Kuantum dünyası hakkında on gerçek
İnsanlar elektriği, manyetizmayı ve ışığı yöneten makro-klasik fizik yasalarının artık küçük atom altı ölçekte geçerli olmadığını keşfettiklerinden, yepyeni bir dünya imajı insanlar tarafından yavaş yavaş kabul ediliyor. Kuantum dünyasının görüntüleri çoğu insandan daha zengin ve kapsamlıdır, bu uzmanların düşündüğü bile. İşte size kuantum mekaniğinin doğası hakkında on gerçeği listeleyeceğiz. Dünyamızın en küçük ölçeği hakkındaki görüşünüzü yeniden incelemenizi sağlayabilir.
1. Her şey kuantumdur.
Bu, bazı şeylerin kuantum olduğu ve bazılarının olmadığı değil, ancak her şeyin aynı kuantum mekaniği yasalarına uyması - sadece kuantum etkilerinin daha büyük nesnelerde gözlemlenmesi zor. Kuantum mekaniğinin teorik fizik tarihinde bu kadar geç ortaya çıkmasının nedeni budur: Kuantum mekaniği, doğru bir tahmin teorisi olarak ilk çıkışını yapan fizikçilerin elektronların çekirdeğin etrafındaki kabukta neden kalabileceğini açıklamaları gerekene kadar değildi.
Resim: Lutesyum-177 elementinin enerji seviyesindeki fark. Yalnızca belirli, ayrık enerji seviyelerine izin verildiğini unutmayın. Kaynak: M.S. Litz ve G. Merkel
2. Niceleme, ayrıklaştırma anlamına gelmez.
Tanımı gereği, "kuantum" ayrı bir temel bloktur. Ancak mikroskobik ölçekte her şey ayrık ve bölünemez değildir. Elektromanyetik dalgalar "foton" adı verilen parçacıklardan oluşur, bu nedenle dalgalar ayrı kabul edilebilir. Çekirdeğin dışındaki elektron kabuğu yalnızca belirli bir ayrık yarıçapa sahip olabilir (bu nedenle çekirdeğin dışındaki elektronlar da ayrıktır). Ancak kuantum fiziğinde bile, diğer parçacıkların özellikleri her zaman ayrık hale gelmez. Örneğin, metallerin iletim bandındaki elektronların konumu ayrı değildir - elektronlar, iletim bandında sürekli olarak herhangi bir pozisyonu işgal edebilir. Başka bir örnek için, fotonların (elektromanyetik dalgaları içeren) enerji değerleri ayrık değildir. Benzer şekilde, kuantum yerçekimi (sonunda başarılı bir şekilde anlarsak), zaman ve uzayın ayrı olması gerektiği anlamına gelmez. (Ancak öte yandan da olabilirler)
3. Dolaşıklık, üst üste binme ile aynı şey değildir.
Kuantum süperpozisyon durumu, bir kuantum sisteminin aynı anda iki farklı durumda olabileceği anlamına gelir. Ancak ölçüldükten sonra, her zaman ikisinden birinin belirli bir durumunu elde ederiz, üst üste binme durumu değil. Öte yandan, dolaşıklık, bir sistemin iki veya daha fazla durumu arasındaki kuantum korelasyonunu ifade eder, tamamen farklı bir şey. Üst üste binmiş olup olmaması mutlak değildir. Bir durumun süperpozisyon olup olmadığı, ölçmek istediğiniz şeye bağlıdır. Örneğin, bir durum, farklı konumların üst üste binme durumu olabilir, ancak aynı zamanda farklı momentumun üst üste binme durumu olamaz. Dolayısıyla üst üste binme kavramı belirsizdir. Ancak dolaşıklık mutlaktır, bir sistemin doğal bir özelliğidir ve şu anda bir sistemin kuantum özelliklerini ölçmek için en iyi yöntemdir. (Daha fazla bilgi için lütfen "Dolaşma ve üst üste binme arasındaki fark nedir?" Bölümünü okuyun)
Işın ayırıcı, dolaşık fotonlar üretmek için bir mekanizma. Kaynak: wikimedia.
