ماهیت فیزیک کوانتومی. فیزیک کوانتومی برای آدمک ها فیزیک کوانتوم چیست: جوهر به کلمات ساده. مبانی مکانیک کوانتومی

فیزیکدان درخشان قرن بیستم، ریچارد فاینمن، زمانی گفت که هیچ کس اصلاً فیزیک کوانتومی را نمی‌فهمد. در واقع، پدیده‌های به‌ظاهر غیر شهودی دوگانگی موج-ذره، تداخل کوانتومی، درهم‌تنیدگی و غیرمحلی بودن، فیزیکدانان را برای یک قرن گیج کرده است. آندری کانانین، فیلسوف و کیهان شناس، بر آن شد تا با استفاده از نظریه فیزیک کوانتوم و سایر اکتشافات اخیر، مفاد اصلی کتاب مقدس را تأیید کند. گفتگو با او توسط ستون نویس ایستگاه رادیویی رادونژ، الکساندر آرتامونوف انجام شد.

فیزیک کوانتومی وجود الهی را تایید می کند

آندری، لطفاً در مورد فیزیک کوانتومی به ما بگویید؟ آیا علم مدرن با دیدگاه کتاب مقدس درباره جهان در تضاد است؟ همچنین برای ما مهم است که با دیدگاه علم مدرن کیهان شناسی در مورد شکل گیری جهان آشنا شویم.

ما سعی خواهیم کرد در مورد آخرین دستاوردهای علمی با شما صحبت کنیم و در عین حال، به اندازه کافی عجیب، این ایده ها منشأ معنوی جهان ما را تأیید می کنند.

درک علمی امروزی از منشأ کیهان و پویایی توسعه آن نشان می دهد که بسیاری از مشکلات اخلاقی انسان مستقیماً با مسئله منشأ کیهان و فرآیندهایی که در آن رخ می دهد مرتبط است. به نظر بسیاری، فضا مکان بسیار خطرناکی است که ترس یا تردید را در یک فرد ناآماده القا می کند - بسیاری از مردم به بی نهایت بودن فضای سرد، در مورد بی اهمیت بودن انسان در این جهان فکر می کنند. در واقع معلوم می شود که اینطور نیست! واقعیت این است که همه متخصصان پیشرفته - فیزیکدانان پیشرفته، کیهان شناسان، اخترفیزیکدانان - مطمئن هستند که جهان ما از بخش های جداگانه تشکیل نشده است، بلکه نمایانگر یک سیستم جدایی ناپذیر پیچیده جهانی است که همه بخش های آن به طور نزدیک به هم مرتبط هستند. در طول قرن بیستم گذشته و اکنون قرن بیست و یکم کنونی، آخرین پیشرفت های علمی این نتایج را تایید می کند.

نکته این است که معلوم شد نظریه های نیوتن، انیشتین، داروین - و مهم نیست که آنها را درست تفسیر کنیم یا نه - منسوخ شده اند. این دقیقاً در آغاز قرن مشخص شد، زمانی که سرانجام مشخص شد که جهان ما کوانتومی است.

- معلوم می شود آنچه در مدرسه به ما می آموزند درست نیست؟

من به سختی نمی گویم که قوانین نیوتن اشتباه است. به سادگی درک عمیق تر از جهان به آنها اجازه می دهد تا گسترش پیدا کنند. البته قانون نیوتن درست است که زمین به دور خورشید می چرخد. این قانون جاذبه است. اما از سوی دیگر، آخرین خوانش قانون برهمکنش گرانشی نشان می دهد که ما در مورد چرخش آشفته صحبت نمی کنیم، بلکه این یک فرآیند عمیقا منظم است.

چگونه می توانیم با استفاده از فیزیک کوانتومی اثبات وجود خالق را بفهمیم، اگر به گفته شما امروز فقط 5-8 نفر در این سیاره واقعاً آن را درک می کنند؟

بله، قوانین فیزیک کوانتومی پیچیده هستند. اما هر رشته علمی مبتنی بر فرمول های خاصی است، بنابراین اگر ما در مورد دستگاه ریاضی اخترفیزیک صحبت می کنیم، بله - در واقع، بسیار بسیار پیچیده است. در واقع، فیزیک کوانتومی بر سه ایده اساسی استوار است.

دیدگاه عمومی پذیرفته شده این است که همان قوانین نیوتنی جهان را در مقیاس ماکروسکوپی توصیف می کند - ستارگان، سیارات... اما فیزیک کوانتومی جهان را در سطح میکروسکوپی توصیف می کند. یعنی یک کوانتوم در اصل یک ذره بنیادی است. اولین آزمایشات کوانتومی در سال 1801 انجام شد! به این معنا که علم مدتهاست در تلاش است تا به اسرار معجزات کوانتومی دست یابد. و در سالهای اخیر است که برخی از دستاوردهای علمی قبلاً امکان ارزیابی کاملاً علمی از آن آزمایشات را فراهم کرده است که برخی از آنها در حال حاضر 200 سال قدمت دارند!

در مورد فرضیه های اساسی فیزیک کوانتومی، اولین چیزی که باید گفت این است: وقتی امروز با کمک برخورددهنده ها، میکروسکوپ ها و همه تجهیزات مدرن شروع به مطالعه کوانتوم کردند، معلوم شد که حرکت در فضا ، آنها قوانین عمومی پذیرفته شده فیزیک را به شدت نقض می کنند. یعنی به طور کلی معجزه اتفاق می افتد! یعنی معلوم شد که معجزه از نظر علمی امکان پذیر است! Quanta سرعت نور را نقض می‌کند، در مسیرهای مختلف حرکت می‌کند، از ناکجاآباد ظاهر می‌شود، به ناکجاآباد ناپدید می‌شود... یعنی دیدگاه‌های ارتدوکسی پذیرفته‌شده عمومی جهان کلاسیک را نقض می‌کنند.

بنابراین: 3 ستون فیزیک کوانتومی. فرض اول. معلوم شد که جهان نه با قطعیت، بلکه با احتمال اداره می شود. یعنی ناهنجاری در حرکت ذرات غیرممکن نیست، اما بعید است. در دنیای ما، بعید است، به عنوان یک قاعده، اتفاق نمی افتد. در دنیای کوانتومی این امکان پذیر است. علاوه بر این، تولد جهان باید به عنوان یک رویداد منحصر به فرد و غیر معمول شناخته شود. شاید لحظه انفجار بزرگ خود یک انتقال کوانتومی معجزه آسا از حالت ماده از یک حالت به حالت دیگر باشد. بار دیگر، با عطف به متون کتاب مقدس، به آنچه در نامه دوم پطرس رسول آمده است نگاه کنید: "یک روز نزد خداوند مانند هزار سال است." یعنی خداوند خارج از زمان وجود دارد و محدود به آن نیست. در فضای بی زمان، این رویدادهای خارق العاده به واقعیت تبدیل می شوند. معلوم می شود، طبق خواست خدا.

دومین اثر کوانتومی جذاب، به هم پیوستگی ذرات است. تغییر در یک سیستم کوانتومی تأثیر فوری بر دیگری دارد. و این نه در مورد یک دفتر یا آپارتمان جداگانه، بلکه برای کل کیهان به عنوان یک کل صدق می کند. یعنی اگر وضعیت کوانتومی سیستم را در جایی تغییر دهید، فوراً یک اثر اتصال در هر بخشی از کیهان وجود دارد. بنابراین، فیزیک کوانتوم ثابت کرده است که همه چیز در جهان ما به هم مرتبط است.

و در آخر نکته سوم و آخر. دانشمندان دریافته اند که جهان ما بدون ناظر معقول، یعنی بدون شخص نمی تواند وجود داشته باشد. به هر حال، خود فیزیک کوانتومی تا زمانی که ناظر وجود نداشته باشد، کار نمی کند. یعنی یک ذره - چیزی که ما آن را کوانتوم می نامیم - هیچ موقعیت خاصی در جهان مادی اشغال نمی کند تا زمانی که کسی به آن نگاه کند. این یک ویژگی کوانتومی منحصربه‌فرد است که به آن ویژگی مشاهده‌گر می‌گویند. یعنی تا زمانی که کسی یک ذره کوانتومی را مشاهده نکند، نمی‌توان گفت کجاست و با چه سرعتی در حال حرکت است.

یعنی یک کوانتوم می تواند به طور همزمان در دو نقطه از فضا باشد و تنها زمانی که نگاه ناظر به آن بیفتد می تواند جایی که در حال حاضر قرار دارد را ثبت کند.

