1803 yılında Thomas Young, iki yarıklı opak bir ekrana ışık huzmesini yönlendirdi. Beklenen iki ışık şeridi yerine projeksiyon ekranı sanki her yarıktan gelen iki ışık dalgasının girişimi (üst üste binmesi) varmış gibi birkaç bant gördü. Aslında kuantum fiziği, daha doğrusu özündeki sorular işte bu anda doğdu. XX'de ve XXI yüzyıllar sadece ışığın değil, herhangi bir temel parçacığın ve hatta bazı moleküllerin sanki her iki yarıktan aynı anda geçiyormuş gibi bir dalga gibi, kuantum gibi davrandığı gösterildi. Bununla birlikte, yarıklara, buradaki parçacığa tam olarak ne olduğunu ve hangi belirli yarıktan geçtiğini belirleyen bir sensör yerleştirirseniz, sanki gözlem gerçeği (dolaylı etki) gibi, projeksiyon ekranında yalnızca iki şerit görünür. dalga fonksiyonunu yok eder ve nesne madde gibi davranır. ( video)

Heisenberg'in belirsizlik ilkesi kuantum fiziğinin temelidir!

1927'deki keşif sayesinde binlerce bilim insanı ve öğrenci, daralan bir yarıktan lazer ışınını geçirerek aynı basit deneyi tekrarlıyor. Mantıksal olarak, projeksiyon ekranındaki lazerin görünür izi, aralık azaldıkça daraldıkça daralır. Ancak belirli bir anda, yarık yeterince daraldığında, lazerden gelen nokta birdenbire giderek genişlemeye başlar, ekran boyunca uzar ve yarık kaybolana kadar kararır. Bu mükemmelliğin en açık kanıtıdır kuantum fiziği- seçkin bir teorik fizikçi olan Werner Heisenberg'in belirsizlik ilkesi. Bunun özü, bir kuantum sisteminin eşleştirilmiş özelliklerinden birini ne kadar doğru belirlersek, ikinci özelliğin de o kadar belirsiz hale gelmesidir. İÇİNDE bu durumda Daralan bir yarığa sahip lazer fotonlarının koordinatlarını ne kadar doğru belirlersek, bu fotonların momentumu da o kadar belirsiz hale gelir. Makrokozmosta, uçan bir kılıcı elimize alarak tam konumunu veya yönünü de doğru bir şekilde ölçebiliriz, ancak aynı anda bunu yapamayız, çünkü bu birbiriyle çelişir ve birbirine müdahale eder. ( , video)

Kuantum süperiletkenliği ve Meissner etkisi

1933'te Walter Meissner kuantum fiziğinde ilginç bir olguyu keşfetti: Minimum sıcaklıklara soğutulan bir süperiletkende, manyetik alan sınırlarının ötesinde yer değiştirir. Bu olaya Meissner etkisi denir. Sıradan bir mıknatıs alüminyumun (veya başka bir süper iletkenin) üzerine yerleştirilirse ve daha sonra sıvı nitrojenle soğutulursa, mıknatıs uçacak ve havada asılı kalacaktır, çünkü aynı polaritedeki kendi manyetik alanının soğutulmuş olandan yer değiştirdiğini "görecektir". alüminyum ve mıknatısların aynı tarafları itiyor. ( , video)

Kuantum aşırı akışkanlığı

1938 yılında Pyotr Kapitsa sıvı helyumu sıfıra yakın bir sıcaklığa soğuttu ve maddenin viskozitesini kaybettiğini keşfetti. Kuantum fiziğindeki bu olguya süperakışkanlık denir. Soğutulmuş sıvı helyum bir bardağın tabanına dökülürse, yine de duvarlar boyunca camdan dışarı akacaktır. Aslında helyum yeterince soğutulduğu sürece kabın şekli veya boyutu ne olursa olsun dökülmesinin bir sınırı yoktur. 20. yüzyılın sonu ve 21. yüzyılın başında hidrojen ve çeşitli gazlarda da belirli koşullar altında aşırı akışkanlık keşfedildi. ( , video)

Kuantum tünelleme

1960 yılında Ivor Jayever, iletken olmayan alüminyum oksitten oluşan mikroskobik bir filmle ayrılmış süper iletkenlerle elektrik deneyleri yaptı. Fiziğin ve mantığın aksine, bazı elektronların hala izolasyondan geçtiği ortaya çıktı. Bu, kuantum tünel etkisinin olasılığı hakkındaki teoriyi doğruladı. Bu sadece elektrik için değil, aynı zamanda herhangi bir temel parçacık için de geçerlidir, bunlar aynı zamanda kuantum fiziğine göre dalgadır. Bu engellerin genişliği parçacığın dalga boyundan küçükse engelleri aşabilirler. Engel ne kadar dar olursa parçacıklar o kadar sık ​​içinden geçer. ( , video)

Kuantum dolaşıklığı ve ışınlanma

1982'de fizikçi Alain Aspe, geleceğin ödülü sahibi Nobel Ödülü, aynı anda oluşturulan iki fotonu, dönüşlerini (polarizasyon) belirlemek için çok yönlü sensörlere gönderdi. Bir fotonun dönüşünün ölçülmesinin, zıt olan ikinci fotonun dönüşünün konumunu anında etkilediği ortaya çıktı. Böylece temel parçacıkların kuantum dolaşıklığı ve kuantum ışınlanma olasılığı kanıtlandı. 2008 yılında bilim insanları, 144 kilometre uzaklıktaki kuantum dolanık fotonların durumunu ölçebildiler ve aralarındaki etkileşim, sanki aynı yerdeymişler ya da boşluk yokmuş gibi hâlâ anlıktı. Bu tür kuantum dolanık fotonların evrenin farklı bölgelerine ulaşması durumunda, ışığın aynı mesafeyi kat etmesi on milyarlarca yıl almasına rağmen aralarındaki etkileşimin yine anlık olacağına inanılıyor. İlginçtir ama Einstein'a göre ışık hızında hareket eden fotonlar için de zaman yoktur. Bu bir tesadüf mü? Geleceğin fizikçileri öyle düşünmüyor! ( , video)

Kuantum Zeno etkisi ve zamanın durdurulması

1989'da David Wineland liderliğindeki bir grup bilim adamı berilyum iyonlarının atom seviyeleri arasındaki geçiş hızını gözlemledi. İyonların durumunu ölçme gerçeğinin, onların durumlar arasındaki geçişini yavaşlattığı ortaya çıktı. 21. yüzyılın başında rubidyum atomlarıyla yapılan benzer bir deneyde 30 kat yavaşlama elde edildi. Bütün bunlar kuantum Zeno etkisinin doğrulanmasıdır. Bunun anlamı, kuantum fiziğinde kararsız bir parçacığın durumunun ölçülmesi gerçeğinin, onun bozunum hızını yavaşlatması ve teoride onu tamamen durdurabilmesidir. ( , video ingilizce)

Gecikmeli seçimli kuantum silgi

1999 yılında, Marlan Scali liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, fotonları iki yarıktan yönlendirdi; bunların arkasında, ortaya çıkan her fotonu bir çift kuantum dolaşık fotona dönüştüren ve onları iki yöne ayıran bir prizma vardı. İlki ana dedektöre fotonlar gönderdi. İkinci yön, fotonları %50 yansıtıcı ve dedektörlerden oluşan bir sisteme gönderdi. İkinci yönden gelen bir fotonun yayıldığı yarığı belirleyen dedektörlere ulaşması durumunda, ana dedektörün eşleştirilmiş fotonunu bir parçacık olarak kaydettiği ortaya çıktı. İkinci yönden gelen bir foton, yayıldığı yarığı tespit edemeyen dedektörlere ulaşırsa, ana dedektör, eşleştirilmiş fotonunu bir dalga olarak kaydetti. Bir fotonun ölçümü yalnızca kuantum dolaşık çiftine yansımakla kalmadı, aynı zamanda mesafe ve zamanın ötesinde de gerçekleşti, çünkü ikincil dedektör sistemi, sanki gelecek geçmişi belirliyormuş gibi, fotonları ana fotonlardan daha sonra kaydetti. Bunun yalnızca kuantum fiziği tarihinde değil, aynı zamanda tüm bilim tarihinde de en inanılmaz deney olduğuna inanılıyor, çünkü dünya görüşünün pek çok olağan temelini baltalıyor. ( , video İngilizce)

Kuantum süperpozisyonu ve Schrödinger'in kedisi

2010 yılında Aaron O'Connell, opak bir vakum odasına küçük bir metal plaka yerleştirdi ve onu neredeyse mutlak sıfıra kadar soğuttu. Daha sonra titreşmesi için plakaya itme uyguladı. Ancak konum sensörü, plakanın aynı anda titreştiğini ve sessiz olduğunu gösterdi; bu da teorik kuantum fiziğine tam olarak karşılık geliyordu. Bu, makro nesneler üzerindeki süperpozisyon ilkesinin kanıtlandığı ilk seferdi. Yalıtılmış koşullarda, kuantum sistemleri arasında etkileşim olmadığında, bir nesne sanki artık maddi değilmiş gibi aynı anda sınırsız sayıda olası konumda olabilir. ( , video)

Kuantum Cheshire Kedisi ve Fiziği

2014 yılında Tobias Denkmair ve meslektaşları nötron ışınını iki ışına böldüler ve bir dizi karmaşık ölçüm gerçekleştirdiler. Belirli koşullar altında nötronların bir ışında, manyetik momentlerinin ise başka bir ışında olabileceği ortaya çıktı. Böylece Cheshire kedisinin gülümsemesindeki kuantum paradoksu doğrulandı; parçacıklar ve onların özellikleri, bizim algımıza göre, farklı parçalar uzay, “Alice Harikalar Diyarında” masalındaki kediden ayrı bir gülümseme gibi. Kuantum fiziğinin herhangi bir peri masalından daha gizemli ve şaşırtıcı olduğu bir kez daha ortaya çıktı! ( , video ingilizce.)

