Kuantum mekaniği nedir?
Kuantum mekaniği çok sağduyuya aykırı bir bilgidir, ancak tamamen anlaşılmaz değildir. Biraz kuantum mekaniğini anladığınız sürece, şaşıracaksınız. Yeterince anlarsanız, içine düşebilirsiniz. Biraz daha anlarsanız, gençliğinizi fiziğe adamak isteyebilirsiniz.
Weinberg, fizikçileri uzun süredir rahatsız eden bir sorundan bahsetti. Bu konu çok ciddi ve herkesin dünya görüşünü etkilediği söylenebilir. Bu sorunu anlamak herhangi bir ileri kavram gerektirmez, size açıklayayım.
1. Sağduyu ile "belirsizlik"
Modern insanlar genellikle "belirsizlik" ve "olasılık" gibi şeyler hakkında konuşurlar, ancak dünyanın gerçekten belirsiz olup olmadığını hiç merak ettiniz mi?
Havaya bir elma fırlatırsın Elmanın başlangıçtaki hızını, havanın direncini ve yerçekiminin gücünü bilirsem, elmanın yörüngesini doğru bir şekilde hesaplayabilir ve size ne zaman ve nereye ineceğini söyleyebilirim. Tamamen kesin.
Ama bir yazı tura atıp bana madalyonun hangi yüzünün düştüğünü sorarsanız, sadece bir olasılık söyleyebilirim. Bunun nedeni madeni paralar ve elmalar arasındaki temel fark değil, madeni paraların inişini etkileyen çok fazla faktör olduğu için - başlangıç hızı, açı, dönüş derecesi, zemin seviyesi, hava akışındaki değişiklikler vb. Bu faktörler hakkındaki bilgilerim ve bilgi işlem gücüm sınırlı ve doğru bir şekilde tahmin etmenin hiçbir yolu yok.
Ancak madalyonun hareketini yöneten fiziksel denklemlere bakarsanız, bunların hepsi deterministtir. Diğer bir deyişle, eğer birisi tüm faktörleri doğru bir şekilde anlayabilirse, ilke olarak madalyonun yörüngesini doğru bir şekilde tahmin edebilir! Madeni para olayı, doğası gereği hala belirleyici bir olaydır.
Kuantum mekaniğinin ortaya çıkmasından önce fizik böyleydi. Tüm fizik denklemleri deterministiktir, yani evrendeki her parçacığın başlangıç koşullarını tam olarak biliyorsanız, prensipte tüm evrenin sonraki evrimini tahmin edebilirsiniz ve her şey deterministtir - bu sözde "mekanik evren" dir. .
Bugün bahsettiğimiz hava durumu, borsa, deprem gibi sözde belirsiz olaylar mekanik evrende de var ... Belirsizliğin sadece sınırlı hesaplama gücümüzden kaynaklandığını söylüyoruz. Mekanik evrende gerçek belirsiz olaylar yoktur, her şey mahkumdur.
Bu dünya görüşü biraz sinir bozucu - beyinlerimiz de fizik yasalarına göre yönetiliyor, bu yüzden gelecekte düşündüğünüz şey de mahkum - ama bu uyumlu ve kendi kendine tutarlı bir dünya görüşü.
Kuantum mekaniği ortaya çıktığında fizikçilerin kafası karışmış olmasının nedeni budur.
2. Hem burada hem orada
Aşağıdaki deney "çift yarık deneyi" olarak adlandırılır. İki yarıktan bir ışık huzmesi geçirin, iki yarığın huzmeleri araya girerek arkadaki ekranda parazit saçakları oluşturacaktır.
Bunun nedeni, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ışığın tıpkı su dalgaları gibi uçucu olmasıdır:
Ama kuantum mekaniği ortaya çıkar çıkmaz, ışığın da bir parçacık - yani bir "foton" olduğunu biliyorduk. Prensip olarak, fizikçiler fotonları - veya elektronları veya diğer parçacıkları - tek tek çift yarıklı bölüme yayabilirler. Bil bakalım ne olacak?
