483
0,1
2015-07-04
Несколько фактов из микромира
Недавно был хороший пост посвященный черным дырам и ОТО. Хотелось бы еще больше взорвать мозг некоторым людям, показав некоторые достижения современной квантовой механики.
Кванты — минимальные порции энергии.
Любая энергия может излучатся и поглощаться не в любом количестве а только пропорционально минимальной энергии одного кванта. Энергия кванта зависит от дины волны. Чем меньше длина волны и выше частота тем выше энергия одного кванта. Квант электромагнитного излучения называется фотоном.
Частица или волна?
Знаменитая формула Эйнштейна связала массу и энергию. Электромагнитное излучение является частицей и волной одновременно.
Есть замечательный эксперимент связанный с прохождением света через пластину с одной или двумя щелями. Если мы направим источник света на экран, расположим между экраном пластину с одной щелью, то мы сможем видеть, что свет пройдя через щель засветил одну полоску на экране. Однако если в пластине будут две параллельные щели, то картинка на экране уже будет состоять из серии светлых и темных участков. Этот факт доказывает электромагнитную природу света, так как свет проходя разные пути через разные щели в разных местах экрана гасят либо усиливают друг друга.
Материя тоже волна
Что самое интересное, если в предыдущем опыте мы заменим источник света на источник электронов (вполне таких материальных частиц, имеющих вполне измеряемую массу), мы будем наблюдать на экране ту же самую интерферентную картину. Можно конечно предположить что этот эффект как то связан с взаимодействием электронов друг с другом. Изменим источник фотонов так, чтобы он испускал электроны по одиночке (например один электрон каждый 10 секунд). И все равно, на экране мы будем наблюдать интерферентную картину. Уберем одну щель, интерференция пропадает. Электрон тоже волна!
Боле того, электрон проходя через одну из щелей, как бы знает, имеется другая щель, или нет. Или, электрон происходит через обе щели одновременно.
Путешествие к Андромеде
Более того, электрон не просто проходит через обе щели одновременно. Он еще и проходит до места назначения по всем возможным путям одновременно.
То есть электрон отправляется в путешествие к туманности Андромеда, облетает вокруг галактики, и возвращается в точку назначения через левую щель. Одновременно с этим этот же электрон проходит через правую щель по наименьшему пути. Есть бесконечное число возможных путей по которым прошел один единственный выбранный электрон до цели.
А как же Ньютон?
А вот если же взять кучу частиц, каждая из которых ведет себя как волна, и одновременно путешествует от точки А к точке Б по куче траекторий одновременно, и объединить их во вполне понятный нам предмет, например теннисный мячик, то окажется что все эти траектории взаимно сократятся. И останется лишь одна траектория которую мы можем наблюдать в привычном нам мире. Траектория, которая полностью описывается ньютоновской механикой.
Играет ли бог в кости?
В 1927 году Гайзенберг доказал, что какую бы частицу или процесс мы не наблюли, Существует предел точности на определение двух связанных величин. Например мы не можем одновременно точно знать положение частицы и ее импульс (скорость). Чем точнее мы измеряем скорость, тем менее точно знаем положение, и наоборот.
Допустим мы измерили положение электрона с некоторой очень высокой точностью. Это означает что скорость электрона в этом положении выяснить точно мы не можем. То есть скорость вероятностно распределена по некоторому промежутку возможных скоростей. Или, электрон двигается с бесконечным множеством скоростей одновременно.
Следует понимать, что принцип неопределенности является свойством нашего мира, независимо от методов измерения и наблюдения.
Необычная природа принципа неопределённости Гейзенберга и его запоминающееся название сделали его источником ряда шуток. Утверждают, что популярной надписью на стенах физического факультета университетских городков является: «Здесь, возможно, был Гейзенберг».
В другой шутке о принципе неопределённости специалиста по квантовой физике останавливает на шоссе полицейский и спрашивает: «Вы знаете, как быстро Вы ехали, сэр?». На что физик отвечает: «Нет, но я точно знаю, где я!»
Существует ли «великое ничто»
Так как знаменитая формула Эйнштейна связала массу и энергию, принципу неопределенности действует и в отношении к волновым возмущениям (например электромагнитным). Амплитуда волны и скорость изменения амплитуды точно также связаны обратным соотношением пропорциональности. Чем точнее мы знаем одно, тем в больших пределах имеется разброс другого.