بله! کاملا درسته! معلوم شد که واقعیت تنها زمانی چنین می شود که کسی آن را معنوی کند. البته ما نمی‌توانیم با چشمان خود به یک کوانتوم بدون تجهیزات مناسب نگاه کنیم. اما با حضور معنوی خود در جهان به عنوان ناظران هوشمند چیزی را به این دنیا می آوریم که بدون آن غیر ممکن است. به یک معنا، ما آن را "احیا" می کنیم.

منطقی است که فرض کنیم اگر در دنیای ما موجودیت خاصی وجود داشته باشد که بر اجرای آن تأثیر بگذارد، فیزیکدانان می توانند چنین موجودی را Superobserver بنامند. افراد دور از فیزیک کوانتومی، بسته به دیدگاه خود، او را به سادگی خدا یا خالق می نامند.

جالب ترین چیز این است که می بینید، مسیحیت آنچه را که من گفتم با کتاب مقدس تأیید می کند. در قسمت اول کتاب پیدایش نقل قول بسیار جالبی وجود دارد: «و خداوند فرمود: انسان را به صورت و شباهت خود بسازیم!» و بر ماهیان دریا، بر پرندگان آسمان، بر جانوران و بر تمامی زمین مسلط شود!» یعنی به طور کلی معلوم می شود که خداوند این جهان را برای انسان - بیننده این جهان - آفریده است. و این به طور مستقیم در متون کتاب مقدس بیان شده است.

آیا می توان نتیجه گرفت که فیزیک کوانتومی مصلحت و معنویت فضا را تایید می کند؟ بالاخره کوانتوم هم ذره است و هم موج. او از غیر مادی به مادی حرکت می کند.

کاملا درسته! گذار از نیستی به هستی است. نتیجه گیری اصلی فیزیک کوانتومی به شرح زیر است. جهان با احتمال اداره می شود. دوم: همه چیز در جهان به هم مرتبط است. سوم: جهان ما بدون ناظر هوشمند غیرممکن است.

این فرضیه ها تأیید می کنند که در دنیای ما همیشه یک جایگزین وجود دارد. طرز نگاه ما، تصور ما از انتقال نیستی به هستی - این جایگزین است. جایگزین چیست؟ این آزادی انتخاب است.

البته قوانین علمی سختگیرانه ای در جهان هستی وجود دارد. اما این قوانین تنها احتمال وقوع یک یا دیگری از رویدادها را تعیین می کنند. و اینکه واقعاً چه آینده ای خواهد آمد بستگی به این دارد که چگونه اراده و انتخاب آزاد توسط یک موجود هوشمند خاص تحقق یابد.

که با نظریه جبرگرایی در تضاد است. چنین دیدگاه هایی در بین پروتستان ها رایج است. بر اساس این نظریه، سرنوشت جهان از پیش تعیین شده است و تنها ما، بردار در حال خزیدن در امتداد بخش بسیار کوچکی از یک دایره غول پیکر، حرکت خود را به صورت مستقیم درک می کنیم. یعنی فقط ما چیزی نمی فهمیم اما در واقع همه چیز به شدت تعیین شده است. ما معتقدیم که اراده آزاد وجود دارد، اما در واقع، ما به سادگی آگاه نیستیم. شما با اشاره به فیزیک کوانتومی می گویید که چندین گزینه برای توسعه رویدادها وجود دارد و ما همچنان اراده آزاد داریم...

بله حق با شماست! از اینجاست که گفت و گوی خود را با شما آغاز کردیم که متأسفانه حتی مفاهیم کم و بیش درست را نیز می توان بر اساس دیدگاه های منسوخ ساخت. جبرگرایی که شما گفتید با دیدگاه علمی پنجاه سال پیش جهان مطابقت دارد. اما این فیزیک کوانتومی بود که ثابت کرد این فرضیه نادرست است. فیزیک کوانتومی به وضوح نشان می دهد که جایگزینی در جهان ما وجود دارد. علاوه بر این، فیزیک کوانتومی نشان می دهد که این جایگزین بدون موجودات هوشمند غیرممکن است. و اگر موجودات هوشمند بر دنیای ما تأثیر بگذارند و اراده آزاد داشته باشند، معلوم می شود که روندی که در اینجا اتفاق می افتد از پیش تعیین شده نیست، بلکه محتمل است! یعنی از اراده و درک انسان از خیر و شر، تأثیر خاصی بر جهان می آید.

یعنی معلوم می شود که بدون وجود عقل - نه یک شخص، بلکه دقیقاً لوگوس الهی - جهان به سادگی نمی تواند وجود داشته باشد؟

بله و نکته اصلی این است که جهان یک مکانیسم شوم بی تفاوت نیست که در آن جایی برای خلاقیت نباشد و تکامل جهان عاری از هر هدف و معنایی باشد. به هر حال، اگر به متون کتاب مقدس مراجعه کنیم، وجود بی معنی یکی از اشکال شر است.

من در مورد چیز دیگری صحبت می کنم. ببینید انسان می تواند با ضربه زدن خواص مفید فلز را به ضرر تبدیل کند - خدای ناکرده! - چاقوی یک نفر دیگر! از نظر تئوری، می توان فرض کرد که یک ذات خاص، یک خالق خاص می تواند دائماً در این فرآیندها دخالت کند و همان چاقوها را به... اسباب بازی های مخمل خواب دار تبدیل کند... اما آیا چنین دنیایی واقعاً جالب است؟ اینجا دنیای خودکاری است که در آن جایی برای عشق، احساسات و از همه مهمتر انتخاب نیست! و اینکه شخص چه انتخابی می کند - به نفع خیر یا شر - از قبل الزام اخلاقی اوست. اکنون می‌دانید که چقدر رابطه بین این انتخاب‌های ما و رویدادهایی که هم در سطح خرد در جهان و هم در سطح کلان رخ می‌دهند، نزدیک است.

درباره فیزیک کوانتومی، مغز، قضیه گودل و آزمایشات هیئت منصفه. الکسی ردوزوبوف (2015)

بخش سوم از سه سخنرانی در مورد اصول عملکرد مغز. سخنرانی ها در باشگاه Klyuch (سن پترزبورگ) برگزار شد. این گفتگو در 9 ژانویه 2015 به عنوان بخشی از اتاق سیگار پروژه گوتنبرگ ضبط شده است. فرمت فوق العاده فشرده بود (30 دقیقه)، معلوم شد که یک زبانه پیچنده است، اما خسته کننده نیست. خوب، جایی که مثلاً بدون رزرو، سرسختانه هاوکینگ هاوکینز را صدا می کرد

مکانیک کوانتومی و فلسفه

سخنرانی دکترای فیلولوژی پروفسور Sevalnikova A.Yu. (موسسه فلسفه آکادمی علوم روسیه) در چارچوب سمینار بین رشته ای آزاد دانشگاه دولتی لومونوسوف مسکو "در تقاطع علوم و ایده ها".

Secrets of the Universe: Episode 1 - Time Warp

ما معمولاً فیزیک کوانتومی را به عنوان توصیف رفتار ذرات زیر اتمی تصور می کنیم، نه رفتار افراد. وونگ می گوید، اما این ایده چندان دور از ذهن نیست. او همچنین تاکید می کند که برنامه تحقیقاتی او نشان نمی دهد که مغز ما به معنای واقعی کلمه کامپیوترهای کوانتومی است. وونگ و همکارانش بر جنبه‌های فیزیکی مغز تمرکز نمی‌کنند، بلکه بیشتر به این موضوع می‌پردازند که چگونه اصول ریاضی انتزاعی نظریه کوانتومی می‌تواند به درک آگاهی و رفتار انسان کمک کند.

«در هر دو علوم اجتماعی و رفتاری، ما اغلب از مدل‌های احتمالی استفاده می‌کنیم. مثلاً این سؤال را مطرح می کنیم که احتمال اینکه فرد به نحوی عمل کند یا تصمیم خاصی بگیرد چقدر است؟ به طور سنتی، این مدل‌ها همگی بر اساس نظریه احتمال کلاسیک - که از فیزیک کلاسیک سیستم‌های نیوتنی نشات می‌گیرد، هستند. چه چیز عجیبی در مورد تفکر دانشمندان علوم اجتماعی در مورد سیستم های کوانتومی و اصول ریاضی آنها وجود دارد؟

با ابهام در دنیای فیزیکی سروکار دارد. وضعیت یک ذره خاص، انرژی آن، موقعیت آن همه نامشخص هستند و باید بر اساس احتمالات محاسبه شوند. شناخت کوانتومی زمانی متولد می شود که فرد با ابهام روانی سروکار دارد. گاهی اوقات ما از احساسات خود مطمئن نیستیم، در مورد انتخاب یک گزینه دچار دوگانگی می شویم، یا مجبور می شویم بر اساس اطلاعات محدود تصمیم گیری کنیم.