Okuduğunuz için teşekkürler! Artık biraz daha akıllı oldunuz ve bu da dünyamızı biraz daha parlak hale getiriyor. Bu makalenin bağlantısını arkadaşlarınızla paylaşın, dünya daha da iyi bir yer haline gelsin!

Sizi hemen uyarıyorum: Bu makale dizisi, kuantum mekaniğine geleneksel girişten önemli ölçüde farklıdır.

İlk önce, BEN Olumsuz Richard Feynman'ın bir keresinde "Kuantum mekaniğini anlamamak sorun değil, çünkü kimse anlamıyor" ifadesini kullanacağım. Bu bir zamanlar doğruydu ama zaman değişiyor.

“Kuantum mekaniğini anlamak mümkün değil, sadece alışmanız gerekiyor” demeyeceğim. (Bu alıntı John von Neumann'a atfedilir; o, kimsenin olmadığı o karanlık zamanlarda yaşadı. ve gerçekten kuantum mekaniğini anlamadım.)

Açıklamanızı “Bir şey net değilse, olması gereken budur” sözüyle bitiremezsiniz. Hayır, bu doğru olmamalı. Belki sorun sendedir. Belki de öğretmenindir. Her durumda gerekli karar vermek, ve arkanıza yaslanıp başkalarının da hiçbir şey anlamadığına dair kendinize güvence vermeyin.

Kuantum mekaniğinin bir şey olduğunu söylemeyeceğim garip, kafa karıştırıcı veya insan anlayışına erişilemez. Evet, mantığa aykırıdır ama bu yalnızca bizim sezgilerimizle ilgili bir sorundur. Kuantum mekaniği Güneş'ten, Dünya gezegeninden veya insan uygarlığından çok önce ortaya çıktı. O senin için değişmeyecek. Aslında mevcut değil cesaret kırıcı gerçekler, sadece var Gerçeklerin cesaretini kırdığı teoriler; ve eğer teori pratikle örtüşmüyorsa, bu ona itibar kazandırmaz.

Gerçekliği her zaman tamamen sıradan bir şey olarak düşünmeye değer. Evrende zamanın başlangıcından bu yana hiçbir şey olmadı Hiç bir şey olağan dışı.

Bizim hedef- Bu kuantum dünyasında kendinizi evinizde hissetmeyi öğrenin. Çünkü zaten evdeyiz.

Bu seri boyunca kuantum mekaniğinden bahsedeceğim. en sıradan teoriler; ve dünyanın sezgisel fikrinin onunla örtüşmediği yerde alay edeceğim sezgi gerçeklikle tutarsızlık nedeniyle.

ikinci olarak Kuantum mekaniğinin keşfedildiği sırayı kopyalayarak geleneksel çalışma sırasını takip etmeyeceğim.

Genellikle maddenin bazen birbiriyle çarpışan bir grup küçük bilardo topu gibi, bazen de yüzme havuzunun yüzeyindeki dalgalar gibi davrandığı hikayesiyle başlar. Buna, maddenin her iki görüşünü de gösteren birkaç örnek eşlik etmektedir.

Daha önce, tüm bunlar henüz başlangıç ​​aşamasındayken ve hiç kimse bunu başaramamıştı. fikrim yok Fiziğin matematiksel temelleri konusunda bilim insanları her şeyin bilardo topları gibi davranan atomlardan oluştuğuna ciddi olarak inanıyorlardı. Daha sonra her şeyin dalgalardan oluştuğuna inanmaya başladılar. Daha sonra bilardo toplarına geri döndüler. Bütün bunlar bilim adamlarının Sonunda kafam karıştı ve yalnızca birkaç on yıl sonra - on dokuzuncu yüzyılın sonunda - her şeyi yerine koymayı başardılar.

Eğer bunu uygularsan tarihsel olarak doğru Modern öğrencilere eğitim verme yaklaşımına göre (şu anda yaptıkları gibi), ilk bilim adamlarının başına gelenin aynısı doğal olarak onların da başına gelecektir, yani - tam ve mutlak bir kafa karışıklığına düşecekler. Fizik öğrencilerine dalga-parçacık ikiliğini anlatmak, kimya dersine dört element üzerine bir dersle başlamakla aynı şeydir.

Elektron benzer değil hiç biri bilardo topunun üzerinde, hiç biri bir okyanus dalgasının zirvesinde. Elektron matematiksel açıdan tamamen farklı bir nesnedir ve öyle kalır. herhangi bir koşul altında. Ve eğer onu her ikisini de düşünme arzunuzda ısrar ederseniz, tercih ettiğiniz gibi Seni uyarıyorum: iki tavşanı kovalarsan ikisini de yakalayamazsın.

Tarihsel düzenin bozulmamasının tek nedeni bu değil. en iyi seçim. Varsayımsal süreci takip edelim başından beri: insanlar diğer hayvanlarla çevrili olduklarını fark ederler - hayvanların içinde organların olduğu ortaya çıkar - ve organlar, yakından bakarsanız dokulardan oluşur - mikroskop altında dokuların hücrelerden oluştuğunu görebilirsiniz - hücreler şunlardan oluşur: proteinler ve diğer kimyasal bileşikler - kimyasal bileşikler atomlardan oluşur - atomlar protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşur - ikincisi ise her şeyin başladığı ama onbinlerce yıl sonra keşfedilen hayvanlardan çok daha basit ve anlaşılırdır..

Fizik çalışmaya biyolojiyle başlayamazsınız. O halde neden en basit deneylerde bile birçok karmaşık ve karmaşık sürecin sonucu olan laboratuvar deneyleri ve sonuçlarının tartışılmasıyla başlanılması gerekiyor?

Bir yandan deneyselliğin neden ön planda olduğunu anlayabiliyorum. biz yaklaşık fizik sonuçta diyoruz.

Öte yandan öğrencilere basit bir deneyi analiz edebilmeleri için karmaşık bir matematik aparatı vermek, Bu çok fazla. Örneğin programcılara önce iki değişken eklemeleri ve ancak o zaman çok iş parçacıklı uygulamalar yazmaları öğretilir; ve ikincisinin "daha yakın" olmasını umursamıyorum gerçek hayat».

Klasik mekanik, kuantum mekaniğini açıkça takip etmez. Üstelik klasik mekanik çok daha ileri düzeydedir. yüksek seviye. Atomları ve molekülleri kuarklarla karşılaştırın: bilim tarafından bilinen milyonlarca kimyasal maddeler, yüz kimyasal elementler ve yalnızca altı kuark. Önce basit şeyleri anlamak ve ancak ondan sonra karmaşık olanlara geçmek daha iyidir.

Nihayet, kuantum mekaniğini kesinlikle gerçekçi bir konumdan ele alacağım - dünyamız kuantumdur, denklemlerimiz bir haritayı değil, bir bölgeyi tanımlar ve aşina olduğumuz dünya, kuantum dünyasında örtülü olarak mevcuttur. Okuyucularım arasında gerçekçilik karşıtları varsa - Lütfen, yorumlarınızı saklayın. Geçerliliğinden şüphe duyuyorsanız kuantum mekaniğini anlamak ve hayal etmek çok daha zordur. Aşağıdaki makalelerden birinde bundan daha ayrıntılı olarak bahsedeceğim.

Bu girişte sunacağım bakış açısının teorik fizikçilerin çoğunluğu tarafından paylaşıldığını düşünüyorum. Ancak yine de bunun mümkün olan tek bakış açısı olmadığını ve önemli sayıda bilim insanının gerçekçi tutumun geçerliliğinden şüphe duyduğunu bilmelisiniz. Her ne kadar diğer teorilere dikkat etmeyecek olsam da Şu andaşunu belirtmeyi borç bilirim Orada.

