Kvantinė mechanika leidžia jums matyti, jausti ir liesti daleles (2 dalis)

2 22. 11. 2018
6-oji tarptautinė egzopolitikos, istorijos ir dvasingumo konferencija

Grįžkime prie to, kas yra kvantinė mechanika ir kaip mes ją galime naudoti.

Nematomas reginys

Gerai, todėl užuodžiate kavos kvapą, esate beveik budrus. Jūsų akys yra pasirengusios kasdienei rutinai, mirksi ir praleidžia šiek tiek šviesos. Galvojant apie tai, į jūsų veidą ir akis patekusios šviesos dalelės prieš milijoną metų susidarė saulės centre, tuo metu, kai mūsų protėviai pradėjo naudoti ugnį. Saulė net nesiųstų dalelių, vadinamų fotonais, jei jos nebūtų reikalingos tam pačiam reiškiniui, kuris galėtų būti mūsų uoslės, kvantinio tunelio, pagrindas.

Saulę ir Žemę skiria apie 150 milijonų kilometrų, fotonams tereikia aštuonių minučių įveikti šį atstumą. Tačiau didžioji jų kelionės dalis vyksta saulėje, kur tipinis fotonas praleidžia milijoną metų bandydamas pabėgti. Taigi medžiaga yra laikoma mūsų žvaigždės viduryje, kur vandenilis yra apie 13 kartų tankesnis nei švinas, o fotonai gali keliauti begalinę sekundės dalį, kol juos absorbuoja vandenilio jonai, kurie paskui apšaudo fotoną, sklindantį nuo Saulės ir kt. Po maždaug milijardo tokios sąveikos, Saulės paviršiuje pagaliau pasirodo fotonas, kuris čia šviečia milijonus metų.

Kvantinė mechanika (© Jay Smith)

Fotonai niekada nebūtų susiformavę ir Saulė nebūtų švietusi be kvantinio tunelio. Saulė ir visos kitos žvaigždės branduolio sintezės būdu sukuria šviesą, skaido vandenilio jonus ir sukuria helį procese, kuris išskiria energiją. Kiekvieną sekundę saulė paverčia energija maždaug 4 milijonus tonų materijos. Tik vandenilio jonai, kaip ir atskiri protonai, turi teigiamus elektrinius krūvius ir atstumia vienas kitą. Taigi, kaip jie gali susilieti?
Kvantiniame tunelyje protonų bangų pobūdis kartais leidžia lengvai persidengti kaip bangos, kurios susilieja ant tvenkinio paviršiaus. Tai, kad jos sutampa, priartina protonų bangas pakankamai arti, kad kita jėga, pavyzdžiui, stipri branduolinė jėga, veikianti tik labai mažais atstumais, gali įveikti elektrinę dalelių atstūmimą. Tada protonai suyra išskirdami vieną fotoną.

Mūsų akys yra labai jautrios fotonams

Mūsų akys tapo labai jautrios šiems fotonams. Kai kurie naujausi eksperimentai parodė, kad galime aptikti net atskirus fotonus, o tai kelia įdomią galimybę: ar žmonės galėtų aptikti kai kuriuos specialius kvantinės mechanikos atvejus? Ar tai reiškia, kad žmogus, kaip fotonas ar elektronas ar nelaimingasis Schrödingerio katinas, yra miręs ir gyvas tuo pačiu metu, jei jis tiesiogiai susijęs su kvantiniu pasauliu? Kaip galėtų atrodyti tokia patirtis?

Žmogaus akis

„Mes nežinome, nes niekas nebandė“, - sakė Rebecca Holmes, fizikė iš Los Alamoso nacionalinės laboratorijos Naujojoje Meksikoje. Prieš trejus metus, baigusi Ilinojaus universitetą Urbane-Champaign, Holmes buvo Paulo Kwiat vadovaujamos komandos dalis, kuri parodė, kad žmonės gali aptikti trumpus šviesos blyksnius, susidedančius iš trijų fotonų. 2016 m. Ji sužinojo, kad konkuruojanti mokslininkų grupė, vadovaujama fiziko Alipašos Vaziri iš Rokfelerio universiteto Niujorke, nustatė, kad žmonės iš tikrųjų matė atskirus fotonus. Tačiau matome, kad patirtis gali būti tiksliai neapibūdinta. Vaziri, ji bandė pamatyti fotonų blyksnius, žurnalui „Nature“ sakė: „Nėra taip, kaip matyti šviesą. Tai beveik jausmas ant fantazijos slenksčio “.

