk, és megmértük az A forgás irányát. Mi történt? Abban a pillanatban megtanultuk a B spin irányát és megváltoztattuk B hullámfüggvényét! Kérjük, vegye figyelembe, hogy ez egyáltalán nem ugyanaz, mint a klasszikusokban. Hagyd, hogy két repülő kő forogjon a tengelye körül, és tudasd velünk biztosan, hogy befordulnak ellentétes oldalak. Ha megmérjük az egyiknek a forgásirányát, amikor eléri a Merkúrt, akkor a másodiknak is tudni fogjuk a forgásirányát, bárhová is kerül addigra, akár a Jupiteren is. De ezek a kövek mindig egy bizonyos irányba forogtak, minden mérésünk előtt. És ha valaki megmér egy Jupiter felé repülő sziklát, akkor ő is ugyanazt és egészen határozott választ kap, függetlenül attól, hogy mértünk-e valamit a Merkúron vagy sem. A mi fotonjainkkal teljesen más a helyzet. Egyiküknek sem volt konkrét forgásiránya a mérés előtt. Ha valaki a részvételünk nélkül úgy döntene, hogy megméri a B spin irányát valahol a Mars régiójában, mit kapna? Így van, 50%-os eséllyel +1-et lát, 50%-os eséllyel -1-et. Ez B állapota, szuperpozíciója. Ha ez a valaki úgy dönt, hogy megméri a B spint közvetlenül azután, hogy már megmértük az A spint, +1-et láttunk és az *teljes* hullámfüggvény összeomlását okoztuk,
akkor csak -1-et kap a mérés eredményeként, 100%-os valószínűséggel! Csak a mérésünk pillanatában döntötte el A végre, hogy ki legyen, és „megválasztotta” a forgás irányát – és ez a választás azonnal befolyásolta a *teljes* hullámfüggvényt és B állapotát, aki ebben a pillanatban már Isten tudja. ahol.

Ezt a problémát „a kvantummechanika nem lokalitásának” nevezik. Más néven Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon (EPR paradoxon), és általában az, ami a törlés során történik, ehhez kapcsolódik. Persze lehet, hogy valamit félreértek, de az én ízlésem szerint azért érdekes a törlés, mert éppen a nem lokalitás kísérleti bemutatása.

Leegyszerűsítve egy törléssel végzett kísérlet így nézhet ki: koherens (összegabalyodott) fotonpárokat hozunk létre. Egyenként: pár, aztán a következő stb. Mindegyik párban az egyik foton (A) az egyik, a másik (B) a másik irányba repül. Minden úgy van, ahogy egy kicsit magasabban már megbeszéltük. A B foton útján kettős rést helyezünk el, és megnézzük, mi jelenik meg e rés mögött a falon. Egy interferencia-mintázat alakul ki, mivel minden B foton, mint tudjuk, mindkét pályán repül, egyszerre mindkét résen (még emlékszünk az interferenciára, amellyel ezt a történetet kezdtük, igaz?). Az a tény, hogy B még mindig koherens kapcsolatban áll A-val, és közös hullámfüggvénye van A-val, elég lila számára. Bonyolítsuk le a kísérletet: fedjük le az egyik rést egy szűrővel, amely csak a spin +1 fotonokat engedi át. A másodikat egy szűrővel fedjük le, amely csak -1 spinnel (polarizációval) továbbítja a fotonokat. Továbbra is élvezzük az interferenciamintát, mert általános állapotban A, B pár(|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, mint emlékszünk), vannak B állapotok mindkét pörgetéssel. Vagyis a B „rész” áthaladhat az egyik szűrőn/nyíláson, és egy része egy másikon. Csakúgy, mint korábban, az egyik „rész” az egyik, a másik a másik pályán repült (ez persze beszédkép, de a tény tény marad).

Végül a betetőzés: valahol a Merkúron, vagy kicsit közelebb, az optikai asztal másik végén egy polarizáló szűrőt helyezünk el az A fotonok útjába, a szűrő mögé pedig egy detektort. Tisztázzuk, hogy ez az új szűrő csak a spin +1 fotonokat engedi át. Minden alkalommal, amikor a detektor kiold, tudjuk, hogy az A foton a spin +1-gyel áthaladt (a spin -1 nem megy át). Ez azonban azt jelenti, hogy a teljes pár hullámfüggvénye összeomlott, és fotonunk „testvérének”, a B fotonnak ebben a pillanatban csak egy lehetséges állapota volt -1. Minden. A B fotonnak most „semmi” átjuthat, egy szűrővel borított rés, amely csak +1 polarizációt enged át. Egyszerűen nem maradt meg az alkatrész. Ennek a B fotonnak a „felismerése” nagyon egyszerű. Egyenként párokat hozunk létre. Amikor észleljük az A foton áthaladását egy szűrőn, rögzítjük az érkezési időpontot. Fél kettő pl. Ez azt jelenti, hogy a „bátyja” B is a falnak repül fél kettőkor. Nos, vagy 1:36-nál, ha egy kicsit tovább repül, és ezért tovább. Ott időket is rögzítünk, vagyis össze tudjuk hasonlítani, hogy ki kicsoda és ki kinek a rokona.

Tehát, ha most megnézzük, milyen kép rajzolódik ki a falon, nem fogunk interferenciát észlelni. Mindegyik pár B fotonja áthalad az egyik vagy a másik résen. Két folt van a falon. Most eltávolítjuk a szűrőt az A fotonok útjából. Az interferenciaminta helyreáll.