مغز ما نمی تواند همه چیز را ذخیره کند. ما همیشه ایده روشنی از آنچه در حال وقوع است نداریم. وونگ می‌گوید، اما اگر از من سؤالی بپرسید «برای شام چه می‌خواهید؟»، در مورد آن فکر می‌کنم و به یک پاسخ سازنده و واضح می‌رسم. "این شناخت کوانتومی است."

من فکر می کنم فرمالیسم ریاضی ارائه شده توسط نظریه کوانتومی با آنچه ما به عنوان روانشناس شهود می کنیم سازگار است. نظریه کوانتومی ممکن است در توصیف رفتار یک ذره اصلا شهودی نباشد، اما زمانی که برای توصیف تفکر مبهم و مبهم معمولی ما استفاده شود کاملاً شهودی است.

او از مثال گربه شرودینگر استفاده می کند که در آن گربه داخل جعبه احتمال زنده و مرده بودن معینی دارد. هر دو گزینه در ذهن ما بالقوه است. یعنی گربه این پتانسیل را دارد که هم مرده و هم زنده باشد. این اثر برهم نهی کوانتومی نامیده می شود. وقتی جعبه را باز می کنیم، دیگر هر دو احتمال وجود ندارد و گربه باید یا مرده یا زنده باشد.

با آگاهی کوانتومی، هر تصمیمی که می گیریم گربه شرودینگر منحصر به فرد خودمان است.

وقتی از گزینه ها عبور می کنیم، با نگاه درونی خود به آنها نگاه می کنیم. برای مدتی، همه گزینه ها با درجات مختلف پتانسیل همزیستی دارند: مانند یک برهم نهی. سپس، وقتی یک گزینه را انتخاب می کنیم، بقیه برای ما وجود ندارند.

مدل‌سازی این فرآیند از نظر ریاضی دشوار است، تا حدی به این دلیل که هر گزینه ممکن وزن معادله را اضافه می‌کند. اگر در حین انتخابات از شخصی خواسته شود که از بین بیست نامزد در برگه رای انتخاب کند، مشکل انتخاب آشکار می شود (اگر شخص برای اولین بار نام آنها را ببیند). سوالات باز مانند "چه احساسی دارید؟" گزینه های احتمالی بیشتری را باقی می گذارد.

با رویکرد کلاسیک روانشناسی، پاسخ ها ممکن است اصلا منطقی نباشند، بنابراین دانشمندان باید بدیهیات ریاضی جدیدی بسازند تا رفتار را در هر مورد جداگانه توضیح دهند. نتیجه: بسیاری از مدل‌های روان‌شناختی کلاسیک پدیدار شده‌اند که برخی از آنها با یکدیگر در تضاد هستند و هیچ‌کدام برای هر موقعیتی کاربرد ندارند.

همانطور که وونگ و همکارانش اشاره می کنند، با رویکرد کوانتومی، بسیاری از جنبه های پیچیده و پیچیده رفتار را می توان با یک مجموعه محدود از بدیهیات توضیح داد. همان مدل کوانتومی که توضیح می‌دهد چرا ترتیب سؤال‌ها بر پاسخ‌های افراد مورد بررسی تأثیر می‌گذارد، نقض عقلانیت در پارادایم معمای زندانی را نیز توضیح می‌دهد، تأثیری که در آن افراد با هم کار می‌کنند، حتی زمانی که اصلاً به نفع آنها نیست.

وونگ می‌گوید: «معضل زندانی و ترتیب پرسش‌ها دو اثر بسیار متفاوت در روان‌شناسی کلاسیک هستند، اما هر دو را می‌توان با یک مدل کوانتومی توضیح داد. - به کمک آن، بسیاری از نتایج غیر مرتبط و مرموز دیگر در روانشناسی قابل توضیح است. و با ظرافت.”

• ترجمه

به گفته اوون مارونی، فیزیکدان دانشگاه آکسفورد، از زمان ظهور نظریه کوانتومی در دهه 1900، همه درباره عجیب بودن این نظریه صحبت می کردند. چگونه به ذرات و اتم ها اجازه می دهد تا در چندین جهت در یک زمان حرکت کنند یا همزمان در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخند. اما کلمات نمی توانند چیزی را ثابت کنند. مارونی می‌گوید: «اگر به مردم بگوییم که نظریه کوانتومی بسیار عجیب است، باید این گزاره را به‌صورت تجربی آزمایش کنیم. "در غیر این صورت، ما علم انجام نمی دهیم، بلکه در مورد انواع و اقسام قیچی ها روی تخته صحبت می کنیم."

این همان چیزی است که به مارونی و همکارانش این ایده را داد تا مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را برای کشف ماهیت تابع موج - موجودیت اسرارآمیز زیربنای عجیب‌وغریب‌های کوانتومی، توسعه دهند. بر روی کاغذ، تابع موج به سادگی یک شی ریاضی است که با حرف psi (Ψ) (یکی از آن squiggles) نشان داده می شود و برای توصیف رفتار کوانتومی ذرات استفاده می شود. بسته به آزمایش، تابع موج به دانشمندان اجازه می دهد تا احتمال مشاهده یک الکترون در یک مکان خاص، یا احتمال اینکه اسپین آن به سمت بالا یا پایین باشد را محاسبه کنند. اما ریاضی به شما نمی گوید که تابع موج در واقع چیست. آیا چیزی فیزیکی است؟ یا صرفاً یک ابزار محاسباتی برای مقابله با ناآگاهی ناظر از دنیای واقعی؟

تست های مورد استفاده برای پاسخ به این سوال بسیار ظریف هستند و هنوز پاسخ قطعی ارائه نکرده اند. اما محققان خوشبین هستند که پایان کار نزدیک است. و بالاخره قادر خواهند بود به سوالاتی که ده ها سال است همه را عذاب داده پاسخ دهند. آیا واقعاً یک ذره می تواند در چندین مکان همزمان باشد؟ آیا جهان دائماً به جهان های موازی تقسیم می شود که هر کدام دارای نسخه ای جایگزین از ما هستند؟ آیا چیزی به نام «واقعیت عینی» اصلا وجود دارد؟

الساندرو فدریچی، فیزیکدان دانشگاه کوئینزلند (استرالیا) می گوید: «همه دیر یا زود این نوع سؤالات را دارند. "در واقع چه چیزی واقعی است؟"

اختلافات در مورد ماهیت واقعیت حتی زمانی شروع شد که فیزیکدانان کشف کردند که یک موج و یک ذره فقط دو روی یک سکه هستند. یک مثال کلاسیک آزمایش دو شکاف است، که در آن تک تک الکترون‌ها به درون مانعی شلیک می‌شوند که دارای دو شکاف است: الکترون طوری رفتار می‌کند که انگار از دو شکاف به طور همزمان عبور می‌کند و یک الگوی تداخل راه راه در طرف دیگر ایجاد می‌کند. در سال 1926، اروین شرودینگر، فیزیکدان اتریشی، تابع موجی برای توصیف این رفتار ارائه کرد و معادله ای را استخراج کرد که برای هر موقعیتی قابل محاسبه است. اما نه او و نه هیچ کس دیگری نتوانستند در مورد ماهیت این عملکرد چیزی بگویند.

فیض در جهل

از نظر عملی ماهیت آن مهم نیست. تفسیر کپنهاگ از نظریه کوانتومی، که در دهه 1920 توسط نیلز بور و ورنر هایزنبرگ ایجاد شد، از تابع موج به سادگی به عنوان ابزاری برای پیش‌بینی نتایج مشاهدات استفاده می‌کند، بدون اینکه به آنچه در واقعیت می‌گذرد فکر کند. ژان بریکمونت، فیزیکدان آماری در دانشگاه کاتولیک بلژیک می‌گوید: «نمی‌توانید فیزیکدان‌ها را به خاطر این رفتار «ساکت و حساب کنید» سرزنش کنید، زیرا این رفتار منجر به پیشرفت‌های مهمی در فیزیک هسته‌ای، اتمی، حالت جامد و ذرات شده است. . بنابراین به مردم توصیه می شود که نگران مسائل اساسی نباشند.

اما برخی هنوز نگران هستند. در دهه 1930، انیشتین تفسیر کپنهاگ را رد کرده بود، نه تنها به این دلیل که به دو ذره اجازه می داد تا توابع موجی خود را در هم ببندند، که منجر به موقعیتی شد که در آن اندازه گیری یکی می توانست فوراً وضعیت دیگری را نشان دهد، حتی اگر با فواصل بسیار زیاد از هم جدا شوند. فاصله ها. برای اینکه با این «برهم کنش ترسناک از راه دور» کنار نیاید، اینشتین ترجیح داد باور کند که توابع موجی ذرات ناقص هستند. او گفت که ممکن است ذرات دارای متغیرهای پنهانی باشند که نتیجه یک اندازه گیری را تعیین می کند که توسط نظریه کوانتومی مورد توجه قرار نگرفته است.