Kvantinė mechanika - eksperimentai

Netolimoje ateityje Holmsas ir Vaziri tikisi eksperimentų, kad būtų galima patikrinti, ką žmonės suvokia, kai fotonai įterpiami į specialias kvantines būsenas. Pavyzdžiui, fizikai gali susieti vieną fotoną su tuo, ką jie vadina superpozicija, kur fotonai vienu metu egzistuoja dviejose skirtingose ​​vietose. Holmesas ir jos kolegos sukūrė eksperimentą, apimančią du scenarijus, norėdami patikrinti, ar žmonės gali tiesiogiai suvokti fotonų superpoziciją. Pirmuoju atveju vienas fotonas pateks į kairę arba į dešinę žmogaus tinklainės pusę ir pastebės, kurioje tinklainės pusėje jis jaučia fotoną. Antruoju scenarijumi fotonas būtų patalpintas į kvantinę superpoziciją, kuri leistų tai padaryti, atrodytų, neįmanoma - vienu metu nuskristi į tinklainės dešinę ir kairę puses.

Ar būtų galima aptikti šviesą abiejose tinklainės pusėse? O gal dėl fotono sąveikos akyse superpozicija „žlugs“? Jei taip, ar taip atsitiktų tiek dešinėje, tiek kairėje, kaip rodo teorija?

Rebecca Holmes sako:

"Remiantis standartine kvantine mechanika, fotonas, esantis superpozicijoje, tikriausiai neatrodytų kitaip nei tikrai atsitiktinai perduodamas fotonas kairėje arba dešinėje."

Jei paaiškėja, kad kai kurie eksperimento dalyviai iš tikrųjų suvokė fotoną abiejose vietose vienu metu, ar tai reiškia, kad pats asmuo buvo kvantinėje būsenoje?

Rebecca Holmes priduria:

„Galima sakyti, kad stebėtojas buvo vienas kvantinėje superpozicijoje per nepaprastai trumpą laiką, tačiau dar niekas to neišbandė, todėl mes tikrai nežinome. Todėl darant tokį eksperimentą “.

Jūs suvokiate savaip

Dabar grįžkime prie kavos puodelio. Puodą jaučiate kaip vientisą medžiagos gabalą, tvirtai besiliečiantį su rankos oda. Bet tai tik iliuzija. Mes niekada nieko neliečiame, bent jau ne dviejų tvirtų materijos dalių, kurios liečiasi, prasme. Daugiau nei 99,9999999999 procentus atomo sudaro tuščia erdvė, beveik visa medžiaga sutelkta šerdyje.

Kvantinė mechanika (© Jay Smith)

Kai laikote puodelį rankomis, atrodo, kad jis jėga gaunama iš puodelyje ir rankoje esančių elektronų varžos. Patys elektronai neturi jokio tūrio, tik akivaizdūs neigiamo elektros krūvio lauko matmenys nulemia atomus ir molekules kaip debesis. Kvantinės mechanikos dėsniai juos riboja iki konkretaus energijos lygio aplink atomus ir molekules. Kai ranka griebia taurę, ji stumia elektronus iš vieno lygio į kitą, o tam reikalinga raumenų energija, kurią smegenys interpretuoja kaip pasipriešinimą, kai paliečiame ką nors tvirto.

Mūsų prisilietimo pojūtis kyla dėl itin sudėtingos elektronų, esančių aplink mūsų kūno molekules, ir objektų, kuriuos mes liečiame, molekulių sąveikos. Iš šios informacijos mūsų smegenys sukuria iliuziją, kad turime tvirtą kūną, judantį aplink pasaulį, pilną kitų kietų daiktų. Kontaktas su jais nesuteikia tikslaus tikrovės suvokimo. Gali būti, kad nė vienas mūsų suvokimas neatitinka to, kas iš tikrųjų vyksta. Kalifornijos universiteto Irvine'o pažintinis neurologas Donaldas Hoffmanas mano, kad mūsų jutimai ir smegenys vystėsi tam, kad užgožtų tikrąją tikrovės prigimtį, o ne ją atskleistų.