Özetleme amacım sana şöyle düşünmeyi öğretmek kuantum dünyasının yerlisi nasıl değil isteksiz turist.

Gerçekliğe sıkı sıkı tutunun. Başlıyoruz.

Konfigürasyonlar ve genlikler

Şek. 1. Bu noktada A yarı gümüş kaplı bir ayna var ve noktalarda B Ve C- iki foton dedektörü.

Bu basit deney bir zamanlar bilim adamlarının kafalarını kaşımasına neden olmuştu. Gerçek şu ki, vakaların yarısında aynaya doğru salınan foton ilk dedektör tarafından, yarısı da ikinci dedektör tarafından kaydedildi. Ve bilim adamları - dikkat, gülmeye hazır olun - aynanın fotonu ilettiğini ya da yansıttığını varsaydılar.

Ha-ha-ha, bir fotonun geçip geçmeyeceğini seçebilen bir ayna hayal edin! Hayal edebilseniz bile yine de yapmayın, yoksa tıpkı o bilim adamları gibi sizin de kafanız karışır. Ayna her iki durumda da tamamen aynı şekilde davranır.

Eğer yazmayı deneseydik bilgisayar programı, simülasyon bu deney (ve sadece sonucu tahmin etmek değil), şunun gibi bir şeye benzeyecek...

Programın başında belirli bir matematiksel nesneyi saklayan bir değişken bildiririz - yapılandırma. Dünyanın durumunun belirli bir tanımını temsil ediyor - bu durumda "bir foton A noktasına uçuyor."

Aslında konfigürasyon bir karmaşık sayı ile tanımlanır (karmaşık sayıların (a + b) şeklinde olduğunu hatırlatmama izin verin) Ben), a ve b'nin olduğu yer gerçek sayılar, A Ben- hayali birim, yani öyle bir sayı ki Ben² = -1). Konfigürasyonumuz “foton noktaya uçuyor A" aynı zamanda bir sayıya da karşılık gelir. Öyle olsun (-1 + 0 Ben). Aşağıda konfigürasyona karşılık gelen numarayı arayacağız. genlik.

İki konfigürasyonu daha tanıtalım: “foton uçuyor A Kesinlikle B" ve "foton uçup gidiyor A Kesinlikle C" Bu konfigürasyonların boyutunu henüz bilmiyoruz; programın yürütülmesi sırasında bunlara değerler atanacaktır.

Genlikler, aynanın çalıştığı kuralın başlangıç ​​konfigürasyonuna uygulanmasıyla hesaplanabilir. Detaylara girmeden kuralın şu şekilde olduğunu varsayabiliriz: “Foton uçarken 1 ile çarpın; ile çarpmak Ben foton yansıdığında." Kuralı uygulayalım: "bir fotonun uçtuğu" konfigürasyonun genliği B» eşittir (-1 + 0 Ben) × Ben = (0 + -Ben) ve "fotonun uçtuğu" konfigürasyonun genliği C» eşittir (-1 + 0 Ben) × 1 = (-1 + 0 Ben). Şekil 2'deki diğer konfigürasyonlar. 1 gitti, işimiz bitti.

Prensip olarak, "birinci dedektör bir fotonu tespit eder" ve "ikinci dedektör bir fotonu tespit eder" ifadelerini ayrı konfigürasyonlar olarak düşünebilirsiniz, ancak bu hiçbir şeyi değiştirmez; genlikleri sırasıyla önceki iki konfigürasyonun genliklerine eşit olacaktır. (Açık kendisi aslında bunların yine de uzaklığa eşit bir faktörle çarpılması gerekiyor. A ancak deneyimizdeki tüm mesafelerin birlik çarpanları olduğunu varsayacağız.)

İşte programın son hali:

• "Foton uçuyor A": (-1 + 0 Ben)
• "Foton uçuyor A V B»: (0 + - Ben)
• "Foton uçuyor A V C": (-1 + 0 Ben)

Ve belki:

• “ilk dedektör tetiklendi”: (0 + - Ben)
• “ikinci dedektör tetiklendi”: (-1 + 0 Ben)

Elbette programı kaç kez çalıştırırsak çalıştıralım son durum aynı kalacaktır.
Şimdi, henüz değinmeyeceğim oldukça karmaşık nedenlerden ötürü, basit konfigürasyonun genliğini ölçmenin yolu. Programın durumu bizden gizlidir.

Ne yapalım?

Genliği doğrudan ölçemesek de, bir şey Elimizde - yani bize konfigürasyonun genlik modülünün karesini söyleyebilecek sihirli bir ölçüm şeyi var. Başka bir deyişle, genlik için (a + b Ben) şey (a² + b²) sayısıyla cevap verecektir.

Büyülü şeyin sadece bulduğunu söylemek daha doğru olur. davranış modüllerin kareleri birbirine. Ancak bu bilgi bile programın içinde neler olup bittiğini ve hangi yasalara göre çalıştığını anlamak için yeterlidir.

Gizmo'yu kullanarak "birinci dedektör tetiklendi" ve "ikinci dedektör tetiklendi" konfigürasyonlarındaki modüllerin karelerinin eşit olduğunu kolaylıkla bulabiliriz. Daha karmaşık deneyler yaptıktan sonra genliklerin oranını da bulabiliriz. Ben 1'e.

Bu arada bu sihirli ölçüm şeyi nedir?

Gerçek hayatta bu tür deneyler yapıldığında sihirli olan şey, deneyin birkaç bin kez yapılması ve fotonun kaç kez ilk detektöre, kaç kez ikinci detektöre geldiğini saymaları. . Bu değerlerin oranı genlik modüllerinin karelerinin oranı olacaktır. Nedenöyle olacak - soru farklı, çok daha karmaşık. Bu arada, şeyin nasıl ve neden çalıştığını anlamadan kullanabilirsiniz. Her şeyin bir zamanı var.

Şunu sorabilirsiniz: "Eğer tahminleri "bilardo" teorisinin tahminleriyle örtüşüyorsa, kuantum teorisine neden ihtiyaç duyuluyor?" İki sebep var. İlk önce, gerçeklik ne düşünürseniz düşünün, hâlâ kuantum yasalarına uyuyor - genlikler, karmaşık sayılar ve benzeri. İkincisi ise “bilardo” teorisi çalışmıyor az çok karmaşık herhangi bir deney için. Bir örnek ister misiniz? Lütfen.

İncirde. 2 noktalarda iki ayna görebilirsiniz B Ve C ve noktalarda iki yarım ayna A Ve D. Daha sonra segmentin nedenini açıklayacağım Almanya noktalı bir çizgiyle çizilmiş; Bu, hesaplamaları hiçbir şekilde etkilemeyecektir.

Bildiğimiz kuralları uygulayalım.

Başlangıçta “foton uçuyor” konfigürasyonuna sahibiz A", genliği (-1 + 0) Ben).

Bir fotonun uçtuğu konfigürasyonların genliklerini sayarız. A V B" ve "foton uçup gidiyor A V C»:

• "Foton uçuyor A V B» = Ben× "foton uçar A» = (0 + - Ben)
• "Foton uçuyor A V C" = 1 × " foton uçuyor A» = (-1 + 0 Ben)

Sezgisel olarak açıktır ki düzenli ayna yarım aynanın yarısı gibi davranır: her zaman fotonu yansıtır, genliği her zaman kat kat artırır. Ben. Bu yüzden:

• "Foton uçuyor B V D» = Ben× "foton uçar A V B" = (1 + 0 Ben)
• "Foton uçuyor C V D» = Ben× "foton uçar A V C» = (0 + - Ben)

Şunu anlamak önemlidir: "'dan B V D" ve "dan C V D" - bu iki farklı konfigürasyonlar. Sadece "foton uçuyor" yazamazsınız D", çünkü bu fotonun geldiği açıdan D bundan sonra başına ne geleceğine bağlı.

• B V D", eşittir (1 + 0 Ben):
  • çarpılır Ben ve sonuç (0 + Ben D V e»
  • 1 ile çarpılır ve sonuç (1 + 0) olur Ben) "fotonun uçtuğu konfigürasyon" lehine sayılır D V F»
• “foton uçar” konfigürasyonunun genliği C V D", eşittir (0 + - Ben):
  • çarpılır Ben ve sonuç (1 + 0 Ben) "fotonun uçtuğu konfigürasyon" lehine sayılır D V F»
  • 1 ile çarpılır ve sonuç (0 + -) olur Ben) "fotonun uçtuğu konfigürasyon" lehine sayılır D V e»

• "Foton uçuyor D V e» = (0 + Ben) + (0 + -Ben) = (0 + 0Ben) = 0
• "Foton uçuyor D V F" = (1 + 0 Ben) + (1 + 0Ben) = (2 + 0Ben)

Genlik modüllerinin karelerinin oranı 0 ila 4'tür; Hesaplamalardan ilk dedektörün hiç işe yaramayacak! Bu yüzden bölüm Almanya ve Şekil 2'de noktalı çizgi olarak gösterilmiştir. 2.

