Quantum Physics for Dummies

Üdvözöljük a blog! Nagyon örülök neked!

Meg fogják érteni az alapvető fogalmakat és paradoxonok kvantumfizika. A cikkben megtanulod:

Mi kvantumfizika és kvantummechanika?

A kvantummechanika - ez is része a kvantumfizika.

Miért olyan nehéz megérteni a tudomány? A válasz egyszerű: a kvantumfizika és a kvantummechanika (részben a kvantumfizika) tanulmányozza a törvények a mikrovilág. És ezek a törvények teljesen eltér a törvényeit makroszkopikus világban. Ezért nehéz elképzelni, hogy mi történik az elektronok és fotonok egy mikrokozmosz.

Egy példa a különbség a törvények a makro- és mikro-világban. a mi makroszkopikus világban, ha tesz egy labdát az egyik 2 doboz, akkor egyikük üres lesz, és a többi - a golyó. De egy mikrokozmosz (ha ahelyett, hogy a labda - atom) atom létezhet egyszerre két doboz. Ezt többször is megerősítette a kisérlet. Nem nehéz tartani a fejedben? De a tények nem vitatkozni.

Egy másik példa. Fényképezett gyors versenyautó piros sportautó, és látta a homályos fotó vízszintes sáv, mintha a gép, amikor a fénykép volt néhány pontot a térben. Annak ellenére, amit látsz a képen, akkor is biztos, hogy a gép abban a pillanatban, amikor a képek oo volt egy adott helyen az űrben. A mikro világ nem így van. Electron amely körül forog atommag, sőt, nem forog, és ugyanabban az időben minden pontján a gömb körül atommag. Mint egy seb tekercs laza szálas gyapjú. Ez a koncepció a fizika úgynevezett „elektron felhő”.

Egy rövid kirándulás a történelembe. Ez az első alkalom, tudósok gondoltak a kvantum világ, amikor 1900-ban a német fizikus Maks Plank megpróbálta kideríteni, miért hevítve fémek színe megváltozik. Ez volt az, aki bevezette a kvantum. Ezt megelőzően, a tudósok úgy gondolták, hogy a fény folyamatosan. Az első, aki komolyan vette a felfedezés Planck-e valaki, akkor még ismeretlen Albert Einstein. Rájött, hogy a fény - nem csak egy hullám. Néha úgy viselkedik, mint egy részecske. Einstein Nobel-díjat kapott az ő felfedezése, hogy fényt bocsásson részletekben kvantum. A kvantum fény nevezzük foton (a foton, Wikipedia).

Hogy könnyebb megérteni a törvények a kvantumfizika és a mechanika (Wikipedia). meg kell egy bizonyos értelemben nőnie a szokásos klasszikus fizika törvényei. És képzeld el, hogy zanyrnul mint Alice le a nyúl lyuk, a Csodaországban.

Itt egy rajzfilm gyerekeknek és felnőtteknek. Ez leírja az alapvető kísérlet kvantummechanika 2 rések és a megfigyelő. Ez tart csak 5 perc. Nézd meg, mielőtt ásni a legfontosabb kérdéseket és fogalmakat a kvantumfizika.

Mi beavatkozás?

A film elején már látható egy példa a folyadékot viselkednek hullámok - az szitatányér résekkel sötét és világos váltakozó függőleges csíkok. És abban az esetben, ahol a lemez „hajtás” különálló részecskék (például kövek), áthaladnak a résen, és 2 esik a képernyőn közvetlenül szemben a rések. És a „dolgozzon” a képernyőn csak 2 függőleges csíkok.

Interferenciája fény - a „hullám” a fény viselkedését, amikor a képernyőn egy csomó váltakozó fényes és sötét függőleges csíkok. Mégis, ezek a függőleges csíkok az úgynevezett interferencia mintázat.

A mi makroszkopikus világban, gyakran látni, hogy a fény úgy viselkedik, mint egy hullám. Ha tesz egy kéz előtt a gyertyát, majd a fal nem lesz egyértelmű árnyék a kezét, de homályos kontúrok.

