Spilgti mirdzēja koku zelta rudens lapotne. Vakara saules stari skāra retinātās galotnes. Gaisma izlauzās cauri zariem un iestudēja dīvainu figūru skatienu, kas mirgo uz universitātes "kapterka" sienas.
Sera Hamiltona domīgais skatiens lēnām paslīdēja, vērojot chiaroscuro spēli. Īru matemātiķa galvā bija īsts domu, ideju un secinājumu kūstošais katls. Viņš labi apzinājās, ka daudzu parādību izskaidrošana ar Ņūtona mehānikas palīdzību ir kā ēnu spēle uz sienas, mānīgi savijot figūras un atstājot daudzus jautājumus bez atbildes. "Varbūt tas ir vilnis… vai varbūt tā ir daļiņu straume," prātoja zinātnieks, "vai arī gaisma ir abu parādību izpausme. Kā figūras, kas austas no ēnas un gaismas.”
Kvantu fizikas sākums
Ir interesanti vērot lieliskus cilvēkus un mēģināt saprast, kā dzimst lieliskas idejas, kas maina visas cilvēces evolūcijas gaitu. Hamiltons ir viens no tiem, kas stāvēja pie kvantu fizikas pirmsākumiem. Piecdesmit gadus vēlāk, divdesmitā gadsimta sākumā, daudzi zinātnieki nodarbojās ar elementārdaļiņu izpēti. Iegūtās zināšanas bija nekonsekventas un neapkopotas. Tomēr pirmie drebošie soļi tika sperti.
Izpratne par mikropasauli 20. gadsimta sākumā
1901. gadā tika prezentēts pirmais atoma modelis un parādīta tā atteice no parastās elektrodinamikas viedokļa. Tajā pašā laika posmā Makss Planks un Nīls Bors publicēja daudzus darbus par atoma būtību. Neskatoties uz viņu rūpīgo darbu, nebija pilnīgas izpratnes par atoma uzbūvi.
Dažus gadus vēlāk, 1905. gadā, mazpazīstams vācu zinātnieks Alberts Einšteins publicēja ziņojumu par gaismas kvanta pastāvēšanas iespējamību divos stāvokļos – viļņu un korpuskulārā (daļiņās). Viņa darbā tika sniegti argumenti, izskaidrojot modeļa neveiksmes iemeslu. Tomēr Einšteina redzējumu ierobežoja vecā izpratne par atoma modeli.
Pēc neskaitāmiem Nīla Bora un viņa kolēģu darbiem 1925. gadā radās jauns virziens - sava veida kvantu mehānika. Izplatīts izteiciens - "kvantu mehānika" parādījās trīsdesmit gadus vēlāk.
Ko mēs zinām par kvantiem un to dīvainībām?
Šodien kvantu fizika ir gājusi pietiekami tālu. Ir atklātas daudzas dažādas parādības. Bet ko mēs īsti zinām? Atbildi sniedz viens mūsdienu zinātnieks. "Var vai nu ticēt kvantu fizikai, vai arī to nesaprast," ir Ričarda Feinmena definīcija. Padomā pats. Pietiks pieminēt tādu parādību kā daļiņu kvantu sapīšanās. Šī parādība ir iedzinusi zinātnes pasauli pilnīgas apjukuma stāvoklī. Vēl lielāks šoksbija tāds, ka iegūtais paradokss nav savienojams ar Ņūtona un Einšteina likumiem.
Pirmo reizi fotonu kvantu sapīšanās efekts tika apspriests 1927. gadā piektajā Solvay kongresā. Starp Nīlsu Boru un Einšteinu izcēlās karsts strīds. Kvantu sapīšanās paradokss ir pilnībā mainījis izpratni par materiālās pasaules būtību.
Ir zināms, ka visi ķermeņi sastāv no elementārdaļiņām. Attiecīgi visas kvantu mehānikas parādības tiek atspoguļotas parastajā pasaulē. Nīls Bors teica, ka, ja mēs neskatāmies uz mēnesi, tad tas neeksistē. Einšteins uzskatīja to par nepamatotu un uzskatīja, ka objekts pastāv neatkarīgi no novērotāja.
Pētot kvantu mehānikas problēmas, jāsaprot, ka tās mehānismi un likumi ir savstarpēji saistīti un nepakļaujas klasiskajai fizikai. Mēģināsim izprast vispretrunīgāko jomu - daļiņu kvantu sapīšanās.
