Квантовата физика за манекени

Добре дошли в блога! Много съм щастлив за вас!

Ще разберете, основни понятия и парадокси на квантовата физика. От статията ще научите:

Какво е квантова физика и квантовата механика?

Квантовата механика - това е част от квантовата физика.

Защо е толкова трудно да се разбере науката? Отговорът е прост: квантова физика и квантовата механика (част от квантовата физика), за да изучават законите на микросвета. И тези закони са напълно различни от законите на нашата видим с просто око свят. Поради това е трудно да си представим какво се случва с фотони и в един микрокосмос.

Един пример за разликата на законодателствата на макро- и микро-свята. в нашата видим с просто око свят, ако си сложиш една топка в един от 2 кутии, а след това един от тях ще бъде празна, а другата - на топката. Но в един микрокосмос (ако вместо на топка - атом) атом може да съществува едновременно в две кутии. Това е многократно потвърдена експериментално. Не е ли трудно да се задържи в главата ти? Но фактите не спорят.

Друг пример. Можете снимат бързо състезания червен спортен автомобил и видя размазана снимка хоризонтална лента, сякаш машината по време на снимката е на няколко точки в пространството. Въпреки това, което виждате на снимката, все още се, че машината е в този момент, когато сте да правите снимки OO е в една определено място в пространството. В микро света не е така. Електрон която се върти около ядрото на атома, в действителност, не се върти, и в същото време във всички точки на областта около ядрото на атома. Като рана намотка хлабав пухкав вълна. Тази концепция в областта на физиката, наречен "електронен облак".

Кратка екскурзия в историята. За първи път учените мислеха за квантовия свят, когато през 1900 г. на немския физик Макс Планк се опита да разбере защо, когато отопляеми метали променят цвета си. Именно той въвежда понятие от квантовата. Преди това, учените са смятали, че светлината се движи непрекъснато. Първият, който взе на сериозно откриването на Планк е всеки, след това неизвестен Алберт Айнщайн. Той осъзна, че светлината - не е просто една вълна. Понякога той се държи като частица. Айнщайн получава Нобелова награда за откритието си, че светлината се излъчва на порции, кванти. Квантовата на светлината се нарича фотон (един фотон, Уикипедия).

За да бъде по-лесно за разбиране на законите на квантовата физика и механика (Wikipedia). ние трябва в известен смисъл се абстрахира от обичайните ни закони на класическата физика. И представете си, че zanyrnul като Алиса в заешката дупка, в страната на чудесата.

Ето един комикс за деца и възрастни. Той описва основното експеримента на квантовата механика с 2 прорези и наблюдателя. Тя трае само 5 минути. Погледни го, преди да се рови в основните въпроси и понятия на квантовата физика.

Какво е намеса?

В началото на филма е показано на пример на течността, както се държат вълни - над табелката с екран с прорези се появи тъмно и светло редуващи се вертикални ивици. И в случая, когато плочите "стреля" дискретни частици (например, камъни), които преминават през отвора и два падането на екрана точно срещу прорезите. И "нарисува" на екрана е само на 2 вертикални ивици.

Смущения на светлината - една "вълна" поведение на светлината, когато на екрана показва много променлив светли и тъмни вертикални ивици. Но тези вертикални ивици се наричат ​​шаблон смущения.

В нашия видим с просто око свят, ние често виждаме, че светлината се държи като вълна. Ако сложи ръка пред свещта, а след това на стената няма да бъде ясна сянка на ръката, но с размити контури.

Така че, не всичко е толкова трудно! Сега сме съвсем ясно, че светлината е вълна природата, и ако двете цепки на осветителната светлина екранът зад тях ние виждаме един модел смущения. А сега да разгледаме втория експеримент. Това е най-известният Stern-Герлах експеримент (който се провежда в 20-те години на миналия век).

В инсталацията, описана в този филм, светлината не се блестеше и "изстрел" електрони (като отделни частици). След това, в началото на миналия век, физиците по света вярват, че електроните - е най-елементарните частици на материята, а не трябва да има вълна природата, а същите като камъни. Тъй като електроните - е най-елементарните частици на материята, нали? Това означава, че ако те са "хвърляне" в слот 2 като камъчета, а след това отбеляза върху екрана трябва да видим 2 вертикални ивици.

Но ... Резултатът е зашеметяващ. Учените виждат модел намеса - много вертикални ивици. Това означава, че електроните като светлина също може да има вълна природата, могат да попречат. От друга страна, стана ясно, че не само светлината вълна, но малко и частицата - един фотон (от историческа справка в началото на тази статия, ние научихме, че за това откритие на Айнщайн получава Нобелова награда).

