Биёед баргардем ба механикаи квантӣ чӣ гуна аст ва чӣ гуна онро истифода бурдан мумкин аст.

Манзараи ноаён

Хуб, пас шумо бӯи қаҳва ҳис мекунед, шумо қариб бедор ҳастед. Чашмони шумо ба реҷаи ҳаррӯза омодаанд, мижа мезананд ва каме равшанӣ медиҳанд. Вақте ки шумо дар бораи он фикр мекунед, зарраҳои рӯшноӣ, ки ба рӯй ва чашмони шумо ворид мешаванд, миллион сол пеш дар маркази офтоб, дар замоне, ки гузаштагони мо оташро истифода мебурданд, ба вуҷуд омаданд. Офтоб ҳатто зарраҳоеро, ки бо номи фотонҳо мефиристоданд, агар онҳо барои ҳамон як падидае, ки асоси ҳисси бӯи мо, нақбкунии квантӣ буданд, ниёз надоштанд.

Тақрибан 150 миллион километр Офтоб ва Заминро ҷудо мекунад, фотонҳо барои тай кардани ин масофа ҳамагӣ ҳашт дақиқа вақт мегиранд. Аммо, аксари саёҳати онҳо дар дохили офтоб сурат мегирад, ки дар он фотони маъмулӣ миллион солро барои гурехтан сарф мекунад. Ҳамин тариқ, ин масъала дар миёнаи ситораи мо маҳфуз аст, ки дар он ҷо гидроген нисбат ба сурб тақрибан 13 маротиба зичтар аст ва фотонҳо метавонанд қабл аз он ки ба ионҳои гидроген ғарқи шаванд, фраксияи бепоёни як сония ҳаракат кунанд ва пас фотонро барои ҳаракат аз Офтоб бардоранд ва ғайра. Пас аз тақрибан миллиард аз чунин ҳамкориҳо, дар ниҳоят дар сатҳи Офтоб фотон пайдо мешавад, ки миллионҳо сол дар ин ҷо нур мепошид.

Механикаи квантӣ (© Ҷей Смит)

Фотонҳо ҳеҷ гоҳ ба вуҷуд намеомаданд ва Офтоб бидуни нақбкунии квантӣ дурахшон намешуд. Офтоб ва ҳамаи ситораҳои дигар тавассути омехтаи ҳастаӣ равшанӣ эҷод мекунанд, ионҳои гидрогенро мешикананд ва дар раванде, ки энергияро хориҷ мекунанд, гелий эҷод мекунанд. Дар ҳар сония офтоб тақрибан 4 миллион тонна моддаҳоро ба энергия табдил медиҳад. Танҳо ионҳои гидроген, ба монанди протонҳои инфиродӣ, зарядҳои мусбии электрӣ доранд ва якдигарро дафъ мекунанд. Пас чӣ гуна онҳо метавонанд бо якдигар муттаҳид шаванд?
Дар нақбкунии квантӣ, хусусияти мавҷии протонҳо баъзан ба онҳо имкон медиҳад, ки ба осонӣ ба монанди мавҷҳо, ки дар сатҳи ҳавз ҳамҷоя мешаванд, ба ҳам пошанд. Далели он, ки онҳо бо ҳам мепайвандад, мавҷҳои протонро ба дараҷае наздик мекунанд, ки қувваи дигаре, ба монанди қувваи тавонои ҳастаӣ, ки танҳо дар масофаҳои хеле кӯтоҳ амал мекунад, тавони барқии зарраҳоро бартараф карда метавонад. Пас протонҳо барои озод кардани як фотон фаноро мегиранд.

Чашмони мо ба фотонҳо хеле ҳассосанд

Чашмони мо ба ин фотонҳо хеле ҳассос буданд. Баъзе таҷрибаҳои охир нишон доданд, ки мо ҳатто фотонҳои инфиродиро ошкор карда метавонем, ки ин имконияти ҷолибро ба бор меорад: оё одамон баъзе ҳолатҳои махсуси механикаи квантиро ошкор карда метавонанд? Оё ин чунин маъно дорад, ки шахс, ба монанди фотон ё электрон ё гурбаи бадбахт Шредингер, агар вай бевосита дар олами квантӣ иштирок кунад, ҳамзамон мурда ва зинда аст? Чунин таҷриба метавонад чӣ гуна бошад?