4. Ürpertici bir aşırı mesafe etkisi yoktur.
Kuantum mekaniğinde bilgi aktarımının yerel olmayabileceği, bir yerden kaybolup başka bir yerden ortaya çıkabileceği hiçbir yer yoktur. Dolaşıklığın kendisi gerçekten yerel değildir, ancak faydası yoktur. Bilgiyi yerel olmayan bir şekilde iletemeyen bir ilişkilendirme etkisidir. Bazı çalışmalar, iki dolaşık fotonu uzun bir mesafeden ayırdı ve ardından fotonlardan birinin dönüşünü ölçtü. Şu anda hiçbir bilgi ışık hızından daha hızlı iletilmeyecektir. Aslında, iki gözlemcinin sonuçlarını birlikte karşılaştırmaya çalışırsanız, bilgi sadece ışık hızının sınırında hareket edebilir, daha hızlı değil! Kuantum mekaniğinin ilk günlerinde, "bilgi" nedir, büyük kafa karışıklığına neden oldu. Ancak bugün, kuantum mekaniğinin Einstein'ın özel görelilik teorisiyle mükemmel bir şekilde uyumlu olduğunu biliyoruz. Başka bir deyişle, bilginin aktarım hızı ışık hızından daha hızlı gidemez.
Bir kuantum optik platformu.
5. Kuantum fiziği sıcak bir araştırma alanıdır.
Kuantum mekaniği dünün haberi. İnanılmaz bir şekilde, bu teori bir asırdan daha uzun bir süre önce ortaya çıktı, ancak birçok kısmı ancak modern teknoloji ile tespit edilebilir. Kuantum optiği, kuantum bilgisi, kuantum hesaplama, kuantum kriptografisi, kuantum termodinamiği ve kuantum metrolojisi son zamanlarda ortaya çıkan ve şu anda çok sıcak araştırma alanlarıdır. Bu teknolojilerin getirdiği yeni işlevlerle, insanların kuantum mekaniğinin temel araştırmalarına olan ilgisi yeniden canlandı.
6. Einstein, kuantum mekaniğini reddetmedi.
Popüler kanının aksine, Einstein kuantum mekaniğinin bir rakibi değildi, olamazdı da - bu teori ilk günlerde o kadar başarılıydı ki ciddi bilim adamları bile onu görmezden gelemezdi. (Aslında fotoelektrik etkinin keşfi ile kazandığı Nobel Ödülü, fotonların hem parçacık hem de dalga olduğunu kanıtladı. Bu, kuantum mekaniğinin temel keşiflerinden biridir, aksine Einstein teorinin eksik olduğuna inanıyordu. , Ve kuantum süreçlerinin doğasında bulunan rastgeleliğin daha derin bir açıklaması olması gerektiğine inanıyor. Rastgeleliğin yanlış olduğunu düşündüğü için değil, sadece bunun nihai açıklama olmadığını düşünüyor. Einsteinın kuantum mekaniğine ilişkin görüşlerini daha iyi açıklığa kavuşturmak için George Matherin "Einsteinın Kuantum Mekaniği Üzerine Gerçek Görüşleri" adlı makalesini öneriyorum.
Konum ve momentum arasındaki doğal belirsizlik ilişkisini gösterir. Biri daha doğru anlaşıldığında, diğerinin doğru anlaşılma olasılığı daha düşüktür. Resim kaynağı: wikimedia