Bir seferde yalnızca bir foton yaysanız bile, arka ekranda girişim saçak desenleri görünecektir! Bu çok tuhaf, çünkü girişim saçakları, iki boşlukta aynı anda yayılan ışığın girişiminin ürünüdür. Şimdi bir seferde sadece bir foton çekiyorsunuz, kime müdahale ediyor?
Cevap, bu fotonun kendi kendine müdahale etmesidir - yani, bu foton aynı anda iki boşluktan geçer! Bu deneyi elektronlarla veya diğer parçacıklarla yapın ve sonuç aynıdır.
Bu kuantum mekaniğidir. Bir parçacık "solda dikişi ve sağdaki dikişi" - "burada burada" yürüyebilir!
Başka bir örnek ver. Fizikte "spin" adı verilen ve muhtemelen bir parçacığın dönüşü olarak anlayabileceğiniz bir kavram vardır. Kuzey gibi keyfi olarak bir yön seçin, sonra bir elektron için iki tür dönüş vardır - kuzeye, eğer dönüş saat yönündeyse, saat yönünün tersine ise dönüşünün pozitif olduğunu söyleriz. , Dönüşünün negatif olduğunu söylüyoruz.
Elektronların herhangi bir yönde pozitif ve negatif dönüşleri olduğunu bildiğiniz sürece, spinin kesin tanımını önemsemenize gerek yok.
Tamam. Şimdi burada bir elektron olduğunu varsayalım, ben onu gözlemlemeden önce bana bir soru soruyorsunuz: Bu elektronun spini pozitif mi yoksa negatif mi?
Bir bilardo topundan bahsediyorsak, cevabım "olumlu ya da olumsuz" olmalıdır. Ancak elektronik için cevabım "hem olumlu hem de olumsuz" olmalıdır.
Bu, önceki çift yarık deneyindeki ile aynıdır: "Solda dikişi ve sağda dikişi yürüyün".
Gözlemlenmemiş bir elektron aslında "kuantum süperpozisyon durumu" olan iki spin durumunun "süperpozisyonu" dur. Fizikçiler bu süperpozisyon durumunu tanımlamak için "dalga fonksiyonlarını" kullanırlar.
Bu "hem ... hem de ..." kavramı sizi şaşırtmış olabilir. Bu aslında bir fikir meselesidir. Günlük hayatta bir insanın aynı anda sol ve sağ kapılardan geçmesi hatta kendine çarpması imkansızdır ama bu bizim günlük deneyimimizdir. Mikro dünyadaki durum makro dünyadan çok farklı, bu kavramı kabul ettiğiniz sürece iyi uyuyamayacaksınız.
Temel parçacıklar bilardo topları değildir. Onu gözlemlemediğiniz sürece, "bu, ve bu" olabilir.
Fizikçilerin iyi uyumasını engelleyen şey "gözlem" dir.
3. Gerçek "belirsizlik"
Çift yarık deneyine geri dönelim. Farz edelim ki fotonun hangi yarıktan geçtiğini bilmek istiyorum, bu yüzden yarıklardan birinin dışına bir detektör yerleştirdim Foton geçer geçmez bilecektim.
Girişim saçaklarının ortadan kalktığını buldum! Ekrandaki desen, bilardo toplarıyla oynadığınla aynı.
Gözlem üzerine, foton "soldaki dikiş ve sağdaki dikiş" yerine "soldaki dikişe ya da sağdaki dikişe" dönüştü!
Yani gözlem, kuantum süperpozisyon durumunu yok edecektir. Fizikçilerin deyimiyle buna "dalga fonksiyonu çökmesi" denir.
Aynı şekilde, bir elektronun belirli bir yönde dönüşünü "gözlemlerseniz", elde ettiğiniz sonuç "pozitif veya negatif" olur.