Kvantu sapīšanās teorija
Sākumā ir vērts saprast, ka kvantu fizika ir kā bezdibena aka, kurā var atrast jebko. Kvantu sapīšanās fenomenu pagājušā gadsimta sākumā pētīja Einšteins, Bors, Maksvels, Boils, Bels, Planks un daudzi citi fiziķi. Visā divdesmitajā gadsimtā tūkstošiem zinātnieku visā pasaulē to aktīvi pētīja un eksperimentēja.
Pasaule ir pakļauta stingriem fizikas likumiem
Kāpēc ir tāda interese par kvantu mehānikas paradoksiem? Viss ir ļoti vienkārši: mēs dzīvojam, pakļaujoties noteiktiem fiziskās pasaules likumiem. Spēja “apiet” predestināciju paver maģiskas durvis tālākkur viss kļūst iespējams. Piemēram, jēdziens "Šrēdingera kaķis" noved pie matērijas kontroles. Tāpat kļūs iespējams teleportēt informāciju, kas izraisa kvantu sapīšanās. Informācijas pārraide kļūs tūlītēja neatkarīgi no attāluma. Šis jautājums joprojām tiek pētīts, taču tam ir pozitīva tendence.
Analoģija un izpratne
Kāda ir kvantu sapīšanās unikalitāte, kā to saprast un kas ar to notiek? Mēģināsim to izdomāt. Tas prasīs kādu domu eksperimentu. Iedomājieties, ka jūsu rokās ir divas kastes. Katrā no tiem ir viena bumbiņa ar svītru. Tagad mēs iedodam vienu kasti astronautam, un viņš lido uz Marsu. Tiklīdz jūs atverat kastīti un redzat, ka svītra uz bumbas ir horizontāla, tad otrā lodziņā bumbiņai automātiski būs vertikāla svītra. Tā būs kvantu sapīšanās, kas izteikta vienkāršos vārdos: viens objekts iepriekš nosaka cita atrašanās vietu.
Tomēr jāsaprot, ka tas ir tikai virspusējs skaidrojums. Lai iegūtu kvantu sapīšanos, ir nepieciešams, lai daļiņām būtu vienāda izcelsme, piemēram, dvīņiem.
Ir ļoti svarīgi saprast, ka eksperiments tiks izjaukts, ja kādam pirms jums būs iespēja apskatīt vismaz vienu no objektiem.
Kur var izmantot kvantu sapīšanu?
Kvantu sapīšanās principu var izmantot, lai pārraidītu informāciju lielos attālumosuzreiz. Šāds secinājums ir pretrunā ar Einšteina relativitātes teoriju. Tajā teikts, ka maksimālais kustības ātrums ir raksturīgs tikai gaismai - trīs simti tūkstoši kilometru sekundē. Šāda informācijas pārsūtīšana ļauj pastāvēt fiziskai teleportācijai.
Viss pasaulē ir informācija, arī matērija. Kvantu fiziķi nonāca pie šāda secinājuma. 2008. gadā, balstoties uz teorētisko datubāzi, bija iespējams ar neapbruņotu aci redzēt kvantu sapīšanās.
Tas kārtējo reizi liek domāt, ka esam uz lielu atklājumu robežas – kustība telpā un laikā. Laiks Visumā ir diskrēts, tāpēc momentāna kustība lielos attālumos dod iespēju nokļūt dažādos laika blīvumos (pamatojoties uz Einšteina, Bora hipotēzēm). Iespējams, nākotnē tā būs realitāte, tāpat kā mobilais tālrunis šodien.
Ēterdinamika un kvantu sapīšanās
Pēc dažu vadošo zinātnieku domām, kvantu sapīšanās ir izskaidrojama ar to, ka telpa ir piepildīta ar sava veida ēteri – melno vielu. Jebkura elementārdaļiņa, kā mēs zinām, pastāv viļņa un korpusa (daļiņas) formā. Daži zinātnieki uzskata, ka visas daļiņas atrodas uz tumšās enerģijas "audekla". To nav viegli saprast. Mēģināsim to izdomāt citā veidā - ar asociācijas metodi.
Iedomājieties sevi pludmalē. Neliels vējiņš un neliels vējiņš. Redzi viļņus? Un kaut kur tālumā, saules staru atspulgos, ir redzama buru laiva.
