Mae mecaneg Quantum yn eich galluogi i weld, teimlo a chyffwrdd y gronynnau (rhan 2)

211652x 22. 11. 2018 Darllenydd 1

Gadewch inni fynd yn ôl at beth yw mecaneg cwantwm a sut y gallwn ei ddefnyddio.

Golygfa anweledig

Iawn, felly rydych chi'n teimlo'n goffi, rydych bron yn deffro. Mae eich llygaid yn barod ar gyfer golau dydd, maent yn blink ac yn gadael i oleuni ddod i mewn. Pan fyddwch chi'n meddwl amdano, mae'r gronynnau golau yn dod i mewn i'ch wyneb a chododd eich llygaid filiwn o flynyddoedd yn ôl yng nghanol yr haul, ar yr adeg y dechreuodd ein hynafiaid ddefnyddio tân. Ni fyddai'r haul hyd yn oed yn anfon gronynnau o'r enw ffotonau pe na bai eu hangen ar gyfer yr un ffenomen a allai fod yn sail i'n arogl, twnelu cwantwm.

Ynglŷn â 150 o filiynau o gilometrau yn gwahanu'r Haul a'r Ddaear, dim ond wyth munud sy'n cymryd ffotonau i oresgyn y pellter hwn. Mae'r rhan fwyaf o'u teithiau yn digwydd y tu mewn i'r haul, lle mae ffoton nodweddiadol yn treulio miliynau o flynyddoedd yn ceisio dianc. Yna, y màs yn cael ei gadw yng nghanol ein sêr, lle mae hydrogen yn ymwneud 13 gwaith yn fwy dwys nag plwm, a gall ffotonau deithio ffracsiwn unig infinitesimally fach o eiliad cyn cael ei amsugno ïonau hydrogen, sydd wedyn yn tanio ffoton i deithio o'r haul, ac ati .. Ar ôl y biliwn Daw'r rhyngweithiadau o'r fath i ben yn ffoton ar wyneb yr Haul sydd wedi bod yn disgleirio am filiynau o flynyddoedd.

Mecaneg Quantum (© Jay Smith)

Ni fyddai ffotonau byth yn codi, ac ni fyddai'r haul yn disgleirio pe na bai twnelu cwantwm. Mae'r haul a'r holl sêr eraill yn creu golau trwy ymuno niwclear, torri ïonau hydrogen, a chreu heliwm trwy broses sy'n rhyddhau egni. Bob eiliad, mae'r haul yn trosi i tua 4 o filiynau o dunelli o dorf. Dim ond ïonau hydrogen, fel protonau unigol, sydd â thaliadau trydan cadarnhaol ac maent yn gwrthod eu gilydd. Felly sut y gallant uno gyda'i gilydd?
Wrth tyllu cwantwm ton natur y protonau yn caniatáu i'r hawdd weithiau yn gorgyffwrdd fel tonnau sy'n dod at ei gilydd ar wyneb y pwll. Bod tonnau proton gorgyffwrdd a gyflenwir yn ddigon agos fel bod grym ychwanegol megis grym niwclear cryf sy'n gweithredu yn unig ar bellteroedd bach iawn, gall oresgyn y gwrthyriad trydanol y gronynnau. Yna bydd y protonau'n cwympo ac yn rhyddhau un ffoton.

Mae ein llygaid yn sensitif iawn i ffotonau

Mae ein llygaid wedi esblygu i fod yn sensitif iawn i'r ffotonau hyn. Mae rhai arbrofion diweddar wedi dangos y gallwn hyd yn oed ganfod ffotonau unigol, sy'n rhoi dewis diddorol: a allai pobl ganfod rhai achosion arbennig o fecaneg cwantwm? A yw hynny'n golygu bod dyn, fel ffoton neu electron neu gath anffodus Schrödinger, yn farw ac yn fyw ar yr un pryd os yw'n cymryd rhan yn uniongyrchol yn y byd cwantwm? Sut y gallai profiad o'r fath edrych fel?

Y llygad dynol

"Nid ydym yn gwybod am ei fod wedi bod yn ceisio," meddai Rebecca Holmes, ffisegydd yn Los Alamos Labordy Cenedlaethol yn New Mexico. Dair blynedd yn ôl, graddiodd o Brifysgol Illinois yn Urbana-Champaign, Holmes yn rhan o dîm a arweiniwyd gan Paul Kwiat, a oedd yn dangos bod pobl yn gallu canfod flashes byr o olau, sy'n cynnwys tri ffotonau. Yn 2016 fod grŵp yn cystadlu o wyddonwyr a arweinir gan ffisegydd Alipas Vaziriovou ym Mhrifysgol Rockefeller yn Efrog Newydd fod pobl yn gweld hyd yn oed yn ffotonau unigol. Gwelwn, fodd bynnag, na chaiff y profiad hwnnw ei ddisgrifio'n gywir. Vaziri, roedd hi wedi ceisio gweld y ffotograffau ffoton a dywedodd wrth y cylchgrawn Nature: "Nid yw'n debyg i weld y golau. Mae bron yn teimlo ar drothwy ffantasi. "