Ve "pozitif" veya "negatif" bir sonuç alacaksınız, bu gerçek bir "belirsizlik" olayı!
Gözlemlerinizi önceden tahmin etmenin bir yolu yok. Elektronun dalga fonksiyonunun hangi sonucu pozitif veya negatif olarak çökerse herhangi bir dış faktörden etkilenmez - elektronun "özgür iradesi" diyebilirsiniz.
Fizikçiler, her bir sonucu elde etme olasılığınızı doğru bir şekilde tahmin etmek için elektronların dalga fonksiyonunu kullanabilirler, ancak tek bir gözlem karşısında teorik olarak sonucu tahmin etmenin bir yolu yoktur.
Kuantum mekaniğinin bu özelliğinden dolayı gerçekten belirsiz bir dünyada yaşıyoruz. Mekanik evrenin modası geçmiş, her şey önceden belirlenmiş değil ve tanrılar geleceği zaman tahmin edemezler.
Tamam, şimdi Weinbergin sorunu, dalga fonksiyonunun evrimini açıklayan denklemin "Schrodinger denklemi" olması ve Schrodinger denkleminin aslında deterministik bir denklem olması ve bunda hiçbir olasılık olmaması - o zaman "gözlem sonucunun temel belirsizliği" Seks nereden geliyor?
4. İnsan bilinci ve çoklu evren
Ancak gözlemlendiğinde belirsizlik ortaya çıkar. Fizikçiler bunu düşünmekten son derece korkuyorlar - yalnızca birisi dahil olduğunda belirsizlik ortaya çıkıyor!
Weinberg, biri enstrümantalist diğeri realist olarak adlandırılan iki güncel görüşü özetledi.
Enstrümantalistler, kuantum mekaniği denkleminin sadece gözlem sonucunun olasılığını hesaplamanıza yardımcı olabilecek bir araç olduğuna inanırlar ki bu yeterlidir. Kuantum mekaniğini gerçek dünyanın bir açıklaması olarak ele almamalıyız Kuantum mekaniği sadece dalga işlevi çökmeden önce dalga işlevinin nasıl çöktüğünü önemsiyor, kuantum mekaniği tarafından kontrol edilmiyor.
Bu, insanların kuantum mekaniği tarafından kontrol edilmediğini söylemekle eşdeğerdir. Deneyin sonuçlarını açıklamak için, Schrödinger'in denklemi tek başına yeterli değil, insan bilincinin de eklenmesi gerekiyor. Eugene Wigner adında bir kuantum fiziğinin öncüsü var, dedi, insan bilincini dikkate almazsanız, kendi kendine tutarlı bir kuantum mekaniği teorisi elde edemezsiniz.
Ancak kuantum mekaniğinin mikroskobik dünyadaki tüm doğal olayları çok doğru bir şekilde tanımlayabildiğini de biliyoruz. Yani bu, insanın doğada fizik yasalarının dışında bir şey haline geldiğini söylemekle aynı şey.
Bu açıklamayı kabul edebilir misin? Darwin'den bu yana insanoğlunun aldığı en büyük ders, insanın sadece bir grup permütasyon ve temel parçacıkların birleşiminden oluşmasıdır .. İnsan şimdi yine özel mi?
Ancak realistin görüşü daha sansasyoneldir. Realistler, kuantum mekaniğinin hem elektronlar hem de insanlar dahil olmak üzere gerçek dünyayı tanımladığına inanıyor. Öyleyse belirsizlik nereden geliyor? Aslında, hiçbir belirsizlik yoktur - her gözlemlediğinizde, pozitif ve negatif dönüşler gerçekten gerçekleşir! Paralel bir dünyada oldu.
Bu evrendeki siz pozitif bir dönüş gözlemlediniz. Ve başka bir paralel dünyada, negatif dönüşü gözlemleyen başka bir siz var. Bunun bir olasılık olduğunu düşünüyorsunuz, ancak başka bir kendinizin varlığını bilmiyorsunuz. Evren her an ikiye ayrılıyor ve her çatallanmada sen varsın, kimse diğerlerinden daha özel değil.