از آن زمان آزمایش‌ها کارکرد تعامل ترسناک را از راه دور نشان داده‌اند که مفهوم متغیرهای پنهان را رد می‌کند. اما این مانع فیزیکدانان دیگر نشد که آنها را به روش خود تفسیر کنند. این تعابیر در دو دسته قرار می گیرند. برخی با اینشتین موافقند که تابع موج نشان دهنده نادانی ماست. اینها همان چیزی است که فیلسوفان آن را مدل های روان شناختی می نامند. و دیگران تابع موج را به عنوان یک چیز واقعی - مدل های psi-ontic می بینند.

برای درک تفاوت، بیایید آزمایش فکری شرودینگر را تصور کنیم که او در نامه ای به انیشتین در سال 1935 توضیح داد. گربه در یک جعبه فولادی است. جعبه حاوی نمونه ای از مواد رادیواکتیو است که 50 درصد احتمال دارد محصول پوسیدگی را در یک ساعت آزاد کند و دستگاهی که در صورت تشخیص این محصول گربه را مسموم می کند. شرودینگر می نویسد، از آنجایی که واپاشی رادیواکتیو یک رویداد در سطح کوانتومی است، قوانین نظریه کوانتومی می گوید که در پایان ساعت، تابع موجی درون جعبه باید مخلوطی از یک گربه مرده و یک گربه زنده باشد.

فدریچی به آرامی می گوید: «به طور کلی، در مدل روان شناختی، گربه در جعبه یا زنده است یا مرده، و ما فقط آن را نمی دانیم زیرا جعبه بسته است.» و در اکثر مدل‌های psionic با تعبیر کپنهاگ موافق است: تا زمانی که ناظر جعبه را باز کند، گربه همزمان زنده و مرده خواهد بود.

اما در اینجا اختلاف به بن بست می رسد. کدام تعبیر درست است؟ پاسخ آزمایشی به این سوال دشوار است زیرا تفاوت بین مدل ها بسیار ظریف است. آنها اساساً قرار است همان پدیده کوانتومی تفسیر بسیار موفق کپنهاگ را پیش بینی کنند. اندرو وایت، فیزیکدان دانشگاه کوئینزلند، می گوید که در طول 20 سال فعالیت خود در فناوری کوانتومی، "این مشکل مانند کوهی صاف و بزرگ بدون لبه هایی بود که نمی توانستید به آن نزدیک شوید."

همه چیز در سال 2011 با انتشار قضیه اندازه گیری کوانتومی تغییر کرد که به نظر می رسید رویکرد "تابع موج به عنوان ناآگاهی" را حذف می کند. اما پس از بررسی دقیق تر مشخص شد که این قضیه فضای کافی برای مانور آنها باقی می گذارد. با این حال، فیزیکدانان را برانگیخت تا به طور جدی در مورد راه هایی برای حل اختلاف با آزمایش واقعیت تابع موج فکر کنند. مارونی قبلاً آزمایشی را طراحی کرده بود که در اصل جواب داد و او و همکارانش به زودی راهی برای عملی کردن آن پیدا کردند. این آزمایش سال گذشته توسط Fedrici، White و دیگران انجام شد.

برای درک ایده آزمون، دو دسته کارت را تصور کنید. یکی فقط قرمز دارد، دیگری فقط آس. مارتین رینگباوئر، فیزیکدان همان دانشگاه، می‌گوید: «یک کارت به شما داده می‌شود و از شما خواسته می‌شود که مشخص کنید از کدام دسته است. اگر یک آس قرمز باشد، "یک کراس اوور وجود دارد و شما نمی توانید با اطمینان بگویید." اما اگر می‌دانید در هر عرشه چند کارت وجود دارد، می‌توانید محاسبه کنید که این وضعیت مبهم چند بار پیش می‌آید.

فیزیک در خطر است

همین ابهام در سیستم های کوانتومی نیز اتفاق می افتد. به عنوان مثال، همیشه نمی توان با یک اندازه گیری متوجه شد که یک فوتون چقدر قطبی است. وایت می‌گوید: «در زندگی واقعی، تشخیص غرب و جهت درست در جنوب غرب آسان است، اما در سیستم‌های کوانتومی این کار چندان آسان نیست. با توجه به تفسیر استاندارد کپنهاگ، پرسیدن در مورد قطبی شدن فایده ای ندارد، زیرا سوال پاسخی ندارد - تا زمانی که یک اندازه گیری دیگر دقیقاً پاسخ را مشخص کند. اما با توجه به مدل تابع موج به‌عنوان نادانی، این سؤال منطقی است - فقط این آزمایش، مانند آزمایشی که با دسته‌های کارت‌ها وجود دارد، فاقد اطلاعات است. مانند نقشه ها، می توان پیش بینی کرد که چند موقعیت مبهم را می توان با چنین ناآگاهی توضیح داد و آنها را با تعداد زیادی از موقعیت های مبهم که توسط نظریه استاندارد حل شده است مقایسه کرد.

این دقیقا همان چیزی است که فدریچی و تیمش آزمایش کردند. این تیم قطبش و سایر ویژگی‌های پرتو فوتون را اندازه‌گیری کردند و سطوح تقاطع را پیدا کردند که با مدل‌های «جهل» قابل توضیح نیستند. نتیجه از یک نظریه جایگزین پشتیبانی می کند - اگر واقعیت عینی وجود داشته باشد، تابع موج وجود دارد. آندریا آلبرتی، فیزیکدان دانشگاه بن در آلمان، می گوید: «تحسین برانگیز است که این تیم توانست چنین مسئله پیچیده ای را با چنین آزمایش ساده ای حل کند.

نتیجه گیری هنوز مشخص نیست: از آنجایی که آشکارسازها فقط یک پنجم فوتون های مورد استفاده در آزمایش را گرفتند، باید فرض کنیم که فوتون های از دست رفته به همین ترتیب عمل می کنند. این یک فرض قوی است و تیم اکنون در تلاش است تا ضرر و زیان را کاهش دهد و نتیجه قطعی تری به دست آورد. در همین حال، تیم Maroney در آکسفورد با دانشگاه نیو ساوت ولز در استرالیا برای تکرار آزمایش با یون‌هایی که ردیابی آسان‌تر است، کار می‌کنند. مارونی می گوید: «در شش ماه آینده نسخه قطعی این آزمایش را خواهیم داشت.

اما حتی اگر آنها موفق باشند و مدل های "عملکرد موج به عنوان واقعیت" برنده شوند، این مدل ها نیز گزینه های مختلفی دارند. آزمایش‌کنندگان باید یکی از آنها را انتخاب کنند.

یکی از اولین تفاسیر در دهه 1920 توسط لویی دو بروگلی فرانسوی انجام شد و در دهه 1950 توسط دیوید بوم آمریکایی گسترش یافت. طبق مدل‌های بروگلی-بوم، ذرات دارای مکان و ویژگی‌های خاصی هستند، اما آنها توسط یک "موج آزمایشی" خاص هدایت می‌شوند که به عنوان یک تابع موج تعریف می‌شود. این آزمایش دو شکافی را توضیح می‌دهد، زیرا موج راهنما می‌تواند از هر دو شکاف عبور کند و یک الگوی تداخل ایجاد کند، اگرچه خود الکترون که توسط آن جذب می‌شود، تنها از یکی از دو شکاف عبور می‌کند.

در سال 2005، این مدل پشتیبانی غیر منتظره ای دریافت کرد. فیزیکدانان امانوئل فورت که اکنون در مؤسسه لانژوین در پاریس و ایو کودیه از دانشگاه دیدرو پاریس به دانش‌آموزان فکر می‌کردند مشکل ساده‌ای را ارائه کردند: آزمایشی را راه‌اندازی کردند که در آن قطره‌های روغنی که روی سینی می‌ریزند به دلیل ارتعاشات ناشی از آن با هم ترکیب می‌شوند. سینی در کمال تعجب همگان، امواجی که سینی با فرکانس مشخصی ارتعاش می کرد، در اطراف قطرات شروع به تشکیل امواج کردند. فورت می گوید: «قطرات شروع به حرکت مستقل روی امواج خود کردند. "این یک جسم دوگانه بود - ذره ای که توسط یک موج کشیده می شد."

