gildia.pl
Gildia Nauki Popularnej (www.nauka.gildia.pl) => Forum Nauki Popularnej => Wątek zaczęty przez: Sajuuk' w Maj 04, 2007, 09:22:42 pm
-
Mechanika kwantowa to wbrew powszechnym opiniom niezwykle ciekawy temat, jednak mimo wielu publikacji o charakterze popularno naukowym nadal pozostaje tą "ciemną" stroną fizyki.
Czytając "Strukturę wszechświata" Greene'a trochę poznałem historię mechaniki kwantowej, ale przede wszystkim zrozumiałem dlaczego autor wyraża dla tej dziedziny wielki entuzjazm. ;)
Z pewnością znacie podstawy, w tym i na poziomie matematycznym (o czym ja nie mam zielonego pojęcia) ale warto zacząć od początku.
Mechanika kwantowa jako taka pojawiła się wraz z pracami Heisenberga i Schrödingera, ale autorami samej koncepcji byli na początku ubiegłego wieku Max Planck i Albert Einstein, notabene późniejszy wielki przeciwnik tej teorii.
Ogólnie chodziło o właściwości promieniowania, a konkretniej podzielenie go na pewne porcje, tzn. kwanty. Kwant jest najmniejszą jednostką na jaką można podzielić jakąś wartość, na przykład kwant światła (promieniowania) to foton. Ta koncepcja sugeruje, że światło jest czymś więcej niż falą, stąd dualizm korpuskularno-falowy cząstek i fal, ale wnioski zaraz.
Najważniejszą zasadą mechaniki kwantowej jest zasada nieoznaczoności Heisenberga - uogólniając zakłada ona, że nie możemy jednocześnie znać dwóch powiązanych cech danej cząstki. Jeśli zmierzymy prędkość pędzącego elektronu, nigdy nie dowiemy się w którym miejscu przebywał podczas pomiaru. W odwrotnej sytuacji - znając dokładne położenie elektronu okazuje się, że nie możemy poznać jego prędkości.
Matka natura okazuje się na tyle sprytna, że chcąc przewidzieć matematycznie położenie naszego elektronu, wiedząc skąd leci i gdzie trafi, nadal nie wiemy o nim wszystkiego. I nie poznamy nigdy, ponieważ własnością skali cząstek elementarnych jest nieoznaczoność. Choćby coś tak oczywistego jak położenie cząstki określane jest jedynie przez prawdopodobieństwo.
Zanim nie dokonamy pomiaru, dysponujemy wykresem prawdopodobieństwa jakiejś cechy cząstki. Jeśli jest to położenie, to wiemy, że może ona być mniej więcej w tym obszarze, ale do momentu pomiaru to tylko wartość procentowa.
(http://www.ien.it/ar02/ar/ft_fig1.jpg)
Mniej więcej tak to wygląda aż wykonamy pomiar, wtedy wartość wzrasta do 100% w jednym miejscu. Na zdrowy rozsądek oznaczało by to, że nasze wyliczenia były po prostu niedokładne, ale w rzeczywistości jest nieco ciekawiej. Został przeprowadzony eksperyment, który osobiście uważam za jeden z najbardziej uderzających. :D
Otóż jest zjawisko interferencji fal, tak jak fale na wodzie mogą się wzajemnie wzmacniać lub eliminować po wrzuceniu dwóch kamyków do jeziora, tak światło widzialne może być mocniejsze jeśli grzbiet fali natrafi na drugi grzbiet, lub dolina natrafi na dolinę. Jeśli grzbiet jednej fali natrafi na dolinę drugiej, to wypadkowa będzie wynosiła zero - fale wygaszą się.
Najlepiej zaobserwować tę właściwość wycinając dwie prostokątne i równoległe dziury w kartce i świecąc przez nie latarką. Na zdrowy rozum, za otworami, na ścianie powinny pojawić się dwa paski światła, ale dzięki interferencji mamy więcej pasków.