Bu paralel dünya yorumu, 1957'de Princeton Üniversitesi'nde doktora öğrencisi tarafından yapılan bir doktora teziydi ve daha sonra bir dizi bilim kurgu romanı için materyal haline geldi. Weinberg dahil genel fizikçiler bu teoriye katılmıyorlar. Her an yeni bir evreni bölmek mi? Gelince? Ve gerçekçi açıklamanın başka teknik sorunları var, bu yüzden burada bunun hakkında konuşmayacağım.
Weinberg bu iki görüşten memnun değil. Aslında, ciddi değilseniz, kuantum mekaniği özellikle iyi bir teoridir, deneysel sonuçlarla oldukça tutarlıdır ve en başarılı fiziksel teori olduğu söylenebilir. Öyleyse neden daha gerçek olsun? Weinberg, kuantum mekaniğinde bu ikileme sahip olduğundan, belki kuantum mekaniğinden daha iyi yeni bir teori keşfedebileceğimizi söyledi.
Deneylerin yeni teori için herhangi bir ilham vermesi pek olası değil, sonuçta kuantum mekaniği çok doğru. Weinberg, muhtemelen ilk önce bu yeni teoriyi mantıksal olarak ancak speküle edebileceğimizi hayal etti. Weinberg, nispeten teknik olan düşüncesi hakkında konuştu, bu yüzden bunun hakkında konuşmayacağız.
Weinberg, gelecekte bu yeni teori ile yeni teori ile mevcut kuantum mekaniği teorisi arasında küçük bir fark olabileceğini umuyor.Belki bu küçük farkı özellikle hassas bir deneyde tespit edebiliriz. Bu durumda, yeni Teorinin bir değeri vardır.
Cümle kırmak
Fizikçiler yeni teorileri severler ve bazı önemli ölçüde farklı sonuçlar almayı umarlar. Ama aslında kuantum mekaniği, yeni teorileri bekleyen açıklanamayan deneysel sonuçların olmadığı kadar doğrudur.
Artık bir fizikçi değilim, bu yüzden bunu doğru bir şekilde söyleyeceğim - mevcut kuantum teorisinin ikilemi özellikle büyük bir felsefi problemi ima ediyor. Yeni teorinin temel görevi, bu felsefi soruyu açıklamaktır.
Fizikçiler felsefe hakkında konuşmak konusunda isteksizdir, ancak felsefenin en çok ihtiyaç duyduğu düşünme aracı fiziktir.
Şimdilik "paralel dünya" teorisini bir kenara bırakalım ve tek başına "araçsalcı" düşüncesini tartışalım, yani var olan kuantum teorisi insan bilincini kontrol edemez. Bu doğruysa, mesele çok büyüktür.
Kuantum mekaniği bilgisayarları tamamen açıklayabilir. Yalnızca insan gözlemleri gerçek bir belirsizlik getirebiliyorsa ve kuantum mekaniği bilinci açıklayamıyorsa, o zaman şunu söyleyebiliriz -
Fizik bakış açısından, insanlar -yine ancak mümkün- bilgisayarları değil.
Bilinç faydalı olabilir. Özgür irade var olabilir. Yapay zeka çağında, makineler ne kadar güçlü olursa olsun, insanlar her zaman bir değere sahip olacaktır.
Bu nedenle, bazı fizikçiler de dahil olmak üzere birçok insan, insan bilincini incelemek için kuantum mekaniğini kullanmaya çalışıyor.
Son olarak, bu argümanın kolaylıkla suistimal edilebileceğini vurgulamak istiyorum, belki bazı metafizikçiler bunu sevdiği şeyleri açıklamak için kullanacaklardır. Ve açıklamaları muhtemelen saçmadır.
