416
6 фактів про квантову фізику, які кожен повинен знати
Непідготовлений слухач відвертається квантовою фізикою з самого початку знайомства. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час. Але це не дивно. Якщо Вас цікавить квантова фізика, то насправді є шість ключових концепцій, щоб мати на увазі. Ні, вони мало, щоб зробити з квантовими явищами. І вони не думали експерименти. Просто намотайте їх на вуса, і квантова фізика буде набагато простіше зрозуміти.
Все складається з хвиль і частинок.Це так само, як і інші: все в нашому Всесвіті є як частинка, так і хвиля. Якщо ви могли б сказати, що магія – це всі хвилі і тільки хвилі, які стануть чудовим поетічним описом квантової фізики. Насправді, все в цьому всесвіті має хвилюючу природу.
Звичайно, все в Всесвіті має характер частинок. Він звучить дивним, але це експериментальний факт.
Для опису реальних об'єктів, як частинки і хвилі одночасно буде дещо неточним. Насправді об'єкти, описані квантовою фізикою, не є частинками і хвилями, але досить відносяться до третьої категорії, яка спадковує властивості хвиль (частота і довжини хвилі, разом з поширенням в космосі) і деякі властивості частинок (вони можна розраховувати і локалізуватися на певну ступінь). Це призводить до життєздатності дебатів у фізичному співтоваристві про те, чи правильно говорити про світло як частинка взагалі; не тому, що є протиріччям того, чи має світло характер частинок, але тому що виклик фотонів «частинки» а не «кількість польових збудженнях» є в оману. Тим не менш, це стосується того, чи можна назвати електрони, але такі спори залишаються в строго академічних колах.
Цей «третя» природа квантових об’єктів відображена в іноді плутаній мові фізиків, які обговорюють квантові явища. У Великому Хадроновому Collider відкрився родзинка, але ви, ймовірно, чули фразу "Гігс поле", вид делокалізованої речі, яка заповнює весь простір. Це тому, що в певних умовах, таких як експерименти з зіткнення частинок, більш доцільно обговорити збудження поля Хіг, ніж визначити характеристики частинки, в той час як в інших умовах, таких як загальна дискусія про те, чому певні частинки мають масу, більш доцільно обговорити фізику з точки зору взаємодії з квантовим полем на універсальному масштабі. Вони просто різні мови, що описує однакові математичні об'єкти.
квантова фізика дискретнаВсе в назві фізики – слово «кількість» походить від латинської «як багато» і відображає той факт, що квантові моделі завжди включають щось присутнє в дискретних кількостях. Енергетика, що міститься в квантовому полі, надходить в декілька основних джерел енергії. Для світла це пов'язано з частотою і довжиною хвилі світла – високочастотним світлом з довжиною коротких хвиль має величезну характерну енергію, при цьому низькочастотний світло з довжиною хвиль має невелику характерну енергію.
В обох випадках загальна енергія, що міститься в одному світловому полі, є невід'ємною множиною цієї енергії—1, 2, 14, 137 разів — і немає дивних дробів, таких як одна і половина, пі, або квадратний корінь двох. Ця властивість також спостерігається в дискретних енергетичних рівнях атомів, а енергетичні зони є специфічними – допускаються деякі значення енергії, інші. Атомні годинники працюють завдяки дискретності квантової фізики, використовуючи частоту світла, пов'язаних з переходом між двома дозволеними станами в кесіях, що дозволяє зберегти час на рівні, необхідний для реалізації «другого лепа».
Ультраточна спектроскопія також може бути використана для перегляду речей, таких як темна матерія і залишається частиною мотивації для низькоенергетичного фундаментального інституту фізики.
Це не завжди явний — нерівність деяких речей, які є квантовими за принципом, таких як випромінювання чорного тіла, пов'язані з безперервними розподілами. Але на більш детальному огляді, і при підключенні глибокого математичного апарату квантова теорія стає навіть дивним.