(http://draco.uni.opole.pl/moja_fizyka/obrazy5/rys2.jpg)
Do zjawisko dotyczy wszystkich fal. Ale jak to się ma do mechaniki kwantowej? Jeśli nastawimy naszą latarkę na emitowanie jednego fotonu, (albo jednego elektronu w innej wersji eksperymentu) co kilka sekund, to nie będzie mógł on interferować z innymi cząstkami, ponieważ będzie przedostawał się przez szczelinę sam. Uprzedzając wątpliwości, jest możliwe zbudowanie emitera pojedynczych cząstek. Ścianę zastąpimy detektorem cząstek, żeby widzieć efekty eksperymentu i czekami jakiś czas aż cząstek przedostanie się odpowiednio dużo. Spodziewamy się zobaczyć na detektorze dwa paski miejsc gdzie uderzyły cząstki, ale ku powszechnemu zdziwieniu tworzą one wzór interferencyjny, taki jak przy emisji wielu cząstek naraz!
Trochę zbija z tropu mając na uwadze wszelkie doświadczenia z życia codziennego. Eksperyment dowodzi, że każda cząstka musiała przedostać się przez dwie dziury w kartce by móc interferować ze sobą. Brzmi to niedorzecznie, ale tylko w świetle tradycyjnej fizyki. Według mechaniki kwantowej cząstkę można określić jako ciało, albo falę - przy czym fala jest odbiciem prawdopodobieństwa wystąpienia cząstki w danym miejscu przestrzeni. Wydawało by się, że ruch falowy dotyczy więcej jak jednej cząstki, ale ten eksperyment dowodzi, że w jakiś sposób elektron, a raczej jego fala prawdopodobieństwa przedostaje się obiema drogami jednocześnie i interferuje ze sobą tworząc wzór na detektorze.
W rzeczywistości ta fala prawdopodobieństwa "rozlewa" się na cały obszar, w którym elektron mógłby się znaleźć, ale tylko w niektórych miejscach jej wartość jest większa od zera.
Ten przykład wywrócił moje postrzeganie świata do góry nogami, gdy go pierwszy raz poznałem. ;) Trudno zaakceptować inny obraz cząstek, które w świetle klasycznej fizyki jest rozsądny - cząstka elementarna jest maleńką kulką, która musi mieć swoje miejsce w przestrzeni.
Mechanika kwantowa obejmuje jeszcze więcej niesamowitych fenomenów, w tym natychmiastowe połączenie dwóch cząstek na nieograniczoną odległość (kwantowe splątanie), albo różne rozwinięcia powyższego eksperymentu, mam nadzieję, że rozwinie się tu jakaś ciekawa dyskusja. Of kors poprawcie mnie jeśli walnąłem jakąś naukową herezję. ;)
-
Jak zrozumiem uzywany w mechanice kwantowej aparat matematyczny przed sesją, to możemy po tym poważniej pogadać :p
Istnieje też np zjawisko tunelowe, które można opisać jako prawdopodobieństwo, że cząstka przeniknie przez barierę potencjału, której w klasycznym ujęciu nie jest w stanie przeniknąć. Używając analogii do świata nam bliższego, rzucona w betonową ścianę piłeczka z pewnym prawdopodobieństwem moze przeniknąć na drugą stronę ściany.