Kuģis būs mūsu elementārdaļiņa, un jūra būs ēteris (tumšs).enerģija). Jūra var kustēties redzamu viļņu un ūdens pilienu veidā. Tādā pašā veidā visas elementārdaļiņas var būt tikai jūra (tās neatņemama sastāvdaļa) vai atsevišķa daļiņa - piliens.
Šis ir vienkāršots piemērs, viss ir nedaudz sarežģītāk. Daļiņas bez novērotāja klātbūtnes ir viļņa formā un tām nav noteiktas vietas.
B altā buru laiva ir izcils objekts, kas atšķiras no jūras ūdens virsmas un struktūras. Tādā pašā veidā enerģijas okeānā ir "virsotnes", kuras mēs varam uztvert kā mums zināmu spēku izpausmes, kas ir veidojušas pasaules materiālo daļu.
Mikropasaule dzīvo pēc saviem likumiem
Kvantu sapīšanās principu var saprast, ja ņemam vērā faktu, ka elementārdaļiņas ir viļņu formā. Bez noteiktas atrašanās vietas un īpašībām abas daļiņas atrodas enerģijas okeānā. Brīdī, kad parādās novērotājs, vilnis “pārvēršas” par objektu, kas ir pieejams pieskarties. Otrā daļiņa, novērojot līdzsvara sistēmu, iegūst pretējas īpašības.
Aprakstītais raksts nav vērsts uz ietilpīgiem kvantu pasaules zinātniskiem aprakstiem. Parasta cilvēka spēja saprast ir balstīta uz piedāvātā materiāla izpratnes pieejamību.
Daļiņu fizika pēta kvantu stāvokļu samezglošanos, pamatojoties uz elementārdaļiņas griešanos (rotāciju).
Zinātniskā valoda (vienkāršota) - kvantu sapīšanos nosaka dažādi griezieni. ATObjektu novērošanas procesā zinātnieki redzēja, ka var būt tikai divi griezieni - gar un šķērsām. Savādi, bet citās pozīcijās daļiņas “nepozē” novērotājam.
Jauna hipotēze - jauns skatījums uz pasauli
Mikrokosma - elementārdaļiņu telpas - izpēte radīja daudzas hipotēzes un pieņēmumus. Kvantu sapīšanās efekts mudināja zinātniekus aizdomāties par sava veida kvantu mikrorežģa esamību. Pēc viņu domām, katrā mezglā - krustošanās punktā - ir kvants. Visa enerģija ir neatņemams režģis, un daļiņu izpausme un kustība ir iespējama tikai caur režģa mezgliem.
Šāda režģa "loga" izmērs ir diezgan mazs, un mūsdienu aprīkojuma mērīšana nav iespējama. Tomēr, lai apstiprinātu vai atspēkotu šo hipotēzi, zinātnieki nolēma izpētīt fotonu kustību telpiskā kvantu režģī. Apakšējā līnija ir tāda, ka fotons var pārvietoties vai nu taisni, vai zigzagos - pa režģa diagonāli. Otrajā gadījumā, pārvarot lielāku attālumu, viņš tērēs vairāk enerģijas. Attiecīgi tas atšķirsies no fotona, kas kustas taisnā līnijā.
Varbūt ar laiku uzzināsim, ka dzīvojam telpiskā kvantu režģī. Vai arī šis pieņēmums var būt nepareizs. Taču tieši kvantu sapīšanās princips norāda uz režģa pastāvēšanas iespējamību.
Vienkārši sakot, hipotētiskā telpiskā "kubā" vienas sejas definīcijai ir skaidri pretēja nozīme otrai. Tas ir telpas struktūras saglabāšanas princips -laiks.
Epilogs
Lai izprastu kvantu fizikas maģisko un noslēpumaino pasauli, ir vērts rūpīgi aplūkot zinātnes gaitu pēdējo piecsimt gadu laikā. Kādreiz Zeme bija plakana, nevis sfēriska. Iemesls ir acīmredzams: ja ņemat tā formu kā apaļu, tad ūdens un cilvēki nespēs pretoties.
Kā mēs redzam, problēma pastāvēja tad, ja nebija pilnīga redzējuma par visiem darbojošajiem spēkiem. Iespējams, ka mūsdienu zinātnei trūkst redzējuma par visiem darbojošajiem spēkiem, lai izprastu kvantu fiziku. Redzes nepilnības rada pretrunu un paradoksu sistēmu. Iespējams, maģiskā kvantu mehānikas pasaule sniedz atbildes uz šiem jautājumiem.