Eğer yarım aynalar fotonu rastgele yansıtır ya da iletirse, her iki dedektör de yaklaşık olarak aynı frekansta tepki verecektir. Fakat bu deneysel sonuçlarla örtüşmemektedir. Bu kadar.
İtiraz edebilirsiniz: “Ama hepsi bu değil! Örneğin, bir ayna bir fotonu yansıttığında ona ikinci kez yansımayacak bir şey olduğunu varsayalım. Ve tam tersine, bir ayna bir fotonun yanından geçtiğinde, bir dahaki sefere onun yansıması gerekecek."

Birincisi Occam'ın usturası. Basit bir açıklama zaten mevcutsa (tabii ki kuantum mekaniğini dikkate alırsak) karmaşık bir açıklama icat etmenin hiçbir anlamı yoktur. basit...) İkincisi de bu alternatif teoriyi çürütecek başka bir deneyim ortaya çıkarabilirim.

Araya küçük opak bir nesne yerleştirelim. B Ve D, böylece “fotonun uçtuğu konfigürasyonun genliği B V D" her zaman sıfıra eşitti.

Şimdi “fotonun uçtuğu” konfigürasyonun genliği D V F» eşittir (1 + 0 Ben) ve “fotonun uçtuğu” konfigürasyonun genliği D V e» - (0 + - Ben). Modüllerin kareleri 1'e eşittir. Bu, vakaların yarısında ilk dedektörün, yarısında da ikinci dedektörün tetikleneceği anlamına gelir.

Bu imkansız Fotonun aynalardan yansıyan küçük bir bilardo topu olduğunu varsayarsak açıklayın.

Mesele şu ki, genlik olasılık olarak düşünülemez. Olasılık teorisinde eğer bir olay X olabilir veya olmayabilir, o zaman olayın olasılığı Z P'ye eşittir( Z|X)P( X) + P( Z|¬ X)P(¬ X), tüm olasılıkların pozitif olduğu yer. Eğer olasılığını biliyorsan Zşartıyla X gerçekleşme olasılığı 0,5'tir ve olasılık X- 0,3, o zaman toplam olasılık Z en az 0,15, ne olursa olsun olursa ne olacağı konusunda X olmayacak. Hiçbir olumsuz olasılık yoktur. Olası ve imkansız olaylar birbirini ortadan kaldıramaz. Ancak genlikler bunu yapabilir.

İşte bir örnek yanlışşöyle düşünüyor: “Foton uçuyor B veya içinde C, ama o abilir farklı uçar ve bu da uçma olasılığını etkiler e…»

Olaylar Olumsuz oldu, dünyaya hiçbir etkisi olmadı. Tek şey Belki dünyayı etkilemek bizim hayal gücümüzdür. “Aman Tanrım, bu araba neredeyse bana çarpıyordu” diye düşünürsünüz ve bir daha tehlikeli arabalarla karşılaşmamak için bir manastıra gitmeye karar verirsiniz. Ama hâlâ gerçekte değil kendisi Olay, yalnızca beyninizde bulunan hayal gücünüzdür; bu hayal gücünüz sizden alınabilir, dokunulabilir ve tamamen gerçek olduğundan emin olmak için geri konabilir.

Dünyayı etkileyen her şey gerçektir. (Eğer durumun böyle olmadığını düşünüyorsanız, “gerçek” kelimesini tanımlamayı deneyin.) Konfigürasyonlar ve genlikler doğrudan dünyayı etkiler, dolayısıyla onlar da gerçektir. Bir konfigürasyonun "ne olabileceği" olduğunu söylemek, şunu söylemek kadar tuhaftır sandalye- bu "ne olabilir".

O halde bu nedir - yapılandırma?

Devam edecek.

Aslında her şey bu makaleyi okuduktan sonra düşündüğünüzden biraz daha karmaşık.
Her konfigürasyon açıklanır Tüm Evrendeki parçacıklar. Genlik: sürekli bugün düşündüğümüz gibi ayrık değil, tüm konfigürasyon alanı boyunca dağıtım. Aslında fotonlar bir yerden başka bir yere ışınlanmazlar. aniden ve dünyanın her farklı durumu yeni bir yapılanmayla tanımlanıyor. Eninde sonunda oraya varacağız.

Bu paragraftan hiçbir şey anlamadıysanız endişelenmeyin, her şeyi açıklayacağım. Sonrasında.

Birçok insana fizik çok uzak ve kafa karıştırıcı geliyor, kuantum fiziği ise daha da uzak. Ama bu büyük gizemin perdesini sizin için açmak istiyorum çünkü gerçekte her şey tuhaf ama çözülüyor.

Ayrıca kuantum fiziği akıllı insanlarla konuşmak için harika bir konudur.

Kuantum fiziği kolaylaştı

İlk önce kafanıza bir tane çizmeniz gerekiyor büyük çizgi Mikro dünya ile makro dünya arasında çünkü bu dünyalar tamamen farklı. Aşina olduğunuz uzay ve içindeki nesneler hakkında bildiğiniz her şey yanlıştır ve kuantum fiziğinde kabul edilemez.

Aslında mikropartiküllerin, bilim insanları onlara bakana kadar ne hızları ne de belirli bir konumları vardır. Bu ifade bize tamamen saçma görünüyor, Albert Einstein'a da öyle görünüyordu, ama hatta büyük fizikçi geri adım attı.

Gerçek şu ki araştırmalar, belirli bir konumu işgal eden bir parçacığa bir kez baktığınızda, sonra dönüp tekrar baktığınızda, bu parçacığın zaten tamamen farklı bir konum aldığını göreceğinizi kanıtladı.

Bu yaramaz parçacıklar

Her şey basit görünüyor ama aynı parçacığa baktığımızda hareketsiz duruyor. Yani bu parçacıklar ancak biz göremediğimiz zaman hareket ederler.

İşin özü, her parçacığın (olasılık teorisine göre) şu veya bu konumda olma olasılıklarının bir ölçeğine sahip olmasıdır. Ve dönüp döndüğümüzde, parçacığı olasılık ölçeğine göre mümkün olan herhangi bir konumda tam olarak yakalayabiliriz.

Araştırmaya göre parçacık arandı farklı yerler, sonra onu izlemeyi bıraktı ve konumu değişirken tekrar izledi. Sonuç tek kelimeyle çarpıcıydı. Özetle, bilim insanları şu veya bu parçacığın nerede bulunabileceğine dair bir olasılık ölçeği oluşturmayı gerçekten başardılar.

Örneğin bir nötronun üç konumda bulunma yeteneği vardır. Araştırma yaptıktan sonra, ilk pozisyonda %15, ikinci pozisyonda %60, üçüncü pozisyonda %25 olasılıkla olacağını görebilirsiniz.

Henüz kimse bu teoriyi çürütemedi, bu yüzden garip bir şekilde en doğru olanı bu.

Makro dünya ve mikro dünya

Makrokozmostan bir cisim alırsak onun da bir olasılık ölçeği olduğunu ama tamamen farklı olduğunu görürüz. Örneğin, arkanızı dönüp telefonunuzu dünyanın diğer ucunda bulma olasılığınız neredeyse sıfırdır, ancak bu olasılık hala mevcuttur.

O zaman şu soru ortaya çıkıyor: Nasıl oluyor da bu tür vakalar henüz kayıt altına alınmıyor? Bu, olasılığın o kadar küçük olduğu gerçeğiyle açıklanıyor ki, insanlığın gezegenimizin ve tüm evrenin böyle bir olayı görmek için henüz yaşamadığı kadar uzun yıllar beklemesi gerekecek. Telefonunuzun tam olarak gördüğünüz yere gitme ihtimalinin neredeyse %100 olduğu ortaya çıktı.

Kuantum tünelleme

Buradan kuantum tünelleme kavramına gelebiliriz. Bu, herhangi bir dış etki olmaksızın, bir nesnenin (çok kabaca söylemek gerekirse) kademeli olarak tamamen farklı bir yere geçişi kavramıdır.

Yani, her şey bir nötronla başlayabilir ve bu nötron bir noktada tamamen farklı bir yerde bulunma olasılığının aynı neredeyse sıfırına düşer ve nötronlar farklı bir yerde ne kadar çok olursa olasılık da o kadar artar.

