Pada tahun 1803, Thomas Young mengarahkan pancaran cahaya ke skrin legap dengan dua celah. Daripada jangkaan dua jalur cahaya dihidupkan skrin tayangan dia melihat beberapa jalur, seolah-olah terdapat gangguan (superposisi) dua gelombang cahaya dari setiap slot. Malah, pada masa inilah fizik kuantum dilahirkan, atau lebih tepatnya persoalan-persoalan di terasnya. Dalam XX dan abad XXI telah ditunjukkan bahawa bukan sahaja cahaya, tetapi mana-mana zarah asas tunggal dan bahkan beberapa molekul berkelakuan seperti gelombang, seperti quanta, seolah-olah melalui kedua-dua celah pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, jika anda meletakkan penderia pada celah yang menentukan apa sebenarnya yang berlaku kepada zarah di tempat ini dan melalui celah tertentu ia masih dilalui, maka hanya dua jalur muncul pada skrin unjuran, seolah-olah fakta pemerhatian (pengaruh tidak langsung) memusnahkan fungsi gelombang dan objek berkelakuan seperti jirim. ( video)

Prinsip ketidakpastian Heisenberg ialah asas fizik kuantum!

Terima kasih kepada penemuan 1927, beribu-ribu saintis dan pelajar mengulangi eksperimen mudah yang sama dengan memancarkan pancaran laser melalui celah yang menyempit. Secara logiknya, kesan yang boleh dilihat daripada laser pada skrin unjuran menjadi lebih sempit dan lebih sempit apabila jurang berkurangan. Tetapi pada masa tertentu, apabila celah menjadi cukup sempit, titik dari laser tiba-tiba mula menjadi lebih luas dan lebih luas, meregangkan skrin dan memalapkan sehingga celah hilang. Ini adalah bukti saripati yang paling jelas fizik kuantum- prinsip ketidakpastian Werner Heisenberg, seorang ahli fizik teori yang cemerlang. Intipatinya ialah semakin tepat kita menentukan salah satu ciri berpasangan sistem kuantum, semakin tidak pasti ciri kedua itu. DALAM dalam kes ini, semakin tepat kita menentukan koordinat foton laser dengan celah yang mengecil, semakin tidak pasti momentum foton ini. Dalam makrokosmos, kita juga boleh mengukur dengan tepat sama ada lokasi tepat pedang terbang dengan mengambilnya, atau arahnya, tetapi tidak pada masa yang sama, kerana ini bercanggah dan mengganggu antara satu sama lain. ( , video)

Superkonduktiviti kuantum dan kesan Meissner

Pada tahun 1933, Walter Meissner menemui fenomena menarik dalam fizik kuantum: dalam superkonduktor yang disejukkan ke suhu minimum, medan magnet disesarkan melebihi hadnya. Fenomena ini dipanggil kesan Meissner. Jika magnet biasa diletakkan pada aluminium (atau superkonduktor lain), dan kemudian disejukkan dengan nitrogen cecair, magnet akan terbang ke atas dan tergantung di udara, kerana ia akan "melihat" medan magnetnya sendiri dengan kekutuban yang sama disesarkan daripada yang disejukkan. aluminium, dan sisi magnet yang sama menolak . ( , video)

Superbendalir kuantum

Pada tahun 1938, Pyotr Kapitsa menyejukkan helium cecair kepada suhu hampir sifar dan mendapati bahawa bahan itu kehilangan kelikatannya. Fenomena dalam fizik kuantum ini dipanggil superfluidity. Jika helium cecair yang disejukkan dituangkan ke bahagian bawah gelas, ia masih akan mengalir keluar daripadanya di sepanjang dinding. Malah, selagi helium cukup sejuk, tiada had untuk ia tumpah, tanpa mengira bentuk atau saiz bekas. Pada penghujung abad ke-20 dan permulaan abad ke-21, cecair lampau dalam keadaan tertentu juga ditemui dalam hidrogen dan pelbagai gas. ( , video)

Terowong kuantum

Pada tahun 1960, Ivor Jayever menjalankan eksperimen elektrik dengan superkonduktor yang dipisahkan oleh filem mikroskopik oksida aluminium tidak konduktor. Ternyata, bertentangan dengan fizik dan logik, beberapa elektron masih melalui penebat. Ini mengesahkan teori tentang kemungkinan kesan terowong kuantum. Ia terpakai bukan sahaja untuk elektrik, tetapi juga untuk mana-mana zarah asas, ia juga gelombang mengikut fizik kuantum. Mereka boleh melepasi halangan jika lebar halangan ini kurang daripada panjang gelombang zarah. Semakin sempit halangan, semakin kerap zarah melaluinya. ( , video)

Jalinan kuantum dan teleportasi

Pada tahun 1982, ahli fizik Alain Aspe, pemenang masa depan Hadiah Nobel, menghantar dua foton yang dicipta secara serentak kepada penderia berbilang arah untuk menentukan putaran mereka (polarisasi). Ternyata mengukur putaran satu foton serta-merta mempengaruhi kedudukan putaran foton kedua, yang menjadi bertentangan. Oleh itu, kemungkinan terjerat kuantum zarah asas dan teleportasi kuantum telah terbukti. Pada tahun 2008, saintis dapat mengukur keadaan foton terjerat kuantum pada jarak 144 kilometer dan interaksi antara mereka masih serta-merta, seolah-olah mereka berada di tempat yang sama atau tiada ruang. Adalah dipercayai bahawa jika foton terjerat kuantum sedemikian berakhir di bahagian bertentangan alam semesta, interaksi antara mereka akan tetap serta-merta, walaupun cahaya mengambil masa berpuluh-puluh bilion tahun untuk menempuh jarak yang sama. Ia ingin tahu, tetapi menurut Einstein, tidak ada masa untuk foton bergerak pada kelajuan cahaya sama ada. Adakah ini satu kebetulan? Ahli fizik masa depan tidak fikir begitu! ( , video)

Kesan Quantum Zeno dan masa berhenti

Pada tahun 1989, sekumpulan saintis yang diketuai oleh David Wineland memerhatikan kadar peralihan ion berilium antara paras atom. Ternyata fakta mengukur keadaan ion memperlahankan peralihan mereka antara keadaan. Pada permulaan abad ke-21, dalam eksperimen serupa dengan atom rubidium, kelembapan 30 kali ganda telah dicapai. Semua ini adalah pengesahan kesan Zeno kuantum. Maksudnya ialah fakta mengukur keadaan zarah yang tidak stabil dalam fizik kuantum memperlahankan kadar pereputannya dan, secara teori, boleh menghentikannya sepenuhnya. ( , video bahasa inggeris)

Pemadam kuantum dengan pilihan tertunda

Pada tahun 1999, satu pasukan saintis yang diketuai oleh Marlan Scali mengarahkan foton melalui dua celah, di belakangnya terdapat prisma yang menukarkan setiap foton yang muncul menjadi sepasang foton terjerat kuantum dan memisahkannya kepada dua arah. Yang pertama menghantar foton ke pengesan utama. Arah kedua menghantar foton ke sistem 50% pemantul dan pengesan. Ternyata jika foton dari arah kedua mencapai pengesan yang menentukan celah dari mana ia dipancarkan, maka pengesan utama merekodkan foton berpasangannya sebagai zarah. Jika foton dari arah kedua mencapai pengesan yang tidak mengesan celah dari mana ia dipancarkan, maka pengesan utama merekodkan foton berpasangannya sebagai gelombang. Pengukuran satu foton bukan sahaja mencerminkan pasangan terjerat kuantumnya, tetapi ini juga berlaku di luar jarak dan masa, kerana sistem pengesan sekunder mengesan foton lewat daripada yang utama, seolah-olah masa depan menentukan masa lalu. Adalah dipercayai bahawa ini adalah eksperimen yang paling luar biasa bukan sahaja dalam sejarah fizik kuantum, tetapi juga dalam sejarah semua sains, kerana ia melemahkan banyak asas biasa pandangan dunia. ( , video Inggeris)

Superposisi kuantum dan kucing Schrödinger

Pada tahun 2010, Aaron O'Connell meletakkan plat logam kecil di dalam ruang vakum legap, yang disejukkannya kepada hampir sifar mutlak. Dia kemudiannya menggunakan impuls pada plat supaya ia bergetar. Walau bagaimanapun, sensor kedudukan menunjukkan bahawa plat itu bergetar dan senyap pada masa yang sama, yang betul-betul sepadan dengan fizik kuantum teori. Ini adalah kali pertama prinsip superposisi pada objek makro dibuktikan. Dalam keadaan terpencil, apabila tiada interaksi antara sistem kuantum, objek secara serentak boleh berada dalam bilangan yang tidak terhad bagi sebarang kedudukan yang mungkin, seolah-olah ia bukan lagi material. ( , video)

Kuantum Cheshire Cat dan Fizik

Pada tahun 2014, Tobias Denkmair dan rakan-rakannya membelah rasuk neutron kepada dua rasuk dan menjalankan satu siri pengukuran yang kompleks. Ternyata dalam keadaan tertentu, neutron boleh berada dalam satu rasuk, dan momen magnetnya dalam rasuk lain. Oleh itu, paradoks kuantum senyuman kucing Cheshire telah disahkan, apabila zarah dan sifatnya boleh, mengikut persepsi kita, dalam bahagian yang berbeza ruang, seperti senyuman selain daripada kucing dalam kisah dongeng "Alice in Wonderland". Sekali lagi, fizik kuantum ternyata lebih misteri dan menakjubkan daripada mana-mana kisah dongeng! ( , video bahasa inggeris.)