Чашми инсон

"Мо намедонем, зеро касе кӯшиш накард" гуфт Ребекка Холмс, физики лабораторияи миллии Лос Аламос дар Ню-Мексико. Се сол пеш, вақте ки ӯ Донишгоҳи Иллинойсро дар Урбан-Шампейн хатм кард, Ҳолмс дар ҳайати гурӯҳе буд, ки ба он Пол Квиат роҳбарӣ мекард, ки нишон дод, ки одамон дурахши кӯтоҳи нурро, ки аз се фотон иборат аст, муайян карда метавонанд. Дар соли 2016, вай фаҳмид, ки гурӯҳи олимони рақобатпазир бо роҳбарии физик Алипаша Вазири дар Донишгоҳи Рокфеллер дар Ню Йорк маълум карданд, ки одамон воқеан фотонҳои инфиродиро мебинанд. Аммо, мо мебинем, ки таҷриба метавонад ба таври дақиқ тасвир карда нашавад. Вазирӣ, вай кӯшиш кард, ки худи фотонҳо медурахшад, ба маҷаллаи Натура гуфт, “Ин ба дидани нур монанд нест. Ин тақрибан эҳсосе дар остонаи хаёл аст. "

Механикаи квантӣ - озмоишҳо

Дар ояндаи наздик, Холмс ва Вазирӣ интизоранд, ки таҷрибаҳо санҷиш мекунанд, ки одамон ҳангоми ба ҳолатҳои махсуси квантӣ дохил кардани фотонҳо чӣ чизро қабул мекунанд. Масалан, физикҳо метавонанд як фотонро ба он чизе, ки онҳо суперпозиция меноманд, пайванд кунанд, ки фотонҳо дар як вақт дар ду ҷои гуногун вуҷуд доранд. Холмс ва ҳамкорони ӯ як таҷрибаро бо ду сенария таҳия карданд, ки оё одамон суперпозицияи фотонҳоро мустақиман дарк карда метавонанд. Дар сенарияи аввал, як фотон ба тарафи чап ё рости ретинаи инсон мерасид ва касе пай мебарад, ки вай фотонро дар кадом тарафи ретинара эҳсос кардааст. Дар сенарияи дуввум, фотон дар суперпозицияи квантӣ ҷойгир карда мешуд, ки ба он имкон медиҳад, ки гӯё ғайриимкон бошад - дар як вақт парвоз кардан ба паҳлӯҳои рост ва чапи retina.

Оё касе нурро дар ду тарафи ретинара муайян мекунад? Ё оё таъсири мутақобили фотон дар чашм боиси "фурӯ рафтани" суперпозиция мегардад? Агар ин тавр бошад, оё он тавре, ки назария пешниҳод мекунад, дар ҳарду тарафи рост ва чап зуд-зуд рух медиҳад?

Ребекка Холмс мегӯяд:

"Дар асоси механикаи квантии стандартӣ, фотон дар суперпозиция эҳтимолан аз фотони воқеан ба таври тасодуфӣ интиқолёфта ба чап ё рост фарқ намекунад."

Агар маълум шавад, ки баъзе иштирокчиёни озмоиш воқеан фотонро дар ҳарду ҷой ҳамзамон дарк кардаанд, оё ин маънои онро дорад, ки худи шахс дар ҳолати квантӣ буд?

Ребекка Холмс илова мекунад:

"Шумо гуфта метавонистед, ки нозир дар як муддати кӯтоҳ ба як суперпозисияи квантӣ танҳо монд, аммо касе инро то ҳол санҷида нагирифтааст, аз ин рӯ мо аслан намедонем. Барои ҳамин чунин озмоиш анҷом медиҳад. "

Шумо ба тарзи худ дарк мекунед

Акнун биёед ба пиёлаи қаҳва баргардем. Шумо кружкаро ҳамчун як матои сахт ҳис мекунед, ки бо пӯсти дастатон сахт алоқа дорад. Аммо ин танҳо як хаёл аст. Мо ҳеҷ гоҳ ба чизе даст намерасонем, ҳадди аққал ба маънои ду пораи ҷисми сахт, ки ба ҳам мерасанд. Зиёда аз 99,9999999999 фоизи атом аз фазои холӣ иборат аст, бо қариб ҳамаи масъалаҳо дар маркази худ мутамарказ карда шудаанд.

Механикаи квантӣ (© Ҷей Смит)

Вақте ки шумо косаро бо дастҳо доред, ба назар чунин мерасад, ки аз они ӯст қувват аз муқовимати электронҳо дар коса ва дар даст аст. Худи электронҳо умуман ҳаҷм надоранд, ин танҳо андозаи аёнии майдони заряди манфии барқ ​​аст, ки атомҳо ва молекулаҳоро мисли абр иҳота мекунад. Қонунҳои механикаи квантӣ онҳоро бо сатҳҳои махсуси энергетикӣ дар атрофи атомҳо ва молекулаҳо маҳдуд мекунанд. Ҳангоме ки даст косаро мегирад, он электронҳоро аз як сатҳ ба дараҷаи дигар тела медиҳад ва барои ин энергияи мушакҳо лозим аст, ки ҳангоми ба ягон чизи сахт расидан мағзи сар онро муқовимат маънидод мекунад.

Ҳисси ламси мо аз ҳамкории бениҳоят мураккаби байни электронҳо дар атрофи молекулаҳои бадани мо ва молекулаҳои ашёе, ки мо ба онҳо мерасем, сарчашма мегирад. Аз ин маълумот, мағзи мо тасаввуроте ба вуҷуд меорад, ки мо як ҷисми сахт дар тамоми дунёи пур аз ашёи сахти дигар ҳаракат мекунем. Тамос бо онҳо ҳисси дақиқи воқеиятро ба мо намедиҳад. Мумкин аст, ки ягон дарки мо ба он чизе, ки воқеан рӯй дода истодааст, мувофиқат накунад. Доналд Хоффман, неврологи маърифатии Донишгоҳи Калифорния, Ирвин, чунин мешуморад, ки ҳиссиёт ва мағзи сари мо барои пинҳон кардани табиати воқеият инкишоф ёфтаанд, на барои ошкор кардани он.