فورت و کودیه از آن زمان نشان دادند که چنین امواجی می توانند ذرات خود را در یک آزمایش دو شکاف دقیقاً همانطور که نظریه موج آزمایشی پیش بینی می کند هدایت کنند و می توانند سایر اثرات کوانتومی را بازتولید کنند. اما این وجود امواج خلبان در دنیای کوانتومی را ثابت نمی کند. فورت می گوید: «به ما گفته شد که چنین تأثیراتی در فیزیک کلاسیک غیرممکن است. "و در اینجا ما نشان دادیم که چه چیزی ممکن است."

مجموعه دیگری از مدل‌های مبتنی بر واقعیت، که در دهه 1980 توسعه یافت، تلاش می‌کند تا تفاوت‌های گسترده در خواص بین اجسام بزرگ و کوچک را توضیح دهد. آنجلو باسی، فیزیکدان دانشگاه تریست (ایتالیا) می‌گوید: چرا الکترون‌ها و اتم‌ها می‌توانند همزمان در دو مکان باشند، اما میزها، صندلی‌ها، مردم و گربه‌ها نمی‌توانند. این تئوری‌ها که به عنوان «مدل‌های فروپاشی» شناخته می‌شوند، می‌گویند که توابع موجی تک تک ذرات واقعی هستند، اما می‌توانند خواص کوانتومی خود را از دست بدهند و ذره را به موقعیت خاصی در فضا وادار کنند. مدل‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که احتمال چنین فروپاشی برای یک ذره بسیار کم است، به طوری که اثرات کوانتومی در سطح اتمی غالب است. اما احتمال فروپاشی با ترکیب ذرات به سرعت افزایش می یابد و اجسام ماکروسکوپی به طور کامل خواص کوانتومی خود را از دست می دهند و مطابق قوانین فیزیک کلاسیک رفتار می کنند.

یکی از راه های آزمایش این است که به دنبال اثرات کوانتومی در اجسام بزرگ بگردید. اگر نظریه کوانتومی استاندارد درست باشد، هیچ محدودیتی در اندازه وجود ندارد. و فیزیکدانان قبلاً آزمایشی دو شکاف با استفاده از مولکول های بزرگ انجام داده اند. اما اگر مدل‌های فروپاشی درست باشند، اثرات کوانتومی بالای یک جرم مشخص قابل مشاهده نخواهند بود. گروه های مختلف قصد دارند این جرم را با استفاده از اتم های سرد، مولکول ها، خوشه های فلزی و نانوذرات جستجو کنند. آنها امیدوارند در ده سال آینده نتایجی را کشف کنند. مارونی می‌گوید: «نکته جالب در مورد این آزمایش‌ها این است که ما تئوری کوانتومی را در جایی که قبلاً آزمایش نشده است، در آزمایش‌های دقیق قرار می‌دهیم».

جهان های موازی

یک مدل «تابع موج به عنوان واقعیت» قبلاً توسط نویسندگان داستان های علمی تخیلی شناخته شده و مورد علاقه است. این یک تعبیر چندجهانی است که در دهه 1950 توسط هیو اورت، که در آن زمان دانشجوی دانشگاه پرینستون در نیوجرسی بود، توسعه یافت. در این مدل، تابع موج به قدری توسعه واقعیت را تعیین می کند که با هر اندازه گیری کوانتومی، جهان به جهان های موازی تقسیم می شود. به عبارت دیگر، وقتی جعبه ای را با یک گربه باز می کنیم، دو جهان به دنیا می آوریم - یکی با یک گربه مرده و دیگری با یک گربه زنده.

جدا کردن این تفسیر از نظریه کوانتومی استاندارد دشوار است زیرا پیش‌بینی‌های آنها یکسان است. اما سال گذشته هاوارد وایزمن از دانشگاه گریفیث در بریزبن و همکارانش مدلی قابل آزمایش از چندجهانی را پیشنهاد کردند. هیچ تابع موجی در مدل آنها وجود ندارد - ذرات از فیزیک کلاسیک، قوانین نیوتن پیروی می کنند. و اثرات عجیب دنیای کوانتومی به دلیل وجود نیروهای دافعه بین ذرات و کلون های آنها در جهان های موازی ظاهر می شود. وایزمن می گوید: «نیروی دافعه بین آنها امواجی را ایجاد می کند که در سراسر جهان های موازی پخش می شوند.

با استفاده از یک شبیه‌سازی رایانه‌ای که در آن ۴۱ جهان با هم تعامل داشتند، نشان دادند که این مدل تقریباً چندین اثر کوانتومی، از جمله مسیر ذرات در آزمایش دو شکاف را بازتولید می‌کند. با افزایش تعداد دنیاها، الگوی تداخل به الگوی واقعی گرایش پیدا می کند. ویزمن می‌گوید از آنجایی که پیش‌بینی‌های این نظریه بسته به تعداد جهان‌ها متفاوت است، می‌توان درستی مدل چندجهانی را آزمایش کرد، یعنی اینکه تابع موجی وجود ندارد و واقعیت طبق قوانین کلاسیک عمل می‌کند.

از آنجایی که تابع موج در این مدل مورد نیاز نیست، حتی اگر آزمایش‌های آینده مدل‌های «جهل» را رد کنند، همچنان قابل اجرا خواهد بود. علاوه بر آن، مدل‌های دیگری نیز باقی خواهند ماند، برای مثال، تفسیر کپنهاگ، که استدلال می‌کند که واقعیت عینی وجود ندارد، بلکه فقط محاسبات وجود دارد.

اما پس از آن، وایت می گوید، این سوال موضوع مطالعه خواهد شد. و در حالی که هنوز هیچ کس نمی داند چگونه این کار را انجام دهد، "چیزی که واقعاً جالب است ایجاد آزمایشی است که آزمایش کند آیا ما حتی یک واقعیت عینی داریم یا خیر."

29.10.2016

با وجود صدا و رمز و راز موضوع امروز، سعی می کنیم بگوییم آنچه فیزیک کوانتومی به زبان ساده مطالعه می کند، چه شاخه هایی از فیزیک کوانتومی وجود دارد و چرا اصولاً به فیزیک کوانتومی نیاز است.

مطالب ارائه شده در زیر برای هر کسی قابل درک است.

قبل از اینکه در مورد آنچه که فیزیک کوانتومی مطالعه می کند صحبت کنیم، مناسب است به یاد بیاوریم که همه چیز از کجا شروع شد...

در اواسط قرن 19، بشریت شروع به مطالعه جدی مسائلی کرد که حل آنها با استفاده از دستگاه فیزیک کلاسیک غیرممکن بود.

تعدادی از پدیده ها "عجیب" به نظر می رسیدند. بعضی سوالات اصلا جوابی پیدا نکردند.

در دهه 1850، ویلیام همیلتون، با اعتقاد به اینکه مکانیک کلاسیک قادر به توصیف دقیق حرکت پرتوهای نور نیست، نظریه خود را ارائه کرد که با نام فرمالیسم همیلتون-ژاکوبی در تاریخ علم ثبت شد که بر اساس فرضیه بود. نظریه موج نور

در سال 1885، فیزیکدان سوئیسی، یوهان بالمر، پس از مشاجره با یکی از دوستانش، فرمولی را به دست آورد که محاسبه طول موج خطوط طیفی را با دقت بسیار بالا ممکن می‌سازد.

بالمر نتوانست دلایل الگوهای شناسایی شده را توضیح دهد.

در سال 1895، ویلهلم رونتگن، در حین مطالعه پرتوهای کاتدی، تشعشعی را کشف کرد که او آن را اشعه ایکس (که بعداً به اشعه تغییر نام داد) کشف کرد که با ماهیت نافذ قدرتمند مشخص می شود.

یک سال بعد، در سال 1896، هانری بکرل، هنگام مطالعه نمک های اورانیوم، تشعشعات خود به خودی با خواص مشابه را کشف کرد. پدیده جدید رادیواکتیویته نامیده شد.

در سال 1899، ماهیت موجی اشعه ایکس ثابت شد.

عکس 1. بنیانگذاران فیزیک کوانتومی ماکس پلانک، اروین شرودینگر، نیلز بور

سال 1901 با ظهور اولین مدل سیاره ای اتم که توسط ژان پرین پیشنهاد شد مشخص شد. افسوس که خود دانشمند این نظریه را رها کرد و از نقطه نظر نظریه الکترودینامیک تأییدی برای آن پیدا نکرد.

دو سال بعد، دانشمند ژاپنی هانتارو ناگائوکا مدل سیاره‌ای دیگری از اتم را پیشنهاد کرد که در مرکز آن ذره‌ای با بار مثبت وجود دارد که الکترون‌ها در مدارها می‌چرخند.

با این حال، این نظریه تابش ساطع شده توسط الکترون ها را در نظر نمی گرفت و بنابراین نمی توانست، برای مثال، نظریه خطوط طیفی را توضیح دهد.