Terima kasih kerana membaca! Kini anda telah menjadi lebih bijak sedikit dan ini menjadikan dunia kita lebih cerah sedikit. Kongsi pautan ke artikel ini dengan rakan anda dan dunia akan menjadi tempat yang lebih baik!

Saya memberi amaran kepada anda dengan segera: siri artikel ini berbeza dengan ketara daripada pengenalan tradisional kepada mekanik kuantum.

Pertama sekali, saya tidak Saya akan memetik Richard Feynman, yang pernah menyatakan bahawa "tidak mengapa untuk tidak memahami mekanik kuantum, kerana tiada siapa yang memahaminya." Ini pernah benar, tetapi masa berubah.

Saya tidak akan berkata: "Mekanik kuantum adalah mustahil untuk difahami, anda hanya perlu membiasakannya." (Petikan ini dikaitkan dengan John von Neumann; dia hidup pada masa-masa gelap ketika tiada siapa dan sesungguhnya tidak memahami mekanik kuantum.)

Anda tidak boleh mengakhiri penjelasan anda dengan perkataan "Jika ada yang tidak jelas, itulah yang sepatutnya." Tidak, betul tidak sepatutnya. Mungkin masalahnya ialah awak. Mungkin itu guru kamu. Walau apa pun, ia adalah perlu memutuskan, dan jangan duduk diam dan yakinkan diri anda bahawa orang lain juga tidak memahami apa-apa.

Saya tidak akan mengatakan bahawa mekanik kuantum adalah sesuatu pelik, mengelirukan atau tidak dapat difahami oleh manusia. Ya, ia berlawanan dengan intuisi - tetapi ini adalah masalah semata-mata dengan gerak hati kita. Mekanik kuantum muncul jauh sebelum Matahari, planet Bumi, atau tamadun manusia. Dia tidak akan berubah untuk awak. Sebenarnya, ia tidak wujud fakta yang mengecewakan, ada sahaja teori yang tidak digalakkan oleh fakta; dan jika teori tidak bertepatan dengan amalan, ini tidak bermakna kredit.

Ia sentiasa bernilai mempertimbangkan realiti sebagai perkara biasa. Sejak permulaan masa di Alam Semesta tidak berlaku tiada apa luar biasa.

kami sasaran- belajar untuk berasa seperti di rumah dalam dunia kuantum ini. Kerana kami sudah berada di rumah.

Sepanjang siri ini saya akan bercakap tentang mekanik kuantum sebagai yang paling biasa teori; dan di mana idea intuitif dunia tidak bertepatan dengannya, saya akan mengejek gerak hati kerana tidak konsisten dengan realiti.

Kedua, saya tidak akan mengikuti perintah tradisional untuk mengkaji mekanik kuantum, menyalin susunan di mana ia ditemui.

Ia biasanya bermula dengan cerita bahawa jirim kadang-kadang berkelakuan seperti sekumpulan bola biliard kecil berlanggar antara satu sama lain, dan kadang-kadang seperti ombak di permukaan kolam renang. Ini disertakan dengan beberapa contoh yang menggambarkan kedua-dua pandangan tentang kebendaan.

Sebelum ini, apabila semua ini hanya di peringkat awal dan tiada siapa yang mempunyai tiada idea mengenai asas matematik fizik, saintis serius percaya bahawa segala-galanya diperbuat daripada atom yang berkelakuan seperti bola biliard. Dan kemudian mereka mula percaya bahawa segala-galanya terdiri daripada gelombang. Dan kemudian mereka kembali ke bola biliard. Semua ini membawa kepada fakta bahawa saintis akhirnya menjadi keliru, dan hanya beberapa dekad kemudian - menjelang akhir abad kesembilan belas - mereka berjaya meletakkan segala-galanya di tempatnya.

Jika anda memohon ini tepat dari segi sejarah pendekatan untuk mengajar pelajar moden (seperti yang mereka lakukan sekarang), perkara yang sama secara semula jadi akan berlaku kepada mereka seperti yang berlaku kepada saintis awal, iaitu - mereka akan jatuh ke dalam kekeliruan yang lengkap dan nyata. Memberitahu pelajar fizik tentang dualiti gelombang-zarah adalah sama seperti memulakan kursus kimia dengan kuliah mengenai empat elemen.

Elektron tidak serupa tidak juga pada bola biliard, tidak juga pada puncak gelombang lautan. Elektron adalah objek yang sama sekali berbeza dari sudut pandangan matematik, dan ia kekal begitu dalam apa jua keadaan. Dan jika anda berterusan dalam keinginan anda untuk menganggap dia kedua-duanya, apa sahaja yang lebih sesuai untuk anda, Saya memberi amaran kepada anda: jika anda mengejar dua ekor arnab, anda juga tidak akan menangkap.

Ini bukan satu-satunya sebab mengapa susunan sejarah tidak pilihan terbaik. Mari kita ikuti proses hipotesis dari awal lagi: orang perasan bahawa mereka dikelilingi oleh haiwan lain - di dalam haiwan, ternyata, terdapat organ - dan organ, jika anda melihat dengan teliti, terdiri daripada tisu - di bawah mikroskop anda boleh melihat bahawa tisu terdiri daripada sel - sel terdiri daripada protein dan sebatian kimia lain - sebatian kimia terdiri daripada atom - atom terdiri daripada proton, neutron dan elektron - dan yang terakhir adalah lebih mudah dan lebih mudah difahami daripada haiwan yang dengannya semuanya bermula, tetapi ditemui berpuluh-puluh ribu tahun kemudian.

Anda tidak mula belajar fizik dengan biologi. Kemudian mengapa ia perlu dimulakan dengan perbincangan tentang eksperimen makmal dan keputusannya, yang walaupun dalam kes eksperimen yang paling mudah adalah hasil daripada banyak proses yang kompleks dan rumit?

Di satu pihak, saya dapat memahami mengapa percubaan berada di barisan hadapan. Kami kira-kira fizik kita katakan, selepas semua.

Sebaliknya, memberikan pelajar radas matematik yang kompleks sahaja supaya mereka boleh menganalisis eksperimen mudah adalah ini terlalu banyak. Pengaturcara, sebagai contoh, mula-mula diajar untuk menambah dua pembolehubah, dan hanya kemudian bagaimana untuk menulis aplikasi berbilang benang; dan tidak peduli bahawa yang terakhir adalah "lebih dekat dengan kehidupan sebenar».

Mekanik klasik tidak mengikuti secara eksplisit daripada mekanik kuantum. Selain itu, mekanik klasik jauh lebih maju tahap tinggi. Bandingkan atom dan molekul dengan kuark: berjuta-juta diketahui sains bahan kimia, ratus unsur kimia, dan hanya enam quark. Adalah lebih baik untuk memahami perkara yang mudah dahulu, dan kemudian beralih kepada yang kompleks.

Akhirnya, saya akan mempertimbangkan mekanik kuantum dari kedudukan yang sangat realistik - dunia kita adalah kuantum, persamaan kita menggambarkan wilayah, bukan petanya, dan dunia yang kita kenali secara tersirat wujud dalam dunia kuantum. Sekiranya terdapat anti-realis di kalangan pembaca saya - Tolonglah, tahan komen anda. Mekanik kuantum adalah lebih sukar untuk difahami dan dibayangkan jika anda meragui kesahihannya. Saya akan membincangkan perkara ini dengan lebih terperinci dalam salah satu artikel berikut.

Saya berpendapat bahawa sudut pandangan yang saya akan sampaikan dalam pengenalan ini dikongsi oleh majoriti ahli fizik teori. Tetapi anda masih harus tahu bahawa ini bukan satu-satunya sudut pandangan yang mungkin, dan sebilangan besar saintis meragui kesahihan kedudukan realis. Walaupun saya tidak akan memberi perhatian kepada mana-mana teori lain sekarang juga, saya rasa bertanggungjawab untuk menyebut bahawa mereka ada.