"Mano idėja yra ta, kad faktas, kad ir koks jis būtų, yra per daug komplikuotas ir mums apdoroti reikės per daug laiko ir energijos."

Smegenų pasaulio vaizdo palyginimas su grafine sąsaja kompiuteryje

Hoffmanas palygina pasaulio mūsų smegenyse vaizdą su grafine sąsaja kompiuterio ekrane. Visos spalvingos ekrano piktogramos, tokios kaip šiukšliadėžė, pelės žymeklis ir failų aplankai, neturi nieko bendro su tuo, kas iš tikrųjų vyksta kompiuterio viduje. Tiesiog abstrakcijos, supaprastinimai leidžia mums bendrauti su sudėtinga elektronika.

Pasak Hoffmano, evoliucija pakeitė mūsų smegenis, kad jos veiktų lygiai taip pat kaip grafinė sąsaja, kuri ištikimai neatkuria pasaulio. Evoliucija nepalaiko tikslaus suvokimo vystymosi, ji naudoja tik tai, kas leidžia išgyventi.

Kaip sako Hoffmanas:

"Forma valdo tikrovę".

Hoffmanas ir jo absolventai pastaraisiais metais išbandė šimtus tūkstančių kompiuterinių modelių, kad išbandytų savo idėjas dirbtinių gyvybės formų modeliavime, konkuruojančiame dėl ribotų išteklių. Bet kokiu atveju organizmai yra užprogramuoti pirmenybę teikti fiziniam pasirengimui, kai faktai neatitinka tų, kurie pateikti norint tiksliai suvokti.

Pavyzdžiui, jei vienas organizmas yra sukurtas tiksliai suvokti, pavyzdžiui, bendrą aplinkoje esančio vandens kiekį, ir jis susiduria su organizmu, kuris yra sureguliuotas suvokti ką nors paprastesnio, pvz., Optimalų vandens kiekį, reikalingą išlikti gyvam. Taigi nors vienas organizmas galėtų sukurti tikslesnę realybės formą, ši savybė nepadidina jo galimybių išgyventi. Hoffmano studijos padėjo jam padaryti puikią išvadą:

„Tiek, kiek esame prisitaikę palaikyti gyvenimą, nebūsime prisitaikę prie realybės. Mes negalime to padaryti “.

Kvantinė teorija

Jo mintys sutampa su tuo, ką kai kurie fizikai laiko pagrindine kvantinės teorijos idėja - tikrovės suvokimas nėra visiškai objektyvus, mes negalime būti atskirti nuo stebimo pasaulio.

Hoffmanas visiškai užfiksuoja šią nuomonę:

„Kosmosas yra tik duomenų struktūra, o fiziniai objektai patys yra duomenų struktūros, kurias mes sukuriame skrydžio metu. Kai žiūriu į kalvą, sukuriu šią duomenų struktūrą. Tada žiūriu ir sulaužau šią duomenų struktūrą, nes man jos nebereikia “.

Kaip rodo Hoffmano darbas, mes dar neatsižvelgėme į visą kvantinės teorijos prasmę ir tai, ką ji sako apie tikrovės prigimtį. Didžiąją savo gyvenimo dalį pats Planckas siekė suprasti teoriją, kurią padėjo sukurti, ir visada tikėjo objektyviu visatos suvokimu, egzistuojančiu nepriklausomai nuo mūsų.

Kartą jis rašė apie tai, kodėl pasirinko fiziką, nepaisydamas mokytojo patarimo:

„Išorinis pasaulis yra kažkas, kas nepriklauso nuo žmogaus, tai yra kažkas absoliutaus, ir tam galiojančių įstatymų ieškojimas man absoliučiai atrodė kilniausia mokslinė gyvenimo patirtis“.

Gali praeiti dar šimtmetis, kol kita fizikos revoliucija įrodys, ar jis teisus, ar neteisingas, kaip jo profesorius Philipas von Jolly.

Kvantinė mechanika

Kitos serijos dalys