Мога да си спомня в училище ни учеха физика за "вълна-частица двойствеността." Това означава, че когато става дума за много малки частици (атоми, електрони) на микросвета, те вълна както и частиците

Това е днес ние сме с теб сме толкова умни и осъзнавам, че експериментът е описано по-горе 2 - стрелба електрони и пропуски светлина покритие - са едни и същи. Тъй като ние се стреля на слотове квантовата частици. Сега знаем, че светлината, така и на електрони имат квантова природа, те са и двете вълни и частици едновременно. В началото на 20-ти век, резултатите от този експеримент са сензация.

Внимание! Ние сега се обръщат към по-фин въпрос.

Ние запали нашия процеп фотонния поток (електрони) - и да видим за карета на шарката на смущения на екрана (вертикални ленти). Това е ясно. Но ние сме заинтересовани да видите как всеки електрон лети в слота.

Предполага се, че един електрон лети в лявото гнездо, а другият - в дясно. Но след това, трябва да се появи на екрана 2 вертикалните линии точно пред слотовете. Защо имаме намеса модел? Електроните могат по някакъв начин да си взаимодействат един с друг на екрана вече след полет през прорезите. И резултатът е такъв модел вълна. Като бяхме в тази песен?

Ние няма да се хвърлят на електрони лъч, и един по един. Ние изхвърляме, чакай, хвърлят по-нататък. Сега, когато електрон лети сам, той няма да бъде в състояние да си взаимодействат на екрана с други електрони. Ние ще се регистрират на екрана всеки електрон след хвърлянето. Един или два със сигурност не е "рисуват" ни ясни снимки. Но когато един кораб в слота много от тях, забелязваме ... ужас на ужасите - те отново се "нарисува" модел намеса вълна!

Ние започваме бавно да полудея. В крайна сметка, ние очакваме, че ще има 2 вертикални ивици в предната част на слотовете! Оказва се, че когато се хвърли фотони един по един, като всеки от тях се състоя, така да се каже, през 2 цепки едновременно и се намесва със себе си. Фантастично! Нека се върнем към обяснението на това явление в следващия раздел.

Какво е спина и суперпозиция?

Ние вече знаем, че такива смущения. Това поведение вълна микро частици - фотони, електрони и други микро частици (за простота, нека този момент ги фотони наричат).

В резултат на експеримента, когато сме били хвърлени в слота 2 до 1 фотон, разбрахме, че той лети като през два процепа в същото време. Как иначе да се обясни на модела смущения на екрана?

Но представете си сега, че един фотон лети в двете цепки в същото време? Възможни са 2 опции.

• Първият вариант: фотона като вълна (като вода) "плава" през двата процепа едновременно
• Вариант 2: фотона като частица лети едновременно на пътя на 2-ра (дори две, но всички наведнъж)

По принцип те са равностойни. Стигнахме до "пътя интегралите". Тази формулировка на квантовата механика от Ричард Файнман.

Между другото, Ричард Файнман принадлежи към добре познатия израз, който може уверено се твърди, че квантовата механика никой не разбира

Но това е негов израз заети в началото на века. Но сега сме умни и знаят, че фотонът може да се държи и като частица и като вълна. Това може по някакъв странен начин за нас да лети в същото време след 2 слота. Ето защо, ние лесно ще се разбере следното важно изявление на квантовата механика:

Строго погледнато, квантовата механика ни казва, че поведението на фотона - по-скоро правило, отколкото изключение. Всяко квантовата частиците е обикновено в няколко държави или в различни точки в пространството едновременно.

Обекти макрокосмоса може да бъде само на определено място в определено състояние. Но квантовата частица съществува от свои собствени закони. И тя не се интересуваше до точката, че ние не ги разбирам. В същото време - точка.

Остава ни само да приемат като аксиома, че "суперпозиция" на квантов обект е, че той може да се съхранява в продължение на 2 или повече пътеки едновременно в 2 или повече точки едновременно

Същото важи и за останалите параметри на фотони - на гърба (присъщата му ъглов момент). Spin - вектор. Quantum обект може да се представи като микроскопичен магнит. Научихме, че вектора на магнитната (спин) нагоре или надолу. Но електрона или фотонни отново да ни каже: "Момчета, ние не се интересуват от това, което сте свикнали да, можем да бъдем и в двете държави обратно веднага (вектор нагоре вектор надолу), точно както ние може да бъде в 2-те пътеки едновременно или в 2 точки по едно и също време! ".

Какво е "измерване" или "колапс на вълновата функция"?

Остава малко - да се разбере повече какво е "измерение" и че този "срив на вълновата функция".

Вълновата функция - описание на състоянието на квантов обект (ни фотон или електрон).

Да предположим, че имаме един електрон, той се лети в несигурна държава, тя се върти и се изпраща едновременно нагоре и надолу. Ние трябва да се измери си състояние.