Untuk merumuskannya, matlamat saya adalah untuk mengajar anda berfikir seperti berasal dari dunia kuantum, bukan bagaimana pelancong yang enggan.

Genggam lebih erat pada realiti. Kami mula.

Konfigurasi dan amplitud

Lihat rajah. 1. Pada titik itu A terdapat cermin separuh perak, dan pada titik B Dan C- dua pengesan foton.

Percubaan mudah ini pernah membuat saintis menggaru kepala mereka. Hakikatnya ialah dalam separuh kes foton yang dilepaskan ke arah cermin direkodkan oleh pengesan pertama, dan separuh - oleh yang kedua. Dan saintis - perhatian, bersedia untuk ketawa - mengandaikan bahawa cermin sama ada menghantar foton atau memantulkannya.

Ha-ha-ha, bayangkan cermin yang boleh memilih sama ada untuk membiarkan foton melalui atau tidak! Walaupun anda boleh membayangkannya, jangan lakukannya - jika tidak anda akan keliru seperti saintis tersebut. Cermin berkelakuan sama dalam kedua-dua kes.

Jika kita cuba menulis program komputer, simulasi percubaan ini (dan bukan hanya meramalkan hasilnya), ia akan kelihatan seperti ini...

Pada permulaan program, kami mengisytiharkan pembolehubah yang menyimpan objek matematik tertentu - konfigurasi. Ia mewakili perihalan tertentu tentang keadaan dunia - dalam kes ini, "satu foton terbang ke titik A."

Malah, konfigurasi diterangkan oleh nombor kompleks (biar saya ingatkan anda bahawa nombor kompleks mempunyai bentuk (a + b i), di mana a dan b adalah nombor nyata, A i- unit khayalan, i.e. nombor yang begitu i² = -1). Konfigurasi kami "foton terbang ke titik A" juga sepadan dengan beberapa nombor. Biarlah (-1 + 0 i). Dalam perkara berikut kami akan memanggil nombor yang sepadan dengan konfigurasi itu amplitud.

Mari kita perkenalkan dua lagi konfigurasi: "foton terbang dari A to the point B" dan "foton terbang dari A to the point C" Kami belum mengetahui amplitud konfigurasi ini; mereka akan diberikan nilai semasa pelaksanaan program.

Amplitud boleh dikira dengan menggunakan peraturan yang mana cermin beroperasi pada konfigurasi awal. Tanpa pergi ke butiran, kita boleh menganggap bahawa peraturan kelihatan seperti ini: “darab dengan 1 apabila foton terbang dengan; darab dengan i apabila foton dipantulkan." Mari kita gunakan peraturan: amplitud konfigurasi "foton terbang pada B» sama dengan (-1 + 0 i) × i = (0 + -i), dan amplitud konfigurasi "foton terbang ke C» sama dengan (-1 + 0 i) × 1 = (-1 + 0 i). Konfigurasi lain dalam Rajah. 1 sudah tiada, jadi kami sudah selesai.

Pada dasarnya, anda boleh menganggap "pengesan pertama mengesan foton" dan "pengesan kedua mengesan foton" sebagai konfigurasi berasingan, tetapi ini tidak mengubah apa-apa; amplitud mereka akan sama dengan amplitud dua konfigurasi sebelumnya, masing-masing. (Pada dirinya sendiri sebenarnya, mereka masih perlu didarab dengan faktor yang sama dengan jarak dari A kepada pengesan, tetapi kami hanya akan menganggap bahawa semua jarak dalam percubaan kami adalah faktor perpaduan.)

Jadi inilah keadaan akhir program:

• "Foton terbang ke A": (-1 + 0 i)
• "Foton terbang dari A V B»: (0 + - i)
• "Foton terbang dari A V C": (-1 + 0 i)

Dan mungkin:

• "pengesan pertama telah dicetuskan": (0 + - i)
• "pengesan kedua telah dicetuskan": (-1 + 0 i)

Sudah tentu, tidak kira berapa kali kita menjalankan program, keadaan akhir akan tetap sama.
Sekarang, atas sebab-sebab yang agak rumit yang saya tidak akan membahasnya lagi, tidak ada ringkas cara untuk mengukur amplitud konfigurasi. Keadaan program disembunyikan daripada kami.

Apa yang perlu dilakukan?

Walaupun kita tidak dapat mengukur amplitud secara langsung, sesuatu kita ada - iaitu, benda pengukur ajaib yang boleh memberitahu kita kuasa dua modulus amplitud konfigurasi. Dengan kata lain, untuk amplitud (a + b i) benda itu akan menjawab dengan nombor (a² + b²).

Adalah lebih tepat untuk mengatakan bahawa perkara ajaib hanya mencari sikap segi empat sama modul antara satu sama lain. Tetapi maklumat ini pun sudah cukup untuk memahami apa yang berlaku di dalam program dan mengikut undang-undang ia berfungsi.

Menggunakan gizmo, kita boleh mengetahui dengan mudah bahawa segi empat sama modul konfigurasi "pengesan pertama telah dicetuskan" dan "pengesan kedua telah dicetuskan" adalah sama. Dan selepas menjalankan beberapa eksperimen yang lebih kompleks, kita juga boleh mengetahui nisbah amplitud itu sendiri - i kepada 1.

By the way, apakah benda pengukur ajaib ini?

Nah, apabila eksperimen sedemikian dijalankan dalam kehidupan sebenar, perkara yang ajaib ialah eksperimen itu dijalankan beberapa ribu kali dan mereka hanya mengira berapa kali foton berakhir dalam pengesan pertama, dan berapa kali dalam kedua. . Nisbah nilai-nilai ini akan menjadi nisbah kuasa dua modul amplitud. kenapa ia akan jadi begitu - soalannya berbeza, jauh lebih kompleks. Sementara itu, anda boleh menggunakan perkara itu tanpa memahami cara dan sebab ia berfungsi. Semuanya ada masanya.

Anda mungkin bertanya: "Mengapa teori kuantum diperlukan sama sekali jika ramalannya bertepatan dengan ramalan teori "billiard"?" Terdapat dua sebab. pertama, realiti, tidak kira apa yang anda fikirkan, masih mematuhi undang-undang kuantum - amplitud, nombor kompleks dan semua itu. Dan kedua, teori "billiard". tidak berfungsi untuk sebarang eksperimen yang lebih atau kurang kompleks. Nak contoh? Tolonglah.

Dalam Rajah. 2 anda boleh melihat dua cermin pada titik B Dan C, dan dua separuh cermin pada titik A Dan D. Nanti saya terangkan kenapa segmen DE dilukis dengan garis putus-putus; Ini tidak akan menjejaskan pengiraan dalam apa cara sekalipun.

Jom amalkan peraturan yang kita sedia maklum.

Pada mulanya kita mempunyai konfigurasi "photon fly to A", amplitudnya ialah (-1 + 0 i).

Kami mengira amplitud konfigurasi "foton terbang dari A V B" dan "foton terbang dari A V C»:

• "Foton terbang dari A V B» = i× "foton terbang ke A» = (0 + - i)
• "Foton terbang dari A V C" = 1 × " foton terbang ke A» = (-1 + 0 i)

Ia secara intuitif jelas bahawa cermin biasa berkelakuan seperti separuh daripada separuh cermin: sentiasa memantulkan foton, sentiasa mendarabkan amplitud dengan i. Jadi:

• "Foton terbang dari B V D» = i× "foton terbang dari A V B" = (1 + 0 i)
• "Foton terbang dari C V D» = i× "foton terbang dari A V C» = (0 + - i)

Adalah penting untuk memahami bahawa "dari B V D" dan "daripada C V D"- itu dua konfigurasi yang berbeza. Anda tidak boleh hanya menulis "foton terbang ke D", kerana dari sudut di mana foton ini datang D, bergantung pada apa yang berlaku kepadanya seterusnya.

• B V D", sama dengan (1 + 0 i):
  • didarab dengan i, dan hasilnya (0 + i D V E»
  • didarab dengan 1, dan hasilnya ialah (1 + 0 i) dikira memihak kepada konfigurasi “foton terbang dari D V F»
• amplitud konfigurasi “foton terbang dari C V D", sama dengan (0 + - i):
  • didarab dengan i, dan hasilnya ialah (1 + 0 i) dikira memihak kepada konfigurasi “foton terbang dari D V F»
  • didarab dengan 1, dan hasilnya ialah (0 + - i) dikira memihak kepada konfigurasi “foton terbang dari D V E»

• "Foton terbang dari D V E» = (0 + i) + (0 + -i) = (0 + 0i) = 0
• "Foton terbang dari D V F" = (1 + 0 i) + (1 + 0i) = (2 + 0i)

Nisbah kuasa dua modul amplitud ialah 0 hingga 4; Daripada pengiraan ia mengikuti bahawa pengesan pertama sama sekali tidak akan berfungsi! Itulah sebabnya segmen DE dan ditunjukkan sebagai garis putus-putus dalam Rajah. 2.

