Una extraña energía: programa educativo de la física en el espíritu de lewis Кэролла

En 1995, el físico robert gilmore, profesor de la universidad de bristol, escribió encantador programa educativo de la mecánica cuántica — por motivos de кэролловской "Alicia en el País de las maravillas". En ella, alicia se encuentra con los fotones, aprende de sirena sobre la teoría de la мультиверса y supervisa антиматерией.

Publicamos varios pasajes del libro es acerca de cómo funciona la distribución de probabilidad y por qué la energía es similar al dinero.

 





Неслучайный casa

...Ella se fue a una plazoleta cerca de la carretera, donde un grupo de constructores столпилась cerca de la pila de ladrillos. Alicia sugirió que esto de los constructores, ya que descargaban nuevos ladrillos de un pequeño camión.

"Como mínimo, estas personas parecen comportarse de manera razonable", pensó. Inmediatamente después de la esquina salió otro grupo, la celebración de algo que parecía muy grande rodado en la alfombra, y se ha puesto a extender su obra. Cuando la tela implementado hasta el final, alicia ha visto, que es algo así como la construcción de un plan.

Parecía un plan, porque él se cubrió la mayor parte del espacio disponible. "¿Por qué lo hacen? Estoy segura de que él mismo tamaño que el edificio, que se reúnen aquí erecto — pensaba en voz alta alicia. — Pero, ¿cómo pueden construir algo, si el plan ya ocupa todo el espacio?"





Los constructores terminado de echar un plan en su lugar y volvió a montón de ladrillos. Todos se levantaron de ladrillos y comenzó a tirar de ellos en el plan en orden aleatorio. Caos: algo accidentalmente se redujo en un lugar que-lo — otro, y alicia no podía entender por qué la idea. "Lo que hacéis? — preguntó un hombre que estaba de pie a un lado. Él no hizo nada, por lo que se sugirió que es el jefe de la brigada. — Simplemente crear desordenados montones de ladrillos. ¿No es necesario elevar el edificio?"

"Por supuesto es necesario, querida — respondió el jefe de la brigada. — Realmente, casual fluctuaciones son lo suficientemente grandes para ocultar la plantilla, pero ya nos pusieron la distribución de probabilidad correspondiente a nos / la, nos lleguemos a él, no te preocupes".

Alice sintió que esto es una expresión de optimismo ha resonado no es muy convincente, pero se quedó en el lugar y vio como la lluvia de ladrillos sigue cayendo en el patio de recreo. Poco a poco, para su asombro, descubrió que en algunas zonas de la caa más ladrillos que otros, por lo que se vio se dejan ver, el esquema de puertas y paredes. Ella зачарованно testigo de cómo reconocibles formulario de habitaciones comenzaron a aparecer desde el origen del caos. "Es fabuloso! — gritó ella. — Como le pudo hacer eso?"

"¿No me dijo? — sonrió el jefe de la brigada. — Has visto como nos han puesto en la tierra de la distribución de probabilidad antes de empezar. Se determina que deben ser los ladrillos, y donde no deberían. Esto se debe hacer antes de poner los ladrillos, ya que no podemos predecir dónde caerá cada abandonado nosotros ladrillo, y tú lo sabes".

"No entiendo por qué, — ha interrumpido su alicia. — Estoy acostumbrado a que los ladrillos se ponen en el lugar de uno por uno, en las ordenadas filas".





"Sabes, no es un método para el País de los cuantos. Aquí no podemos controlar la trayectoria de cada una de ladrillo — sólo la probabilidad de que llegue a algo o a otro lugar. Esto significa que cuando usted tiene sólo unos pocos ladrillos, pueden aparecer en cualquier lugar y se va a parecer que no está en un sistema en general. Pero con el aumento de la comprendes que los ladrillos son sólo allí donde existe la probabilidad de su aparición, y cuanto mayor sea la probabilidad, más de los ladrillos de ahí resulta. Cuando hablás mucho de ladrillos, todo eso está muy bien funciona".

De energía de un préstamo

Cuando alicia se celebró en la puerta, se encontraba en una gran sala con columnas y paredes de mármol. Desde el interior del banco se veía similar a la de cualquier otro. A lo largo de largo de la pared se extendía la línea de caja de las ventanillas, mientras que el espacio estaba dividido portátiles de los tabiques, de modo que los clientes tuvieron que alinearse en las ordenadas de la cola, para su sirvió. Sin embargo, en este momento los visitantes en la sala no se: además de los cajeros y el guardia no había nadie visible.

Porque alicia aconsejamos ponerse en contacto con la información en el banco, ella resueltamente se dirigió a la línea de las ventanillas. "Espera un minuto! — le gritó el guardia. — Adónde vas, joven señorita? No ves que aquí cola?"

"Lo siento, — dijo alicia. — Pero no veo la cola. Aquí no hay nadie".

"Por supuesto que hay, y son muchos! — decididamente respondió el guardián. — Parece que hoy tenemos aquí una afluencia "de nadie". Aunque normalmente nos referimos a ellos como a virtual a los visitantes. Rara vez he visto un montón de partículas virtuales, pendientes de sus energéticos de los préstamos".