Przyjęcie kwantowego modelu świata w ogóle ma bardzo duze konsekwencje, powoduje że energia jest skwantowana, wiec cząstka nie może posiadać dowolnej energii. To powoduje że elektrony w atomach mogą zajmowac tylko konkretne orbitale energetyczne, czyli konkretne wartości energii. To z kolei daje odpowiedź na jedno z odwiecznych pytań, czemu ujemny elektron i dodatni proton pozostają w pewnej odległosci od siebie, nie łącząc się, jak to powinny zrobić w ujęciu klasycznym dwa przeciwne ładunki. Dlatego, bo elektron ten nie moze posiadać już mniej energii, niż na najniższym orbitalu energetycznym w danym atomie, nie moze zatem zbliżyć się jeszcze bardziej :p
Fizyka klasyczna opisuje świat w jakim obracamy się na codzień, fizyka relatywistyczna opisuje świat w którym cząstki poruszaja sie z prędkościami bliskimi światłu, a fizyka kwantowa stara się opisać zjawiska zachodzące w mikroświecie, których nie są w stanie opisać dwie poprzednie koncepcje., tak w skrócie.
ed:
Oczywiście proton i elekton mogą się połączyć dajac neutro (tzw wychwyt K), ale wymaga to dostarczenia energii. Mówiłem o stanie podstawowym, w normalnych warunkach.
-
Czy kwantówka tłumaczy też stałą prędkość światła bez względu na prędkość poruszania się źródła? Bo paradoks bliźniąt łatwo mi jakoś zrozumieć, ale tu ugrzęzłem w euklidesowej geometrii i nie mogę się wygrzebać xD
-
Czy kwantówka tłumaczy też stałą prędkość światła bez względu na prędkość poruszania się źródła?
Oczywiście, że nie. Teoria Względności jest "niekompatybilna" z mechaniką kwantową - TW jest silnie nieliniowa, w przeciwieństwie do tej drugiej. Istnienie prędkości granicznej wynika z transformacji Lorentza, a z równań Maxwella wynika, że jest to prędkość propagacji fali e-m w próżni.
-
Uh, poproszę o tytuł jakiejś przystępnie napisanej książki na ten temat xD
-
Jeśli chodzi o podręcznik, to przystępnie napisane jest 5 tomowe wydanie 'Podstawy Fizyki' Hallidaya, Rasnicka i Walkera (PWN). TW jest w tomie 4. Jeden tom kosztuje ponad 50 zł więc polecam zaatakować jakąś dobrze zaopatrzoną bibliotekę.
Jeśli chodzi o książkę do kwantówki, to chyba nie ma przystępnie napisanej... a jak ktoś zna to niech da znać, przy da się do sesji :roll:
-
Mam nadzieję, że jest napisana językiem, który pozwoli mi to zrozumieć i wyobrazić sobie. Bo inaczej będę kolejną osobą, która wie, że: tak się dzieje ponieważ...
-
Czy kwantówka tłumaczy też stałą prędkość światła bez względu na prędkość poruszania się źródła?
Oczywiście, że nie. Teoria Względności jest "niekompatybilna" z mechaniką kwantową - TW jest silnie nieliniowa, w przeciwieństwie do tej drugiej. Istnienie prędkości granicznej wynika z transformacji Lorentza, a z równań Maxwella wynika, że jest to prędkość propagacji fali e-m w próżni.
http://en.wikipedia.org/wiki/Klein-Gordon_equation
http://en.wikipedia.org/wiki/Dirac_equation
No i dłuższy wykład, jak pożenić transformacje Lorentza z równaniem Schroedingera:
http://www.ks.uiuc.edu/Services/Class/PHYS480/qm_PDF/chp10.pdf
-
Witam wszystkich!
Pytanie do Sajuuk'Khar:
Czy w przytaczanym przez Ciebie eksperymencie jest ciąg dalszy? Bo wydaje mi się, że tak. Otóż po tym jak naukowcy otrzymali obraz interferencji wystrzeliwując pojedyncze elektrony postanowili dowiedzieć się, który elektron przedostaje się, przez którą szczelinę. No i powtórzyli eksperyment, z tą różnicą, że dodatkowo obserwowane były elektrony przedostające się przez szczeliny. I zgadnijcie, co się stało. W wyniku, powstały „dwa paski miejsc gdzie uderzyły cząstki”. Ha! To Ci dopiero historia! Jaki z tego wniosek? Wygląda na to, że sam proces obserwacji zredukował funkcję falową elektronu do jednej możliwości. Czyli elektron, którego nie obserwowaliśmy zachowywał się jako fala, a kiedy spojrzeliśmy na niego, stał się cząsteczką. Teraz pójdę trochę dalej. Skoro w świecie kwantów obserwator przez sam proces obserwacji redukuje potencjalnie prawdopodobne stany układu do jednej możliwości, to, co mam myśleć o monitorze, na który teraz patrzę??? Przecież składa się on z tych samych cząstek, które wykorzystano w eksperymencie!
