g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Fulian 4'ün kuantum teknolojisi gökyüzüne karşı çıkıyor İnsan evreninde bu ne kadar olası?

"Reunion 4" ü gizlice izledim. Kuantum teknolojisi araştırmalarıyla uğraşan bir araştırma köpeği olarak, kuantum teknolojisinin bilim kurguda yaygın olarak kullanılan görelilik etkisinin yerini aldığını ve zaman ve uzayda seyahat etmek için yeni bir silah haline geldiğini görünce rahatladım. Öyleyse zaman makinesi ile kuantum mekaniği arasındaki bağlantı nedir? Filmde bu kadar abartılan kuantum teknolojisinin gerçek dünyamızda gökyüzüne karşı olma ihtimali ne kadar?

Yazar | Masum (Kuantum hesaplama alanındaki uygulayıcılar)

Son zamanlarda, Marvel filmi "Avengers 4" ("Avengers 4") ateşli bir şekilde yayınlandı. Bir sözde Marvel hayranı olarak, prömiyeri izlemeyi planladım, ancak tüm IMAX oyunlarının sadece dolu olmadığını, aynı zamanda satış öncesi bilet fiyatının da şaşırtıcı bir şekilde iki veya üç yüze ulaştığını görünce şaşırdım! Çok pahalı (qiong)! Üç gün sabırla beklemek zorunda kaldım ve onu gizlice izlemek için gündüz bir seans buldum. Filmde kahramanlar, Thanos'un parmaklarını bir "kuantum teknolojisi" ile şıklatmasının etkisini başarılı bir şekilde tersine çevirdi: hayatların yarısı rastgele kayboldu (yok edildi). Marvel World'ün kuantum teknolojisinin güvenilir olup olmadığını bir kenara bırakırsak, kuantum teknolojisi araştırmalarıyla uğraşan bir araştırma köpeği olarak, kuantum teknolojisinin bilim kurguda yaygın olarak kullanılan görelilik etkisinin yerini aldığını ve zamanda ve uzayda seyahat etmek için yeni bir silah haline geldiğini görmek hala sevindirici.

Mekik zamanı ve alanı! Geçmişte herhangi bir zamana ve yere geri dönebilir ve geçmiş benliğinizle güreşebilirsiniz! Geçmişten eşyalar alıp geleceğe taşıyabilirsiniz! Senarist zamanında durmasaydı, korkarım geçmişteki kendini öldürmek imkansız değildir. Burada, göreliliğin dokunmaya cesaret edemediği yasak bölge (nedensellik yasası) bile kuantum dünyasında hiçbir şey değildir. Kuantum teknolojisi, görelilik teorisini başarıyla aştı. Gelecekte, zamanda yolculuk yapmak istiyorsanız, solucan deliklerine veya portallara ihtiyacınız yok. Sadece Pim parçacıkları ve GPS bilezikleri getirin ve evrende holigan oynayabilirsiniz.

"Yenilmezler 1" fotoğrafları

Peki, eğer çekmeye devam ederseniz, bozulacak ve popüler bilim temasından sapacak, sonuçta yazar sadece ısıyı yakalamak istiyor. Peki kuantum nedir? Bu muhtemelen kuantum konuları hakkında en sık sorulan soru veya ilk sorudur. Bazı mütevazı bilim adamları, "Kuantumu gerçekten anlamıyorum" dedi. Öyle görünüyor ki bunun arkasındaki anlam şudur: Kim kuantumu anladığımı söylemeye cesaret edebilir? Bu, özellikle bu soruyu yanıtlarken beni endişelendiriyor. Neyse ki Avengers 4 hakkında konuşmak yeterli, bence herkes bu konu hakkında konuşmaktan çekinmemeli. Herkesi beni eleştirmeye teşvik ediyorum. Oğlum bir keresinde şöyle dedi: Eleştiri insanları ilerletiyor ve hatalar yanlış. "Erdem yalnız değil, komşular olmalı." Bir eleştirmen varsa, bir taraftar olması gerektiğine inanıyorum, değil mi?

Kuantum etkisinin algılanması neden zor?