Измерено от магнитното поле на електроните, чиито спин е насочено към областта да се отклонява в една посока, докато електроните чието въртене е антипаралелно областта - в друга. Още фотони могат да бъдат насочени към поляризиращ филтър. Ако завъртането (поляризация) фотон 1 - преминава през филтъра, и ако 1, тогава не.

Спри! Тук неизбежно имам един въпрос: преди измерването, защото електронът не е определена посока въртене, нали? Той е бил във всички държави в същото време?

В него се крие трик, и усещането на квантовата механика. Стига да не се измери състоянието на квантов обект, той може да се върти във всяка посока (посоката на вектора някакви присъща ъглов момент - спин). Но в момент, когато се измерва състоянието му, той като че ли да се реши какво вектор стойност, за да го вземе.

Това е толкова яко, че квантовата обект - взема решение относно своя статут. И ние не можем да предвидим какво решение ще вземе, когато струва магнитно поле, в което я измерваме. Вероятността, че той ще е със спин вектор "нагоре" или "надолу" - 50 до 50%. Но веднага след като той реши - той е в определено състояние с определена посока въртене. Причината за решението му е нашата "измерение"!

Това се нарича "колапса на вълновата функция". Функцията вълна на измерването е сигурно, т.е. вектор на електрона завъртания са едновременно във всички посоки, след измерване на електрона е фиксиран определен вектор посока на неговото въртене.

Внимание! Чудесен пример за разбиране, асоциацията на нашата вселена:

Завъртете монетата на масата, като пумпал. Докато въртене на монета, нямам специално нее стойност - ези-тура. Но след като сте решили да "измерят" стойността и prihlopnite монета страна, тя е тук, сега и да получите конкретна състоянието на монета - ези-тура. Сега си представете, че тази монета реши какво ценим вашия "шоу" - ези-тура. Грубо се проявява също и електрони.

И сега си спомням експеримента, показан в края на филма. Когато фотони преминават през пропастта, те се държат като вълна и се пресява, моделът смущения. И когато учените искат да се фиксира (мярка) по време на полет на фотоните през процепа е поставен зад екрана и на "наблюдателя" стоманени фотоните не се държат като вълни, а като частици. И "боядисани" на екрана 2 вертикални ивици. Т.е. по време на измерване или наблюдение на квантовата обекти сами да ги изберете да бъде във всяко състояние.

Фантастично! Не е ли?

Но това не е всичко. Най-накрая стигнахме до най-интересното.

Но ... аз мисля, че ще се претовари на информация, така че тези две понятия ще бъдат обсъдени в отделни пунктове:

И сега, искате информацията да сортирате? Вижте документалния филм, изготвен от канадския институт за теоретична физика. В него в продължение на 20 минути, съвсем накратко и в хронологичен ред, вие ще кажете за всички открития на квантовата физика, тъй като откриването на Планк през 1900. И тогава кажете какво практическо развитие се провеждат днес въз основа на познания по квантова физика: от най-точните атомните часовници, за да superhighways изчислителна квантов компютър. Силно препоръчвам да гледате този филм.

Желая Ви вдъхновение за всички замислени планове и проекти!

P.S.3 Абонамент за блога - форма за записване под статията.

Доста лесно да се разбере, но по всички въпроси много. Четох различни източници гледаха. Навсякъде пише, показват едно и също нещо. Електронен преминал през един, а след това чрез двойно цепка. Въпросът е; Опитахме електрон дали да пропуснете през 3, 4, 5, или повече слотове. Или дори процепи подредени в кръг? Какъв е ефектът, когато това се случи? Опит за промяна на дебелината на пропуските? Фактът, че под ръководството на електрона е от друга страна има свои собствени причини. Най-вероятно устройството за измерване отразява на поведението на електрона с неговата област или нещо друго. След наблюдението да се извършва и в двата случая в първия случай без устройствата в секунда, с устройството. Може би трябва да постави камерата в предната част на щита, който изключва влиянието на електрон.
Един получава усещането. че електронът не е достатъчно проучена.

Благодаря ви за въпроса. Има много въпроси и вие, както и учени от цял ​​свят. Но за да отговори на много от тези хора все още не могат. Отговорите са известни само на Бога.
Така например, наскоро, японските учени са доказали, че експериментално телепортация, която се споменава няколко пъти в Новия Завет, е възможно. Този експеримент може да прочетете статията Какво е квантов заплитане? Същността на прости думи. Възможно ли е телепортацията?
Също така може да се интересуват от тези статии
Какво е квантов компютър, и за какво е? Само за комплекса
котка на Шрьодингер с прости думи. Същността на експеримента. Какво прави феномена на "котка на Шрьодингер"?

Вземете книгата "Елон Мъск. Тесла, SpaceX и пътят към бъдещето "

Много интересен Бих искал да получи книга Елон Мъск
Благодаря.