Elbette böyle bir geçiş, gezegenimizin henüz yaşamadığı kadar yıllar alacaktır ancak kuantum fiziği teorisine göre kuantum tünelleme gerçekleşir.

Ayrıca okuyun:

Burada bu konuyla ilgili günlerce sohbet ettim. gecikmeli seçim kuantum silme Bu, harika dostum Dr_tambowsky'nin kuantum fiziğinin temelleri konusunda bana sabırlı bir şekilde yaptığı bir tartışmadan ziyade bir tartışmaydı. Okulda fiziği pek iyi okumadığım ve yaşlılığımda sünger gibi emiyordum. Açıklamaları belki başkası için tek bir yerde toplamaya karar verdim.

Başlangıç ​​olarak çocuklara yönelik müdahale ve “göz”e dikkat etme konulu bir çizgi film izlemenizi tavsiye ederim. Çünkü aslında bütün mesele bu.

Daha sonra aşağıda alıntıladığım dr_tambowsky'nin metnini bütünüyle okumaya başlayabilir veya akıllı ve anlayışlıysanız hemen okuyabilirsiniz. Ya da daha iyisi, her ikisi de.

Girişim nedir?
Burada gerçekten çok farklı terim ve kavramlar var ve kafaları çok karışık. Sırayla gidelim. İlk olarak, bu tür bir müdahale. Sayısız girişim örneği vardır ve birçok farklı girişimölçer vardır. Bu silme biliminde sürekli olarak önerilen ve sıklıkla kullanılan (çoğunlukla basit ve kullanışlı olduğu için) özel bir deney, opak bir ekranda birbirine paralel, yan yana kesilmiş iki yarıktır. Öncelikle böyle bir çift yuvaya ışık tutalım. Işık bir dalgadır, değil mi? Ve ışığın girişimini her zaman gözlemliyoruz. Bu iki yarığa ışık tutarsak ve diğer tarafa bir ekran (veya sadece bir duvar) koyarsak, bu ikinci ekranda da iki parlak ışık noktası yerine bir girişim deseni göreceğimize güvenin. "yarıklardan geçerken" ikinci ekranda (duvarda) değişen parlak ve koyu şeritlerden oluşan bir çit olacaktır. Bunun tamamen dalga özelliği olduğunu bir kez daha belirtelim: Eğer çakıl taşları atarsak o zaman yuvalara düşenler düz uçmaya devam edecek ve her biri kendi yuvasının arkasında duvara çarpacak, yani iki bağımsız yığın göreceğiz. taşlardan (tabii ki duvara yapışırlarsa 🙂), müdahale olmaz.

Sonra, okulda “dalga-parçacık ikiliği” hakkında öğrettiklerini hatırlıyor musunuz? Her şey çok küçük ve çok kuantum olduğunda, nesnelerin hem parçacık hem de dalga olduğunu mu söylüyorsunuz? Geçen yüzyılın 20'li yıllarında yapılan ünlü deneylerden birinde (Stern-Gerlach deneyi), yukarıda açıklananla aynı düzeneği kullandılar, ancak ışık yerine elektronlarla parladılar. Yani elektronlar parçacıktır, değil mi? Yani, onları çakıl taşları gibi çift yuvaya "atarsanız" yuvaların arkasındaki duvarda ne göreceğiz? Cevap iki ayrı nokta değil, yine bir girişim resmi!! Yani elektronlar da girişimde bulunabilir.

Öte yandan, ışığın tam olarak bir dalga olmadığı, aynı zamanda bir parçacık, yani bir foton olduğu da ortaya çıktı. Yani artık o kadar akıllıyız ki yukarıda anlatılan iki deneyin aynı şey olduğunu anlıyoruz. Yarıklara (kuantum) parçacıklar atıyoruz ve bu yarıklardaki parçacıklar müdahale ediyor - duvarda değişen şeritler görülebilir ("görünür" - fotonları veya elektronları orada nasıl kaydettiğimiz anlamında, aslında bunun için gözlere gerek yok): )).

Şimdi bu evrensel tabloyla donanmış olarak, daha incelikli şu soruyu soralım (dikkat, çok önemli!!):
Fotonlarımız/elektronlarımız/parçacıklarımız ile yarıklara ışık tuttuğumuzda diğer tarafta bir girişim deseni görüyoruz. Müthiş. Peki tek bir foton/elektron/pi-mezona ne olur? [ve bundan sonra -sadece kolaylık olsun diye- sadece fotonlar hakkında konuşalım]. Sonuçta bu seçenek mümkün: Her foton bir çakıl taşı gibi kendi yuvasından uçar, yani çok kesin bir yörüngeye sahiptir. Bu foton sol yarıktan uçuyor. Ve şuradaki de sağda. Bu çakıl taşı fotonları belirli yörüngelerini takip ederek yarıkların arkasındaki duvara ulaştığında bir şekilde birbirleriyle etkileşime giriyor ve bu etkileşimin sonucunda duvarın kendisinde bir girişim deseni oluşuyor. Şu ana kadar deneylerimizde bu yorumla çelişen hiçbir şey olmadı; sonuçta yarığa parlak ışık tuttuğumuzda aynı anda birçok foton gönderiyoruz. Köpekleri orada ne yaptıklarını biliyor.

Bu konuda önemli soru cevabımız var. Her seferinde bir fotonu nasıl fırlatacağımızı biliyoruz. Gittiler. Bekledik. Bir sonrakini attılar. Duvara yakından bakıyoruz ve bu fotonların nereye geldiğini fark ediyoruz. Tek bir foton elbette prensipte gözlemlenebilir bir girişim deseni oluşturamaz; o tek başınadır ve onu kaydettiğimizde onu yalnızca belirli bir yerde görebiliriz, aynı anda her yerde göremeyiz. Ancak çakıl taşları ile benzetmeye dönelim. Bir çakıl taşı uçtu. Yuvalardan birinin arkasındaki duvara çarptı (tabii ki içinden uçtuğu). İşte bir tane daha - yine deliğin arkasına çarptı. Oturuyoruz. Sayarız. Bir süre sonra ve yeterince çakıl taşı attıktan sonra bir dağılım elde edeceğiz - birçok çakıl taşının bir yuvanın arkasındaki duvara, birçoğunun da diğerinin arkasına çarptığını göreceğiz. Ve başka hiçbir yerde. Aynısını fotonlar için de yapıyoruz; onları birer birer atıyoruz ve yavaş yavaş duvardaki her yere kaç fotonun geldiğini sayıyoruz. Yavaş yavaş deliriyoruz çünkü foton etkilerinin ortaya çıkan frekans dağılımı, karşılık gelen yarıkların altındaki iki nokta bile değil. Bu dağılım, parlak ışıkla parladığımızda gördüğümüz girişim desenini tam olarak tekrarlıyor. Ancak fotonlar artık teker teker geliyordu! Bir - bugün. Bir sonraki yarın. Duvarda birbirleriyle etkileşime giremiyorlardı. Yani, kuantum mekaniğine tam uygun olarak, ayrı bir foton aynı anda bir dalgadır ve dalga benzeri hiçbir şey ona yabancı değildir. Deneyimizdeki fotonun belirli bir yörüngesi yoktur; her bir foton aynı anda her iki yarıktan da geçer ve adeta kendi kendine girişim yapar. Sadece bir yarık açık bırakarak deneyi tekrarlayabiliriz; o zaman fotonlar elbette onun arkasında kümelenecektir. Birinciyi kapatalım, ikinciyi açalım, yine de birer birer foton atmaya devam edelim. Tabii ki ikinci açık çatlağın altında toplanıyorlar. Her ikisini de açın - fotonların kümelenmeyi sevdiği yerlerin sonuçtaki dağılımı, yalnızca bir yarık açıkken elde edilen dağılımların toplamı değildir. Şimdi hâlâ çatlakların arasında sıkışıp kalmış durumdalar. Daha doğrusu onların favori yerler kümeler artık değişen şeritlerdir. Bunda bir araya toplanmışlar, bir sonrakinde - hayır, yine - evet, karanlık, aydınlık. Ah, müdahale...

Süperpozisyon ve spin nedir?
Bu yüzden. Girişimle ilgili her şeyi bu şekilde anladığımızı varsayalım. Süperpozisyon yapalım. Kuantum mekaniğiyle aran nasıl bilmiyorum, üzgünüm. Eğer durum kötüyse, o zaman çok fazla inanca sahip olmanız gerekir; bunu kısaca açıklamak zordur.