„Splątanie” to też ciekawe zjawisko. Dwie cząstki w dowolnej odległości od siebie, zachowują się identycznie. Gdy z jedną z nich coś zrobimy, druga mimo to, że jest miliardy lat świetlnych dalej, zachowa się dokładnie tak samo i stanie się to jednocześnie! Czyli, że co? Informacja o stanie jednej z cząstek, przenosi się z zerową prędkością? Kompletnie mając gdzieś prędkość światła? Hmm, no chyba na to wychodzi;) To jest to co Einstein nazywał „upiorne działanie na odległość”. Upiorne, bo niejako podważa jego teorię…
Mechanika kwantowa to jedyna nauka, która jest w stanie wyjaśnić najważniejsze pytania, jakie stawia sobie człowiek. W gruncie rzeczy wiele już wyjaśniła. Problem tylko w zrozumieniu i interpretacji teorii. Polecam film „What the bleep - Down the rabbit hole”. Ostrzegam, że film dla ludzi o mocnych nerwach i twardej głowie;)
Pozdrawiam
-
Nie do końca rozumiem sens tego wywodu.
To o czym mówisz to wersja doświadczenia omówionego przez Sajuuk'Khara, tyle że dla elektronów a nie fotonów. Fundamentalna różnica między nimi jest taka, że elektron obdarzony jest masą, w związku z tym nigdy nie osiągnie prędkości światła, zaś foton porusza się tylko i wyłącznie z tą prędkością (w danym ośrodku), nie może więc w rzadnych warunkach stać sie obiektem stacjonarnym, jak elektron.
Zjawisko dualizmu korpuskularno-falowego mówi, że dana drobina czy obiekt (nie wiem jak to nazwać ;) ) w pewnych sytuacjach zachowuje się jak czątka a w innych jak fala. Elektron może być falą, zaś foton cząstką i na odwrót. To doswiadczenie właśnie to udowadnia.
Wystrzeliwuje się elektrony w ścianę z jedną szczeliną (jest w miejscu z którego na rysuku rozchodzi się początkowa fala fotonów), potem jest sciana z dwoma szczelinami i detektor. Wystrzeliwywane pojedynczo elektrony trafiają w losowe miejsce na detektorze (jak cząstka), jednak każde miejsce ma swoje większe lub mniejsza prawdopodbieństwo trafienia przez elektron i przy dostatecznie dużej ilości elektronół tworzy się obraz interferencyjny, taki jak na obrazku Sajuuk'a (zatem jst to zachowanie fali typowe dla fali). Wynika z tego dość abstrakcyjny wniosek, że elektron przechodzi jednocześnie przez obie szczeliny, interferuje sam ze sobą dając obraz interferencyjny. Przy jednej szczelinie zasłoniętej obraz interferencyjny również powstaje, jednak jest on węższy i pasmo największego prawdopodobieństwa trafienia cząstki w detektor znajduje się naprzeciw szczeliny (niemniej wciąż powstają prążki). Elektron sam wie kiedy są 2 szczeliny a kiedy jedna, taki z niego spryciaż ;)
Nie rozumiem fragmentu odnoszacego się do obserwacji tej cząstki. Co to zmienia? Jak moze to redukować funkcję falową elektronu do 1 możliwości? Funkcja falowa opisuje dozwolony stan jaki moze przyjąć cząstka i nie ma sensu fizycznego jako taka (sens ma tyko kwadrat amplitudy tej funkcji i jest to gęstość prawdpodobieństwa znalezienia danej cząstki w przestrzestrzeni- w ten sposób określa się np kształt orbitali elektronowych wokół jądra atomu). Np kolejno zajmowane w atomach przez elektrony orbitale (należące do danych podpowłok i powłok) są to dozwolone stany energetyczne jakie mogą przyjmować te elektrony. Każdy taki stan jest to jedna porząda funkcja falowa (czyli spełniająca kilka wymogów), zaś każda funkcja falowa jest jednym z rozwiązań Równania Schródingra (nie mam o z 2 kropkami :) ). Porządna funkcja falowa jest między innymi funkcją ciągłą czyli przyjmuje wartość dla wszystkich wartosci z jej dziedziny (wszystkie wartosci na osi x), jej ograniczenie do 1 wartosci jest wiec niemożliwe, bo wyklucza to jej 'porządność' wiec i możliwość opisywania stanu.