Mecaneg Quantum - arbrofion

Yn y dyfodol agos, disgwylir i arbrofion Holmes a Vaziri brofi beth mae pobl yn ei weld pan fydd ffotonau'n cael eu rhoi i wladwriaethau cwantwm arbennig. Gall ffisegwyr, er enghraifft, gysylltu un ffoton i'r hyn y maent yn ei alw'n arwynebiad lle mae ffotonau ar yr un pryd mewn dau leoliad gwahanol. Mae Holmes a'i chydweithwyr wedi cynllunio arbrofi sy'n cynnwys dau senario i brofi a all pobl weld yn uniongyrchol arwynebiad ffotonau. Yn y senario cyntaf, byddai un ffoton naill ai'n cyrraedd ochr chwith neu ochr dde'r retina, a byddai un yn sylwi ar ba ochr o'r retina y teimlai ffoton. Yn yr ail senario, byddai'r ffoton yn cael ei roi mewn superposition cwantwm i'w ganiatáu i'w wneud yn ymddangos yn amhosibl - gan yr un pryd hedfan i ochr dde a chwith retina'r llygad.

A fyddai un yn dod o hyd i oleuni ar ddwy ochr y retina? Neu a fyddai'r rhyngweithio ffoton yn y llygad yn achosi'r gorbwysiad i gwympo? Os felly, a fyddai mor aml ar yr ochr dde ar y chwith, wrth i'r theori awgrymu?

Meddai Rebecca Holmes:

"Yn seiliedig ar fecaneg cwantwm safonol, ni fyddai ffoton yr ardystiad yn edrych yn wahanol na'r ffoton a anfonwyd ar hap ar y chwith neu'r dde."

Os yw'n ymddangos bod rhai o'r cyfranogwyr yn gweld y ffoton yn y ddau safle ar yr un pryd, a yw'n golygu bod y person ei hun mewn cyflwr cwantwm?

Rebecca Holmes yn ychwanegu:

"Gellid dweud bod yr arsylwr ar ei ben ei hun yn yr arwahaniad cwantwm mewn amser ychydig yn ddibwys, ond nid oes neb wedi ei roi eto, felly nid ydym yn gwybod yn iawn. Dyna pam y gallwn wneud arbrawf o'r fath. "

Rydych chi'n canfod eich ffordd eich hun

Nawr, gadewch i ni fynd yn ôl i'r cwpan coffi. Rydych chi'n teimlo'r mug fel darn cadarn o ddeunydd, yn gadarn mewn cysylltiad â chroen eich llaw. Ond dim ond rhith ydyw. Nid ydym byth yn cyffwrdd ag unrhyw beth, o leiaf nid yn yr ystyr o'r ddau ddarnau solet o fater sy'n cyffwrdd. Mae mwy na 99,9999999999 y cant o atom yn cynnwys lle gwag, gyda bron pob un o'r màs yn canolbwyntio yn y craidd.

Mecaneg Quantum (© Jay Smith)

Pan fyddwch chi'n dal cwpan gyda'ch dwylo, mae'n ymddangos bod ei Daw'r cryfder o wrthsefyll yr electronau yn y cwpan ac yn y llaw. Nid oes gan yr electronau eu hunain gyfaint o gwbl, dim ond dimensiynau sero amlwg y cae ffi trydan negyddol sy'n amgylchynu atomau a moleciwlau fel cwmwl. Mae cyfreithiau mecaneg cwantwm yn gyfyngedig i lefelau egni penodol o amgylch atomau a moleciwlau. Wrth i'r llaw fynd â'r cwpan, mae'n gwthio electronau o un lefel i'r llall, ac mae angen egni'r cyhyrau y mae'r ymennydd yn ei ddehongli fel gwrthwynebiad wrth gyffwrdd â rhywbeth solet.

Mae ein teimlad o gyffwrdd yn seiliedig ar ryngweithio hynod gymhleth rhwng yr electronau o gwmpas ein moleciwlau corff a moleciwlau'r gwrthrychau yr ydym yn eu cyffwrdd. O'r wybodaeth hon, mae ein hymennydd yn creu'r rhith bod gennym gorff cadarn sy'n symud o amgylch byd sy'n llawn gwrthrychau solet eraill. Nid yw eu cyffwrdd yn rhoi synnwyr gwirioneddol o realiti i ni. Mae'n bosibl nad oes unrhyw un o'n canfyddiadau yn cyfateb i'r hyn sy'n digwydd mewn gwirionedd. Donald Hoffman, mae niwrowyddonydd gwybyddol ym Mhrifysgol California Irvine yn credu ein synhwyrau a hymennydd wedi esblygu i guddio gwir natur realaeth, beidio â datgelu iddo.