"Kuantum" kelimesinin nereden geldiğiyle başlamak isterseniz, büyük tanrı Cao Zexian'ın "Physics Chew Words" serisine gidebilirsiniz. Ek olarak, Cao Tianyuanın "Kuantum Mekaniği Tarihi" çok popüler bir dilde kuantum mekaniğinin tüm gelişim tarihini sıralıyor. Çok tavsiye edildiği söylenebilir. Okuduktan sonra, bir çok "kuantum dedikodusu" nu da ustalaşabilirsiniz bu arada. Sermaye hakkında konuşun. Bununla birlikte, Ercao tarafından sağlanan mükemmel ders kitabı tarzı bilim popülerleşmesine rağmen, halk hala "Kuantum nedir?" Diye soracaktır Bu soru şaşkına dönmüştür. Üç neden olduğu sonucuna vardım: Birincisi, İnternette kuantum fiziği üzerine popüler bilim aslında iyidir. İnsanları ne yapacaklarını kayıtsız kılan pek çok şey vardır; ikincisi, iyi bilim genellikle okuyucuların bir şeyler elde etmek için sessizce düşünmelerini gerektirir ve gerçekte çoğu insan bunun hakkında düşünme zamanından veya yeteneğinden yoksundur; son olarak, kuantum mekaniğinin en temel varsayımı-dalga Fonksiyonlar ve onların evrim yasaları, klasik uygunluktan yoksundur. Yani kuantum dünyasını hayal etmek, insanların uzaylıları veya 4 boyutun ötesinde uzayı hayal etmelerine izin vermek gibidir ve bunu anlamak neredeyse imkansızdır.

Kuantum hakkında konuşmadan önce, temel bir kavrama sahip olmalıyız, yani hangi koşullar altında kuantum etkilerini dikkate almalıyız? Sonuçta, gerçek hayattaki olayların çoğu "klasik" dir: nesne, Newton mekaniğinin yasalarına göre belirli başlangıç koşulları altında (konum, hız, vb.) İzotropik üç boyutlu bir uzayda hareket eder. Çok önemli birkaç ölçek var, biri enerji ölçeği, biri uzay ölçeği ve başka bir zaman ölçeği. Bulunduğumuz dünya bize oda sıcaklığında (yaklaşık 20 Santigrat derece) ve normal basınçta (1 atmosfer, yaklaşık 100.000 Pa) bir ortam sağlar. Bizim için bu sıcak ve rahat, ama kuantum dünyası için gerçekten "kötü" bir ortam!

Filmde kendimizi Ant-Man gibi bir atom boyutuna küçültebilirsek, o zaman ne bulacağız? Etraftaki gaz moleküllerinin gülle gibi bize doğru uçtuğunu göreceğiz! Bu moleküllerin ortalama hızı saniyede 400 metreden fazladır ve bu, bir uçağın uçuş hızından daha hızlıdır. Daha da korkutucu olan şey son derece yoğun olmalarıdır Birkaç 60 nanometre (metrenin milyarda biri) hareket ederseniz, neredeyse kesinlikle vurulacaksınız. Hareketsiz dursanız bile, 100 pikosaniyenin biraz üzerinde (saniyenin yaklaşık on milyarda biri) sonra neredeyse kesinlikle vurulacaksınız! Bu moleküler kabuklar sizden daha ağır ve daha büyük olabilir.Eğer reaksiyon hızınız hala normal ise, çok trajik olur çünkü beyniniz düzeldiğinde, sayısız kez parçalanmışsınızdır ve Nereden vurulduğumu bilmiyorum! Karınca Adam'ın rotasını anlamak isteyen bir gözlemci (Demir Adam gibi) olduğunu ve bu gözlemcinin gözlem süresinin saniye mertebesinde olduğunu ve gözlem aralığının yaklaşık santimetre olduğunu varsayalım. Bu gözlemcinin sadece yapabileceğini hayal etmek kolaydır. Karınca Adam'ın "istatistiksel ortalama" davranışını görünce ortadaki tüm detaylar kaybolur. Bu aslında gerçek hayatta karşılaştığımız gerçek durumdur, bu yüzden gördüğümüz, duyduğumuz ve dokunduğumuz şeylerin hepsi klasiktir ve kuantum etkisi uzun zamandır yumuşatılmıştır. Laboratuvarda kuantum etkilerini görebiliriz çünkü son derece düşük sıcaklık, ultra yüksek vakum gibi çeşitli özel ortamlar yarattık ve ayrıca elektron mikroskopları, fotoçoğaltıcılar gibi daha hassas gözlem yöntemlerimiz var ... ve daha fazlası. Gözlem ölçeği kuantum etkisinin ölçeğiyle eşleştiğinde, kuantum etkisini bulabiliriz. . Zavallı karıncanın sinirsel tepki hızı da küçülen hacimle orantılı olarak artarsa, kuantum etkisini algılayabilmelidir.