Fakt obserwowania danej cząstki nie ogranicza jej funkcji falowej. Ma natomiast wpływ na cos innego, mianowicie z niego wynika Zasada Nieoznaczoności. Nie ma problemu gdy mówimy o naszym 'makroświecie', my widzimy otaczajacy swiat bo fale świetlne odbijaja się od przedmiotów i wpadaja do naszego oka, i w naszym mózgu generowany jest obraz (człowiek tak na serio widzi mózgiem, nie oczami ;) ). Oświetlenie przedmiotu latarką nie wpływa na niego znacząco, chyba że to np światłoczuły materiał wybuchowy czy cos takiego... :roll: Za to w 'mikroświecie' problem się komplikuje. Wyobraźmy sobie że chcemy zobaczyć elektron. Musimy go oświetlić, czyli wysłać wiązkę fotonów. Jak zauważyłem na początku foton może być jednak traktowany jako cząstka, posiada również energię i w chwili zderzenia z elektronem przekazuje mu jej część, zmieniajac jego tor ruchu, prędkość i energię. Z tego właśnie wzgledu obserwujac cząstkę uniemożliwiamy jednocześnie dokładne wyznaczenie jej położenia i stąd zasada nieoznaczoności.
Z twoim monitorem wszystko w porządku. Nie wybuchnie od patrzenia ;)
Warto mieć natomiast na uwadze, że świat który obserwujemy jest bezpośrednio wynikiem zdarzeń w mikroświecie, opisywanych przez mechanikę kwantową. Miejmy świadomosć tego, że to nie mechanika kwantowa jest abstrakcyjna i skomplikowana, tylko że to obserwowany przez nas świat jest uproszczony. W kwantówce wykorzystuje się nagminnie liczby zespolone które są nadzbiorem bliskich nam liczb rzeczywistych, wprowadza się dodatkowe wymiary i opisuje zjawiska które nam wydaja się kompletnie absurdalne. O dziwo wszystko wtedy trzyma się kupy i jest zgodne z wynikami doświadczalnymi. To jednak tylko dowód naszej ograniczoności, nic więcej. Dzisiaj przeczytałem podbudowywujący cytat noblisty Richarda Feynmana: "Sądzę, iż mogę bezpiecznie stwierdzić, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej". I rzeczywiscie, nie jednen raz na wykładzie z kwantówki z ust prof.dr.hab. można usłyszeć 'niestety nie wiemy czemu tak sie dzieje'. :)
Na koniec pragnę zauważyć że nie jestem fizykiem, i mogłem wszystko pokręcić i w ogóle kicha. Prosze o ewentualną korektę. Przyda się, za 8 dni egzamin z mechaniki kwantowej....