Ancak prensip olarak, tek bir fotonun iki yarıktan aynı anda uçtuğunu gördüğümüzde zaten yakın bir yerdeydik. Basitçe şunu söyleyebiliriz: Bir fotonun yörüngesi yoktur, bir dalgası ve bir dalgası vardır. Ve fotonun aynı anda iki yörünge boyunca uçtuğunu söyleyebiliriz (kesin konuşursak, elbette iki yörünge boyunca bile değil, aynı anda tamamı boyunca). Bu eşdeğer bir ifadedir. Prensip olarak, bu yolu sonuna kadar takip edersek, Feynman'ın kuantum mekaniği formülasyonu olan "yol integraline" ulaşacağız. Bu formülasyon inanılmaz derecede zarif ve bir o kadar da karmaşıktır; temelleri açıklamak şöyle dursun, pratikte kullanımı zordur. Bu nedenle, sonuna kadar gitmeyelim, bunun yerine "aynı anda iki yörünge boyunca" uçan bir foton üzerinde meditasyon yapalım. Klasik kavramlar anlamında (ve yörünge iyi tanımlanmış klasik bir kavramdır, bir taş kafa kafaya uçar veya yanından geçer), foton aynı anda farklı hallerdedir. Bir kez daha, gidişat tam olarak ihtiyacımız olan şey bile değil, hedeflerimiz daha basit, sadece gerçeği fark etmenizi ve hissetmenizi rica ediyorum.

Kuantum mekaniği bize bu durumun istisna değil kural olduğunu söylüyor. Herhangi bir kuantum parçacığı aynı anda “birkaç durumda” olabilir (ve genellikle de öyledir). Aslında bu açıklamayı çok ciddiye almanıza gerek yok. Bu “çoklu haller” aslında bizim klasik sezgilerimizdir. Kendi (dışsal ve klasik) değerlendirmelerimizden bazılarına dayanarak farklı “durumlar” tanımlarız. Ve bir kuantum parçacığı kendi yasalarına göre yaşar. Bir serveti var. Nokta. "Süperpozisyon" ifadesinin anlamı, bu durumun klasik düşüncelerimizden çok farklı olabileceğidir. Klasik yörünge kavramını tanıtıyoruz ve onu, içinde olmayı sevdiği durumdaki bir fotona uyguluyoruz. Ve foton şunu söylüyor: "Kusura bakmayın, sizin bu yörüngelerinizle ilgili olarak en sevdiğim durum, aynı anda her ikisinde de varım!" Bu, fotonun yörüngesinin (az ya da çok) belirlendiği bir durumda olamayacağı anlamına gelmez. Yarıklardan birini kapatalım - ve bir dereceye kadar fotonun ikinciden belirli bir yörünge boyunca uçtuğunu söyleyebiliriz ki bunu iyi anlıyoruz. Yani prensipte böyle bir durum mevcuttur. Her ikisini de açalım; foton süperpozisyonda olmayı tercih ediyor.

Aynı durum diğer parametreler için de geçerlidir. Örneğin, kendi açısal momentumu veya spini. Aynı yörüngede bir arada bulunabilen iki elektronu hatırlıyor musunuz - eğer zıt dönüşlere sahiplerse? Tam olarak bu. Ve fotonun da dönüşü vardır. Foton spininin iyi yanı, klasiklerde aslında bir ışık dalgasının polarizasyonuna karşılık gelmesidir. Yani, sahip olduğumuz her türlü polarizörü ve diğer kristalleri kullanarak, eğer varsa (ve görüneceklerse) bireysel fotonların dönüşünü (polarizasyonunu) manipüle edebiliriz.

Öyleyse dön. Elektronun bir dönüşü vardır (yörüngelerin ve elektronların size fotonlardan daha aşina olması umuduyla, bu nedenle her şey aynıdır), ancak elektron hangi "dönme durumunda" olduğuna kesinlikle kayıtsızdır. Spin bir vektördür ve "spin noktaları yukarı" demeyi deneyebiliriz. Veya "dönüş aşağı bakıyor" (seçtiğimiz bir yöne göre). Ve elektron bize şunu söylüyor: "Seni umursamıyorum, aynı anda her iki dönüş durumunda da her iki yörüngede de olabilirim." Burada yine çok fazla elektronun farklı dönüş durumlarında olmaması, bir toplulukta birinin yukarıya, diğerinin aşağıya bakması ve her bir elektronun aynı anda her iki durumda da olması çok önemlidir. Tıpkı farklı elektronların farklı yarıklardan geçmemesi, ancak bir elektronun (veya fotonun) her iki yarıktan aynı anda geçmesi gibi. Bir elektron çok sorarsanız belli bir dönüş yönüne sahip bir durumda olabilir ama kendisi bunu yapmayacaktır. Bu durum yarı-niteliksel olarak şu şekilde tanımlanabilir: 1) iki durum vardır, |+1> (dönme yukarı) ve |-1> (dönme aşağı); 2) prensip olarak bunlar elektronun var olabileceği koşer durumlardır; 3) ancak, eğer özel bir çaba sarf etmezseniz, elektron her iki duruma da "yayılacak" ve durumu, |+1> + |-1> gibi bir şey olacaktır; bu, elektronun belirli bir duruma sahip olmadığı bir durumdur. dönüş yönü (tıpkı 1+ yörünge yörüngesi 2 gibi, değil mi?). Bu bir “durumların süperpozisyonudur”.

Dalga fonksiyonunun çöküşü hakkında.
Ölçümün ve “dalga fonksiyonunun çöküşünün” ne olduğunu anlamamıza çok az kaldı. Dalga fonksiyonu yukarıda yazdığımız gibidir, |+1> + |-1>. Sadece durumun bir açıklaması. Basit olması açısından devletin kendisinden ve onun “çöküşünden” bahsedebiliriz, bunun bir önemi yok. Olan şu: Elektron o kadar belirsiz bir ruh hali içinde kendi kendine uçuyor ki, ya yukarıdadır, ya aşağıdadır ya da her ikisi birdendir. Sonra korkutucu görünen bir cihazla koşuyoruz ve dönüşün yönünü ölçelim. Bunda özel durum Bir elektronu manyetik alana koymak yeterlidir: spin noktaları alanın yönü boyunca olan elektronlar bir yönde, spini alana karşı olan elektronlar ise diğer yönde sapmalıdır. Diğer tarafa oturup ellerimizi ovuşturuyoruz; elektronun hangi yöne saptığını görüyoruz ve dönüşünün yukarı mı yoksa aşağı mı olduğunu hemen anlıyoruz. Fotonlar bir polarizasyon filtresine yerleştirilebilir; eğer polarizasyon (spin) +1 ise foton geçer, -1 ise geçmez.

Ama kusura bakmayın - sonuçta ölçümden önce elektronun belirli bir dönüş yönü yok muydu? Bütün mesele bu. Kesin bir durum yoktu ama sanki iki durumdan aynı anda "karışıktı" ve bu durumların her birinde pek çok yön vardı. Ölçüm sürecinde elektronu kim olması gerektiğine ve nereye bakacağına (yukarı veya aşağı) karar vermeye zorluyoruz. Yukarıda anlatılan durumda, elbette prensip olarak bu elektronun manyetik alana uçtuğunda ne gibi bir karar vereceğini önceden tahmin edemeyiz. %50 olasılıkla “yukarı” kararı verebilir, aynı olasılıkla “aşağı” kararı da verebilir. Ancak buna karar verdiği anda belli bir dönüş yönüne sahip bir duruma gelir. Yaptığımız “ölçüm” sonucunda! Bu "çöküş"tür - ölçümden önce dalga fonksiyonu (kusura bakmayın, durum) |+1> + |-1> idi. Elektronun belirli bir yönde saptığını "ölçtük" ve gördükten sonra, dönüş yönü belirlendi ve dalga fonksiyonu basitçe |+1> (ya da başka yöne saptıysa |-1>) oldu. Yani devlet, bileşenlerinden birine “çökmüştür”; Artık ikinci bileşenin "karıştığına" dair hiçbir iz yok!

Orijinal girişte büyük ölçüde boş felsefenin odak noktası buydu ve bu yüzden karikatürün sonunu beğenmedim. Oraya basitçe bir göz çekilir ve deneyimsiz bir izleyici, ilk olarak, sürecin belirli bir insan merkezli olduğu yanılsamasına sahip olabilir (“ölçümü” gerçekleştirmek için bir gözlemciye ihtiyaç duyulduğunu söylerler) ve ikinci olarak, sürecin istilacı olmadığı yanılsamasına kapılabilir ( yani, sadece bakıyoruz!). Bu konuyla ilgili görüşlerim yukarıda özetlenmiştir. Öncelikle böyle bir “gözlemciye” elbette ihtiyaç yok. Bir kuantum sistemini büyük bir sistemle temasa geçirmek yeterlidir. klasik sistem ve her şey kendi kendine gerçekleşecek (elektronlar, diğer tarafta oturup izlememize bakılmaksızın manyetik alana uçacak ve kim olacağına karar verecek). İkinci olarak, bir kuantum parçacığının müdahalesiz klasik ölçümü prensipte imkansızdır. Göz çizmek kolay ama “bir fotona bakıp nereye gittiğini bulmak” ne anlama geliyor? Bakmak için fotonların gözünüze çarpması gerekir, tercihen çok fazla. Pek çok fotonun gelip, durumuyla ilgilendiğimiz talihsiz bir fotonun durumu hakkında bize her şeyi anlatmasını sağlayacak şekilde bunu nasıl düzenleyebiliriz? Üzerine el feneri mi tutacaksınız? Peki bundan sonra ondan geriye ne kalacak? Onun durumunu büyük ölçüde etkileyeceğimiz açık, belki o kadar ki artık yuvalardan birine tırmanmak istemeyecek. O kadar da ilginç değil. Ama sonunda işin ilginç kısmına geldik.

