Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?
Удивительная способность предков каждого из ныне живущих на планете людей к выживанию позволила нам с вами наслаждаться всеми благами и достижениями цивилизации. Но раз уж на то пошло и миллионы лет эволюции позволили нам познать самих себя и окружающий мир, то что за это время нам удалось узнать о Вселенной? На самом деле не так уж много – по меркам той же Вселенной мгновение. И все же, все существующие на сегодняшний день физические теории описывают мир невероятно точно. Так, и классическая физика и квантовая механика по отдельности превосходно работают. Вот только все попытки объединить их в единую теорию по-прежнему не увенчались успехом, а значит наше понимание Вселенной и реальности нельзя назвать полноценным. В начале 1900-х годов рождение квантовой физики ясно показало, что свет состоит из крошечных неделимых единиц, или квантов – энергии, которую мы называем фотонами. Эксперимент Юнга, проведенный с одиночными фотонами или даже отдельными частицами материи, такими как электроны и нейтроны, представляет собой головоломку, поднимающую фундаментальные вопросы о самой природе реальности. Решить ее ученые не могут до сих пор.
Может ли квантовая физика являться ключом к пониманию Вселенной?
Двухщелевой эксперимент
В современной квантовой форме эксперимент Юнга включает в себя излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц (скажем, фотопластинка в случае фотонов). Исходя из здравого смысла мы ожидаем, что фотоны пройдут через ту или иную щель и начнут накапливаться за каждой из них.
Но этого не происходит. Скорее, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают других, создавая чередующиеся полосы света и тьмы, так называемые интерференционные полосы. Они возникают, когда два набора волн накладываются друг на друга. И все же, в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон. Как будто каждый фотон проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой. Это не имеет классического смысла. Так в чем же дело?
Двухщелевой эксперимент демонструет, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц.
Картина несколько проясняется, если посмотреть на нее с математической точки зрения. То, что проходит через обе щели – это не физическая частица или физическая волна, а нечто, называемое волновой функцией – абстрактная математическая функция, которая представляет состояние фотона (в данном случае его положение). Волновая функция ведет себя как волна. Фотон попадает в обе щели, и новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и в конечном итоге мешают друг другу. Комбинированная волновая функция может быть использована для определения вероятностей того, где можно найти фотон.
Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области физики и высоких технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Природа реальности
Немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики Вернер Гейзенберг интерпретировал математику так, что реальность не существует до тех пор, пока ее не наблюдают. «Идея объективного реального мира, мельчайшие части которого существуют объективно в том же смысле, в каком существуют камни или деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет … это невозможно», – писал он.
Как пишет Scientific American, американский физик Джон Уилер также использовал вариант эксперимента с двумя щелями, чтобы доказать, что «ни одно элементарное квантовое явление не является явлением, пока оно не является зарегистрированным (то есть «наблюдаемым») явлением».
Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что соотношение неопределенности возникает между любыми квантовыми наблюдаемыми, определяемыми некоммутирующими операторами.
Существуют и другие способы интерпретации эксперимента с двумя щелями. Так, лауреат Нобелевской премии по физике сэр Роджер Пенроуз предполагает, что чем больше масса объекта в суперпозиции, тем быстрее он коллапсирует в то или иное состояние из-за гравитационной нестабильности.
«Идея заключается в том, чтобы не просто поместить фотон в суперпозицию прохождения через две щели одновременно, но и поместить одну из щелей в суперпозицию нахождения в двух местах одновременно».
Лауреаты Нобелевской премии по физике 2020 года.
Согласно Пенроузу, смещенная щель либо останется в суперпозиции, либо схлопнется, пока фотон находится в полете, что приведет к различным типам интерференционных картин. В общем и целом, эти эксперименты показывают, что мы пока не можем делать никаких заявлений о природе реальности. А вот о том, может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени можно узнать в этой статье.