-
Też nie do końca rozumiem o czym mówicie... Ale wydaje mi się, że np. tutaj
Nie rozumiem fragmentu odnoszacego się do obserwacji tej cząstki. Co to zmienia? Jak moze to redukować funkcję falową elektronu do 1 możliwości?
chodzi o to, że jeśli wykonujesz pomiar cząstki w jakiejś bazie, to jej funkcja falowa kolapsuje do jednego z wektorów bazowych, spójnych z wynikiem pomiaru.
Funkcja falowa opisuje dozwolony stan jaki moze przyjąć cząstka i nie ma sensu fizycznego jako taka
To dość kontrowersyjne stwierdzenie...
Za to w 'mikroświecie' problem się komplikuje. Wyobraźmy sobie że chcemy zobaczyć elektron. Musimy go oświetlić, czyli wysłać wiązkę fotonów. Jak zauważyłem na początku foton może być jednak traktowany jako cząstka, posiada również energię i w chwili zderzenia z elektronem przekazuje mu jej część, zmieniajac jego tor ruchu, prędkość i energię. Z tego właśnie wzgledu obserwujac cząstkę uniemożliwiamy jednocześnie dokładne wyznaczenie jej położenia i stąd zasada nieoznaczoności.
No właśnie tak nie jest, co pokazały eksperymenty z gumkami kwantowymi.
Poczytaj np. to http://grad.physics.sunysb.edu/~amarch/
-
Też nie do końca rozumiem o czym mówicie... Ale wydaje mi się, że np. tutaj
Nie rozumiem fragmentu odnoszacego się do obserwacji tej cząstki. Co to zmienia? Jak moze to redukować funkcję falową elektronu do 1 możliwości?
chodzi o to, że jeśli wykonujesz pomiar cząstki w jakiejś bazie, to jej funkcja falowa kolapsuje do jednego z wektorów bazowych, spójnych z wynikiem pomiaru.
y, no powiedzmy łagodnie że nie zrozumiałem ;) co to znaczy że funkcja falowa kolapsuje do jednego z wektorów bazowych?
Funkcja falowa opisuje dozwolony stan jaki moze przyjąć cząstka i nie ma sensu fizycznego jako taka
To dość kontrowersyjne stwierdzenie...
Zatem jaki jest sens fizyczny funkcji falowej? Posiłkuję się cytatem:
Fakt, że funkcje falowe są funkcjami zespolonymi nie stanowi słabości teorii kwantowych. Wręcz przeciwnie, jest to nawet okoliczność porządana, gdyż wynika z niej od razu, ze w mechanice kwantowej nie możemy nawet próbować nadania funkcji falowej samoistnego znaczenia fizycznego w tym sensie, w jakim mają go fale na wodzie- wielkości zespolonych nie można zmierzyć żadnym przyrządem fizycznym. Świat "rzeczywisty" (w potocznym znaczeniu tego słowa) opisywany jest przez wielkości "rzeczywiste" (w matematycznym znaczeniu tego słowa)
Wartość opisana liczbą zespoloną nie może mieć sensu ściśle fizycznego dla nas, bo po prostu jest zespolona, tak myślę :) Za to jej kwadrat powoduje skasowanie "i" i automatyczne przejście na liczby rzeczywiste, dając jak najbardziej sensowną wielkość w postaci gęstosci prawdopodobieństwa.
Za to w 'mikroświecie' problem się komplikuje. Wyobraźmy sobie że chcemy zobaczyć elektron. Musimy go oświetlić, czyli wysłać wiązkę fotonów. Jak zauważyłem na początku foton może być jednak traktowany jako cząstka, posiada również energię i w chwili zderzenia z elektronem przekazuje mu jej część, zmieniajac jego tor ruchu, prędkość i energię. Z tego właśnie wzgledu obserwujac cząstkę uniemożliwiamy jednocześnie dokładne wyznaczenie jej położenia i stąd zasada nieoznaczoności.
No właśnie tak nie jest, co pokazały eksperymenty z gumkami kwantowymi.