Квантова фізика – імовірністичнаОдним з найбільш дивних і (історично не менше) суперечливих аспектів квантової фізики є те, що неможливо передбачити певну кількість результатів одного експерименту з квантовою системою. Коли фізики прогнозують результат конкретного експерименту, їх прогнозування приймає форму ймовірності пошуку кожного конкретного результату, а також порівняння теорії та експерименту завжди залучаються до погіршення розподілу ймовірності від багатьох повторних експериментів.
Математичний опис квантової системи, як правило, бере форму «хвильної функції» представленої в рівняннях грецького бука psi: ,. Багато хто розповідає про те, що саме хвильова функція, і вони діляться фізиками на два табори: ті, хто дивиться в хвильовій функції реальною фізичною особою (онтичними аортами), а ті, хто вважає, що функція хвилі є виключно виразом наших знань (або відсутністю) незалежно від основного стану індивідуального квантового об'єкта (епістоемічних аортистів).
У кожному класі базової моделі, ймовірність пошуку результату визначається не за допомогою функції хвилі безпосередньо, але на площі хвилі функції (грубо кажучи, це те ж саме; функція хвилі - це складний математичний об'єкт (і тому включають вагінні числа, як квадратний корінь або його негативний варіант), а ймовірність операції трохи складніше, але «обмахватість хвильової функції» досить зрозуміти основну сутність ідеї). Це відомий як правило Народився на честь німецького фізика Макса Борн, який спочатку розрахував його (у примітці до роботи 1926) і здивує багатьох людей з його неглибоким втіленням. На жаль, не було успішним, хоча вона виготовила багато інтересів в галузі науки.
Цей аспект теорії також призводить до частинок в декількох штатах одночасно. Всі ми можемо прогнозувати імовірність, і перед міркуванням виготовити конкретний результат, вимірювана система знаходиться в проміжному стані - стан надпозиції, що включає всі можливі ймовірності. Якщо система знаходиться в декількох штатах або в одному невідомому залежить від того, чи вважаєте, що ви віддаєте перевагу онтико-епідемічної моделі. І привели нас в наступну точку.
квантова фізика нелокальноОстанній великий внесок Ейнштейна до фізики не був визнаний таким, значно тому, що він був неправильним. У 1935 році разом з колегами Борисом Подолкиєм та Наталією Розеном (EPR work), Ейнштейн дав чітку математичну заяву про те, що йому було бажати за деякий час, що ми називаємо «заплутенням». й
У роботі EPR сперечалися, що квантова фізика визнала існування систем, в яких виміри, зроблені на широко віддалених місцях, можуть переноситися так, щоб результат одного визначає інший. Вони сперечалися, що результати вимірювань повинні бути визначені заздалегідь деякими загальним фактором, оскільки в іншому випадку результат одного вимірювання буде передаватися до місця розташування іншого на швидкості, що перевищує швидкість світла. Таким чином, квантова фізика повинна бути неповною, апроксимація теорії глибше (теорія «прихована локальна змінна», в якій результати індивідуальних вимірювань не залежать від чогось далеко від місця вимірювання, ніж сигнал, що подорожує на швидкості світла (локально) може обкладатися, але досить визначається деякими факторами, загальними для обох систем в заплутаній парі (за прихованою змінною).
Все це було розглянуто непристойну примітку більш ніж 30 років, так як здавалося б, не можна його перевірити, але в середині 60-х років, ірландський фізик Джон Bell розробив наслідки EPR більш детально. Белл показав, що ви можете знайти обставини, в яких квантова механіка прогнозує кореляції між віддаленими розмірами, які будуть сильнішими, ніж будь-які можливі теорії, такі запропоновані A, P і R. Експериментально протестовані в 70-х роках Джоном Closer і Alain Aspect на початку 80-х років – вони показали, що ці заплутані системи не можуть бути потенційно пояснені будь-якою теорію локальної прихованої змінної.