Источник
Квантовая физика и парадокс Зенона
Зенон Элейский был, несомненно, умным мужиком. Он был греческим философом, который родился около 490 г. до н.э. Наиболее известен он был тем, что придумывал всякие парадоксы . Которые на протяжении многих веков бросали вызов математическим представлениям о реальном мире. Самый известный парадокс Зенона звучит примерно так:
Если Вы собрались пробежать 100-метровую дистанцию, Вам нужно будет сначала преодолеть 50-метров до середины пути. Чтобы пройти последние 50 метров, Вам нужно будет преодолеть среднюю точку, расположенную на расстоянии в 25 метров. Чтобы пройти последние 25 метров, Вы должны будете преодолеть среднюю точку на расстоянии в 12,5 метров от Вас. И так далее. При этом расстояние становится все меньше и меньше, а поскольку пространство бесконечно делимо, Вы никогда не сможете закончить гонку.
С одной стороны, парадокс Зенона можно рассматривать как математическую задачу . Стандартное решение которой состоит в том, что хотя бегун и должен выполнить бесконечное количество задач за конечный промежуток времени, чтобы финишировать в гонке, в математике сумма бесконечных убывающих величин вполне может иметь конечный результат. Таким образом можно решить парадокс Зенона. Наш бегун сможет завершить гонку за измеримый промежуток времени.
Однако парадокс Зенона все равно бросает вызов нашему пониманию пространства и времени. И поднимает интересный вопрос: являются ли время и пространство непрерывными или дискретными? Другими словами — можно ли делить пространство и время бесконечно? Или существует какой-то наименьший интервал пространства/времени , который нельзя разделить на более мелкие кусочки?
У этого вопроса есть несколько решений. Но мне больше всего нравится квантовая теория, которая вводит понятие планковской длины. Это наименьшая измеряемая длина, за которой нельзя разделить время и пространство. Квантовая физика утверждает, что если две частицы разделить между собой на расстояние длины Планка или меньше, то станет невозможно определить их положение по отдельности. И поскольку Вы никогда не сможете пройти половину планковской длины, между любыми двумя точками не может быть бесконечного числа шагов.
Планковское время и большой взрыв
Квантовая механика — это математическая теория, описывающая поведение субатомных частиц. В физике планковская длина, названная в честь физика Макса Планка (1858-1947), составляет около 10 в минус 35 степени метров. А планковское время — наименьший интервал времени , имеющий какое-либо значение, равен 10 в минус 43 степени секунды.
Идеи о существовании планковской длины и планковского времени накладывают ограничения на измерение времени и пространства. А может быть, даже и на сами время и пространство. Это почти все равно что сказать, что если бы Вселенная была симуляцией , планковская длина — это размер одного пикселя реальности.
В рамках законов физики, как мы их понимаем сегодня, мы можем сказать одно — во время Большого взрыва Вселенная возникла, когда ее возраст уже составлял 10 в минус 43 степени секунды. Не менее этой величины. И это вовсе не парадокс. Потому что, как говорит нам квантовая физика, ни время, ни пространство, эти два неразделимых измерения бытия, не могут быть разделены за пределами определенной точки.
Планковская длина — важнейший компонент в уравнении Якоба Бекенштейна и Стивена Хокинга, используемого для вычисления энтропии черной дыры . В теории струн тоже применяется эта величина. Теоретики полагают, что планковскую длину имеет размер вибрирующих «струн», которые образуют все элементарные частицы. Независимо от того, верна ли теория струн на самом деле, одно можно сказать наверняка: понимание планковской длины является важным элементом в поисках физиками окончательной « Теории всего ».
Друзья! Если вам понравилась эта статья, обязательно оставьте комментарий вот по этой ссылке . Это можно сделать с использованием Вашей учетной записи Яндекс, Вконтакте, Фейсбук.
Ставьте лайк и обязательно поделитесь ей в социальных сетях!