Demir Adam'ın üzerinde duran Karınca Adam'ın boyutu atom ölçeğinden çok uzak.

Zaman ve uzayda seyahat etmek için kullanılan belirsizlik ilkesi

Kuantum dünyasında, işler gerçekten de tuhaflaşacak. Atom ölçeğindeki bu Karınca Adam bir "dalga" gibi, yanıltıcı olacak ve vurulana kadar nerede olduğunu bilemeyecek. "Parçacıklar" ın davranışından farklı olarak, "dalgaların" davranışı belli bir dereceye kadar yerellikten uzaktır, yani dağılır, dahası, kuantum mekaniğinin "dalga fonksiyonu" tek başına gözlemlenemez. Hayali! Gözlemlendiğinde, aniden tam fiziksel niceliği verebilecek bir duruma geçecektir.Bu duruma gözlemin özdurumu diyoruz. "Çöküş" olarak bilinen bu tür bir mutasyonun, anlık ve rastgele gerçekleştiği kabul edilir. Ölçümden önce, dalga fonksiyonunun hangi ölçüm öz durumuna çökeceğini bilmemizin bir yolu yoktur. Tek bildiğimiz olasılıktır. Bu davranışlar o kadar mantığa aykırıdır ki dünyadaki en zeki beyinler bile onlardan nefret eder. Einstein rastgelelikten nefret ediyordu ve gözlemden önce ve sonra evrim sürecine rehberlik eden keşfedilmemiş bir değişken olduğunu kanıtlamaya çalışıyordu (gizli değişken teorisi). Gerçekten de, kuantum mekaniği, yapımının başından beri geniş ölçüde eleştirilmiştir: Dalga işlevi fiziksel gerçekliğe sahip mi? Hem ön gözlem hem de gözlem sonrası kuantum mekaniği ile tanımlanabilir. "Gözlem" neden bu kadar tarif edilemez? Bununla birlikte, geçtiğimiz yüzyılda yapılan çok sayıda deney, kuantum mekaniğinin çok sayıda deneysel sonucu çok doğru bir şekilde tanımlayabildiğini kanıtladı. Bunu kabul etmeyi öğrenmeliyiz, değil mi?

Bazı insanlar belirsizlik ilkesinin kuantum mekaniğindeki en önemli şey olduğunu düşünüyor. Aslında, başlangıçta konum ve momentum arasında bir belirsizlik ilişkisi olduğunu varsayarsak, o zaman doğal olarak, enerjinin "bir kısım" olması gerektiğini ve yarım foton (enerji kuantumu) olduğunu çıkarabiliriz. "Vakum dalgalanma enerjisi".

Peki ya belirsizlik ilkesi? Klasik nedensellik fizik yasasında, "şimdiki durumu tam olarak bilirsek, geleceği doğru bir şekilde tahmin edebiliriz" inancındayız. Burada, şimdiki zamanın tüm ayrıntılarını anladığımıza dair potansiyel bir varsayım vardır. Belirsizlik ilkesi bize bunun imkansız olduğunu söylüyor. Heisenberg bunu açıklamak için varsayımsal bir deney kullandı. prensip ("İlişki" terimi ilk günlerde kullanıldı. Heisenberg 1950'lere kadar "ilke" terimini kabul etmedi): Elektronların konumunu gözlemlemek için bir mikroskop kullanmak istersek, Mikroskop ışık dalgaları kullandığından, konum ölçümünün doğruluğu fotonların dalga boyuna bağlıdır.Pozisyon bilgisini daha doğru ölçmek istersek, sadece daha kısa dalga boylu fotonları kullanabiliriz. Ancak tersine, daha kısa bir dalga boyu, foton enerjisinin / momentumunun daha büyük olduğu ve ölçüm işleminin fotonların ve elektronların saçılmasını kullandığı anlamına gelir.Sonuç olarak, momentum bilgisi ciddi şekilde kaybolur.Gözlem bittikten sonra, elektronlarımız uzun zamandır biliniyor. İzlendi.