7. Her şey belirsizlikle ilgili.
Kuantum mekaniğinin temel hipotezi, aynı anda tam olarak gözlemlenemeyen bazı eşleştirilmiş gözlemler olduğudur. Örneğin, bir parçacığın konumu ve momentumu "eşlenik değişkenler" olarak adlandırılır.Aynı anda doğru ölçüm yapmanın bu imkansızlığı, kuantum teorisi ile kuantum dışı teori arasındaki farkı yaratır. Kuantum mekaniğinde belirsizlik, deneylerin sınırlamalarından dolayı değil, içseldir. Belirsizliğin en garip tezahürlerinden biri, enerji ve zaman arasındaki belirsizliktir. Bu, kararsız parçacıkların (kısa yarılanma ömürleri), E = mc2 göz önüne alındığında, esasen belirsiz kütleye sahip oldukları anlamına gelir. Higgs bozonu veya W bozonu, Z bozonu, üst kuark gibi parçacıklar Bu parçacıklar, kısa ömürleri nedeniyle,% 1-10'luk doğal kalite belirsizliğine sahiptir.
Z bozonu geniş bir enerji taşır.
8. Kuantum etkilerinin küçük ölçekli olması gerekmez
Genellikle büyük ölçeklerde kuantum etkileri gözlemlemiyoruz çünkü aralarındaki kuantum korelasyonu çok zayıf. Bununla birlikte, yeterli özenle tedavi edilirse, kuantum etkileri de büyük ölçekte ortaya çıkabilir. Örneğin, fotonlar yüzlerce kilometre uzaklaştıklarında hala dolaşıyorlar. Son derece düşük sıcaklıklarda bulunan dejenere bir madde durumuna Bose-Einstein yoğunlaşması adı verilir.Bu durumda, milyonlarca atom bir bütün oluşturmak için dolaşır. Hatta bazı araştırmacılar, karanlık maddenin tüm galakside kuantum etkisi olabileceğini düşünüyor.
9. Ancak küçük ölçeklerde hakimdirler.
Kuantum mekaniğinde her parçacık aynı zamanda bir dalgadır ve her dalga aynı zamanda bir parçacıktır. Bir parçacık ile karşılık gelen dalga boyu arasındaki mesafe gözlemlendiğinde, kuantum mekaniğinin etkisi çok açık hale gelir. Bu nedenle atomik ve atom altı fizik kuantum mekaniği olmadan açıklanamaz ve gezegensel yörüngeler aslında kuantum davranışı tarafından belirlenir.
Schrödinger'in kedisi öldü. Resim kaynağı: wikimedia
10. Schrödinger'in kedisi ölü ya da diri, iki durum aynı anda olamaz
Erken kuantum mekaniği bunu iyi açıklayamaz, ancak makroskopik nesnelerin dolaşık kuantum davranışı çok hızlı bozulur. Bu "çözülme", dış çevre ile sürekli etkileşimden kaynaklanır Sabit, yaşam için gerekli olanlar gibi, dış çevrenin nispeten sıcak ve yoğun olduğu yer anlamına gelir. Çözülme kaçınılmazdır. Bu aynı zamanda bir ölçüm standardı olduğuna inandığımız şeyin böyle bir kişiyi gerektirmediğini de açıklıyor; sadece dış çevre ile etkileşime gir. Bu aynı zamanda büyük bir nesneyi iki farklı durumun üst üste binmesine dönüştürmenin neden çok zor olduğunu ve üst üste binmenin çok keskin bir şekilde bozulacağını da açıklar. Şimdiye kadar, pozisyon yığınına getirilen en ağır nesne karbon 60 molekülü ve daha hırslı insanlar bu deneyi virüsler veya daha ağır organizmalar (bakteriler gibi) üzerinde yapmayı planlıyor. Bu nedenle, Schrödinger'in kedisinin önerdiği paradoks - kuantum süperpozisyonunun (bozulmuş atomlar) büyük bir nesneye (kediye) aktarılması - çözüldü.
Atomlar gibi küçük nesnelerin uzun süre süperpozisyon halinde bulunabilmesine rağmen, büyük bir nesnenin hızla belirli bir duruma bozunacağını biliyoruz. Bu yüzden hem ölü hem de diri olan bir kedi görmedik.
Referans
1. Wikipedia
2. Astronomik terimler
3. forbes-Levi-Zoe
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