Poczytaj np. to http://grad.physics.sunysb.edu/~amarch/
Nie rozumiem problemu, przedstaw pokrótce o co chodzi po polsku, bo mój naukowy angielski ciągle kuleje. Myślę że nie tylko mój zresztą :)
-
y, no powiedzmy łagodnie że nie zrozumiałem ;) co to znaczy że funkcja falowa kolapsuje do jednego z wektorów bazowych?
To znaczy, że wektor stanu Twojego elektronu skończy jako jeden z wektorów własnych operatora pomiaru (a wektory własne operatora hermitowskiego tworzą ortonormalną bazę). Wartość własna to wynik pomiaru.
Zatem jaki jest sens fizyczny funkcji falowej? Posiłkuję się cytatem:
Fakt, że funkcje falowe są funkcjami zespolonymi nie stanowi słabości teorii kwantowych. Wręcz przeciwnie, jest to nawet okoliczność porządana, gdyż wynika z niej od razu, ze w mechanice kwantowej nie możemy nawet próbować nadania funkcji falowej samoistnego znaczenia fizycznego w tym sensie, w jakim mają go fale na wodzie- wielkości zespolonych nie można zmierzyć żadnym przyrządem fizycznym. Świat "rzeczywisty" (w potocznym znaczeniu tego słowa) opisywany jest przez wielkości "rzeczywiste" (w matematycznym znaczeniu tego słowa)
Wartość opisana liczbą zespoloną nie może mieć sensu ściśle fizycznego dla nas, bo po prostu jest zespolona, tak myślę :) Za to jej kwadrat powoduje skasowanie "i" i automatyczne przejście na liczby rzeczywiste, dając jak najbardziej sensowną wielkość w postaci gęstosci prawdopodobieństwa.
...w tym sensie, w jakim mają go fale na wodzie. Jeśli utożsamiasz 'sens fizyczny' z czymś, co możemy bezpośrednio zmierzyć - to tak, funkcja falowa nie ma sensu fizycznego. Jak dla mnie jest to jednak trochę naiwne i zbyt pozytywistyczne.
Nie rozumiem problemu, przedstaw pokrótce o co chodzi po polsku, bo mój naukowy angielski ciągle kuleje. Myślę że nie tylko mój zresztą :)
W skrócie chodzi o to, że wytwarzamy parę splątanych fotonów, o antyskorelowanych, tzn. ortogonalnych polaryzacjach.
Stan takiej pary to albo |01>, albo |10>.
Jeden foton przepuszczamy przez szczelinę, drugi służy nam jako próbka kontrolna - detektor nie wykrywa wzoru na całej jego długości, tylko milimetrowe fragmenty, prążki otrzymujemy więc sprawdzając, ile fotonów kontrolnych przypada na fotony wykryte przez czujnik po przejści przez szczelinę.
Potem przed szczeliny wsadzamy dwie płyty zmieniające polaryzację w szczególny sposób, np.
1 szczelina:
0 -> +
1 -> -
2 szczelina
0 -> -
1 -> +
Jeśli teraz zmierzymy polaryzację OBU fotonów, możemy odzyskać informację którą szczeliną przeszedł foton.
|10> -> |-0>
|01> -> |+1>
|10> -> |+0>
|01> -> |-1>
wynik -0, +1 oznacza pierwszą szczelinę, +0 i -1 drugą szczelinę.
Prążki interferencyjne w takiej sytuacji znikają.
Ale:
1) Jeśli robimy eksperyment z pojedynczym fotonem, zmiana polaryzacji przed szczeliną nie wpływa na obecność prążków.
2) Jeśli przed wiązkę kontrolną fotonów wsadzimy polaryzator z inną bazą ('gumkę kwantową'), i niemożliwe będzie odtworzenie stanu pary - prążki znów się pojawią.
3) Jeśli wydłużymy wiązkę fotonow kontrolnych tak, by przejście przez 'gumkę' miało miejsce PO zarejestrowaniu fotonu drugiego przez czujnik za szczelinami - prążki wciąż będą obecne.