Belirsizlik ilkesi, Fourier dönüşümü ve bilgi teorisinin geliştirilmesinden sonra daha derin bir matematiksel anlayışa sahiptir. . Fourier dönüşümü aracılığıyla, konum ve momentum arasında ikili bir ilişki kurulur: konum dalgası işlevi, bir dizi momentum dalga işlevinin üst üste binmesine genişletilebilir ve bunun tersi de geçerlidir. Konum ve momentumun aynı anda sınırlı bir alanla sınırlandırılamayacağı matematiksel olarak kesin olarak ispatlanabilir. Her ikisi de ya sonsuz bölgeye dağılmıştır ya da biri sonlu, diğeri ise sonsuzdur. Bu tür bir belirsizliğin Gödel'in eksiklik teoremi ile derin bir bağlantısı vardır.Çok sayıda matematik söz konusu olduğu için, burada ona girmeyeceğim (x'i kurun)!

Avengers 4'te süper kahramanlar muhtemelen mekiği gerçekleştirmek için bu zaman ve uzay belirsizliğini kullandılar. Daha çok merak ettiğim şey, Hulkın bilimsel ekipmanının belirli bir kahramanı zaman ve uzayda belirli bir noktaya kadar kesin olarak nasıl kontrol edebildiğidir. Sonuçta, belirsizlikle rastgeleliktir! Kuantum durumu hakkında herhangi bir gözlem yapmadan önce, onun hangi fiziksel sonuçları vereceğini bilemeyiz! Tek anlayabildiğimiz olasılık. Örneğin, 1/2 spinli bir elektronun iki spin durumu vardır: spin yukarı ve aşağı spin. Spin durumunu ölçebilen bir aletimiz varsa, spin arttığında 1, spin aşağı olduğunda -1 okur. Bu aleti bir elektronun spinini ölçmek için kullanırız ve sonuç 1 veya -1 olur. Spinin durumunu önceden bilmiyorsak ve sonra onu ölçüp okumanın 1 olduğunu bulursak, bu ölçüm sonucundan ölçümden önceki spin durumunu çıkarabilir miyiz? Cevap hayır, çünkü bu ölçüm sonucunu verebilecek sonsuz sayıda olası durum var! Bu arada, bu çıkarım kuantum iletişim güvenliğinin teorik temellerinden biri haline geldi: kuantum durumları kopyalanamaz. Tek bir kuantum durumunu ölçerek ölçümden önceki durumu tersine çevirmek imkansızdır Ölçüm süreci kaçınılmaz olarak bilgi kaybına neden olacaktır - tıpkı Thanos'un mantrası gibi: Ben kaçınılmazım. Muhtemelen yeniden birleşme evreninde, belirsizliği kesinleştirme yönteminde ustalaştım, özellikle de dahi Iron Man harika bir uzay-zaman konumlandırma bileziğini bir gecede icat etti ve zaman ve uzaydan (da) mekiği ile seyahat etti ( jie) Merak etmeyin! Ancak durum buysa, kuantum iletişiminin teorik güvenliği artık güvensiz hale gelecektir!

Çapraz üniformalı tüm Marvel kahramanlarını tanıyor musunuz?

Kuantum dolanıklığının gelişimi

Kuantum dünyasında dolanıklık denen çok garip bir fenomen de var.Avengers 4'ün bundan yararlanmaması ve film hayranlarının kuantum bağımlılığı yaşamasına izin vermesi üzücü. Dolaşmanın doğası şimdiye kadar net değildi, ancak dolanmanın varlığını doğrulamak için birçok deney yapıldı. Dolaşmanın, tıpkı enerji gibi, geliştirilecek yeni bir doğal kaynak olduğunu bile düşünebiliriz. . Dolaşıklığı kullanarak, bilgi işlem gücünde klasik kuantum bilgisayarların çok ötesine geçmek için kuantum algoritmaları kullanan kuantum bilgisayarlar inşa edebiliriz. Böyle bir kuantum bilgisayarı inşa etmek, o günden çok uzak olsa da, bugün fizikçiler tarafından takip edilen kutsal işlerden biri haline geldi.