Szóval, minden nem olyan nehéz! Most teljesen világos, hogy a fény egy hullám természetét, és ha a két hasíték a megvilágító fény, a képernyő mögött látunk egy interferencia minta. Most tekintsük a 2. kísérletben. Ez a híres Stern-Gerlach-kísérlet (ami tartott 20-es években a múlt század).

Az ismertetett üzem ebben a filmben, a fény nem világított, és a „tüzelt” elektronok (egyedi részecskék). Aztán az elején a múlt század, fizikusok a világon úgy vélték, hogy az elektronok - az elemi részecskék az anyag, és nem kell egy hullám természetét, és ugyanaz, mint a kövek. Mivel az elektronok - az elemi részecskék számít, igaz? Azaz, ha azokat „dobott” a nyílás 2 kavicsok, akkor hasított át a képernyőn meg kell látni 2 függőleges csíkok.

De ... Az eredmény lenyűgöző volt. A tudósok egy e interferencia minta - sok függőleges csíkok. Azaz, az elektronok a fény is van egy hullám természetét, zavarhatják. Másrészt, világossá vált, hogy nem csak a fény hullám, hanem egy kicsit, és a részecske - foton (a történelmi utalás a cikk elején megtudtuk, hogy erre a felfedezés Einstein Nobel-díjat kapott).

Emlékeznek az iskolában azt tanították, a fizika a „hullám-részecske kettősség.” Ez azt jelenti, hogy amikor beszélünk nagyon kis részecskék (atomok, elektronok) a mikrovilág, mindketten hullám és a részecske

Ez ma veletek vagyunk annyira okos, és rájön, hogy a fenti kísérlet 2 - forgatás elektronok és könnyű lefedetlen - egy és ugyanaz. Mert lőni slot kvantum részecskék. Ma már tudjuk, hogy mind a fény és elektron kvantum természet, ezek mind a hullámok és a részecskék egyszerre. Az elején a 20. században, az eredmények ebben a kísérletben egy érzés.

Figyelem! Most viszont egy finomabb kérdés.

Mi világítására rés a foton áramlástól (elektron) - és lásd rések a képernyőn interferencia minta (a függőleges). Ez egyértelmű. De mi érdekel, hogy milyen az egyes elektron repül a nyílásba.

Feltételezhető, hogy egy elektron repül a bal oldali nyílásba, a másik - a jobb oldalon. De aztán, meg kell jelennie a képernyőn 2 függőleges oszlopok láttára a rések. Miért van interferencia minta? Elektronok valamilyen módon kölcsönhatásba lépnek egymással a képernyőn már a repülést követően a réseken keresztül. És az eredmény egy olyan hullám mintát. Ahogy voltunk ezen a pályán?

Nem fogjuk dobni az elektronok gerenda, és egyesével. Dobunk, várjon, dobja következő. Most, amikor egy elektron repül egyedül, nem lesz képes, hogy befolyásolja a képernyőn más elektronok. Mi lesz regisztrálni a képernyőn minden elektron után a dobás. Egy vagy két biztosan nem „szívja” nekünk tiszta képet. De amikor egy hajó a nyílásba egy csomó közülük, azt észre ... horror rémségek - ők újra „dolgozzon” egy interferencia hullám mintát!

Elkezdjük lassan megőrül. Végtére is, azt várjuk, hogy lesz 2 függőleges csíkok előtt slot! Kiderült, hogy amikor dobtunk fotonok egyenként, mindegyik sor került, mintha, a 2 rések egyszerre és zavarja magát. Fantasztikus! Térjünk vissza a jelenség magyarázata a következő részben.

Mi a spin és a szuperpozíció?

Ma már tudjuk, hogy az ilyen beavatkozás. Ez a hullám viselkedés mikrorészecskék - fotonok, elektronok, és más mikro-részecskék (az egyszerűség kedvéért legyen ez a pont hívják őket fotonok).

Ennek eredményeként a kísérlet, amikor dobtak a nyílásba 2-1 foton, rájöttünk, hogy legyek, mint a két rés egyidejűleg. Mi mással lehetne magyarázni az interferencia mintát a képernyőn?

De elképzelhető, hogy most egy foton repül a két hasíték ugyanabban az időben? 2 lehetőség.