Jika separuh cermin memantulkan atau menghantar foton secara rawak, kedua-dua pengesan akan bertindak balas pada frekuensi yang lebih kurang sama. Tetapi ini tidak bertepatan dengan keputusan eksperimen. Itu sahaja.
Anda mungkin membantah: "Tetapi bukan itu sahaja! Katakan, sebagai contoh, apabila cermin memantulkan foton, sesuatu berlaku kepadanya sehingga ia tidak akan dipantulkan untuk kali kedua? Dan, sebaliknya, apabila cermin melepasi foton, kali berikutnya ia perlu dipantulkan.”

Pertama, pisau cukur Occam. Tidak ada gunanya mencipta penjelasan yang rumit jika yang mudah sudah wujud (jika, sudah tentu, kita menganggap mekanik kuantum ringkas...) Dan kedua, saya boleh menghasilkan satu lagi pengalaman yang akan menyangkal teori alternatif ini.

Mari letakkan objek legap kecil di antara B Dan D, supaya amplitud konfigurasi “foton terbang dari B V D" sentiasa sama dengan sifar.

Sekarang amplitud konfigurasi "foton terbang dari D V F» adalah sama dengan (1 + 0 i), dan amplitud konfigurasi "foton terbang dari D V E» - (0 + - i). Kuasa dua modul adalah sama dengan 1. Ini bermakna dalam separuh kes pengesan pertama akan dicetuskan, dan pada separuh yang kedua.

ini mustahil terangkan jika kita mengandaikan bahawa foton ialah bola biliard kecil yang dipantulkan daripada cermin.

Intinya ialah amplitud tidak boleh dianggap sebagai kebarangkalian. Dalam teori kebarangkalian, jika sesuatu peristiwa X mungkin atau mungkin tidak berlaku, maka kebarangkalian kejadian itu Z sama dengan P( Z|X)P( X) + P( Z|¬ X)P(¬ X), di mana semua kebarangkalian adalah positif. Jika anda tahu bahawa kebarangkalian Z dengan syarat itu X berlaku ialah 0.5, dan kebarangkalian X- 0.3, maka jumlah kebarangkalian Z sekurang-kurangnya 0.15, tanpa mengira tentang apa yang akan berlaku sekiranya X tidak akan berlaku. Tiada kebarangkalian negatif. Peristiwa yang mungkin dan mustahil tidak boleh membatalkan satu sama lain. Tetapi amplitud boleh.

Berikut adalah contoh salah berfikir: "Foton terbang ke B atau dalam C tetapi dia boleh terbang secara berbeza, dan ini menjejaskan kemungkinan ia akan terbang masuk E…»

Peristiwa yang tidak berlaku, tidak memberi kesan kepada dunia. Satu-satunya perkara ialah Mungkin untuk mempengaruhi dunia adalah imaginasi kami. "Ya Tuhanku, kereta itu hampir melanggar saya," anda berfikir, dan memutuskan untuk pergi ke biara supaya anda tidak akan bertemu dengan kereta berbahaya lagi. Tetapi ia masih tidak begitu sendiri peristiwa, tetapi hanya imaginasi anda yang terkandung dalam otak anda - yang boleh dikeluarkan daripada anda, disentuh dan diletakkan semula untuk memastikan bahawa ia agak nyata.

Segala sesuatu yang mempengaruhi dunia adalah nyata. (Jika anda fikir ini tidak berlaku, cuba tentukan perkataan "sebenar".) Konfigurasi dan amplitud secara langsung mempengaruhi dunia, jadi ia juga nyata. Mengatakan bahawa konfigurasi ialah "apa yang boleh berlaku" adalah sama aneh dengan mengatakan itu kerusi- ini adalah "apa yang boleh berlaku."

Apakah ini - konfigurasi?

Akan diteruskan.

Sebenarnya, segala-galanya sedikit lebih rumit daripada yang anda fikirkan selepas membaca artikel ini.
Setiap konfigurasi menerangkan Semua zarah di Alam Semesta. Amplitud ialah berterusan pengedaran ke atas seluruh ruang konfigurasi, dan bukan diskret, seperti yang kita pertimbangkan hari ini. Sesungguhnya, foton tidak teleport dari satu tempat ke tempat lain. serta merta, dan setiap keadaan dunia yang berbeza diterangkan oleh konfigurasi baharu. Kami akan sampai ke sana akhirnya.

Jika anda tidak memahami apa-apa daripada perenggan ini, jangan risau, saya akan menerangkan semuanya. Selepas.

Bagi kebanyakan orang, fizik kelihatan sangat jauh dan mengelirukan, dan fizik kuantum lebih-lebih lagi. Tetapi saya ingin membuka tabir misteri yang hebat ini untuk anda, kerana pada hakikatnya semuanya ternyata pelik, tetapi terbongkar.

Dan juga fizik kuantum ialah subjek yang bagus untuk dibincangkan dengan orang pintar.

Fizik kuantum dipermudahkan

Mula-mula anda perlu melukis satu di kepala anda garis besar antara dunia mikro dan dunia makro, kerana dunia ini berbeza sama sekali. Semua yang anda ketahui tentang ruang yang anda kenali dan objek di dalamnya adalah palsu dan tidak boleh diterima dalam fizik kuantum.

Sebenarnya, zarah mikro tidak mempunyai kelajuan mahupun kedudukan tertentu sehingga saintis melihatnya. Kenyataan ini nampaknya tidak masuk akal kepada kami, ia kelihatan begitu kepada Albert Einstein, tetapi walaupun ahli fizik yang hebat berundur ke bawah.

Hakikatnya ialah penyelidikan telah membuktikan bahawa jika anda melihat sekali pada zarah yang menduduki kedudukan tertentu, dan kemudian berpaling dan melihat sekali lagi, anda akan melihat bahawa zarah ini telah mengambil kedudukan yang sama sekali berbeza.

Zarah-zarah nakal ini

Segala-galanya kelihatan mudah, tetapi apabila kita melihat zarah yang sama, ia tidak bergerak. Iaitu, zarah-zarah ini bergerak hanya apabila kita tidak dapat melihatnya.

Intinya ialah setiap zarah (mengikut teori kebarangkalian) mempunyai skala kebarangkalian berada dalam satu kedudukan atau yang lain. Dan apabila kita berpaling dan kemudian berpusing semula, kita boleh menangkap zarah dalam mana-mana kedudukan yang mungkin dengan tepat mengikut skala kebarangkalian.

Menurut kajian itu, zarah itu dicari dalam tempat yang berbeza, kemudian berhenti memerhatinya, dan kemudian melihat semula apabila kedudukannya berubah. Hasilnya sungguh menakjubkan. Kesimpulannya, saintis benar-benar dapat mencipta skala kebarangkalian di mana zarah ini atau itu boleh ditempatkan.

Sebagai contoh, neutron mempunyai keupayaan untuk berada dalam tiga kedudukan. Selepas menjalankan penyelidikan, anda mungkin mendapati bahawa di kedudukan pertama ia akan menjadi dengan kebarangkalian 15%, di kedua - 60%, di ketiga - 25%.

Belum ada sesiapa yang dapat menyangkal teori ini, jadi ia adalah, anehnya, yang paling betul.

Macroworld dan microworld

Jika kita mengambil objek dari makrokosmos, kita akan melihat bahawa ia juga mempunyai skala kebarangkalian, tetapi ia sama sekali berbeza. Sebagai contoh, kebarangkalian anda berpaling dan menemui telefon anda di seberang dunia adalah hampir sifar, tetapi ia masih wujud.

Kemudian timbul persoalan: bagaimana kes sebegini masih belum direkodkan? Ini dijelaskan oleh fakta bahawa kebarangkalian adalah sangat kecil sehingga manusia perlu menunggu selama bertahun-tahun kerana planet kita dan seluruh alam semesta masih belum hidup untuk melihat peristiwa sedemikian. Ternyata telefon anda hampir 100% berkemungkinan akan berada tepat di tempat yang anda lihat.

Terowong kuantum

Dari sini kita boleh sampai kepada konsep terowong kuantum. Ini adalah konsep peralihan beransur-ansur satu objek (untuk meletakkannya secara kasar) ke tempat yang sama sekali berbeza tanpa sebarang pengaruh luaran.

Iaitu, segala-galanya boleh bermula dengan satu neutron, yang pada satu ketika jatuh ke dalam kebarangkalian hampir sifar untuk berada di tempat yang sama sekali berbeza, dan semakin banyak neutron berada di tempat yang berbeza, semakin tinggi kebarangkalian.