Her biri bir dal açmış iki çiçek açarak, önce karışık konuya dönelim. Fizikte dolaşıklık şu şekilde ifade edilir: İki veya daha fazla alt sistemden oluşan bir bileşik sistem, bileşik sistem için saf durumda olabilir, ancak her alt sistem için karışık bir durumdur. Bir çeşit kuantum durumu. Burada kullanılan "saf hal" ve "karma durum" kavramları çoğu insana şaşkına dönmelidir. Önemli değil, başka bir şekilde ifade edelim: Bileşik sistem belirli bir kuantum durumunda olduğunda, alt sistem belirli bir kuantum durumunda olamaz, yani bu bileşik sistemin özellikleri, alt sistemlerin özelliklerinin toplamına ayrıştırılamaz. Bu durumda, alt sistemler arasında dolanıklık dediğimiz özel bir kuantum korelasyonu vardır.

Dolaşmış iki parçacık çok ilginç bir fenomene neden olacaktır.Bu fenomen ilk olarak Einstein, Podolsky ve Rosen tarafından önerilmiştir, kabaca şu şekilde ifade edilen ünlü EPR paradoksudur: 0 dönüş var. Parçacığı (ne olursa olsun) sıfır zamanda 1/2 dönüşle A ve B iki parçacığına ayrışır ve birbirinden uzaklaşır. İki parçacık birbirinden yeterince uzak olduğunda, bir parçacığı diğer parçacığı etkileyecek şekilde ölçmek imkansızdır, bunlardan birini, örneğin A parçacığını ölçer ve bir sonuç alırız. Sonuç +1/2 ise, bu uzaktaki B parçacığının -1/2 olması gerektiği anlamına gelir (açısal momentumun korunumu için gereklidir) - buna müdahale etmemiş olsak bile! Bu tür bir ultra-mesafe eylemi, görelilik teorisine aykırıdır, çünkü görelilik teorisi bize kuvvetin transfer hızının ışık hızını geçemeyeceğini ve buradaki B parçacığının durum değişikliğinin A parçacığı ölçüldüğü anda meydana geldiğini söyler. Bu dolanıklığın büyüsüdür. Kuantum durumlarının yerel olmayışını ortaya çıkarır. Bu yerel olmayanlık daha sonra Bell tarafından bir eşitsizliğe ayrıldı. Bu yerel olmayanlığı doğrulamak için sadece Bell'in eşitsizliğinin doğru olup olmadığını doğrulamamız gerekiyor. . Şimdiye kadar, bunu doğrulamak için çok sayıda deney yapıldı.Einstein'ın kaybettiğini temelde teyit edebiliriz.Birbirlerinden ayrılsalar bile, birbirine dolanmış iki parçacığın bir bütün olarak kabul edilmesi gerekir ve özellikleri ayrıştırılamaz. Etkilerden biri diğerini etkilemelidir. Dolaşmanın bu tür bir süper mesafe etkisi, birçok insan tarafından "ışınlanma" yı hayal etmek için kullanılır. Belki Avengers 4 evreninde mümkündür, ama bizim evrenimizde muhtemelen işe yaramayacaktır.

EPR paradoksunu izlemeye devam edebiliriz, eğer AB'nin iki parçacığı birbirinden ayrılırsa ve bağlantı yoksa, sırasıyla A ve B'yi gözlemleyen iki gözlemci Alice ve Bob vardır ve Alice belirli bir anda A parçacığını ölçer. Ve bir sonuç alın, önceki tartışmaya göre, B parçacığı şu anda ters duruma geçecek. Bob bu sırada B'yi de ölçseydi, doğal olarak Alice'ten tam tersi bir sonuç alırdı. Ancak sorun şu ki, Bob Alice ile bir tür temas kurmazsa, ölçtüğü sonucun dolaşıklıktan mı yoksa B parçacığının çökmesinden mi kaynaklandığını ayırt edemez! Sonuçta, bu sonucu verebilecek olası durumlar sonsuzdur! Görülüyor ki Bob, Alice'in ölçümünden herhangi bir bilgi almadı. Bob anlamlı bilgiler öğrenmek istiyorsa, Alice ile iletişim kurması gerekir. Açıkçası, bu tür bir iletişim bilgi taşır, ancak ışık hızını aşamaz. Bir "kişinin" bilgisini önceden hazırlanmış çok sayıda dolaşık duruma kodlamak istiyorsak, bu doğal olarak şu anda yapılan kesintiye dayanan bir fantezidir.