A Alicia apareció la ya conocida sensación de que la situación es poco probable rápidamente se aclare. Ella miró por las ventanas y vio que, a pesar de baño se quedaba en blanco, cajeros estábamos muy ocupados. Observándolos, se dio cuenta, como antes en uno, frente a la otra ventana aparecen brillantes figuras y rápidamente pasan fuera del banco. En una de las cajas de ella vio a un par de figuras, материализовавшихся al mismo tiempo. En la misma se descubrió el electrón, y el otro era similar a la de su fotográfico negativo, todo lo opuesto электронам, que ella ya ha visto.

"Es el positrón, антиэлектрон", — le susurró la voz. Alice se dio la vuelta y vio a bien vestida de una joven mujer estricta de la vista. "¿Quién es usted?" — le preguntó la niña.

"Soy el Gerente de un banco, — respondió su собеседница. — Yo respondo por la expedición de la energía de los préstamos a todas virtual de las partículas. La mayoría de ellos, los fotones, como puedes notar, pero a veces nos vienen par de partí culas y antipartí culas".

"¿Por qué necesitan de la energía, el préstamo? — preguntó alicia. — Y ¿por qué no puedo ver antes de que ellos lo recibirán?"

"Comprendes — dijo el Gerente — para que una partícula pueda existir debidamente, es decir, moverse libremente y ser observada, necesita un mínimo de energía, lo que llamamos la energía residual de la masa. Junto a estos pobres partículas virtuales no hay ni siquiera una cantidad de energía. Afortunadamente para ellos, pueden pedir prestado tenemos en el banco, y esto les permite existir algún tiempo". Ella mostró en el que cuelga en la pared un cartel que decía:

"Las condiciones de préstamo: ΔE x ∆ T = ±/2. El pago puntual de bienvenida"

"Esto se conoce como la relación de incertidumbre de heisenberg, explicó el Gerente. — Regula todas nuestras transacciones. El costo de ± se llama la constante de Planck. Esta relación determina el tipo de cambio para cualquier energía préstamos sindicados. ΔE es la cantidad de energía que consumen, y ∆ T es el período de amortización del préstamo".

"Usted tiene en mente — sugirió alice, tratando de controlar el pensamiento de un Gerente, que es como el tipo de cambio entre los diferentes tipos de dinero, así que cuanto más larga sea la duración del préstamo, más la energía se pueden obtener?"

"¡Oh, no! Todo lo contrario! Перемноженные desde el aeropuerto internacional aeropuerto internacional de la energía y el tiempo siguen siendo una constante, así que cuanto más energía en préstamo, sin la menor cantidad de tiempo se puede utilizar. Si quieres ver lo que tengo en mente, simplemente mira a estos exóticos de la partícula y античастицу, que tomaron a préstamo en el cuadro nº 7".





Alicia miró hacia donde indicaba la mujer, y vio un fenómeno sorprendente. Antes de la ventanilla estaba el par de figuras; uno de ellos fue el opuesto del otro, como el electrón y el positrón, que ella ya había visto anteriormente. Estos dos, como sea, eran brillantes, figuras ornamentales, занимавшими mucho espacio, casi totalmente obstruir el cajero. Alicia no podía впечатлиться экстравагантностью de esta pareja, pero como sólo ella abrió la boca para comentar, que se han cubierto por niebla y han desaparecido.

"Esto es una muestra de mi historia, — continuó el Gerente. — Esta pareja tomó un enorme préstamo para apoyar la mayor restante de la masa necesaria para su estilo de vida. Debido a que el préstamo era tan grande, por un plazo era muy corto, hasta el punto de que incluso no han conseguido salir de rack caja antes de que se tuvo que pagar. Debido a que estas partículas pesadas no pueden irse demasiado lejos antes de que se les tiene que devolver a su energía de la deuda, se les conoce como короткопробежные partículas".

"Resulta la relación entre el tiempo y la energía es igual para todos?" — preguntó alicia, sintiendo que se le pudo venir aunque a alguna certeza.

"Es! La constante de Planck es siempre la misma, independientemente de dónde y cuándo se aplica. En el banco tenemos que lidiar con la energía, porque la energía es la principal moneda en el Cuántica país. Como usted expresa su moneda en libras y dólares, unidad de energía, que lo más a menudo utilizamos se llama eV. La cantidad de energía que posee la partícula, determina lo que puede hacer, en qué estado de pase, de lo mucho que puede afectar a otros sistemas.

No todas las partículas necesitan, como los que aquí en la cola. Muchos de ellos bastante propia de energía, y en este caso se pueden guardar por el tiempo que estimen necesario. Son aquellas partículas que puedes encontrar en la calle. Cualquier partícula que necesita la masa, tiene que tener la energía para existir".

Señaló que en la otra placa en la pared que decía: "la Masa es energía, la energía es masa".