Найпоширеніший підхід до розуміння цього результату полягає в тому, що квантова механіка нелокально: що результати вимірювань, виконаних на певному місці може залежати від властивостей далекого об'єкта таким чином, що не можна пояснити за допомогою сигналів, які подорожують на швидкості світла. Тим не менш, не дозволяє передачі інформації на поверхневій швидкості, хоча багато спроб було зроблено для того, щоб заперечувати цей обмеження за допомогою квантової нелокалісті.
Квантова фізика (майже завжди) працює з дуже мало.Квантова фізика має репутацію дивного, оскільки його прогнози кардинально відрізняються від нашого повсякденного досвіду. Це відбувається тому, що його ефекти менш виражені більшого об'єкта - ви навряд чи побачите поведінку хвилі частинок і як довжина хвилі знижується з збільшенням крутного моменту. Довжина хвилі макроскопічного об'єкта, як ходьба собаки, так сміливо невелика, що якщо ви збільшите в кожній атомі в кімнаті до розмірів сонячної системи, довжина хвилі собаки буде розміром одного атома в такій сонячній системі.
Це означає, що квантові явища є найбільшою частиною, що обмежуються масштабами атомів і фундаментальних частинок, маса яких і прискорення є досить малим, що довжина хвилі залишається настільки невеликою, що вона не може спостерігатися безпосередньо. Тим не менш, багато зусиль, щоб збільшити розмір системи, що демонструє квантові ефекти.
Квантова фізика не магіяПопередня точка приносить нам це досить природно: але дивна квантова фізика може здаватися, це явно не чарівна. Що це післяulates є дивним за стандартами щоденної фізики, але вона строго обмежена математичними правилами та принципами добре підкреслених.
Отже, якщо хтось приходить до вас з «кількістю» ідеєю, що здається неможливим - нескінченна енергія, магічна цілюща сила, неможливі космічні двигуни - це практично неможливе. Ми не можемо сказати, що ми не можемо використовувати квантову фізику, щоб зробити неймовірні речі: ми постійно пишемо про неймовірні прориви, використовуючи квантові явища, і вони вже дивилися людство, це просто означає, що ми не будемо йти за законами термодинаміки та загального сенсу.
Якщо вищезгадані точки ви не достатньо, розгляньте це лише корисна початкова точка для подальшого обговорення. Видання
P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Приєднуйтесь до нас на Facebook, VKontakte, Odnoklassniki
Джерело: hi-news.ru
Все складається з хвиль і частинок.Це так само, як і інші: все в нашому Всесвіті є як частинка, так і хвиля. Якщо ви могли б сказати, що магія – це всі хвилі і тільки хвилі, які стануть чудовим поетічним описом квантової фізики. Насправді, все в цьому всесвіті має хвилюючу природу.
Звичайно, все в Всесвіті має характер частинок. Він звучить дивним, але це експериментальний факт.
Для опису реальних об'єктів, як частинки і хвилі одночасно буде дещо неточним. Насправді об'єкти, описані квантовою фізикою, не є частинками і хвилями, але досить відносяться до третьої категорії, яка спадковує властивості хвиль (частота і довжини хвилі, разом з поширенням в космосі) і деякі властивості частинок (вони можна розраховувати і локалізуватися на певну ступінь). Це призводить до життєздатності дебатів у фізичному співтоваристві про те, чи правильно говорити про світло як частинка взагалі; не тому, що є протиріччям того, чи має світло характер частинок, але тому що виклик фотонів «частинки» а не «кількість польових збудженнях» є в оману. Тим не менш, це стосується того, чи можна назвати електрони, але такі спори залишаються в строго академічних колах.
Цей «третя» природа квантових об’єктів відображена в іноді плутаній мові фізиків, які обговорюють квантові явища. У Великому Хадроновому Collider відкрився родзинка, але ви, ймовірно, чули фразу "Гігс поле", вид делокалізованої речі, яка заповнює весь простір. Це тому, що в певних умовах, таких як експерименти з зіткнення частинок, більш доцільно обговорити збудження поля Хіг, ніж визначити характеристики частинки, в той час як в інших умовах, таких як загальна дискусія про те, чому певні частинки мають масу, більш доцільно обговорити фізику з точки зору взаємодії з квантовим полем на універсальному масштабі. Вони просто різні мови, що описує однакові математичні об'єкти.
