Kuantum mekaniğinin eksik olması fizikte yeni değişiklikleri tetikleyecek mi?
Modern fiziğin iki temelinden biri olan kuantum mekaniği, mikroskobik parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini açıklar. İnsanoğlunun bildiği dört temel kuvvet arasında yerçekimi dışındaki üçü de kuantum mekaniğinde birleştirildi.
İki nesne ne kadar yakınsa, birbirlerine o kadar fazla kuvvet uygularlar. Çok uzaklarsa, kuvvet sıfıra düşecektir. Bu sözde yerellik ilkesidir ve hemen hemen her durumda geçerlidir. Ancak kuantum mekaniğinde yerellik ilkesi ihlal edildi. Yerellik sadece bir yanılsama olabilir ve bu görünümden görmek tam da fiziğin ihtiyacı olan şey olabilir.
İki nesnenin birbirine yakın olduğunu varsayarsak, yüke ve aralarındaki mesafeye göre birbirlerini çekecek veya iteceklerdir. Bu, başka bir nesneyi etkileyebilecek bir alan üreten bir nesne veya aralarında itme veya çekmeye neden olacak parçacıkları değiştiren iki nesne olarak düşünülebilir.
Elbette bu etkileşimin bir hız limiti var, yani ışık hızı. Özel görelilik teorisine göre, kuvvet yayılmasından sorumlu parçacıklar ışık hızından daha hızlı hareket etmediklerinden, hız yalnızca ışık hızından daha az veya ona eşit olabilir.
Öte yandan, sezgimize uyan birkaç fizik bakış açısından biri olan nedensellik kavramını yaşam deneyimine dayanarak oluşturduk. Evrendeki herhangi bir gözlemci için geçmişte ve gelecekte var olan bir dizi olay vardır.
Görelilik teorisinde bu olaylar ya geçmişte ışık konisinde ya da gelecekte ışık konisinde yer alır. Gözlemciyi görülebilen, algılanabilen veya başka şekilde etkileyen olaylara nedensel çağrışımlar denir. Geçmişten geleceğe, sinyaller ve fiziksel etkiler ışık hızında hareket edebilir, ancak ışık hızından daha hızlı olamaz. En azından bu, insanların gerçeklik sezgisidir.
Fakat kuantum evreninde görelilik nedenselliği kavramı o kadar basit veya evrensel değildir. Belirsizlik ilkesine göre, ölçülmeden önce parçacıkların durumu belirsizdir. Parçacıkları gözlemlemeden önce, sözde süperpozisyon durumu olan tüm olası durumların üst üste gelmesindedirler.
Ek olarak, iki kuantum parçacığı da birbirine dolanabilir, böylece iki kuantum dolaşık parçacık aynı kuantum özelliklerine sahip olur. Dolaşan parçacıklardan biri ölçüldüğünde, yalnızca parçacığın durumu belirlenmekle kalmaz, aynı zamanda dolaşan diğer parçacığın durumu da bilinebilir.
Yukarıdaki kuantum fenomeni yeterince sezgiseldir ve aşağıdaki kuantum fenomeni insanların geleneksel bilişini bozar: Zaman ve uzayda belirli bir pozisyonda bir çift dolaşık parçacık yaratılırsa, aralarındaki mesafe keyfi bir şekilde uzar. Kuantum dolanıklığını korurken. Parçacıklardan birinin durumunu ölçerseniz, uzaktaki başka bir parçacığın durumunu anında bilebilirsiniz Bu, Einstein'ın kabul edemediği "hayalet benzeri uzak mesafeli bir eylemdir".
Kafa karıştırıcı olan şey, gözlemcilerin bu bilginin doğru olup olmadığını çok sonraya kadar tespit edemeyecek olmalarıdır, çünkü ışık sinyalinin başka bir yerden başka bir yere gitmesi zaman alır. Sinyal geldiğinde, bir mesafedeki dolaşmış parçacıkların beklenen durumu, ölçüm sonucuyla% 100 tutarlı olacaktır.
Bu durumda, gözlemci yerel olmayan veya yerel olmayan ölçüm bilgilerini "bilir". Ancak gözlemci orada olanlardan tamamen habersiz değildir. Hiçbir bilgi ışık hızından daha hızlı ilerlemese de, bu ölçüm kuantum fiziğinde rahatsız edici bir gerçeği tanımlar - bu aslında yerel olmayan bir teoridir.
Ancak, bir dolaşık parçacığın durumunu ölçmenin bize diğerinin tam durumunu söylemediğini, yalnızca ilgili olasılık bilgisini verdiğini belirtmek gerekir. Sinyalleri ışık hızından daha hızlı göndermenin bir yolu olmadığından, bu yerellik sadece dolaşık parçacıkların özelliklerinin istatistiksel ortalamasını tahmin etmek için kullanılabilir.