Sudah tentu, peralihan sedemikian akan mengambil masa bertahun-tahun kerana planet kita belum hidup, tetapi, menurut teori fizik kuantum, terowong kuantum berlaku.

Baca juga:

Di sini saya mempunyai perbualan selama beberapa hari mengenai topik itu pemadaman kuantum pilihan tertunda, tidak begitu banyak perbincangan sebagai penjelasan pesakit kepada saya oleh rakan saya yang hebat dr_tambowsky tentang asas-asas fizik kuantum. Oleh kerana saya tidak belajar fizik dengan baik di sekolah, dan pada usia tua saya, saya menyerapnya seperti span. Saya memutuskan untuk mengumpulkan penjelasan di satu tempat, mungkin untuk orang lain.

Sebagai permulaan, saya mengesyorkan menonton kartun untuk kanak-kanak tentang gangguan dan memberi perhatian kepada "mata". Kerana itu sebenarnya intinya.

Kemudian anda boleh mula membaca teks daripada dr_tambowsky, yang saya petik di bawah secara keseluruhan, atau, jika anda bijak dan arif, anda boleh membacanya dengan segera. Atau lebih baik lagi, kedua-duanya.

Apakah itu gangguan?
Terdapat banyak istilah dan konsep yang berbeza di sini dan mereka sangat keliru. Jom ikut tertib. Pertama, gangguan seperti itu. Terdapat banyak contoh gangguan dan terdapat banyak interferometer yang berbeza. Percubaan tertentu yang sentiasa dicadangkan dan sering digunakan dalam sains pemadaman ini (kebanyakannya kerana ia ringkas dan mudah) ialah dua celah yang dipotong sebelah menyebelah, selari antara satu sama lain, dalam skrin legap. Mula-mula, mari kita terangkan pada slot berganda itu. Cahaya adalah gelombang, bukan? Dan kami memerhatikan gangguan cahaya sepanjang masa. Percayalah bahawa jika kita menyinari dua celah ini, dan meletakkan skrin (atau hanya dinding) di sisi lain, maka pada skrin kedua ini kita juga akan melihat corak gangguan - bukannya dua titik cahaya terang " melalui celah” pada skrin kedua (dinding ) akan terdapat pagar jalur terang dan gelap berselang-seli. Mari kita perhatikan sekali lagi bahawa ini adalah sifat gelombang semata-mata: jika kita melontar kerikil, maka mereka yang jatuh ke dalam slot akan terus terbang lurus dan memukul dinding, masing-masing di belakang slotnya sendiri, iaitu, kita akan melihat dua timbunan bebas. daripada batu (jika mereka melekat pada dinding, sudah tentu 🙂), tiada gangguan.

Seterusnya, adakah anda masih ingat di sekolah mereka mengajar tentang "dualiti gelombang-zarah"? Bahawa apabila semuanya sangat kecil dan sangat kuantum, maka objek adalah zarah dan gelombang? Dalam salah satu eksperimen terkenal (eksperimen Stern-Gerlach) pada 20-an abad yang lalu, mereka menggunakan tetapan yang sama seperti yang diterangkan di atas, tetapi bukannya cahaya ia bersinar... dengan elektron. Iaitu, elektron adalah zarah, bukan? Iaitu, jika anda "membuang" mereka ke slot berganda, seperti batu kerikil, maka apa yang akan kita lihat di dinding di belakang slot? Jawapannya bukan dua tempat yang berasingan, tetapi sekali lagi gambar gangguan!! Iaitu, elektron juga boleh mengganggu.

Sebaliknya, ternyata cahaya bukanlah gelombang, tetapi juga sedikit zarah-foton. Maksudnya, kita kini begitu bijak sehingga kita faham bahawa kedua-dua eksperimen yang diterangkan di atas adalah perkara yang sama. Kami membuang zarah (kuantum) ke celah, dan zarah pada celah ini mengganggu - jalur berselang-seli kelihatan di dinding ("kelihatan" - dalam erti kata bagaimana kita mendaftarkan foton atau elektron di sana, sebenarnya mata tidak diperlukan untuk ini : )).

Sekarang, berbekalkan gambaran sejagat ini, mari kita tanya soalan berikut yang lebih halus (perhatian, sangat penting!!):
Apabila kita memancarkan cahaya pada celah dengan foton/elektron/zarah kita, kita melihat corak gangguan di sisi lain. Hebat. Tetapi apa yang berlaku kepada foton/elektron/pi-meson individu? [dan mulai sekarang, mari kita bercakap-semata-mata untuk kemudahan-hanya tentang foton]. Lagipun, pilihan ini mungkin: setiap foton terbang seperti kerikil melalui slotnya sendiri, iaitu, ia mempunyai trajektori yang sangat pasti. Foton ini terbang melalui slot kiri. Dan yang di sebelah sana adalah di sebelah kanan. Apabila foton kerikil ini, mengikut trajektori khusus mereka, mencapai dinding di belakang celah, mereka entah bagaimana berinteraksi antara satu sama lain, dan akibat daripada interaksi ini, corak gangguan muncul pada dinding itu sendiri. Setakat ini, tiada dalam eksperimen kami yang bercanggah dengan tafsiran ini - lagipun, apabila kami memancarkan cahaya terang ke celah, kami menghantar banyak foton sekaligus. Anjing mereka tahu apa yang mereka lakukan di sana.

Mengenai ini soalan penting kami ada jawapannya. Kami tahu cara membuang satu foton pada satu masa. Mereka pergi. Kami menunggu. Mereka melemparkan yang seterusnya. Kami melihat dengan teliti di dinding dan melihat di mana foton ini tiba. Satu foton, sudah tentu, tidak boleh mencipta corak gangguan yang boleh diperhatikan pada dasarnya - ia adalah bersendirian, dan apabila kita mendaftarkannya, kita hanya boleh melihatnya di tempat tertentu, dan bukan di mana-mana sekaligus. Walau bagaimanapun, mari kita kembali kepada analogi dengan kerikil. Satu kerikil terbang. Dia memukul dinding di belakang salah satu slot (yang dia terbang melalui, sudah tentu). Ini satu lagi - ia terkena di belakang slot sekali lagi. Kami sedang duduk. Kami mengira. Selepas beberapa lama dan melontar kerikil yang mencukupi, kita akan mendapat pengedaran - kita akan melihat bahawa banyak kerikil mengenai dinding di belakang satu slot dan banyak di belakang yang lain. Dan tiada tempat lain. Kami melakukan perkara yang sama dengan foton - baling satu demi satu dan hitung secara perlahan berapa banyak foton yang tiba di setiap tempat di dinding. Kami perlahan-lahan menjadi gila, kerana taburan kekerapan kesan foton yang terhasil bukanlah dua titik di bawah celah yang sepadan. Pengedaran ini betul-betul mengulangi corak gangguan yang kita lihat apabila kita bersinar dengan cahaya terang. Tetapi foton kini tiba satu demi satu! Satu - hari ini. Yang seterusnya ialah esok. Mereka tidak dapat berinteraksi antara satu sama lain di dinding. Iaitu, mengikut sepenuhnya mekanik kuantum, satu, foton yang berasingan pada masa yang sama adalah gelombang dan tiada seperti gelombang yang asing baginya. Foton dalam eksperimen kami tidak mempunyai trajektori tertentu - setiap foton individu melalui kedua-dua celah sekaligus dan, seolah-olah, mengganggu dirinya sendiri. Kita boleh mengulangi percubaan, meninggalkan hanya satu celah terbuka - maka foton, sudah tentu, akan berkumpul di belakangnya. Mari kita tutup yang pertama, buka yang kedua, masih membuang foton satu demi satu. Mereka berkelompok, sudah tentu, di bawah yang kedua, terbuka, retak. Buka kedua-duanya - taburan yang terhasil dari tempat di mana foton suka berkumpul bukanlah jumlah taburan yang diperoleh apabila hanya satu celah dibuka. Mereka kini masih berhimpit di antara celah-celahnya. Atau sebaliknya, mereka tempat kegemaran kluster kini menjadi jalur berselang-seli. Dalam yang ini mereka berkumpul bersama, dalam yang seterusnya - tidak, sekali lagi - ya, gelap, terang. Ah, gangguan...

Apakah superposisi dan putaran.
Jadi. Mari kita anggap bahawa kita memahami segala-galanya tentang gangguan seperti itu. Mari kita lakukan superposisi. Saya tidak tahu bagaimana keadaan anda dengan mekanik kuantum, maaf. Jika ia buruk, maka anda perlu mengambil banyak iman; ia sukar untuk dijelaskan secara ringkas.