Теперь рассмотрим идеальный вакуум. Без материи, без волн. Можно однозначно утверждать что в некоторый момент времени амплитуда волны=0. Но это значит что скорость изменения волны лежит в больших пределах (и чем меньше рассматриваемое время, тем больше скорость изменения). А значит в следующий момент она уже не будет нулевой. То есть энергия некоторого маленького участка вакуума в некоторый маленький отрезок времени может иметь ненулевую энергию. А так как энергия есть масса, то в этот момент может родится пара частиц (частица и античастица), которые тут же аннигилируют для того чтобы сохранит общий баланс энергии.
В итоге вакуум — есть куча частиц которые рождаются, умирают превращаются друг в друга, сохраняя общий баланс энергии.
Опять черные дыры.
Теперь представим что две такие частицы родились в непосредственной близости от горизонта событий черной дыры. Так как, согласно тому же принципу неопределенности, две частицы не могут находится в одном месте, то одна частица вполне родится внутри горизонта событий, а другая вне его. Таким образом одна частица может поглотится черной дырой, а другая отлететь от нее. За счет того что масса черной дыры может уменьшатся, и черная дыра излучать слабое излучение (излучение Хокинга).
Однако, как видно из процесса, такие частицы не могут вынести информацию изнутри черной дыры.
Жив или мертв?
Проведем мысленный эксперимент. Возьмем самого обычного кода и запрем его в ящик с неким устройством, состоящим из одного атома радиоактивного вещества (с периодом полураспада 1 час), детектора распада, соединенного с молотом, разбивающим пробирку со смертельным для кота ядом. Если детектор распада регистрирует распад атома (вероятность распада этого атома в течение часа — 50 %) то молоток разбивает ампулу с ядом и кот умирает.
Запрем кота в ящик и запустим эксперимент.
Через час, пока мы не пронаблюдаем результат эксперимента, ядро будет находится в квантовой суперпозиции двух состязаний. То есть ядро одновременно распалось и не распалось.
А наш кот в тот момент и жив и мертв одновременно! Но как только мы откроем ящик и пронаблюдаем состояние кота, факт наблюдение «схлопнет» волновую функцию нашего кота до определенного состояния — жив или мертв.
Источники:
Книга «Элегантная вселенная» Брайна Грина, Книга «Краткая история времени» Стивена Хокинга, Интернет, Википедия. Картинки из интернета.
У меня все.
Источник: www.yaplakal.com/
Кванты — минимальные порции энергии.
Любая энергия может излучатся и поглощаться не в любом количестве а только пропорционально минимальной энергии одного кванта. Энергия кванта зависит от дины волны. Чем меньше длина волны и выше частота тем выше энергия одного кванта. Квант электромагнитного излучения называется фотоном.
Частица или волна?
Знаменитая формула Эйнштейна связала массу и энергию. Электромагнитное излучение является частицей и волной одновременно.
Есть замечательный эксперимент связанный с прохождением света через пластину с одной или двумя щелями. Если мы направим источник света на экран, расположим между экраном пластину с одной щелью, то мы сможем видеть, что свет пройдя через щель засветил одну полоску на экране. Однако если в пластине будут две параллельные щели, то картинка на экране уже будет состоять из серии светлых и темных участков. Этот факт доказывает электромагнитную природу света, так как свет проходя разные пути через разные щели в разных местах экрана гасят либо усиливают друг друга.
Материя тоже волна
Что самое интересное, если в предыдущем опыте мы заменим источник света на источник электронов (вполне таких материальных частиц, имеющих вполне измеряемую массу), мы будем наблюдать на экране ту же самую интерферентную картину. Можно конечно предположить что этот эффект как то связан с взаимодействием электронов друг с другом. Изменим источник фотонов так, чтобы он испускал электроны по одиночке (например один электрон каждый 10 секунд). И все равно, на экране мы будем наблюдать интерферентную картину. Уберем одну щель, интерференция пропадает. Электрон тоже волна!
Боле того, электрон проходя через одну из щелей, как бы знает, имеется другая щель, или нет. Или, электрон происходит через обе щели одновременно.
Путешествие к Андромеде
Более того, электрон не просто проходит через обе щели одновременно. Он еще и проходит до места назначения по всем возможным путям одновременно.
То есть электрон отправляется в путешествие к туманности Андромеда, облетает вокруг галактики, и возвращается в точку назначения через левую щель. Одновременно с этим этот же электрон проходит через правую щель по наименьшему пути. Есть бесконечное число возможных путей по которым прошел один единственный выбранный электрон до цели.