Einstein'dan Schrödinger'e ve De Broglie'ye, hiçbir fizikçi kuantum mekaniğinin daha iyi geliştirilmiş bir versiyonunu öneremez. Ancak hala bunu yapmaya çalışan fizikçiler var.
Bunlardan biri, Çemberin Teorik Fiziği Enstitüsünde fizikçi olan Lee Smolin, 2003 gibi erken bir tarihte, genel kuantum yerçekimi kavramı ile kuantum fiziğinin temel yerel olmayanlığı arasında ilginç bir bağlantı olduğunu gösteren bir makale yazdı. Fizikçiler başarılı bir kuantum yerçekimi teorisi oluşturmamış olsalar da, kuantum yerçekimi teorisi hakkında bazı önemli özellikler oluşturmuşlardır.
Yerçekimi kuvvetini ölçmeye çalışırken, yerçekimini transfer etmek için genel görelilikteki uzay-zaman eğriliği kavramını parçacık değişimiyle değiştirerek yerelliği ihlal edecektir. Ancak bu yerelleştirilmiş davranış ihlallerinin sonuçlarını gözlemlerseniz, kuantum mekaniğinin yerel olmayan davranışını yeni, yerel olmayan ve gözlemlenemeyen değişkenler aracılığıyla açıklamanın mümkün olduğunu göreceksiniz.
O halde, tamamlanmamış kuantum mekaniğinden yeni teoriler doğabilir ve fizikte yeni değişiklikleri tetikleyebilir mi? Einstein'ın bitmemiş büyük birleşik teorisi gerçekleştirilebilir mi? Genel görelilik ve kuantum mekaniği nihayet birleştirilebilir mi? Bunların hepsinin cevap verecek vakti var.
Daha fazla okuma:
Kuantum mekaniğini gerçekten anlayan var mı? Sizde de bu yanlış anlamalar var mı?Uzun yıllardır araştırma alanı-kuantum fiziğimi tanıtıyorum. Genel halk bunun çok çekici bir konu olduğunu düşünür ve kitapların ve dergilerin kapakları genellikle gizemini ifade eder. Ancak bu fizik alanında pek çok yanlış anlaşılma olmuştur.Bu makaleyi yazmanın amacı, altı yanlış anlamayı gerçekler aracılığıyla ortaya çıkarmaktır. Merak etmeyin, bu makaleyi okumak için çok fazla kuantum fiziği bilmenize gerek yok. Kuantum fiziğinin ne olduğunu açıklamaya çalışmıyorum, ama esas olarak ne olmadığını açıklamaya çalışıyorum ...
1. "Kuantum fiziği tamamen belirsizlikle ilgilidir"
Pek sayılmaz! Aslında kuantum fiziği, insanlığın yarattığı en doğru bilim olabilir. Sonraki deneylerde onaylanan 10 ondalık basamaktan sonra bile bazı özellikleri son derece yüksek doğrulukla tahmin edebilir. Bu yanlış anlamanın bir kısmı şunlardan kaynaklanıyor: Heisenberg nın-nin" Belirsizlik ilkesi Heisenberg, bir parçacığın hızı ve konumu gibi iki nicelik aynı anda ölçüldüğünde, ölçümün doğruluğunun sınırlı olduğunu belirtti.Ancak kuantum fiziği, enerji veya atomlar gibi diğer fiziksel nicelikleri hesaplamak için kullanıldığında Manyetizma, inanılmaz bir doğruluk elde edebilir.
2. "Kuantum fiziği görselleştirilemez"
Kuantum fiziği tarafından tanımlanan nesneler genellikle biraz "tuhaftır" ve dalga fonksiyonları, üst üste binme durumları, olasılık genlikleri, karmaşık sayılar gibi görüntülerini tanımlamak zordur. Bu kavramları anlamak için genellikle sadece matematiksel denklemlerin ve sembollerin kullanılabileceği söylenir. Bununla birlikte, biz fizikçiler bu kavramları öğretirken ve teşvik ettiğimizde, yine de onların imajlarını tarif ederiz. Diyagramlar, resimler, metaforlar, projektörler ve daha birçok ekipman kullanıyoruz.
Bu hiçbir şeydir, çünkü sadece öğrenciler değil, bizim gibi kıdemli kuantum fizikçilerinin bile zihinlerinde manipüle edilen nesnenin bir görüntüsünü oluşturmaları gerekir. Tartışmalı kısım, bu görüntülerin doğruluğu, çünkü bizim için bir kuantum nesnesini doğru bir şekilde temsil etmemiz zor. Physics Reimagined araştırma ekibi, tasarımcılar, illüstratörler ve video yapımcılarıyla işbirliği yaparak kuantum fiziğini mümkün olan tüm formlarda "çizmeye" çalıştı: origami, görsel edebiyat, heykel, 3D animasyon ve daha fazlası.