جوزف تامسون با تأمل در ساختار اتم، در سال 1904 برای اولین بار مفهوم ظرفیت را از دیدگاه فیزیکی تفسیر کرد.

شاید بتوان سال تولد فیزیک کوانتومی را سال 1900 دانست که با سخنرانی ماکس پلانک در جلسه فیزیک آلمان مرتبط است.

این پلانک بود که نظریه‌ای را ارائه کرد که بسیاری از مفاهیم، ​​فرمول‌ها و نظریه‌های فیزیکی را که تاکنون نامتجانس بودند، از جمله ثابت بولتزمن، انرژی و دما را به هم پیوند می‌دهد، عدد آووگادرو، قانون جابجایی وین، بار الکترون، قانون تابش بولتزمن را با هم متحد می‌کرد.

او همچنین مفهوم کوانتوم عمل (دومین - بعد از ثابت بولتزمن - ثابت بنیادی) را به کار برد.

توسعه بیشتر فیزیک کوانتومی ارتباط مستقیمی با نام های هندریک لورنتز، آلبرت انیشتین، ارنست رادرفورد، آرنولد سامرفلد، مکس بورن، نیلز بور، اروین شرودینگر، لوئیس دو بروگلی، ورنر هایزنبرگ، ولفگانگ پاولی، پل دیراک، انریکو فرمی و ... دارد. بسیاری از دانشمندان برجسته دیگر که در نیمه اول قرن بیستم کار کردند.

دانشمندان موفق شدند ماهیت ذرات بنیادی را با عمق بی سابقه ای درک کنند، برهمکنش ذرات و میدان ها را مطالعه کنند، ماهیت کوارک ماده را آشکار کنند، تابع موج را استخراج کنند، و مفاهیم اساسی گسستگی (کوانتیزاسیون) و دوگانگی موج-ذره را توضیح دهند.

نظریه کوانتومی، مانند هیچ دیگری، بشریت را به درک قوانین اساسی جهان نزدیکتر کرده است، مفاهیم متعارف را با مفاهیم دقیق تر جایگزین کرده است، و ما را مجبور به بازنگری در تعداد زیادی از مدل های فیزیکی کرده است.

فیزیک کوانتومی چه چیزی را مطالعه می کند؟

فیزیک کوانتومی با مطالعه قوانین حرکت اجسام خرد (اجرای کوانتومی) خواص ماده را در سطح پدیده های خرد توصیف می کند.

موضوع مطالعه فیزیک کوانتومیاجسام کوانتومی با ابعاد 10-8 سانتی متر یا کمتر را تشکیل می دهند. این:

• مولکول ها،
• اتم ها،
• هسته اتم،
• ذرات بنیادی

خصوصیات اصلی ریز اجرام جرم استراحت و بار الکتریکی است. جرم یک الکترون (me) 9.1 10-28 گرم است.

برای مقایسه، جرم میون 207 من، نوترون 1839 من، پروتون 1836 من است.

برخی از ذرات اصلاً جرم سکون ندارند (نوترینوها، فوتون ها). جرم آنها 0 من است.

بار الکتریکی هر میکرو جسم مضربی از بار الکترون است، برابر با 1.6 × 10-19 C. در کنار اجسام باردار، ریز اجرام خنثی نیز وجود دارند که بار آنها صفر است.

عکس 2. فیزیک کوانتومی ما را وادار به تجدید نظر در دیدگاه های سنتی در مورد مفاهیم امواج، میدان ها و ذرات کرده است.

بار الکتریکی یک ریز شی پیچیده برابر است با مجموع جبری بارهای ذرات تشکیل دهنده آن.

خواص ریز اشیاء عبارتند از چرخش(به معنای واقعی کلمه از انگلیسی ترجمه شده است - "چرخش").

معمولاً به عنوان تکانه زاویه ای یک جسم کوانتومی، مستقل از شرایط خارجی تفسیر می شود.

یافتن تصویر مناسب از پشت در دنیای واقعی دشوار است. به دلیل ماهیت کوانتومی آن نمی توان به عنوان یک فرفره چرخان در نظر گرفت. فیزیک کلاسیک قادر به توصیف این شی نیست.

وجود اسپین بر رفتار ریزابژه ها تأثیر می گذارد.

وجود اسپین ویژگی های قابل توجهی را در رفتار اجسام ریزجهانی وارد می کند، که بیشتر آنها - اجسام ناپایدار - به طور خود به خود تجزیه می شوند و به اجسام کوانتومی دیگر تبدیل می شوند.

ریز اجرام پایدار که شامل نوترینوها، الکترون ها، فوتون ها، پروتون ها و همچنین اتم ها و مولکول ها می شود، تنها تحت تأثیر انرژی قدرتمند قادر به فروپاشی هستند.

فیزیک کوانتومی به طور کامل فیزیک کلاسیک را جذب می کند و آن را به عنوان مورد محدود کننده خود در نظر می گیرد.

در واقع، فیزیک کوانتومی - به معنای وسیع - فیزیک مدرن است.

آنچه که فیزیک کوانتومی در جهان خرد توصیف می کند غیرممکن است. به همین دلیل، تصور بسیاری از مفاد فیزیک کوانتومی دشوار است، برخلاف اشیایی که فیزیک کلاسیک توصیف کرده است.

با وجود این، تئوری های جدید این امکان را به وجود آورده اند که ایده های ما را در مورد امواج و ذرات، در مورد توصیف دینامیکی و احتمالی، در مورد پیوسته و گسسته تغییر دهیم.

فیزیک کوانتومی فقط یک نظریه جدید نیست.

این نظریه ای است که قادر به پیش بینی و توضیح تعداد باورنکردنی از پدیده ها بود - از فرآیندهای رخ داده در هسته اتم تا اثرات ماکروسکوپی در فضای بیرونی.

فیزیک کوانتومی - بر خلاف فیزیک کلاسیک - مواد را در سطحی بنیادی مطالعه می‌کند و به پدیده‌هایی در واقعیت پیرامونی که فیزیک سنتی قادر به ارائه آن‌ها نیست تعبیر می‌کند (مثلاً چرا اتم‌ها پایدار می‌مانند یا اینکه ذرات بنیادی واقعاً ابتدایی هستند).

نظریه کوانتومی به ما این فرصت را می دهد تا جهان را دقیق تر از آنچه قبل از پیدایش آن پذیرفته شده بود توصیف کنیم.

اهمیت فیزیک کوانتومی

پیشرفت‌های نظری که جوهر فیزیک کوانتومی را تشکیل می‌دهند برای مطالعه اجرام فضایی غیرقابل تصور عظیم و ذرات بنیادی بسیار کوچک قابل استفاده هستند.

الکترودینامیک کوانتومیما را در دنیای فوتون ها و الکترون ها غوطه ور می کند و بر مطالعه برهمکنش های بین آنها تمرکز می کند.

نظریه کوانتومی ماده متراکمدانش ما را در مورد ابر سیال ها، آهنرباها، کریستال های مایع، جامدات آمورف، کریستال ها و پلیمرها عمیق تر می کند.

عکس 3. فیزیک کوانتومی توصیف بسیار دقیق تری از جهان اطراف ما به بشریت داده است

تحقیقات علمی در دهه های اخیر بر مطالعه ساختار کوارک ذرات بنیادی در چارچوب یک شاخه مستقل از فیزیک کوانتوم متمرکز شده است. کرومودینامیک کوانتومی.

مکانیک کوانتومی غیرنسبیتی(چیزی که خارج از محدوده نظریه نسبیت انیشتین است) اجسام میکروسکوپی که با سرعت نسبتا کم (کمتر از ) حرکت می کنند، خواص مولکول ها و اتم ها، ساختار آنها را مطالعه می کند.

اپتیک کوانتومیبه مطالعه علمی حقایق مرتبط با تجلی خواص کوانتومی نور (فرایندهای فوتوشیمیایی، تابش حرارتی و تحریک شده، اثر فوتوالکتریک) مشغول است.

نظریه میدان کوانتومییک بخش متحد کننده است که ایده های نظریه نسبیت و مکانیک کوانتومی را در خود جای داده است.

تئوری های علمی توسعه یافته در چارچوب فیزیک کوانتومی انگیزه قدرتمندی به توسعه الکترونیک کوانتومی، فناوری، نظریه کوانتومی جامدات، علم مواد و شیمی کوانتومی داده است.

بدون ظهور و توسعه شاخه های دانش، ایجاد سفینه های فضایی، یخ شکن های هسته ای، ارتباطات سیار و بسیاری اختراعات مفید دیگر غیرممکن بود.