квантова фізика дискретнаВсе в назві фізики – слово «кількість» походить від латинської «як багато» і відображає той факт, що квантові моделі завжди включають щось присутнє в дискретних кількостях. Енергетика, що міститься в квантовому полі, надходить в декілька основних джерел енергії. Для світла це пов'язано з частотою і довжиною хвилі світла – високочастотним світлом з довжиною коротких хвиль має величезну характерну енергію, при цьому низькочастотний світло з довжиною хвиль має невелику характерну енергію.
В обох випадках загальна енергія, що міститься в одному світловому полі, є невід'ємною множиною цієї енергії—1, 2, 14, 137 разів — і немає дивних дробів, таких як одна і половина, пі, або квадратний корінь двох. Ця властивість також спостерігається в дискретних енергетичних рівнях атомів, а енергетичні зони є специфічними – допускаються деякі значення енергії, інші. Атомні годинники працюють завдяки дискретності квантової фізики, використовуючи частоту світла, пов'язаних з переходом між двома дозволеними станами в кесіях, що дозволяє зберегти час на рівні, необхідний для реалізації «другого лепа».
Ультраточна спектроскопія також може бути використана для перегляду речей, таких як темна матерія і залишається частиною мотивації для низькоенергетичного фундаментального інституту фізики.
Це не завжди явний — нерівність деяких речей, які є квантовими за принципом, таких як випромінювання чорного тіла, пов'язані з безперервними розподілами. Але на більш детальному огляді, і при підключенні глибокого математичного апарату квантова теорія стає навіть дивним.
Квантова фізика – імовірністичнаОдним з найбільш дивних і (історично не менше) суперечливих аспектів квантової фізики є те, що неможливо передбачити певну кількість результатів одного експерименту з квантовою системою. Коли фізики прогнозують результат конкретного експерименту, їх прогнозування приймає форму ймовірності пошуку кожного конкретного результату, а також порівняння теорії та експерименту завжди залучаються до погіршення розподілу ймовірності від багатьох повторних експериментів.
Математичний опис квантової системи, як правило, бере форму «хвильної функції» представленої в рівняннях грецького бука psi: ,. Багато хто розповідає про те, що саме хвильова функція, і вони діляться фізиками на два табори: ті, хто дивиться в хвильовій функції реальною фізичною особою (онтичними аортами), а ті, хто вважає, що функція хвилі є виключно виразом наших знань (або відсутністю) незалежно від основного стану індивідуального квантового об'єкта (епістоемічних аортистів).
У кожному класі базової моделі, ймовірність пошуку результату визначається не за допомогою функції хвилі безпосередньо, але на площі хвилі функції (грубо кажучи, це те ж саме; функція хвилі - це складний математичний об'єкт (і тому включають вагінні числа, як квадратний корінь або його негативний варіант), а ймовірність операції трохи складніше, але «обмахватість хвильової функції» досить зрозуміти основну сутність ідеї). Це відомий як правило Народився на честь німецького фізика Макса Борн, який спочатку розрахував його (у примітці до роботи 1926) і здивує багатьох людей з його неглибоким втіленням. На жаль, не було успішним, хоча вона виготовила багато інтересів в галузі науки.
Цей аспект теорії також призводить до частинок в декількох штатах одночасно. Всі ми можемо прогнозувати імовірність, і перед міркуванням виготовити конкретний результат, вимірювана система знаходиться в проміжному стані - стан надпозиції, що включає всі можливі ймовірності. Якщо система знаходиться в декількох штатах або в одному невідомому залежить від того, чи вважаєте, що ви віддаєте перевагу онтико-епідемічної моделі. І привели нас в наступну точку.