А еще Вам могут понравиться эти статьи:
Источник
Как устроена Вселенная | Что это такое? Квантовая физика, космос Путешествие во времени
Наша солнечная система вечная четыри внешних планеты солнечной системы вырабатывают газы необходимые солнцу и матерелизуют их в солнце так солнце светит вечно венера это двойник земли когда земля засыпает просыпаеться венера на ней развиваеться флора и фауна строяться первые страны и города и человеческая история начинаеться с начала потом также засыпает венера и просыпаеться земля. Во вселенной много миров для людей и все они вечные. и все люди рождаються в одном мире проживают жизнь умирают проходит время и люди формируються в другом мире и также проживают жизнь и умирают и так происходит вечно.хорошие люди живут семейной жизнью работают занимаються спортом и путишествиями плохие люди занимаються плохими делами и все разрушают. мы живем в эре рыб эра иисуса христа скоро начинаеться новая эра эра водолея эра любви и справедливости в которой все страны будут жить в мире в новой эре небудет войн ядерного оружия бедности болезней тюрем дурдомов зоопарков децких домов интернатов плохих людей и тд.
Время — одна из величайших загадок Вселенной. Оно уносит нас всех без исключения, независимо от нашего желания и даже против воли. С точки зрения науки можно сказать, что путешествия во времени были абсолютно невозможны во вселенной Ньютона, где время течет равномерно и прямолинейно. То есть нечто однажды случившееся не могло измениться ни при каких обстоятельствах. Одна секунда на Земле равнялась одной секунде в любой другой точке Вселенной. Но затем появился гениальный Альберт Эйнштейн со своей теорией относительности, который опроверг эту концепцию и показал, что время больше похоже на извилистую реку, которая пересекает Вселенную; петляя меж звезд и галактик, оно ускоряется и замедляется. Так что одна секунда на Земле вовсе не абсолютна; время в разных точках Вселенной течет по-разному. Так возможно ли путешествовать во времени?
Долгое время обнаружение данных планет в огромном космическом пространстве было практически невозможно. Так как планеты вне Солнечной системы очень маленьких размеров по космическим масштабам и в сравнении со звездами весьма тусклы, а сами же звезды расположены на большом расстоянии от Солнца.
Большинство экзопланет обнаружено благодаря различным непрямым методикам детектирования, а не визуальному наблюдению. В результате большая часть открытых планет вне Солнечной системы представляют собой газовых гигантов, более похожих на Юпитер, чем на нашу с вами Землю. Это вполне очевидно и объясняется весьма ограниченными на данный момент методами исследования, в большинстве случаев делающих возможным обнаружение лишь массивных планет с коротким периодом колебания.
Источник
Квантовый эксперимент: реальность — вопрос личного выбора
Как утверждает квантовая механика, реальность — это то, что выбрал сам человек. Физикам давно было известно, что квант света (фотон) будет вести себя как волна и как частица в зависимости от того, как именно ученые измеряют ее. Отразив фотон от орбитального спутника наблюдатель может решить этот вопрос даже тогда, когда световой квант уже прошел через «точку принятия решения». Такие эксперименты с отложенным выбором в будущем позволят исследовать границы между квантовой теорией и теорией относительности.
Подобный эксперимент уже проводился в лабораторных условиях. Выведя его в космос, ученые доказали, что природа фотона остается неопределенной даже если частице приходится преодолевать тысячи километров. Филипп Гранджи, физик из Института оптики в Палесо (Франция), который также принимал участие в лабораторном эксперименте, уверен, что подобные опыты отлично подходят для «осуществления квантовой физики в космосе».
Квантовый дуализм: может ли настоящее определять прошлое?
Так в чем же суть опыта? Напомним, что фотон может проявлять свойства или частицы, или волны, в зависимости от того, какой метод измерения предпочитают ученые. В конце 1970-х годов знаменитый теоретик Джон Арчибальд Уилер понял, что экспериментаторы могут отложить свой выбор до тех пор, пока фотон почти полностью не пройдет сквозь устройство, настроенное на то, чтобы подчеркнуть то или иное свойство частицы. Это показывает, что поведение фотона в данном случае не предопределено. Чтобы проверить свою гипотезу, Уилер предложил по одиночке пропускать фотоны через так называемый интерферометр Маха-Цендера, подчеркивающий волновую природу света. Благодаря зеркальному «расщепителю лучей», устройство разделяет квантовую волну входящего светового потока на две части и направляет их по двум разным путям. После этого второй расщепитель рекомбинирует волны, что вызывает состояние интерференции и активирует два детектора. То, какой детектор поймает сигнал первым, зависит от разницы длин двух световых потоков — ожидаемое поведение для интерферирующих волн.
Источник