جای خالی خالی نیست

تحقیقات مدرن نشان داده است که فضای خالی خالی نیست. پر از انرژی عظیم است.هر سانتی‌متر مکعب خلاء مطلق به اندازه‌ای انرژی دارد که در تمام اجسام مادی جهان ما وجود ندارد!

چه می شود اگر حتی عمیق تر حفاری کنیم؟ هزاران سال قبل از دموکریتوس، حکیمان هندی می دانستند که فراتر از واقعیتی که توسط حواس ما درک می شود، واقعیت دیگری وجود دارد که «مهم تر» است. هندوئیسم می آموزد: دنیای اشکال بیرونی فقط مایا است، یک توهم. او اصلاً آن چیزی نیست که ما او را تصور می کنیم. یک "واقعیت بالاتر" وجود دارد - اساسی تر از جهان مادی. همه پدیده های دنیای توهم ما از آن سرچشمه می گیرد و به نوعی با آگاهی انسان در ارتباط است.

اساساً هیچ چیز معنایی ندارد - همه چیز کاملاً توهمی است. حتی عظیم ترین اجسام همگی ماده غیر مادی هستند که بسیار شبیه به فکر هستند. به طور کلی، همه چیز در اطراف اطلاعات متمرکز است. - جفری ساتینور، دکتر

فیزیک کوانتومی امروز به همین نتیجه رسیده است. مفاد آن به شرح زیر است: جهان فیزیکی مبتنی بر واقعیتی مطلقاً «غیر فیزیکی» است. این واقعیت اطلاعات یا "امواج احتمال" یا آگاهی است. به طور دقیق تر، باید آن را اینگونه بیان کنیم: در عمیق ترین سطوح، جهان ما یک میدان اساسی آگاهی است. اطلاعاتی را ایجاد می کند که وجود جهان را تعیین می کند

دانشمندان دریافته‌اند که سیستم اتمی - هسته و الکترون - مجموعه‌ای از اجسام میکروسکوپی مواد نیست، بلکه یک الگوی موجی پایدار است. سپس معلوم شد که نیازی به صحبت در مورد ثبات نیست: اتم یک برهم نهی متقابل (تراکم) کوتاه مدت میدان های انرژی است. واقعیت زیر را به این اضافه کنیم. رابطه بین ابعاد خطی هسته، الکترون ها و شعاع مدارهای الکترون به گونه ای است که می توان با اطمینان گفت: اتم تقریباً به طور کامل از فضای خالی تشکیل شده است. شگفت‌انگیز است که چگونه وقتی روی صندلی می‌نشینیم از میان آن نمی‌افتیم - بالاخره این یک خلأ مداوم است! درسته کف همینه و سطح زمین هم همینطور... آیا چیزی در دنیا هست که به اندازه کافی «پر» شده باشد که از آن نیفتیم؟!

چه چیزی واقعی تر است - آگاهی یا ماده؟

اندرو نیوبرگ، MD، تجربیات معنوی افراد مختلف را به عنوان یک متخصص علوم اعصاب مورد مطالعه قرار داد و نتایج کار خود را در کتاب‌های «چرا خدا نمی‌رود؟ علم مغز و زیست شناسی اعتقاد» و «ذهن عرفانی. مطالعه زیست شناسی باور.» او می نویسد: "کسی که بینش معنوی را تجربه کرده است، احساس می کند که واقعیت واقعی را لمس کرده است، که اساس و علت هر چیز دیگری است."

جهان مادی نمایانگر سطحی سطحی و ثانویه خاصی از این واقعیت است.

ما باید رابطه بین آگاهی و جهان فیزیکی را به دقت بررسی کنیم. شاید جهان مادی مشتق از واقعیت آگاهی باشد; شاید آگاهی ماده اولیه کیهان باشد." دکتر نیوبرگ

آیا واقعیت نتیجه انتخاب است؟

یا شاید تفسیر لحظه به لحظه ما از واقعیت در زندگی روزمره صرفاً نتیجه انتخاب «اکثریت دموکراتیک» باشد؟ یا به بیانی دیگر، آیا آنچه اکثر مردم فکر می کنند واقعی است؟ اگر در یک اتاق ده نفر باشند و هشت نفر از آنها یک صندلی و دو نفر یک مریخی ببینند، کدام یک از آنها دیوانه است؟ اگر دوازده نفر دریاچه را آبزی محصور در سواحل بدانند و آن را جسم جامدی بدانند که می توان روی آن راه رفت، کدام یک متوهم است؟

با بازگشت به مفاهیم فصل قبل، اکنون می توانیم بگوییم: یک پارادایم صرفاً یک مدل پذیرفته شده عمومی از آنچه واقعی تلقی می شود است. ما با اعمال خود به این مدل رای می دهیم و به واقعیت ما تبدیل می شود. اما پس از آن این سوال بزرگ مطرح می شود: "آیا آگاهی می تواند واقعیت را ایجاد کند؟" آیا به این دلیل است که هیچ کس هرگز به این سؤال پاسخ نداده است، زیرا واقعیت خود پاسخ است؟

شواهد صرفاً آناتومیکی وجود دارد که اطلاعات مربوط به جهان را مغز به ما می دهد نه چشم ها. هیچ گیرنده بصری در ناحیه ای از کره چشم که عصب بینایی به پشت مغز می رود وجود ندارد. بنابراین، ما انتظار داریم: اگر یک چشم را ببندیم، یک نقطه سیاه در مرکز "تصویر" خواهیم دید. اما این اتفاق نمی افتد - و فقط به این دلیل که "تصویر" توسط مغز ترسیم می شود، نه چشم.

علاوه بر این، مغز بین آنچه که شخص واقعاً می بیند و آنچه تصور می کند تمایز قائل نمی شود. به نظر می رسد که او حتی تفاوتی بین یک عمل انجام شده و یک عمل خیالی نمی بیند.

این پدیده در دهه 1930 توسط ادموند جاکوبسون، MD (خالق تکنیک آرام سازی تدریجی برای کاهش استرس) کشف شد. او از آزمودنی ها خواست اعمال فیزیکی خاصی را تصور کنند. و من کشف کردم: در فرآیند تجسم، عضلات آنها به سختی به طور قابل توجهی مطابق با حرکاتی که از نظر ذهنی انجام می شد منقبض می شوند. اکنون این اطلاعات توسط ورزشکاران در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد: آنها شامل آموزش بصری در آماده سازی خود برای مسابقات می شوند.

مغز شما تفاوتی بین دنیای بیرون و دنیای تخیل شما نمی بیند. - جو دیسپنزا

تحقیقات دکتر پرت از انستیتوی ملی سلامت (ایالات متحده آمریکا) نشان می‌دهد که درک یک فرد از جهان نه تنها با ایده‌های او در مورد اینکه چه چیزی واقعی است و چه چیزی نیست، بلکه با نگرش او به اطلاعات ارائه شده توسط حواس تعیین می‌شود. .

مورد دوم تا حد زیادی تعیین می کند که آیا ما چیزی را درک می کنیم یا خیر، و اگر آن را درک می کنیم، چگونه دقیقاً آن را درک می کنیم. دکتر می‌گوید: «احساسات ما تعیین می‌کنند که چه چیزی ارزش توجه دارد... و تصمیم در مورد اینکه چه چیزی به آگاهی ما می‌رسد و چه چیزی دور ریخته می‌شود و در سطوح عمیق بدن باقی می‌ماند، در لحظه قرار گرفتن در معرض محرک‌های خارجی گرفته می‌شود. گیرنده ها.»

پس اصل ماجرا کم و بیش روشن است. ما خودمان دنیایی را که درک می کنیم خلق می کنیم. وقتی چشمانم را باز می‌کنم و به اطراف نگاه می‌کنم، واقعیت را «آنگونه که هست» نمی‌بینم، بلکه دنیایی را می‌بینم که «تجهیزات حسی» من - حواس - می‌توانند آن را درک کنند. دنیایی که ایمانم به من اجازه دیدن آن را می دهد. دنیایی که توسط ترجیحات عاطفی فیلتر شده است.

مبانی مکانیک کوانتومی

معلوم با مجهول ملاقات می کند

در طول قرن بعد، یک علم کاملاً جدید ظهور کرد که به نام مکانیک کوانتومی، فیزیک کوانتومی یا صرفاً نظریه کوانتومی شناخته می شود. این جایگزین فیزیک نیوتنی نیست، که رفتار اجسام بزرگ، یعنی اجرام کیهان ماکرو را کاملاً توصیف می کند. این برای توضیح جهان زیراتمی ایجاد شد: در آن نظریه نیوتن درمانده است.