Einstein-Podolsky-Rosen paradoksu ve tutarlı (dolanık) foton çiftleri hakkında
Artık durumların süperpozisyonunu biliyoruz, ancak şu ana kadar yalnızca bir parçacıktan bahsettik. Tamamen basitlik için. Ama yine de iki parçacığımız varsa ne olur? Tamamen kuantum durumunda bir çift parçacık hazırlayabilirsiniz, böylece bunların genel durumu tek bir ortak dalga fonksiyonuyla tanımlanır. Bu elbette basit değil; iki rastgele foton komşu odalar ya da komşu test tüplerindeki birbirlerinden haberleri bile olmayan bir elektron, dolayısıyla tamamen bağımsız olarak tanımlanabilirler ve tanımlanmalıdırlar. Bu nedenle, Mars'taki diğer elektronlarla ve hatta komşu atomlarla hiç ilgilenmeden, örneğin bir hidrojen atomundaki bir proton üzerindeki bir elektronun bağlanma enerjisini hesaplamak mümkündür. Ancak özel bir çaba gösterirseniz aynı anda iki parçacığı kapsayan bir kuantum durumu yaratabilirsiniz. Buna "tutarlı durum" adı verilecek; parçacık çiftleri ve her türlü kuantum silme ve bilgisayarla ilgili olarak buna dolanık durum da deniyor.

Hadi devam edelim. (Bu tutarlı durumu hazırlama sürecinin getirdiği sınırlamalar nedeniyle) şunu bilebiliriz: tam dönüş iki parçacıklı sistemimizin değeri sıfırdır. Sorun değil, s-orbitalindeki iki elektronun spinlerinin antiparalel olması gerektiğini yani toplam spinin sıfır olduğunu biliyoruz ve bu bizi hiç korkutmuyor değil mi? Bilmediğimiz şey ise belirli bir parçacığın spininin nereye işaret ettiğidir. Sadece nereye bakarsa baksın ikinci dönüşün diğer yöne bakması gerektiğini biliyoruz. Yani, eğer iki parçacığımızı (A) ve (B) belirtirsek, o zaman durum prensip olarak şu şekilde olabilir: |+1(A), -1(B)> (A yukarıya bakar, B aşağıya bakar) ). Bu izin verilen bir durumdur ve uygulanan kısıtlamaları ihlal etmez. Diğer bir olasılık ise |-1(A), +1(B)> (tam tersi, A aşağı, B yukarı). Ayrıca olası bir durum. Bu size hâlâ biraz önce tek bir elektronun dönüşüyle ​​ilgili yazdığımız durumları hatırlatmıyor mu? Çünkü iki parçacıktan oluşan sistemimiz, kuantum ve tutarlı olmasına rağmen |+1(A); durumlarının süperpozisyonunda olabilir (ve olacaktır); -1(B)> + |-1(A); +1(B)>. Yani her iki olasılık da aynı anda uygulanır. Bir fotonun her iki yörüngesi veya bir elektronun dönüşünün her iki yönü gibi.

Böyle bir sistemi ölçmek, tek bir fotonu ölçmekten çok daha heyecan verici. Aslında sadece bir A parçacığının spinini ölçtüğümüzü varsayalım. Ölçümün bir kuantum parçacığı için şiddetli stres olduğunu, ölçüm işlemi sırasında durumunun büyük ölçüde değişeceğini, çökme meydana geleceğini zaten anlamıştık... Bu doğru, ancak bu durumda A'ya sıkı sıkıya bağlı olan ikinci parçacık B de vardır, bunların ortak bir dalga fonksiyonu vardır! Diyelim ki A spininin yönünü ölçtük ve bunun +1 olduğunu gördük. Ancak A'nın |+1>'e çökmesini sağlayacak kendi dalga fonksiyonu (ya da başka bir deyişle kendi bağımsız durumu) yoktur. A'nın sahip olduğu tek şey, yukarıda yazılan B ile "dolaşık" durumdur. A ölçümü +1 veriyorsa ve A ile B'nin spinlerinin antiparalel olduğunu biliyorsak, B'nin spininin aşağı (-1) dönük olduğunu biliyoruz. Çiftin dalga fonksiyonu mümkün olduğu kadar çöker veya yalnızca |+1(A); -1(B)>. Yazılı dalga fonksiyonu bize başka bir olasılık sunmamaktadır.

Henüz değil? Bir düşünün, tam dönüş korunuyor mu? Şimdi böyle bir A, B çifti oluşturduğumuzu ve bu iki parçacığın birbirinden ayrılarak uçmasına izin verdiğimizi hayal edelim. farklı taraflar, tutarlı kalmak. Bir (A) Merkür'e uçtu. Ve diğeri (B), örneğin Jüpiter'e. Tam o anda Merkür'de olduk ve A dönüşünün yönünü ölçtük. Ne oldu? Tam o anda B spininin yönünü öğrendik ve B'nin dalga fonksiyonunu değiştirdik! Lütfen bunun klasiklerdekiyle aynı olmadığını unutmayın. İki uçan taşın kendi eksenleri etrafında dönmesini sağlayın ve bize döndüklerinden emin olun. zıt taraflar. Bunlardan birinin Merkür'e ulaştığında dönüş yönünü ölçersek, ikincinin dönüş yönünü de bileceğiz, o zamana kadar nerede olursa olsun, Jüpiter'de bile. Ancak bu taşlar ölçümlerimizden önce daima belirli bir yönde dönüyordu. Ve eğer birisi Jüpiter'e doğru uçan bir kayayı ölçerse, o zaman Merkür'de bir şeyi ölçsek de ölçmesek de aynı ve oldukça kesin cevabı alacaktır. Bizim fotonlarımızda ise durum tamamen farklıdır. Ölçümden önce hiçbirinin belirli bir dönüş yönü yoktu. Birisi bizim katılımımız olmadan Mars bölgesinde bir yerde B dönüşünün yönünü ölçmeye karar verseydi ne elde ederdi? Doğru, %50 olasılıkla +1, %50 olasılıkla -1 görecektir. Bu B'nin durumu, süperpozisyondur. Eğer bu kişi, biz A dönüşünü ölçtükten hemen sonra B dönüşünü ölçmeye karar verirse, +1'i görür ve *tüm* dalga fonksiyonunun çökmesine neden olur,
o zaman ölçüm sonucunda %100 olasılıkla yalnızca -1 alacaktır! Ancak ölçüm yaptığımız anda, A nihayet kim olması gerektiğine karar verdi ve dönüşün yönünü "seçti" - ve bu seçim anında *tüm* dalga fonksiyonunu ve halihazırda Tanrı'nın bildiği B'nin durumunu etkiledi. Neresi.

Bu soruna "kuantum mekaniğinin mekansızlığı" denir. Einstein-Podolsky-Rosen paradoksu (EPR paradoksu) olarak da bilinir ve genel olarak silme işleminde yaşananlar bununla ilgilidir. Belki bir şeyleri yanlış anlıyorumdur elbette, ama benim zevkime göre silme ilginç çünkü bu tam da yerelsizliğin deneysel bir gösterimi.