Tetapi pada dasarnya, kami sudah berada di suatu tempat yang dekat - apabila kami melihat bahawa satu foton terbang melalui dua celah sekaligus. Kita boleh katakan secara ringkas: foton tidak mempunyai trajektori, gelombang dan gelombang. Dan kita boleh mengatakan bahawa foton secara serentak terbang di sepanjang dua trajektori (secara tegasnya, bukan di sepanjang dua, sudah tentu, tetapi bersama-sama sekali gus). Ini adalah pernyataan yang setara. Pada dasarnya, jika kita mengikuti jalan ini hingga ke penghujungnya, kita akan tiba di "path integral" - rumusan mekanik kuantum Feynman. Formulasi ini sangat elegan dan sama kompleksnya, ia sukar untuk digunakan dalam amalan, lebih-lebih lagi menggunakannya untuk menerangkan asas-asasnya. Oleh itu, mari kita tidak pergi jauh-jauh, sebaliknya merenungkan foton yang terbang "di sepanjang dua trajektori sekaligus." Dalam erti kata konsep klasik (dan trajektori ialah konsep klasik yang jelas, sama ada batu terbang ke hadapan atau melalui), foton berada dalam keadaan berbeza pada masa yang sama. Sekali lagi, trajektori bukanlah apa yang kita perlukan, matlamat kita lebih mudah, saya hanya menggesa anda untuk menyedari dan merasai hakikatnya.

Mekanik kuantum memberitahu kita bahawa keadaan ini adalah peraturan, bukan pengecualian. Mana-mana zarah kuantum boleh (dan biasanya) dalam "beberapa keadaan" sekaligus. Sebenarnya, anda tidak perlu mengambil kenyataan ini terlalu serius. "Keadaan berbilang" ini sebenarnya adalah gerak hati klasik kita. Kami mentakrifkan "keadaan" yang berbeza berdasarkan beberapa pertimbangan kami sendiri (luaran dan klasik). Dan zarah kuantum hidup mengikut undang-undangnya sendiri. Dia mempunyai kekayaan. titik. Semua yang dimaksudkan oleh pernyataan tentang "superposisi" ialah keadaan ini mungkin sangat berbeza daripada idea klasik kita. Kami memperkenalkan konsep trajektori klasik dan menerapkannya pada foton dalam keadaan yang disukainya. Dan foton itu berkata - "maaf, keadaan kegemaran saya ialah berhubung dengan trajektori anda ini, saya berada di kedua-duanya sekali!" Ini tidak bermakna bahawa foton tidak boleh sama sekali berada dalam keadaan di mana trajektori (lebih atau kurang) ditentukan. Mari kita tutup salah satu celah - dan kita boleh, sedikit sebanyak, mengatakan bahawa foton terbang melalui kedua di sepanjang trajektori tertentu, yang kita fahami dengan baik. Maksudnya, keadaan sedemikian wujud pada prinsipnya. Mari kita buka kedua-duanya - foton lebih suka berada dalam superposisi.

Perkara yang sama berlaku untuk parameter lain. Contohnya, momentum sudutnya sendiri, atau putaran. Ingat tentang dua elektron yang boleh duduk bersama dalam orbital yang sama - jika mereka mempunyai putaran bertentangan? Ini betul-betul. Dan foton juga mempunyai putaran. Perkara yang baik tentang putaran foton ialah dalam klasik ia sebenarnya sepadan dengan polarisasi gelombang cahaya. Iaitu, menggunakan semua jenis polarizer dan kristal lain yang kita ada, kita boleh memanipulasi putaran (polarisasi) foton individu jika kita memilikinya (dan ia akan muncul).

Jadi, putar. Elektron mempunyai putaran (dengan harapan bahawa orbital dan elektron lebih biasa kepada anda daripada foton, jadi semuanya adalah sama), tetapi elektron sama sekali tidak peduli dengan "keadaan putaran" itu. Putaran ialah vektor dan kita boleh cuba menyebut "titik putaran ke atas." Atau "putaran melihat ke bawah" (berbanding dengan beberapa arah yang telah kami pilih). Dan elektron memberitahu kami: "Saya tidak peduli dengan anda, saya boleh berada di kedua-dua trajektori dalam kedua-dua keadaan putaran sekaligus." Di sini sekali lagi, adalah sangat penting bahawa tidak banyak elektron berada dalam keadaan putaran yang berbeza, dalam ensembel, satu melihat ke atas, satu lagi ke bawah, dan setiap elektron individu berada dalam kedua-dua keadaan sekaligus. Sama seperti tidak elektron yang berbeza melalui celah yang berbeza, tetapi satu elektron (atau foton) melalui kedua-dua celah sekaligus. Elektron boleh berada dalam keadaan dengan arah putaran tertentu jika anda bertanya sangat banyak, tetapi ia sendiri tidak akan melakukan ini. Secara separuh kualitatif, situasi tersebut boleh dihuraikan seperti berikut: 1) terdapat dua keadaan, |+1> (spin ke atas) dan |-1> (spin down); 2) pada dasarnya, ini adalah keadaan halal di mana elektron boleh wujud; 3) walau bagaimanapun, jika anda tidak membuat usaha khas, elektron akan "dilumur" merentasi kedua-dua keadaan dan keadaannya akan menjadi seperti |+1> + |-1>, keadaan di mana elektron tidak mempunyai keadaan tertentu arah putaran (sama seperti trajektori 1+ trajektori 2, bukan?). Ini adalah "superposisi negeri."

Mengenai keruntuhan fungsi gelombang.
Terdapat sedikit lagi yang tinggal untuk kita memahami apa itu ukuran dan "keruntuhan fungsi gelombang". Fungsi gelombang ialah apa yang kami tulis di atas, |+1> + |-1>. Sekadar penerangan tentang syarat. Untuk kesederhanaan, kita boleh bercakap tentang negeri itu sendiri, seperti itu, dan "keruntuhan"nya, tidak mengapa. Inilah yang berlaku: elektron terbang ke dirinya sendiri dalam keadaan fikiran yang tidak menentu, sama ada ia naik, atau turun, atau kedua-duanya sekali. Kemudian kita menjalankan beberapa peranti yang kelihatan menakutkan dan mari kita mengukur arah putaran. Dalam ini kes tertentu Ia cukup untuk meletakkan elektron ke dalam medan magnet: elektron yang titik putarannya di sepanjang arah medan harus menyimpang ke satu arah, elektron yang putarannya menghala ke medan - di arah yang lain. Kami duduk di sisi lain dan menggosok tangan kami - kami melihat ke arah mana elektron telah menyimpang dan kami segera mengetahui sama ada putarannya menghadap ke atas atau ke bawah. Foton boleh dimasukkan ke dalam penapis polarisasi - jika polarisasi (putaran) ialah +1, foton melepasi, jika -1, maka tidak.

Tetapi maafkan saya - selepas semua, elektron tidak mempunyai arah putaran tertentu sebelum pengukuran? Itulah keseluruhannya. Tidak ada satu yang pasti, tetapi ia, seolah-olah, "bercampur" dari dua negeri sekaligus, dan di setiap negeri ini terdapat banyak hala tuju. Dalam proses pengukuran, kami memaksa elektron untuk memutuskan siapa yang sepatutnya dan di mana untuk melihat - ke atas atau ke bawah. Dalam situasi yang diterangkan di atas, kita, sudah tentu, pada dasarnya tidak dapat meramalkan terlebih dahulu keputusan apa yang akan dibuat oleh elektron tertentu apabila ia terbang ke medan magnet. Dengan kebarangkalian 50% dia boleh membuat keputusan "naik", dengan kebarangkalian yang sama dia boleh memutuskan "turun". Tetapi sebaik sahaja dia memutuskan perkara ini, dia berada dalam keadaan dengan arah putaran tertentu. Hasil daripada "pengukuran" kami! Ini ialah "runtuh" ​​- sebelum pengukuran, fungsi gelombang (maaf, nyatakan) ialah |+1> + |-1>. Selepas kita "mengukur" dan melihat bahawa elektron menyimpang ke arah tertentu, arah putarannya ditentukan dan fungsi gelombangnya menjadi mudah |+1> (atau |-1>, jika ia menyimpang ke arah lain). Iaitu, negara telah "runtuh" ​​menjadi salah satu komponennya; Tiada lagi kesan "mencampurkan" komponen kedua!