Mobius Ring'in Duyurusu

Avengers 4'te ortaya çıkan bir başka ilginç şey de "Mobius Ring". Bu yine mevcut popüler topolojik fizik ile bağlantılıdır. Sözde "topoloji yok, fizik yok" bir şakadır, ancak topoloji fiziksel özelliklerde önemli bir rol oynar. Bu noktaya kadar, sıcağı kimin ovduğunu bilmiyorum! Bu açıkça Kuantum Fiziğinin Fulian'daki coşkusudur!

Başlangıçta, topoloji matematikçilerin bir oyunuydu, ancak fizikte sihirli bir kullanımı olduğunu hiç düşünmemişti. Tıpkı bu Mobius yüzüğü gibi, aşağıdaki resimdeki gibi burmalı bir yüzük ... Küçük bir insan yüzük üzerinde bir noktadan dolaşırsa kendini yüzüğün arkasında bulacaktır. Başlangıç noktasına yalnızca iki tur geri dönebilir. Bir Mobius halkasının sürekli olarak deforme olması, kesintiye uğratılmadığı sürece halka şekli olamaz. Ve halka şeklindeki bir nesne, sürekli deformasyon altında asla küresel hale gelmeyecektir. Ancak sürekli deformasyonla bir fincan çörek haline getirilebilir, inanmazsanız zihninizde hayal edebilirsiniz. Bu sürekli deformasyon altında belirli bir değişmezlik topolojik değişmezliktir.Bu değişmezliği kırmak veya topolojik düzeni değiştirmek için Mobius halkasını kırmak gibi büyük engellerin üstesinden gelmek gerekir. bu nedenle Bu topolojik düzen tarafından korunan kuantum durumu çok kararlı olabilir ve bu özelliğin kuantum hesaplama kübitlerinin temel birimini oluşturmak için kullanılması beklenir. . Profesyonel kapsamımın ötesine geçecek olmam üzücü. Bay Wen Xiaogang bu alanda bir ustadır. Umarım Öğretmen Wen bunu ayrı bir bilime dönüştürür. Beklemem benim için bir nimet olacaktır. Bildiğim kadarıyla, topolojik kübitlerin gerçekleştirilmesinde hala büyük zorluklar olsa da, büyük Microsoft şirketi de dahil olmak üzere birçok insan buna büyük güveniyor.

Mobius Yüzük

Son olarak, hepinize iyi seyirler diliyorum! Her yerde bulunan evren her şeye kadirdir. Kuantum mekaniği sadece küçük bir dayanaktır. Kardeş Marvel, evrende başıboş koşar ve doğrudan kara deliğin içinden geçer. Fizik kanunlarını ne zaman sordunuz! Bununla birlikte, gerçek dünyamızda, kuantum mekaniğinin birçok bulmacası hala bizi rahatsız ediyor ve keşfetmemizi bekliyor. Doğumundan bu yana, yüz yıldan fazla bir süre geçti. Kuantum efektlerini pasif bir şekilde kullanmaktan veya kuantum etkilerinden kaçınmaktan yavaş yavaş evrim geçirdik. Şimdi kuantum hallerini manipüle etmek ve kuantum mekaniğinin bizim için çalışmasını sağlamak için daha büyük hırslarımız var. Bu bir tür Öznel inisiyatifin sıçraması, ikinci kuantum devriminin başlangıcıdır, bekleyip görelim! Belki bir ömür içinde gerçekten bir kuantum bilgisayar gördünüz mü? (Kuantum hesaplama teknolojisi ile ilgili bilim ayrıca yayınlanacaktır, lütfen dikkat etmeye devam edin!)