Basitleştirilmiş olarak, silmeyle ilgili bir deney şuna benzeyebilir: Tutarlı (dolanık) foton çiftleri yaratırız. Birer birer: bir çift, sonra bir sonraki, vb. Her çiftte bir foton (A) bir yönde, diğeri (B) diğer yönde uçar. Her şey biraz daha yukarıda tartıştığımız gibi. Foton B'nin yoluna çift yarık yerleştiriyoruz ve duvardaki bu yarığın arkasında ne göründüğünü görüyoruz. Bir girişim deseni ortaya çıkıyor, çünkü bildiğimiz gibi her bir foton B, her iki yarıktan aynı anda her iki yörünge boyunca uçuyor (bu hikayeye başladığımız girişimi hâlâ hatırlıyoruz, değil mi?). B'nin hala A ile tutarlı bir şekilde bağlantılı olması ve A ile ortak bir dalga fonksiyonuna sahip olması onun için oldukça mordur. Deneyi daha da karmaşık hale getirelim: Bir yuvayı yalnızca spini +1 olan fotonların geçmesine izin veren bir filtreyle kaplayın. İkincisini yalnızca spinli (polarizasyon) -1 fotonları ileten bir filtreyle kapatıyoruz. Girişim deseninden keyif almaya devam ediyoruz çünkü genel durumda A, B çiftleri(|+1(A); -1(B)> + |-1(A);+1(B)>, hatırladığımız gibi), her iki spini de içeren B durumları vardır. Yani, "B kısmı" bir filtreden/yuvadan geçebilir ve diğer kısmı da diğerinden geçebilir. Daha önce olduğu gibi, bir "parça" bir yörünge boyunca uçtu, diğeri başka bir yörünge boyunca uçtu (bu elbette bir mecazdır, ancak gerçek bir gerçektir).

Son olarak, sonuç: Merkür'de bir yere veya biraz daha yakına, optik tablonun diğer ucuna, A fotonlarının yoluna bir polarizasyon filtresi ve filtrenin arkasına bir detektör yerleştiriyoruz. Bu yeni filtrenin yalnızca +1 spinli fotonların geçişine izin verdiğini açıkça belirtelim. Dedektör her tetiklendiğinde, spin +1 olan foton A'nın geçtiğini biliyoruz (spin -1 geçmeyecektir). Ancak bu, tüm çiftin dalga fonksiyonunun çöktüğü ve fotonumuzun "kardeşi" olan foton B'nin şu anda yalnızca bir olası duruma -1 sahip olduğu anlamına gelir. Tüm. Foton B'nin artık geçeceği "hiçbir şey" yok; yalnızca +1 polarizasyonun geçmesine izin veren bir filtreyle kaplı bir yuva. O bileşen kalmadı. Bu foton B'yi "tanımak" çok basittir. Birer birer çiftler oluşturuyoruz. A fotonunun bir filtreden geçtiğini tespit ettiğimizde geldiği zamanı kaydederiz. Mesela bir buçuk. Bu, “kardeşi” B'nin de bir buçukta duvara uçacağı anlamına geliyor. Ya da 1:36'da, eğer biraz daha uzağa uçarsa ve dolayısıyla daha uzun süre uçarsa. Orada da süreleri kaydediyoruz, yani kimin kim olduğunu, kimin kiminle akraba olduğunu karşılaştırabiliyoruz.

Yani şimdi duvarda hangi resmin ortaya çıktığına bakarsak herhangi bir müdahale tespit etmeyeceğiz. Her çiftten gelen Foton B ya bir yarıktan ya da diğerinden geçer. Duvarda iki nokta var. Şimdi filtreyi foton A'nın yolundan kaldırıyoruz. Girişim deseni geri yükleniyor.

...ve son olarak gecikmiş seçim hakkında
Foton A'nın filtresine/dedektörüne ulaşması, foton B'nin yarıklara ulaşmasından daha uzun sürdüğünde durum tamamen perişan hale gelir. B'nin zaten duvara ulaşması ve bir girişim deseni yaratması gerektiğinden ölçümü yaparız (ve A'yı çözmeye ve dalga fonksiyonunu çökmeye zorlarız). Ancak A'yı "olması gerekenden daha geç" bile olsa ölçerken, B fotonlarının girişim deseni hala kayboluyor. A filtresini kaldırıyoruz - geri yükleniyor. Bu zaten gecikmiş bir silme işlemidir. Neyle yediklerini pek iyi anladığımı söyleyemem.

Değişiklikler ve açıklamalar.
İki dolanık fotonlu bir cihaz yapana kadar, kaçınılmaz basitleştirmelere tabi olarak her şey doğruydu. İlk olarak foton B girişime maruz kalır. Filtrelerle çalışmıyor gibi görünüyor. Polarizasyonu doğrusaldan dairesele değiştiren plakalarla kaplamanız gerekir. Bunu açıklamak zaten daha zor 😦 Ama asıl mesele bu değil. Önemli olan, yuvaları farklı filtrelerle kapattığımızda parazitin ortadan kalkmasıdır. Foton A'yı ölçtüğümüz anda değil, hemen. İşin zor yanı, plaka filtreleri takarak foton B'yi "etiketlemiş" olmamızdır. Başka bir deyişle, foton B, tam olarak hangi yörüngede uçtuklarını bulmamızı sağlayan ek bilgiler taşır. *Eğer* A fotonunu ölçersek, B'nin tam olarak hangi yörüngede uçtuğunu bulabileceğiz, bu da B'nin girişimle karşılaşmayacağı anlamına gelir. Buradaki incelik, A'yı fiziksel olarak "ölçmenin" gerekli olmamasıdır! Geçen sefer fena halde yanıldığım yer burasıydı. Parazitin ortadan kalkması için A'yı ölçmeye gerek yoktur. Eğer foton B'nin hangi yörüngeleri izlediğini ölçmek ve bulmak mümkünse, bu durumda hiçbir girişim olmayacaktır.

Aslında bu hala yaşanabiliyor. Orada, aşağıdaki bağlantıda insanlar bir şekilde çaresizce ellerini silkiyorlar ama bana göre (belki yine yanılıyorumdur? 😉) açıklaması şu: yuvalara filtreler koyarak sistemi zaten büyük ölçüde değiştirdik. Fotonun geçtiği veya son anda el salladığı kutuplaşmayı veya yörüngeyi gerçekten kaydedip kaydetmediğimiz önemli değil. Her şeyi ölçüm için “hazırlamış olmamız” ve halihazırda devletleri etkilememiz önemli. Bu nedenle, fiili olarak “ölçmeye” (bir termometre getiren ve sonucu bir günlüğe kaydeden bilinçli bir insansı gözlemci anlamında) gerek yoktur. Bir anlamda her şey (sistem üzerindeki etki açısından) zaten “ölçüldü”. İfade genellikle şu şekilde formüle edilir: "*eğer* foton A'nın polarizasyonunu ölçersek, o zaman foton B'nin polarizasyonunu ve dolayısıyla onun yörüngesini bileceğiz ve foton B belirli bir yörünge boyunca uçtuğu için o zaman hiçbir parazit yapmak; foton A'yı ölçmemize bile gerek yok; bu ölçümün mümkün olması yeterli; foton B ölçülebileceğini biliyor ve müdahale etmeyi reddediyor." Bunda bazı gizemler var. Evet, reddediyor. Çünkü sistem bu şekilde hazırlanmıştı. Sistem, fotonun iki yörüngeden hangisinin uçtuğunu belirlemek için ek bilgiye sahipse (bir yol varsa), o zaman hiçbir girişim olmayacaktır.

Size her şeyi fotonun tek bir delikten geçmesini sağlayacak şekilde ayarladığımı söylersem, hiçbir girişim olmayacağını hemen anlayacaksınız. Koşup kontrol edebilir (“ölçebilir”) ve doğruyu söylediğimden emin olabilirsiniz ya da buna bu şekilde inanabilirsiniz. Yalan söylemediysem, acele etseniz de kontrol etmeseniz de müdahale olmaz :) Buna göre “ölçülebilir” ifadesi aslında “sistem öyle özel hazırlanmış ki.. .”. Hazırlanmış ve hazırlanmış, yani burada henüz bir çökme söz konusu değil. “Etiketlenmiş” fotonlar var ve girişim yok.

Sonra - neden aslında silme tüm bunlardır - bize şunu söylüyorlar: hadi sistem üzerinde bu işaretleri foton B'den "silecek" şekilde hareket edelim - o zaman tekrar müdahale etmeye başlayacaklar. Hatalı bir modelde de olsa daha önce yaklaştığımız ilginç bir nokta, foton B'ye dokunulmadan ve plakaların yuvalarda bırakılabilmesidir. Foton A'yı çekebilirsiniz ve tıpkı çökme sırasında olduğu gibi, durumundaki bir değişiklik sistemin toplam dalga fonksiyonunda (yerel olmayan) bir değişikliğe neden olacaktır, böylece hangi yarık foton B'nin geçtiğini belirlemek için artık yeterli bilgiye sahip olmayacağız. Yani, foton A'nın yoluna bir polarizör yerleştiririz - foton B'nin girişimi geri yüklenir. Gecikmeli durumda her şey aynıdır; bunu, foton A'nın polarizöre uçmasının, B'nin yarıklara ulaşmasından daha uzun sürmesini sağlayacak şekilde yapıyoruz. Ve yine de, eğer A'nın yolunda bir polarizör varsa, o zaman B müdahale eder (her ne kadar A polarizöre ulaşmadan "önce" olsa da)!

Beslemek. Yapabilirsiniz veya kendi sitenizden.