3. "Bilim adamları bile kuantum fiziğini anlamıyor"
Kuantum fiziğinde lider Feynman Bir keresinde şöyle demişti: "Sanırım kimsenin kuantum mekaniğini gerçekten anlamadığını güvenle söyleyebilirim." Ama hemen ekledi: "Size doğanın nasıl çalıştığını anlatacağım." Bu disiplinin kurucularından biri Bohr İyi bir özet verilir: "Kuantum teorisi ile ilk temasa geçtiklerinde şok olmamış olanlar onu gerçekten anlayamazlar." Fizikçiler kuantumun matematiksel tanımını ele aldıklarında, ne yapıyorsun. Sadece sezgilerini bu yeni alana ve onun içsel çelişkilerine uyarlamaları gerekiyor.
4. "Birkaç seçkin teorisyen, kuantum fiziği kavramının tamamını ortaya koydu"
Kuantum fiziğinin tüm tarihi tam tersini gösteriyor. Başlangıçta laboratuvarda fotoelektrik etki, siyah cisim radyasyonu ve atomik ışık emisyon spektrumları gibi bazı beklenmedik sonuçlar ortaya çıktı. Daha sonra ne zamana kadar Einstein , Planck , Bohr Seçkin teorisyenlerin alana katılması ancak diğerleri açıklamalar yapmaya çalıştığında oldu.
Daha sonra, tuhaf bir şekilde nikelden seken elektronlar, manyetik alanlar tarafından garip bir şekilde saptırılan gümüş atomları ve düşük sıcaklıklarda elektriği mükemmel şekilde iletebilen metaller dahil olmak üzere temel deneyler yapılmaya devam etti. Daha sonra dualite, spin ve süperiletkenlik gibi kavramlarla birlikte teoriler ve kavramlar yeniden ortaya çıktı. Teori ve pratik arasındaki bu tür verimli karşılıklı alışveriş, fiziğin temelidir. Çok az durum dışında, deneyler genellikle ilk ortaya çıkanlardır.
5. "Einstein, kuantum fiziğinin en büyük düşmanıdır"
Einstein, kuantum fiziğinin kötü niyetli bir rakibi olarak tanımlanıyor, belki de şu ünlü sözünden dolayı: "Tanrı evrenle zar atmaz." Ancak gerçek şu ki, o sadece kuantum mekaniğine karşı değil, aynı zamanda Ve ayrıca kuantum mekaniğini de yarattı! Einstein, 1905'te Planck'ın çalışmasına dayanarak temel bir makale yazdı: "Işığın Üretimi ve Dönüşümü Üzerine İlham Verici Bir Bakış". Bu makalede Einstein, ışığın küçük, bağımsız, parça parça nesnelerden oluştuğunu öne sürdü. Foton . Aslında onu Nobel Ödülü yapan, görelilik teorisi üzerine araştırması değil, bu çalışmaydı.
Einsteinın "kötü şöhreti" Bohr'la kuantum mekaniği, özellikle yorumlama ve kuantum gerçekliği üzerine yaptığı tartışmadan kaynaklanıyor olabilir, çünkü yerellik kavramını kabul etmiyor. Daha sonra, kuantum dolaşıklığı ve Bell teoreminin ihlali üzerine yapılan deneyler, Einstein'ın hatalı olduğunu ve gizli değişkenlerin eksikliğini kanıtladı. Einstein, kuantum fiziğinin alaka düzeyini tam olarak anladı ve onun anlamı hakkında, özellikle yerellikle ilgili konularda yalnızca şüpheleri vardı.
6. "Kuantum fiziğinin pratik kullanımı yoktur"
Kuantum fiziği, modern fizikteki en yararlı konu olabilir. Fizikçiler ışığın, atomların ve elektronların çalışma prensiplerini anladıktan sonra onları manipüle edebilirler. Lazerler, hastanelerde nükleer manyetik rezonans görüntüleme, LED ışıklar, flash bellek, sabit diskler ve daha da önemlisi transistörler ve elektronik cihazlar, tüm bu teknolojiler kuantum fizikçileri tarafından icat edildi. Bu kadar! Umarım kuantum fiziğinin bazı gizemlerinden kurtulabilirim. Söylemek istediğim son şey, kuantum fiziğinin herhangi bir bilim dalı gibi bir konu olduğu ...