"Si la partícula quiere tener la masa, que debe encontrar la energía para apoyar. Si más allá de eso todavía queda algo de energía, se puede utilizar para otros fines. Pero no es que todas las partículas se preocupaban qué pasa con la masa, añadió. — Existen, livianos, bohemios partículas que no tienen ninguna masa en reposo. Su libertad no es limitado como el de la mayoría de las partículas, las que deberán asegurar su masa, por lo que pueden beneficiarse incluso de pequeñas cantidades de energía. Por ejemplo, los fotones. El fotón no tiene masa en reposo, de modo que el fotón en reposo no pesa nada.

Mira, tú normalmente no encuentras un fotón en reposo — en todo momento sumergen con la velocidad de la luz, ya que los fotones y es esa luz que tú ves. La luz no es un suave y duradero de flujo, consiste en un conjunto de cuantos, los pequeños contenedores de energía, por lo que el flujo de la luz es heterogéneo. Y ahora, mira estos fotones salían del banco. Esencialmente, los fotones son todos iguales, igual que todos los electrones son iguales. Pero puedes notar que muchos de ellos parecen completamente diferentes. Esto es debido a que tienen diferentes cantidades de energía".









¿Qué es la energía

"Todo esto es ciertamente interesante, — dijo alicia no es insincero. — Pero todavía estoy perplejo de la idea de la energía. No me podrias explicar que es esto?"

"Esto es una pregunta razonable, con la satisfacción respondió el Gerente. — Pero, por desgracia, no es muy fácil de responder. Vamos a mi oficina, y voy a tratar de darte una explicación".

Gerente rápidamente llevó a alicia de черепичному el suelo de la sala principal y a través de малозаметную, pero bastante неприступного tipo de la puerta en una de las esquinas. En el interior se encontraba una gran oficina moderna. Poniéndole alicia en un profundo sillón, situado delante del amplio escritorio, Gerente caminé alrededor y se sentó en una silla al otro lado.

"La energía es similar al dinero en su mundo, y al mismo tiempo no es tan fácil de explicar, lo que es", — el comienzo de una mujer.

"Pensé, esto es sólo — respondió alicia. — El dinero — es las monedas que tenía en el bolsillo, o billetes de banco".

"Esto es efectivo, que son una de las formas de dinero, pero el dinero no necesariamente existir en forma de monedas y billetes. Pueden ser en las cuentas de ahorros, por ejemplo, o en las promociones, o invertido en el edificio. De la misma manera y la energía puede tomar la forma que nos parece muy diferentes una de otra.

"Más clara la forma es la energía cinética", dijo el Gerente, cómodo устраиваясь en su silla, y su voz adquirió самодовольную entonación conferencista, orador, con una larga historia antes de la audiencia.

"La partícula, o de cualquier otro objeto, pica en el caso, tendrá una energía cinética, si está en movimiento. La palabra "cinética" significa el movimiento. Existen otras formas de energía. Es la energía potencial como la energía de la gravedad junto a la piedra, que se encuentra en la cima de una colina y se prepara para que ruede hacia abajo. También hay una eléctrica y química, de la energía — ambos representan sólo la energía potencial de los electrones dentro de los átomos. También, como ya he señalado, es la energía de la masa en reposo, que se necesita de muchas partículas para tener la masa y de existir. Una forma de energía se puede convertir en otra de la misma, como puedes poner dinero en efectivo en su depósito. Puedo ilustrar sus explicaciones, si te выглянешь en la ventana circular".





Ella se inclinó y di al botón en la mesa y en la pared antes de Alicia apareció la ventana circular. A través de él, alice podía ver la atracción americanos montaña rusa". Mientras miraba, una camioneta se encontraba en la cima de una elevación y al instante se detuvo antes de que ruede hacia abajo por el otro lado.

"Como ves, una camioneta en el momento en que no se mueve, por lo que no tiene energía cinética, pero subió tan alto que tiene la energía potencial, relacionada con su situación. Ahora, cuando comienza a descender, se pierde altura y, por tanto, parte de la energía potencial. Ella se convertirá en energía cinética, por lo que en el descenso camioneta se acelerará".

Alicia podía oír vagamente alegres gritos de los pasajeros en el vagoncito, cuando rodó hacia abajo.

"Si el camino era completamente llano y las ruedas se movían sin fricción, una camioneta de nuevo habría llegado en estado de reposo a la misma altura", — continuó el profesor. Se inclinó de nuevo y de nuevo ha revuelto algo en su escritorio. Las distantes figuras en una montaña rusa, sorprendió gritaron, ya que la nueva ronda de repente se levantó delante de ellos en donde una gran altura. El carro se detuvo completamente y se detuvo antes de llegar a la cima.

"¿Cómo lo hiciste?" — preguntó alicia en el asombro.

"Nunca недооценивай la influencia de banco-susurró su собеседница. — Y ahora mira lo que va a suceder".

Una camioneta comenzó a rodar hacia atrás, seguido de más grandes a los gritos, pero ya no es tan alegre como la última vez. Ganaba velocidad, hasta que no проскочил inferior de la parcela y luego se metió en el virage, poco a poco frenar. Se detuvo en la cima, donde alicia primera vez que lo vio, y luego empezó a deslizarse hacia abajo.publicado

 

Autor: Daria Варламова

 

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Fuente: theoryandpractice.ru/posts/8442-alise-in-quantumland