"Fy syniad yw bod y ffaith, beth bynnag yw, yn rhy gymhleth, ac mae'n cymryd gormod o amser ac egni i'w brosesu."

Cymharu delwedd byd yn yr ymennydd gyda rhyngwyneb graffigol ar y cyfrifiadur

Mae Hoffman yn cymharu delwedd adeiladu'r byd yn ein hymennydd gyda'r rhyngwyneb graffigol ar sgrin y cyfrifiadur. Nid yw pob eicon lliw ar y sgrin, fel y fasged, y pwyntydd llygoden, a'r ffolder ffeiliau, yn gysylltiedig o gwbl i'r hyn sy'n digwydd o fewn y cyfrifiadur. Dim ond tyniadau, symleiddiadau sy'n unig sy'n ein galluogi i gyfathrebu ag electroneg cymhleth.

Yn ôl barn Hoffman, mae esblygiad wedi newid ein hymennydd i weithredu fel rhyngwyneb graffigol nad yw'n cynhyrchu'r byd yn eithaf ffyddlon. Nid yw Evolution yn cefnogi datblygiad canfyddiad cywir, dim ond sy'n caniatáu ar gyfer goroesi y mae'n ei ddefnyddio.

Fel y dywed Hoffman:

"Mae'r ffurf yn dominyddu realiti."

Mae Hoffman a'i fyfyrwyr ôl-raddedig wedi bod yn profi cannoedd o filoedd o fodelau cyfrifiadurol yn y blynyddoedd diwethaf i brofi eu syniadau mewn efelychiadau o ffurfiau bywyd artiffisial sy'n cystadlu ag adnoddau cyfyngedig. Mewn unrhyw achos, mae'r organebau'n cael eu rhaglennu i roi blaenoriaeth i ffitrwydd corfforol, pan nad yw'r realiti yr un fath â'r rhai a wneir ar gyfer canfyddiad cywir.

Er enghraifft, os bydd un organeb adeiladu i ganfod yn gywir, er enghraifft, rhaid i gyfanswm y dŵr sy'n bresennol yn yr amgylchedd, ac yn rhedeg i mewn i organedd sydd wedi'i diwnio i synhwyro rhywbeth symlach, ee y swm gorau posibl o ddŵr sydd ei angen i aros yn fyw. Felly, er y gallai un organeb greu ffurf realiti fwy cywir, nid yw'r eiddo hwn yn cynyddu ei allu goroesi. Arweiniodd astudiaeth Hoffman at gasgliad hynod:

"I'r graddau yr ydym yn cyd-fynd â chynnal bywyd, ni fyddwn yn cael sylw i realiti. Ni allwn ei wneud. "

Theori Quantum

Mae ei syniadau yn cyd-fynd â'r hyn y mae rhai ffisegwyr yn ei ystyried yn syniad canolog o theori cwantwm - nid yw'r canfyddiad o realiti yn hollol wrthrychol, ni allwn wahanu o'r byd yr ydym yn ei arsylwi.

Mae Hoffman yn gweld y farn hon yn llawn:

"Dim ond strwythur data yw gofod, ac mae gwrthrychau corfforol ynddynt eu hunain y strwythurau data rydym yn eu creu ar hedfan. Pan edrychaf ar fryn, rwy'n creu y strwythur data hwn. Yna, rwy'n edrych ar rywle arall ac yn torri'r strwythur data hwn gan nad oes arnaf ei angen mwyach. "

Fel y mae gwaith Hoffman yn dangos, nid ydym eto wedi delio ag arwyddocâd llawn theori cwantwm a'r hyn y mae'n ei ddweud am natur realiti. Mae Planck ei hun, am y rhan fwyaf o'i fywyd, wedi bod yn ceisio deall y theori y mae wedi helpu i greu a chredo bob amser yn y canfyddiad gwrthrychol o'r bydysawd sy'n bodoli'n annibynnol ohonom.

Ysgrifennodd unwaith am pam y penderfynodd neilltuo ei hun i ffiseg, yn erbyn cyngor ei athro:

"Mae'r byd allanol yn rhywbeth annibynnol ar ddyn, mae'n rhywbeth absoliwt, ac ymddengys mai'r chwilio am y deddfau sy'n berthnasol i hyn yn llwyr yw'r profiad gwyddonol mwyaf amlwg o fywyd."

Efallai y bydd yn cymryd canrif arall cyn i chwyldro arall mewn ffiseg brofi a oedd yn iawn neu'n anghywir, fel ei athro Philip von Jolly.

Mecaneg meintiol

Mwy o rannau o'r gyfres

Sylwadau 2 ar "Mae mecaneg Quantum yn eich galluogi i weld, teimlo a chyffwrdd y gronynnau (rhan 2)"

Ad a Ateb