...és végül a késleltetett választásról
A helyzet akkor válik teljesen nyomorúságossá, ha tovább tart az A fotonnak, hogy eljut a szűrőjéhez/detektorához, mint a B fotonnak a résekhez. A mérést azután végezzük el (és kényszerítjük A megoldásra és a hullámfüggvény összeomlására), miután B-nek már el kellett érnie a falat, és interferenciamintát kell létrehoznia. Azonban míg A-t mérjük, még „később, mint kellene”, a B fotonok interferenciamintája továbbra is eltűnik. Eltávolítjuk az A szűrőt - helyreáll. Ez már egy késleltetett törlés. Nem mondhatom, hogy jól értem, mivel eszik.

Módosítások és pontosítások.
Minden helyes volt, elkerülhetetlen egyszerűsítésekkel, egészen addig, amíg meg nem építettünk egy eszközt két összegabalyodott fotonnal. Először is, a B foton interferenciát tapasztal. Úgy tűnik, szűrőkkel nem működik. Le kell fedni olyan lemezekkel, amelyek a polarizációt lineárisról körkörösre változtatják. Ezt már nehezebb megmagyarázni 😦 De nem ez a lényeg. A lényeg az, hogy amikor különböző szűrőkkel letakarjuk a réseket, az interferencia megszűnik. Nem abban a pillanatban, amikor megmérjük az A fotont, hanem azonnal. A trükkös trükk az, hogy a lemezszűrők beszerelésével „felcímkéztük” a B fotonokat. Más szóval, a B fotonok további információkat hordoznak, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy pontosan megtudjuk, melyik pályán repültek. *Ha* megmérjük az A fotont, akkor meg tudjuk tudni, hogy pontosan melyik B pálya repült, ami azt jelenti, hogy B nem fog interferenciát tapasztalni. A finomság az, hogy nem szükséges fizikailag „mérni” A! Legutóbb itt tévedtem nagyot. Az interferencia eltűnéséhez nincs szükség A mérésére. Ha *lehet* megmérni és kideríteni, hogy a B foton melyik pályáját ment, akkor ebben az esetben nem lesz interferencia.

Valójában ez még megtapasztalható. Ott a lenti linken valahogy tanácstalanul vonogatják a kezüket az emberek, de szerintem (lehet, hogy megint tévedek? 😉) a magyarázat a következő: a szűrők berakásával máris nagyot változtattunk a rendszeren. Nem számít, hogy valóban a polarizációt vagy azt a pályát regisztráltuk, amelyen a foton elhaladt, vagy az utolsó pillanatban intettük a kezünket. Fontos, hogy mindent „felkészítettünk” a mérésre, és már befolyásoltuk az állapotokat. Ezért nem kell ténylegesen „mérni” (egy tudatos humanoid megfigyelő értelmében, aki hozott egy hőmérőt, és az eredményt naplóba jegyezte). Valamilyen értelemben minden (a rendszerre gyakorolt ​​hatás szempontjából) már „felmért”. Az állítást általában a következőképpen szokták megfogalmazni: „*ha* megmérjük az A foton polarizációját, akkor ismerjük a B foton polarizációját, így a pályáját, és mivel a B foton egy bizonyos pályán repül, akkor nem lesz interferencia; még csak nem is kell mérnünk az A fotont – elég, ha ez lehetséges; a B foton tudja, hogy mérhető, és nem hajlandó beavatkozni.” Ebben van némi misztifikáció. Hát igen, nem hajlandó. Egyszerűen azért, mert a rendszert így készítették elő. Ha a rendszer további információval rendelkezik (van rá mód), hogy meghatározza, hogy a foton a két pálya közül melyiken repült, akkor nem lesz interferencia.

Ha elmondom, hogy mindent úgy rendeztem be, hogy a foton csak egy résen repül át, akkor azonnal megérted, hogy nem lesz interferencia? Elfuthatsz ellenőrizni („mérni”), és megbizonyosodni arról, hogy igazat mondok, vagy elhiheted így. Ha nem hazudtam, akkor attól függetlenül nem lesz interferencia, hogy sietsz-e ellenőrizni vagy sem :) Ennek megfelelően a „mérhető” kifejezés valójában azt jelenti, hogy „olyan speciálisan van felkészítve a rendszer, hogy... .”. Felkészült és előkészített, vagyis ezen a helyen még nincs összeomlás. Vannak „címkézett” fotonok, és nincs interferencia.

Következő - hogy valójában miért ez az egész - azt mondják nekünk: cselekedjünk úgy a rendszeren, hogy „kitöröljük” ezeket a jeleket a B fotonokról -, akkor újra zavarni kezdenek. Érdekes pont, amit már megközelítettünk, bár hibás modellben, hogy a B fotonokat érintetlenül hagyhatjuk, a lemezeket pedig a résekben. Megrángathatja az A fotont, és ahogy az összeomlás során, az állapotváltozás (nem lokálisan) a rendszer teljes hullámfüggvényében változást okoz, így már nem rendelkezünk elegendő információval annak meghatározásához, hogy melyik B foton résen haladt át. Vagyis beszúrunk egy polarizátort az A foton útjába - a B fotonok interferenciája helyreáll. A késleltetettnél minden a régi – úgy csináljuk, hogy az A fotonnak tovább tart, hogy a polarizátorhoz repüljön, mint a B-nek a résekig. És mégis, ha A-nak útközben van egy polarizátora, akkor B zavarja (bár mintha „mielőtt” A elérné a polarizátort)!

Takarmány. Megteheti, vagy a saját webhelyéről.