Sebilangan besar, ini adalah fokus berfalsafah kosong dalam entri asal, dan itulah yang saya tidak suka tentang penghujung kartun. Mata hanya ditarik ke sana dan penonton yang tidak berpengalaman mungkin mempunyai, pertama, ilusi antroposentrisiti proses tertentu (mereka mengatakan, pemerhati diperlukan untuk menjalankan "pengukuran"), dan kedua, ketidak-invasifannya ( baik, kami hanya mencari!). Pandangan saya mengenai topik ini telah digariskan di atas. Pertama, "pemerhati" seperti itu tidak diperlukan, sudah tentu. Ia cukup untuk membawa sistem kuantum bersentuhan dengan yang besar, sistem klasik dan segala-galanya akan berlaku dengan sendirinya (elektron akan terbang ke medan magnet dan memutuskan siapa mereka, tidak kira sama ada kita duduk di sebelah sana dan menonton atau tidak). Kedua, pengukuran klasik bukan invasif bagi zarah kuantum adalah mustahil pada dasarnya. Memang mudah untuk menarik mata, tetapi apakah yang dimaksudkan dengan "melihat foton dan mengetahui ke mana ia pergi"? Untuk melihat, anda memerlukan foton untuk menyentuh mata anda, sebaik-baiknya banyak. Bagaimanakah kita boleh mengaturnya supaya banyak foton tiba dan memberitahu kita segala-galanya tentang keadaan satu foton yang malang, keadaan yang kita minati? Sinarkan lampu suluh padanya? Dan apa yang akan tinggal padanya selepas ini? Jelas sekali kita akan sangat mempengaruhi keadaannya, mungkin sehingga satu tahap dia tidak mahu lagi memanjat ke salah satu slot. Ia tidak begitu menarik. Tetapi kami akhirnya sampai ke bahagian yang menarik.

Mengenai paradoks Einstein-Podolsky-Rosen dan pasangan foton yang koheren (terjerat)
Kita kini tahu tentang superposisi negeri, tetapi setakat ini kita hanya bercakap tentang satu zarah. Semata-mata untuk kesederhanaan. Tetapi masih, bagaimana jika kita mempunyai dua zarah? Anda boleh menyediakan sepasang zarah dalam keadaan kuantum sepenuhnya, supaya keadaan keseluruhannya diterangkan oleh satu fungsi gelombang biasa. Ini, tentu saja, tidak mudah - dua foton sewenang-wenangnya masuk bilik jiran atau elektron dalam tabung uji jiran yang mereka tidak tahu tentang satu sama lain, jadi mereka boleh dan harus diterangkan sepenuhnya secara bebas. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengira tenaga pengikatan, katakan, satu elektron pada satu proton dalam atom hidrogen, tanpa berminat sama sekali dengan elektron lain di Marikh atau bahkan pada atom jiran. Tetapi jika anda membuat usaha khas, anda boleh mencipta keadaan kuantum yang merangkumi dua zarah sekaligus. Ini akan dipanggil "keadaan koheren" berhubung dengan pasangan zarah dan semua jenis pemadaman kuantum dan komputer, ini juga dipanggil keadaan terjerat.

Jom teruskan. Kita boleh tahu (disebabkan oleh batasan yang dikenakan oleh proses penyediaan keadaan koheren ini) bahawa, katakan, putaran penuh sistem dua zarah kami adalah sifar. Tidak mengapa, kita tahu bahawa putaran dua elektron dalam orbital s mestilah antiselari, iaitu, jumlah putaran adalah sifar, dan ini tidak menakutkan kita sama sekali, bukan? Apa yang kita tidak tahu ialah ke mana arah putaran zarah tertentu. Kita hanya tahu bahawa tidak kira di mana dia melihat, putaran kedua mesti melihat ke arah lain. Iaitu, jika kita menetapkan dua zarah kita (A) dan (B), maka keadaan boleh, pada dasarnya, menjadi seperti ini: |+1(A), -1(B)> (A melihat ke atas, B melihat ke bawah ). Ini adalah negeri yang dibenarkan dan tidak melanggar sebarang sekatan yang dikenakan. Kemungkinan lain ialah |-1(A), +1(B)> (sebaliknya, A ke bawah, B ke atas). Juga keadaan yang mungkin. Tidakkah ia masih mengingatkan anda tentang keadaan yang kami tulis sedikit lebih awal untuk putaran satu elektron tunggal? Kerana sistem dua zarah kita, walaupun ia kuantum dan koheren, boleh (dan akan) juga berada dalam superposisi keadaan |+1(A); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. Iaitu, kedua-dua kemungkinan dilaksanakan serentak. Seperti kedua-dua lintasan foton atau kedua-dua arah putaran satu elektron.

Mengukur sistem sedemikian adalah lebih menarik daripada mengukur satu foton. Sememangnya, mari kita anggap bahawa kita mengukur putaran hanya satu zarah, A. Kita telah pun memahami bahawa pengukuran adalah tegasan teruk untuk zarah kuantum, keadaannya akan berubah dengan banyak semasa proses pengukuran, keruntuhan akan berlaku... Itu semua benar, tetapi dalam kes ini terdapat juga zarah kedua, B, yang bersambung rapat dengan A, mereka mempunyai fungsi gelombang yang sama! Katakan kita mengukur arah putaran A dan melihat bahawa ia adalah +1. Tetapi A tidak mempunyai fungsi gelombangnya sendiri (atau dengan kata lain, keadaan bebasnya sendiri) untuk ia runtuh kepada |+1>. Semua yang A ada ialah keadaan "terjerat" dengan B, yang ditulis di atas. Jika ukuran A memberikan +1 dan kita tahu bahawa putaran A dan B adalah antiselari, kita tahu bahawa putaran B menghadap ke bawah (-1). Fungsi gelombang pasangan runtuh kepada apa sahaja yang boleh, atau ia hanya boleh kepada |+1(A); -1(B)>. Fungsi gelombang bertulis tidak memberikan kami sebarang kemungkinan lain.

Belum ada apa-apa lagi? Cuba fikir, putaran penuh dipelihara? Sekarang mari kita bayangkan bahawa kita mencipta pasangan A, B dan biarkan kedua-dua zarah ini terbang berasingan ke dalam sisi yang berbeza, kekal koheren. Seorang (A) terbang ke Mercury. Dan yang lain (B), katakan, kepada Musytari. Pada masa ini kita berlaku di Mercury dan mengukur arah putaran A. Apakah yang berlaku? Pada masa itu juga kami mempelajari arah putaran B dan menukar fungsi gelombang B! Sila ambil perhatian bahawa ini tidak sama sekali seperti dalam klasik. Biarkan dua batu terbang berputar di sekeliling paksinya dan beritahu kami dengan pasti bahawa ia berputar masuk sisi bertentangan. Jika kita mengukur arah putaran satu apabila ia mencapai Mercury, kita juga akan mengetahui arah putaran kedua, di mana sahaja ia berakhir pada masa itu, walaupun di Musytari. Tetapi batu-batu ini sentiasa berputar ke arah tertentu, sebelum sebarang ukuran kami. Dan jika seseorang mengukur batu yang terbang ke arah Musytari, maka dia akan menerima jawapan yang sama dan agak pasti, tidak kira sama ada kita mengukur sesuatu di Mercury atau tidak. Dengan foton kami keadaannya berbeza sama sekali. Tiada satu pun daripada mereka mempunyai sebarang arah putaran tertentu sama sekali sebelum pengukuran. Jika seseorang, tanpa penyertaan kami, memutuskan untuk mengukur arah putaran B di suatu tempat di rantau Marikh, apakah yang akan mereka perolehi? Betul, dengan peluang 50% dia akan melihat +1, dengan peluang 50% -1. Ini adalah keadaan B, superposisi. Jika ini seseorang memutuskan untuk mengukur putaran B sejurus selepas kita telah mengukur putaran A, melihat +1 dan menyebabkan keruntuhan *keseluruhan* fungsi gelombang,
maka dia akan menerima hanya -1 sebagai hasil pengukuran, dengan kebarangkalian 100%! Hanya pada saat pengukuran kami, A akhirnya memutuskan siapa dia sepatutnya dan "memilih" arah putaran - dan pilihan ini serta-merta mempengaruhi *keseluruhan* fungsi gelombang dan keadaan B, yang pada masa ini sudah pun Tuhan tahu. di mana.

Masalah ini dipanggil "bukan setempat mekanik kuantum." Juga dikenali sebagai paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (paradoks EPR) dan, secara amnya, apa yang berlaku dalam pemadaman berkaitan dengan ini. Mungkin saya salah faham sesuatu, sudah tentu, tetapi untuk pemadaman citarasa saya adalah menarik kerana ia adalah tepat demonstrasi eksperimen bukan tempatan.