квантова фізика нелокальноОстанній великий внесок Ейнштейна до фізики не був визнаний таким, значно тому, що він був неправильним. У 1935 році разом з колегами Борисом Подолкиєм та Наталією Розеном (EPR work), Ейнштейн дав чітку математичну заяву про те, що йому було бажати за деякий час, що ми називаємо «заплутенням». й
У роботі EPR сперечалися, що квантова фізика визнала існування систем, в яких виміри, зроблені на широко віддалених місцях, можуть переноситися так, щоб результат одного визначає інший. Вони сперечалися, що результати вимірювань повинні бути визначені заздалегідь деякими загальним фактором, оскільки в іншому випадку результат одного вимірювання буде передаватися до місця розташування іншого на швидкості, що перевищує швидкість світла. Таким чином, квантова фізика повинна бути неповною, апроксимація теорії глибше (теорія «прихована локальна змінна», в якій результати індивідуальних вимірювань не залежать від чогось далеко від місця вимірювання, ніж сигнал, що подорожує на швидкості світла (локально) може обкладатися, але досить визначається деякими факторами, загальними для обох систем в заплутаній парі (за прихованою змінною).
Все це було розглянуто непристойну примітку більш ніж 30 років, так як здавалося б, не можна його перевірити, але в середині 60-х років, ірландський фізик Джон Bell розробив наслідки EPR більш детально. Белл показав, що ви можете знайти обставини, в яких квантова механіка прогнозує кореляції між віддаленими розмірами, які будуть сильнішими, ніж будь-які можливі теорії, такі запропоновані A, P і R. Експериментально протестовані в 70-х роках Джоном Closer і Alain Aspect на початку 80-х років – вони показали, що ці заплутані системи не можуть бути потенційно пояснені будь-якою теорію локальної прихованої змінної.
Найпоширеніший підхід до розуміння цього результату полягає в тому, що квантова механіка нелокально: що результати вимірювань, виконаних на певному місці може залежати від властивостей далекого об'єкта таким чином, що не можна пояснити за допомогою сигналів, які подорожують на швидкості світла. Тим не менш, не дозволяє передачі інформації на поверхневій швидкості, хоча багато спроб було зроблено для того, щоб заперечувати цей обмеження за допомогою квантової нелокалісті.
Квантова фізика (майже завжди) працює з дуже мало.Квантова фізика має репутацію дивного, оскільки його прогнози кардинально відрізняються від нашого повсякденного досвіду. Це відбувається тому, що його ефекти менш виражені більшого об'єкта - ви навряд чи побачите поведінку хвилі частинок і як довжина хвилі знижується з збільшенням крутного моменту. Довжина хвилі макроскопічного об'єкта, як ходьба собаки, так сміливо невелика, що якщо ви збільшите в кожній атомі в кімнаті до розмірів сонячної системи, довжина хвилі собаки буде розміром одного атома в такій сонячній системі.
Це означає, що квантові явища є найбільшою частиною, що обмежуються масштабами атомів і фундаментальних частинок, маса яких і прискорення є досить малим, що довжина хвилі залишається настільки невеликою, що вона не може спостерігатися безпосередньо. Тим не менш, багато зусиль, щоб збільшити розмір системи, що демонструє квантові ефекти.
Квантова фізика не магіяПопередня точка приносить нам це досить природно: але дивна квантова фізика може здаватися, це явно не чарівна. Що це післяulates є дивним за стандартами щоденної фізики, але вона строго обмежена математичними правилами та принципами добре підкреслених.
Отже, якщо хтось приходить до вас з «кількістю» ідеєю, що здається неможливим - нескінченна енергія, магічна цілюща сила, неможливі космічні двигуни - це практично неможливе. Ми не можемо сказати, що ми не можемо використовувати квантову фізику, щоб зробити неймовірні речі: ми постійно пишемо про неймовірні прориви, використовуючи квантові явища, і вони вже дивилися людство, це просто означає, що ми не будемо йти за законами термодинаміки та загального сенсу.
Якщо вищезгадані точки ви не достатньо, розгляньте це лише корисна початкова точка для подальшого обговорення. Видання
P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Приєднуйтесь до нас на Facebook, VKontakte, Odnoklassniki
Джерело: hi-news.ru