• 1. kiviteli alak: a foton, mint egy hullám (például vízben) „lebeg” a két hasíték egyszerre
• 2. lehetőség: a foton, mint egy részecske repül egyszerre a 2. útvonal (nem is két, hanem egyszerre)

Elvileg ezek egyenértékűek. Azért jöttünk, hogy a „pálya integrálok”. Ez a készítmény a kvantummechanika Richard Feynman.

By the way, Richard Feynman tartozik a jól ismert kifejezés, amely magabiztosan állítják, hogy a kvantummechanika senki nem érti

De ez az ő kifejezéssel élve elején a század. De most már okos, és tudja, hogy a foton viselkednek mind a részecske és a hullám. Hogy lehet valamilyen furcsa módon a számunkra, hogy repülni egyidejűleg után 2 slot. Ezért nehezen érthető, a következő fontos kijelentést kvantummechanika:

Szigorúan véve, a kvantummechanika azt mondja, hogy a viselkedését a foton - inkább szabály, mint kivétel. Bármilyen kvantum részecske általában több állam vagy több térbeli pont egyszerre.

Tárgyak makrokozmosz csak egy bizonyos helyen egy bizonyos állapotban. De kvantum részecske létezik a saját törvényei. És nem érdekel, hogy a lényeg, hogy nem érti őket. Ugyanakkor - a pont.

Továbbra is a számunkra, hogy egyszerűen elfogadja axiómaként, hogy a „szuperpozíció” egy kvantum objektum, amely tárolható 2 vagy több utat egyszerre 2 vagy több pontot egyszerre

Ugyanez vonatkozik a többi paraméter fotonok - a hátsó (a belső perdület). Centrifugálás - vektor. Quantum objektum lehet képviseletében a mikroszkopikus mágnes. Megtanultuk, hogy a mágnes vektor (spin) felfelé vagy lefelé. De az elektron vagy foton újra mondja: „Srácok, nem érdekel, amit használt, mi lehet mindkét államban azonnal vissza (vektor felfelé vektor lefelé), mint ahogy mi lehet a 2 utakat egyidejűleg vagy 2 pont ugyanabban az időben!”.

Mi az a „mérés” vagy „összeomlott a hullám funkció”?

Továbbra is egy kicsit -, hogy jobban megértsük, milyen „dimenzió”, és hogy ez a „összeomlott a hullám funkció”.

A hullám funkció - leírását az állam egy kvantum objektum (a foton vagy elektron).

Tegyük fel, hogy egy elektron, hogy legyek magukat egy bizonytalan állapot, pörögni, és elküldte fel és le egyszerre. Meg kell mérni az állapotát.

Mérve a mágneses mező az elektronok, amelyeknek centrifugálás irányul a pályát, hogy eltérjenek az egyik irányba, míg az elektronok, amelyeknek centrifugálás antiparallel a területen - egy másik. Több fotonok lehet irányítani egy polarizációs szűrő. Ha a centrifuga (polarizáció) foton +1 - áthalad a szűrőn, és ha 1, akkor nem.

Stop! Itt elkerülhetetlenül van egy kérdésem: a mérés előtt, mert az elektron nem volt egy bizonyos irányba centrifuga, igaz? Ő volt minden országban ugyanabban az időben?

Ebben rejlik a trükk, és az érzés a kvantummechanika. Mindaddig, amíg nem méri az állam egy kvantum objektum lehet forgatni bármely irányban (az irányt a vektor bármilyen belső perdület - centrifugálás). De egy idő, amikor mérhető az állapota, úgy tűnt, hogy eldöntse, hogy milyen a spin vektor, hogy vigye.

Ez annyira jó, hogy egy kvantum objektum - dönt a saját állapotát. És nem tudjuk megjósolni, milyen döntést fog tartani, ha olcsóbb egy mágneses mezőt, amelyben mérjük meg. Annak a valószínűsége, hogy ő lesz a spin vektor „fel” vagy „le” - 50-50%. De amint úgy döntött - ő egy bizonyos állapotban egy adott centrifuga irányba. Ennek oka az ő döntése a „dimenzió”!

Ez az úgynevezett „összeomlott a hullám funkció”. A hullám funkciója a mérési bizonytalan volt, azaz a vektor az elektron forog egyidejűleg minden irányba, a mérés után az elektron rögzítette egy bizonyos vektor irányát spin.