А как же Ньютон?
А вот если же взять кучу частиц, каждая из которых ведет себя как волна, и одновременно путешествует от точки А к точке Б по куче траекторий одновременно, и объединить их во вполне понятный нам предмет, например теннисный мячик, то окажется что все эти траектории взаимно сократятся. И останется лишь одна траектория которую мы можем наблюдать в привычном нам мире. Траектория, которая полностью описывается ньютоновской механикой.
Играет ли бог в кости?
В 1927 году Гайзенберг доказал, что какую бы частицу или процесс мы не наблюли, Существует предел точности на определение двух связанных величин. Например мы не можем одновременно точно знать положение частицы и ее импульс (скорость). Чем точнее мы измеряем скорость, тем менее точно знаем положение, и наоборот.
Допустим мы измерили положение электрона с некоторой очень высокой точностью. Это означает что скорость электрона в этом положении выяснить точно мы не можем. То есть скорость вероятностно распределена по некоторому промежутку возможных скоростей. Или, электрон двигается с бесконечным множеством скоростей одновременно.
Следует понимать, что принцип неопределенности является свойством нашего мира, независимо от методов измерения и наблюдения.
Необычная природа принципа неопределённости Гейзенберга и его запоминающееся название сделали его источником ряда шуток. Утверждают, что популярной надписью на стенах физического факультета университетских городков является: «Здесь, возможно, был Гейзенберг».
В другой шутке о принципе неопределённости специалиста по квантовой физике останавливает на шоссе полицейский и спрашивает: «Вы знаете, как быстро Вы ехали, сэр?». На что физик отвечает: «Нет, но я точно знаю, где я!»
Существует ли «великое ничто»
Так как знаменитая формула Эйнштейна связала массу и энергию, принципу неопределенности действует и в отношении к волновым возмущениям (например электромагнитным). Амплитуда волны и скорость изменения амплитуды точно также связаны обратным соотношением пропорциональности. Чем точнее мы знаем одно, тем в больших пределах имеется разброс другого.
Теперь рассмотрим идеальный вакуум. Без материи, без волн. Можно однозначно утверждать что в некоторый момент времени амплитуда волны=0. Но это значит что скорость изменения волны лежит в больших пределах (и чем меньше рассматриваемое время, тем больше скорость изменения). А значит в следующий момент она уже не будет нулевой. То есть энергия некоторого маленького участка вакуума в некоторый маленький отрезок времени может иметь ненулевую энергию. А так как энергия есть масса, то в этот момент может родится пара частиц (частица и античастица), которые тут же аннигилируют для того чтобы сохранит общий баланс энергии.
В итоге вакуум — есть куча частиц которые рождаются, умирают превращаются друг в друга, сохраняя общий баланс энергии.
Опять черные дыры.
Теперь представим что две такие частицы родились в непосредственной близости от горизонта событий черной дыры. Так как, согласно тому же принципу неопределенности, две частицы не могут находится в одном месте, то одна частица вполне родится внутри горизонта событий, а другая вне его. Таким образом одна частица может поглотится черной дырой, а другая отлететь от нее. За счет того что масса черной дыры может уменьшатся, и черная дыра излучать слабое излучение (излучение Хокинга).
Однако, как видно из процесса, такие частицы не могут вынести информацию изнутри черной дыры.
Жив или мертв?
Проведем мысленный эксперимент. Возьмем самого обычного кода и запрем его в ящик с неким устройством, состоящим из одного атома радиоактивного вещества (с периодом полураспада 1 час), детектора распада, соединенного с молотом, разбивающим пробирку со смертельным для кота ядом. Если детектор распада регистрирует распад атома (вероятность распада этого атома в течение часа — 50 %) то молоток разбивает ампулу с ядом и кот умирает.
Запрем кота в ящик и запустим эксперимент.
Через час, пока мы не пронаблюдаем результат эксперимента, ядро будет находится в квантовой суперпозиции двух состязаний. То есть ядро одновременно распалось и не распалось.
А наш кот в тот момент и жив и мертв одновременно! Но как только мы откроем ящик и пронаблюдаем состояние кота, факт наблюдение «схлопнет» волновую функцию нашего кота до определенного состояния — жив или мертв.
Источники:
Книга «Элегантная вселенная» Брайна Грина, Книга «Краткая история времени» Стивена Хокинга, Интернет, Википедия. Картинки из интернета.
У меня все.
Источник: www.yaplakal.com/