یکی از بنیانگذاران نانوزیست شناسی، دکتر استوارت هامروف، می گوید که جهان چیز بسیار عجیبی است. "به نظر می رسد دو مجموعه قانون بر آن حاکم است." در دنیای کلاسیک و روزمره ما، همه چیز با قوانین حرکت نیوتن توصیف می شود، که صدها و صدها سال پیش کشف شد... با این حال، هنگامی که به دنیای خرد، به سطح اتم ها می رویم، مجموعه ای کاملاً متفاوت از "قوانین" شروع می شود. عمل کنند. اینها قوانین کوانتومی هستند."

واقعیت یا تخیل؟ یکی از عمیق ترین تفاوت های فلسفی بین مکانیک کلاسیک و کوانتومی این است: مکانیک کلاسیک بر این ایده بنا شده است که امکان مشاهده غیرفعال اجسام وجود دارد... مکانیک کوانتومی هرگز در مورد این امکان اشتباه نکرده است. – دیوید آلبرت، دکتری.

واقعیت یا تخیل؟

ذره ای از ریزجهان می تواند همزمان در دو یا چند مکان باشد! (یک آزمایش بسیار اخیر نشان داد که یکی از این ذرات می تواند همزمان در 3000 مکان باشد!) همان "شیء" می تواند هم یک ذره موضعی و هم یک موج انرژی باشد که در فضا منتشر می شود.

اینشتین فرض کرد که هیچ چیز نمی تواند سریعتر از سرعت نور حرکت کند. اما فیزیک کوانتومی ثابت کرده است: ذرات زیراتمی می‌توانند فوراً اطلاعات را مبادله کنند - حتی زمانی که در هر فاصله‌ای از یکدیگر قرار گیرند.

فیزیک کلاسیک قطعی بود: با توجه به شرایط اولیه، مانند مکان و سرعت یک جسم، می‌توانیم محاسبه کنیم که کجا خواهد رفت. فیزیک کوانتومی احتمالی است: ما هرگز نمی‌توانیم با اطمینان مطلق بگوییم جسم مورد مطالعه چگونه رفتار خواهد کرد.

فیزیک کلاسیک مکانیکی بود. این بر این فرض استوار است که تنها با دانستن تک تک اجزای یک شی، در نهایت می توانیم بفهمیم که چیست. فیزیک کوانتومی کل نگر است: تصویری از کیهان به عنوان یک کل واحد ترسیم می کند که اجزای آن به هم مرتبط هستند و بر یکدیگر تأثیر می گذارند.

و شاید مهمتر از همه، فیزیک کوانتومی ایده تفاوت اساسی بین سوژه و شی، ناظر و مشاهده شده را - که برای 400 سال بر ذهن های علمی تسلط داشت - نابود کرد!

در فیزیک کوانتومی، ناظر بر جسم مشاهده شده تأثیر می گذارد. هیچ ناظر جدا شده ای از جهان مکانیکی وجود ندارد - همه چیز در وجود آن نقش دارد.

ناظر

تصمیم آگاهانه من در مورد چگونگی مشاهده یک الکترون، تا حدی ویژگی های الکترون را تعیین می کند. اگر به عنوان ذره به آن علاقه مند باشم، پاسخی در مورد آن به عنوان ذره دریافت خواهم کرد. اگر به صورت موجی به او علاقه مند باشم، در مورد او به صورت موجی پاسخ خواهم گرفت. فریتیوف کاپرا، فیزیکدان، فیلسوف

ناظر بر مشاهده شده تأثیر می گذارد

قبل از انجام یک مشاهده یا اندازه گیری، یک شی از جهان خرد به شکل یک موج احتمالی (به طور دقیق تر، به عنوان یک تابع موج) وجود دارد.

موقعیت خاصی را اشغال نمی کند و سرعتی ندارد. تابع موج به سادگی نشان دهنده احتمال ظاهر شدن یک شی در اینجا یا آنجا در هنگام مشاهده یا اندازه گیری است. مختصات و سرعت بالقوه ای دارد - اما تا زمانی که فرآیند مشاهده را شروع نکنیم، آنها را نمی دانیم.

برایان گرین، فیزیکدان نظری در The Fabric of the Cosmos، می نویسد: «به این دلیل، وقتی موقعیت یک الکترون را تعیین می کنیم، یک ویژگی عینی و از قبل موجود واقعیت را اندازه نمی گیریم. در عوض، عمل اندازه‌گیری به شدت در خلق واقعیت قابل اندازه‌گیری بافته می‌شود.» بیانیه فریتیوف کاپرا به طور منطقی استدلال گرین را کامل می کند: «الکترون هیچ ویژگی عینی مستقل از آگاهی من ندارد».

همه اینها مرز بین "جهان بیرون" و ناظر ذهنی را محو می کند. به نظر می رسد آنها در فرآیند کشف - یا خلقت - ادغام می شوند؟ - دنیای اطراف ما

مشکل اندازه گیری

این ایده که ناظر به طور اجتناب ناپذیری بر هر فرآیند فیزیکی که مشاهده می کند تأثیر می گذارد. این ایده که ما شاهد بی طرفی برای آنچه اتفاق می افتد نیستیم، صرفاً اشیا و رویدادها را مشاهده می کنیم، اولین بار توسط نیلز بور و همکارانش از کپنهاگ بیان شد. به همین دلیل است که این مقررات اغلب تفسیر کپنهاگ نامیده می شود.

بور استدلال کرد که اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بیش از عدم امکان تعیین دقیق سرعت و موقعیت یک ذره زیر اتمی است.

اینگونه است که فرد آلن ولف فرضیه هایی را که مطرح کرده است توصیف می کند: «فقط این نیست که شما نمی توانید چیزی را اندازه گیری کنید. این «چیزی» اصلاً وجود ندارد - تا زمانی که شروع به مشاهده آن نکنید.

هایزنبرگ معتقد بود که به تنهایی وجود دارد. هایزنبرگ مردد بود که اعتراف کند که «چیزی» قبل از دخالت ناظر وجود نداشته است. نیلز بور نه تنها این را استدلال کرد، بلکه فرضیات خود را نیز قاطعانه توسعه داد.

او گفت: از آنجایی که ذرات تا زمانی که ما شروع به مشاهده آنها نکنیم ظاهر نمی شوند، پس واقعیت در سطح کوانتومی وجود ندارد - تا زمانی که کسی آن را مشاهده کند و در آن اندازه گیری کند.

هنوز بحث‌های داغی در جامعه علمی وجود دارد (بهتر است این بحث را یک بحث شدید نامید!) در مورد اینکه آیا این آگاهی انسانی ناظر است که باعث "فروپاشی" و انتقال تابع موج به حالت ذره می شود؟

لین مک‌تاگارت، نویسنده و روزنامه‌نگار، این ایده را این گونه بیان می‌کند و از اصطلاحات علمی اجتناب می‌کند: «واقعیت، ژله‌ای است که تنظیم نشده است. این خود جهان نیست، بلکه توانایی آن است. و ما با مشارکت در آن، با عمل مشاهده و درک، این ژله را فریز می کنیم. بنابراین زندگی ما بخشی جدایی ناپذیر از فرآیند خلق واقعیت است. این توجه ماست که آن را تعیین می کند.»

در جهان اینشتین، اجسام دارای مقادیر دقیق تمام پارامترهای فیزیکی ممکن هستند. اکنون اکثر فیزیکدانان می گویند که اینشتین اشتباه می کرد. خواص یک ذره زیر اتمی تنها زمانی ظاهر می شود که با اندازه گیری ها مجبور به انجام این کار شوند ... در مواردی که مشاهده نمی شوند ... پارامترهای میکروسیستم در حالت نامشخص و "مه آلود" هستند و صرفاً توسط آنها مشخص می شود. احتمال تحقق این یا آن احتمال بالقوه. – برایان گرین، «پارچه فضا» چرا

منطق کوانتومی

منطق کوانتومی هنگامی که از ما پرسیده می شود که آیا الکترون بدون تغییر باقی می ماند، ما مجبوریم پاسخ دهیم: "نه". اگر از ما بپرسند که آیا موقعیت یک الکترون در طول زمان تغییر می کند، باید بگوییم: "نه". اگر از ما بپرسند که آیا یک الکترون در حالت سکون باقی می‌ماند، پاسخ می‌دهیم: «نه». وقتی از ما سوال می شود که آیا یک الکترون در حرکت است، می گوییم: "نه". – جی رابرت اوپنهایمر، خالق بمب اتمی

منطق کوانتومی جان فون نویمان بخش اصلی مسئله اندازه گیری را آشکار کرد: فقط تصمیم مشاهده گر به اندازه گیری منجر می شود. این تصمیم درجات آزادی سیستم کوانتومی (مانند تابع موج الکترونی) را محدود می کند و در نتیجه بر نتیجه (واقعیت) تأثیر می گذارد.