"Фикри ман ин аст, ки далел, ҳар чӣ бошад, хеле мураккаб аст ва барои коркарди мо вақт ва қувваи зиёдро талаб мекунад."

Муқоисаи тасвири ҷаҳон дар мағзи сар бо интерфейси графикии компютер

Гофман тасвири сохти ҷаҳонро дар мағзи мо, бо интерфейси графикии экрани компютер муқоиса мекунад. Ҳама нишонаҳои рангоранги экран, аз қабили қуттиҳои ахлот, нишоннамои муш ва ҷузвдонҳои файл, ба он чизе, ки воқеан дар дохили компютер мегузарад, ҳеҷ иртибот надоранд. Ин танҳо абстраксияҳо, соддакуниҳо мебошанд, ки ба мо имкон медиҳанд бо электроникаи мураккаб муошират кунем.

Ба ақидаи Ҳофман, эволютсия мағзи моро тағир дод, то мисли интерфейси графикӣ кор кунад, ки ҷаҳонро содиқона дубора афзоиш надиҳад. Эволютсия рушди дарки дақиқро дастгирӣ намекунад, танҳо он чизеро истифода мебарад, ки зинда монданро имкон медиҳад.

Тавре ки Гофман мегӯяд:

"Қоидаҳои шакл бар воқеият."

Ҳоффман ва аспирантони ӯ дар солҳои охир садҳо ҳазор моделҳои компютериро озмоиш карданд, то ғояҳои худро дар симулятсияҳои шаклҳои сунъии ҳаёт, ки барои захираҳои маҳдуд рақобат мекунанд, бисанҷанд. Дар ҳар сурат, организмҳо барномарезӣ шудаанд, ки ба афзалияти ҷисмонӣ афзалият медиҳанд, вақте ки далелҳо бо далелҳо барои дарки дақиқ мувофиқат намекунанд.

Масалан, агар як организм барои дуруст дарк кардани масалан, миқдори умумии обе, ки дар муҳити атроф пешбинӣ шудааст ва он бо организме дучор ояд, ки барои дарки чизи оддитаре танзим карда шудааст, масалан, миқдори оптималии обе, ки барои зинда мондан лозим аст. Пас, дар ҳоле ки як организм метавонад шакли дақиқи воқеиятро ба вуҷуд орад, ин хосият қобилияти зинда мондани онро зиёд намекунад. Таҳқиқоти Гофман ӯро ба хулосаи ҷолиб овард:

"То он дараҷае, ки мо барои нигоҳ доштани ҳаёт мутобиқат кардаем, мо ба воқеият мувофиқат нахоҳем кард. Мо ин корро карда наметавонем. "

Назарияи квантӣ

Фикрҳои ӯ бо он чизе мувофиқат мекунанд, ки баъзе физикҳо онро ғояи марказии назарияи квантӣ мешуморанд - дарки воқеият комилан объективӣ нест, мо наметавонем аз ҷаҳони мушоҳидашуда ҷудо шавем.

Хоффман ин нуқтаи назарро пурра инъикос мекунад:

"Фазо танҳо як сохтори маълумот аст ва ҷисмҳои ҷисмонӣ худ сохторҳои иттилоотӣ мебошанд, ки мо онҳоро ҳангоми парвоз ба вуҷуд меорем. Вақте ки ман ба теппае менигарам, ин сохтори маълумотро эҷод мекунам. Пас аз он менигарам ва ин сохтори додаҳоро мешиканам, зеро ман дигар ба он ниёз надорам. "

Чӣ тавре ки асари Гофман нишон медиҳад, мо ҳанӯз маънои пурраи назарияи квантӣ ва он чизе ки дар бораи табиати воқеият мегӯяд, баррасӣ накардаем. Худи Планк дар тӯли тамоми ҳаёти худ мекӯшид, ки назарияи ба вуҷуд овардашуда кӯмак кунад ва ҳамеша ба дарки объективии коинот, ки новобаста аз мо вуҷуд дошт, боварӣ дошт.

Боре ӯ дар бораи он навиштааст, ки чаро бар хилофи маслиҳати устодаш тасмим гирифт, ки ба физика машғул шавад:

"Ҷаҳони беруна чизи мустақил аз инсон аст, ин як чизи мутлақ аст ва ҷустуҷӯи қонунҳое, ки ба ин марбутанд, ба назари ман беҳтаринтарин таҷрибаи илмии зиндагӣ менамуданд."

Метавонад як асри дигар лозим шавад, то як инқилоби дигар дар физика собит кунад, ки ӯ ба монанди профессори худ Филип фон Ҷолли дуруст ё нодуруст аст.