Figyelem! Egy jó példa a megértést, az egyesület a makrokozmosz:

Spin a érme az asztalra, mint a whirligig. Míg az érme spin, nincs különösebb értéke neem - fej vagy írás. De ha egyszer úgy dönt, hogy az „intézkedés” értékét és prihlopnite érme viszont, hogy itt és most, hogy a konkrét feltétel az érme - fej vagy írás. Most képzeljük el, hogy ezt az érmét eldönteni, hogy milyen érték el a „show” - fej vagy írás. Nagyjából is viselkedik és elektron.

És most emlékezni a kísérlet végén bemutatott film. Amikor a fotonok áthaladt a különbség, úgy viselkednek, mint egy hullám, és átvizsgáljuk az interferencia mintázat. És amikor a tudósok rögzíteni kívánja (intézkedés) a repülési idő a fotonok a résen volt mögé a képernyő és a „megfigyelő” acél fotonok viselkednek nem hullámok, hanem részecskéket. És a „festett” a képernyőn 2 függőleges csíkok. Ie időpontjában mérése vagy megfigyelése kvantum tárgyak maguk választják ki őket, hogy bármilyen körülmények között.

Fantasztikus! Hát nem?

De ez még nem minden. Végül elértük a legérdekesebb.

De ... azt hiszem, ez túlterheli az információt, így ez a két fogalom tárgyaljuk külön üzenete:

És most, az adatokat el szeretné rendezni keresztül? Lásd a dokumentumfilm elő a kanadai Intézet Elméleti Fizikai. A 20 percig, nagyon röviden és időrendi sorrendben, akkor megmondja a felfedezések a kvantumfizika felfedezése óta a Planck 1900-ban. Majd mondd, hogy milyen gyakorlati fejlesztési végeznek ma a szerzett ismeretek alapján a kvantumfizika: a legpontosabb atomóra az autópályák számítástechnikai kvantum számítógépet. Erősen ajánlom nézni ezt a filmet.

Kívánok minden inspiráció minden fogant tervek és projektek!

P.S.3 Feliratkozás blog - egyfajta előfizetésre a cikket.

Elég könnyű megérteni, de bármely kérdésben sokat. Olvastam különböző forrásokból nézett. Mindenütt levelet, azt mutatják, ugyanaz a dolog. Elektronikus áthaladt az egyik, majd keresztül a kettős résen. A kérdés az, Megpróbáltuk elektron-e, hogy kihagyja a 3, 4, 5, vagy több rés. Vagy még rések rendezett egy kört? Mi a hatása, ha ez megtörténik? Megpróbálta megváltoztatni a vastagsága a hiányosságok? Az a tény, hogy a felügyelete alatt az elektron a másik saját oka. A legvalószínűbb az, mérőkészülék befolyásolja a viselkedését az elektron annak területén vagy bármi más. Miután a megfigyelési végezzük mindkét esetben az első esetben anélkül, hogy a készülékek a második, a készülékkel. Talán meg kellene tenni a kamera előtt a pajzs, amely kizárja a hatását egy elektron.
Az embernek az az érzés. hogy az elektron nem eléggé tanulmányozott.

Köszönöm a kérdést. Sok kérdés, és akkor, és a tudósok a világ minden tájáról. De hogy válaszoljak sok ilyen ember még nem. A válaszokat csak Isten ismeri.
Például az utóbbi időben, a japán tudósok kísérletileg kimutatták, hogy a teleportálás, amely többször is megemlítik az Újszövetségben, hogy ez lehetséges. Ez a kísérlet tudja olvasni a cikket Mi kvantum? A lényege az egyszerű szavakat. Van teleportáció lehetséges?
Továbbá lehet, hogy érdekli ezeket a cikkeket
Mi a kvantum számítógépet, és mire való? Csak a komplex
Schrödinger macskája egyszerű szavakkal. A lényege a kísérletet. Mit jelent a jelenség a „Schrödinger macskája”?

Szerezd meg a könyvet „, Elon Musk. Tesla SpaceX és az út a jövő "

Nagyon érdekes szeretnék egy könyvet Elon Musk
Köszönöm.