Dipermudahkan, percubaan dengan pemadaman boleh kelihatan seperti ini: kami mencipta pasangan foton yang koheren (terjerat). Satu demi satu: pasangan, kemudian yang seterusnya, dsb. Dalam setiap pasangan, satu foton (A) terbang ke satu arah, yang lain (B) ke arah yang lain. Segala-galanya adalah seperti yang telah kita bincangkan lebih tinggi sedikit. Di laluan foton B kami meletakkan celah berganda dan melihat apa yang kelihatan pada dinding di belakang celah ini. Corak gangguan muncul, kerana setiap foton B, seperti yang kita tahu, terbang di sepanjang kedua-dua trajektori, melalui kedua-dua celah sekaligus (kita masih ingat tentang gangguan yang kita mulakan cerita ini, bukan?). Fakta bahawa B masih bersambung secara koheren dengan A dan mempunyai fungsi gelombang sepunya dengan A agak ungu baginya. Mari kita rumitkan percubaan: tutup satu slot dengan penapis yang membenarkan hanya foton dengan putaran +1 melaluinya. Kami menutup yang kedua dengan penapis yang menghantar hanya foton dengan putaran (polarisasi) -1. Kami terus menikmati corak gangguan, kerana dalam keadaan umum pasangan A, B(|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, seperti yang kita ingat), terdapat keadaan B dengan kedua-dua putaran. Iaitu, "bahagian" B boleh melalui satu penapis/slot, dan bahagian melalui yang lain. Sama seperti sebelumnya, satu "bahagian" terbang di sepanjang satu trajektori, yang lain di sepanjang yang lain (ini, tentu saja, adalah kiasan, tetapi faktanya tetap fakta).

Akhirnya, kemuncaknya: di suatu tempat di Mercury, atau sedikit lebih dekat, di hujung meja optik yang lain, kami meletakkan penapis polarisasi di laluan foton A, dan pengesan di belakang penapis. Mari kita jelaskan bahawa penapis baharu ini hanya membenarkan foton dengan putaran +1 melaluinya. Setiap kali pengesan dicetuskan, kita tahu bahawa foton A dengan putaran +1 telah melalui (putaran -1 tidak akan melalui). Tetapi ini bermakna bahawa fungsi gelombang keseluruhan pasangan runtuh dan "saudara" foton kami, foton B, pada masa ini hanya mempunyai satu keadaan yang mungkin -1. Semua. Foton B kini "tiada apa-apa" untuk dilalui, slot yang ditutup dengan penapis yang membenarkan hanya polarisasi +1 melaluinya. Dia tidak mempunyai komponen itu lagi. "Mengecam" foton B ini sangat mudah. Kami mencipta pasangan satu demi satu. Apabila kami mengesan foton A melalui penapis, kami merekodkan masa ia tiba. Satu setengah setengah contohnya. Ini bermakna "abangnya" B akan terbang ke dinding pada pukul satu setengah juga. Nah, atau pada 1:36, jika dia terbang lebih jauh sedikit dan, oleh itu, lebih lama. Di sana kita juga mencatat masa, iaitu kita boleh membandingkan siapa siapa dan siapa yang berkaitan dengan siapa.

Jadi, jika kita sekarang melihat gambar apa yang muncul di dinding, kita tidak akan mengesan sebarang gangguan. Foton B daripada setiap pasangan melalui sama ada satu slot atau yang lain. Terdapat dua tompok di dinding. Sekarang, kami mengalih keluar penapis dari laluan foton A. Corak gangguan dipulihkan.

... dan akhirnya mengenai pilihan yang tertangguh
Keadaan menjadi sangat menyedihkan apabila foton A mengambil masa yang lebih lama untuk sampai ke penapis/pengesan daripada foton B untuk sampai ke celah. Kami membuat ukuran (dan memaksa A untuk menyelesaikan dan fungsi gelombang runtuh) selepas B sepatutnya sudah mencapai dinding dan mencipta corak gangguan. Walau bagaimanapun, semasa kita mengukur A, walaupun "lewat daripada yang sepatutnya", corak gangguan untuk foton B masih hilang. Kami mengeluarkan penapis untuk A - ia dipulihkan. Ini sudah menjadi pemadaman yang tertangguh. Saya tidak boleh mengatakan bahawa saya memahami dengan baik apa yang mereka makan dengannya.

Pindaan dan penjelasan.
Semuanya betul, tertakluk kepada pemudahan yang tidak dapat dielakkan, sehingga kami membina peranti dengan dua foton terjerat. Pertama, foton B mengalami gangguan. Nampaknya ia tidak berfungsi dengan penapis. Anda perlu menutupnya dengan plat yang mengubah polarisasi dari linear ke bulat. Ini sudah lebih sukar untuk dijelaskan 😦 Tetapi ini bukan perkara utama. Perkara utama ialah apabila kita menutup celah dengan penapis yang berbeza, gangguan itu hilang. Bukan pada masa kita mengukur foton A, tetapi serta-merta. Helah rumit ialah dengan memasang penapis plat, kami "menanda" foton B. Dalam erti kata lain, foton B membawa maklumat tambahan yang membolehkan kami mengetahui dengan tepat trajektori yang mereka terbang. *Jika* kita mengukur foton A, maka kita akan dapat mengetahui dengan tepat trajektori B yang terbang, yang bermaksud bahawa B tidak akan mengalami gangguan. Kehalusannya ialah tidak perlu "mengukur" A secara fizikal! Di sinilah saya tersilap teruk kali terakhir. Tidak perlu mengukur A untuk gangguan hilang. Jika *boleh* mengukur dan mengetahui trajektori mana yang diambil oleh foton B, maka dalam kes ini tidak akan ada gangguan.

Malah, ini masih boleh dialami. Di sana, pada pautan di bawah, orang entah bagaimana mengangkat tangan mereka agak tidak berdaya, tetapi pada pendapat saya (mungkin saya salah lagi? 😉) penjelasannya adalah ini: dengan meletakkan penapis dalam slot, kami telah banyak mengubah sistem. Tidak kira sama ada kita benar-benar mendaftarkan polarisasi atau trajektori di mana foton melepasi atau melambai tangan kita pada saat terakhir. Adalah penting bahawa kita telah "menyediakan" segala-galanya untuk pengukuran dan telah mempengaruhi negeri-negeri. Oleh itu, tidak perlu sebenarnya "mengukur" (dalam erti kata pemerhati humanoid sedar yang membawa termometer dan merekodkan hasilnya dalam jurnal). Segala-galanya dalam erti kata tertentu (dalam erti kata kesan pada sistem) telah pun "diukur". Pernyataan itu biasanya dirumuskan seperti berikut: “*jika* kita mengukur polarisasi foton A, maka kita akan mengetahui polarisasi foton B, dan oleh itu trajektorinya, dan kerana foton B terbang di sepanjang lintasan tertentu, maka tidak akan ada gangguan; kita tidak perlu mengukur foton A—cukuplah ukuran ini mungkin; foton B tahu bahawa ia boleh diukur dan enggan mengganggu." Terdapat beberapa mistifikasi dalam hal ini. Ya, dia menolak. Semata-mata kerana sistem disediakan dengan cara itu. Jika sistem mempunyai maklumat tambahan (ada cara) untuk menentukan yang mana antara dua trajektori yang diterbangkan oleh foton, maka tidak akan ada gangguan.

Jika saya memberitahu anda bahawa saya mengatur segala-galanya supaya foton terbang melalui hanya satu slot, anda akan segera memahami bahawa tidak akan ada gangguan? Anda boleh berlari untuk menyemak ("mengukur") dan memastikan bahawa saya bercakap benar, atau anda boleh mempercayainya dengan cara itu. Jika saya tidak berbohong, maka tidak akan ada gangguan tidak kira sama ada anda tergesa-gesa untuk memeriksa saya atau tidak :) Sehubungan itu, frasa “boleh diukur” sebenarnya bermaksud “sistem disediakan dengan cara yang istimewa sehingga.. .”. Ia disediakan dan disediakan, iaitu belum ada keruntuhan di tempat ini. Terdapat foton "ditag" dan tiada gangguan.

Seterusnya - mengapa, sebenarnya, semua ini dipanggil pemadaman - mereka memberitahu kami: mari kita bertindak pada sistem sedemikian rupa untuk "memadamkan" tanda ini dari foton B - maka mereka akan mula mengganggu lagi. Satu perkara yang menarik, yang telah kita dekati, walaupun dalam model yang salah, ialah foton B boleh dibiarkan tanpa disentuh dan plat dibiarkan dalam slot. Anda boleh menarik foton A dan, sama seperti semasa keruntuhan, perubahan dalam keadaannya akan menyebabkan (bukan setempat) perubahan dalam jumlah fungsi gelombang sistem supaya kami tidak lagi mempunyai maklumat yang mencukupi untuk menentukan melalui celah foton B yang dilalui. Iaitu, kami memasukkan polarizer di laluan foton A - gangguan foton B dipulihkan. Dengan tertunda, semuanya adalah sama - kami membuatnya supaya foton A mengambil masa lebih lama untuk terbang ke polarizer daripada B untuk sampai ke celah. Dan masih, jika A mempunyai polarizer dalam perjalanannya, maka B mengganggu (walaupun, seolah-olah, "sebelum" A mencapai polarizer)!

suapan.