-
Mechanika kwantowa to wbrew powszechnym opiniom niezwykle ciekawy temat, jednak mimo wielu publikacji o charakterze popularno naukowym nadal pozostaje tą "ciemną" stroną fizyki.
Co rozumiesz przez "ciemną" stronę fizyki? Jak na mój gust jest to prężnie rozwijana część fizyki, która zaowocowała tak piękna teorią jak QFT (Kwantowej Teoria Pola) oraz zmieniła nasz sposób pojmowania świata na poziomie filozofi (koniec determinizmu Laplace'a)
Z pewnością znacie podstawy, w tym i na poziomie matematycznym (o czym ja nie mam zielonego pojęcia) ale warto zacząć od początku.
Hm... bez matematyki to nie mamy o czym rozmawiać w fizyce
Mechanika kwantowa jako taka pojawiła się wraz z pracami Heisenberga i Schrödingera, ale autorami samej koncepcji byli na początku ubiegłego wieku Max Planck i Albert Einstein, notabene późniejszy wielki przeciwnik tej teorii.
Albert Einstain nie był przeciwnikiem Mechaniki Kwantowej, tylko jej interpretacji Kopenhaskiej (propabilizmu zamiast determinizmu). Zaś początek tej teorii to doświadczenie myślowe Younga
Ogólnie chodziło o właściwości promieniowania, a konkretniej podzielenie go na pewne porcje, tzn. kwanty. Kwant jest najmniejszą jednostką na jaką można podzielić jakąś wartość, na przykład kwant światła (promieniowania) to foton. Ta koncepcja sugeruje, że światło jest czymś więcej niż falą, stąd dualizm korpuskularno-falowy cząstek i fal, ale wnioski zaraz.
Nie promieniowania jakiegośtam tylko promieniowania ciała doskonale czarnego bo z tym był problem, gdyż nie można było (aż do Plancka który trafił w funkcję) dopasować żadnego sensownego jak się wtedy zdawało prawa opisującego to zjawisko. Rozwiązanie przyszło wraz z założeniem zdyskretyzowanej (przyjmująca tylko ściśle określone wartości) energii.
Najważniejszą zasadą mechaniki kwantowej jest zasada nieoznaczoności Heisenberga - uogólniając zakłada ona, że nie możemy jednocześnie znać dwóch powiązanych cech danej cząstki. Jeśli zmierzymy prędkość pędzącego elektronu, nigdy nie dowiemy się w którym miejscu przebywał podczas pomiaru. W odwrotnej sytuacji - znając dokładne położenie elektronu okazuje się, że nie możemy poznać jego prędkości.
JAKA TO ZASADA?? To tylko prosty wniosek wynikający z reguł komutacji definiujących wszelkie możliwe mechaniki kwantowe!!!!
Poza tym nie dotyczy ona dwóch dowolnych powiązanych ze sobą wielkości bo np: energie kinetyczną i pęd można zmierzyć jednocześnie mimo, że są powiązane! (bo są przemienne)
Mechanika kwantowa obejmuje jeszcze więcej niesamowitych fenomenów, w tym natychmiastowe połączenie dwóch cząstek na nieograniczoną odległość (kwantowe splątanie)
[/quote]
Co w tym dziwnego. Jeśli weźmiemy dwie karty "Asa Pik" i "Asa Kier" wymieszamy i położymy na stole to wiadomo, że wskazując kartę mamy 50% szans na to, że to będzie "As Pik". Więc jeśli nie odsłonimy kart to każda jest w połowie Asem Pik oraz w połowie Asem Kier. Ale jak juz jedną z nich odsłonimy "wybierze" ona czy jest tym czy tym zaś karta której nie odryjemy będzie miała do wyboru juz tylko jedną pozostająca możliwość.
Jeśli będziecie mieli jakieś pytania to chętnie odpowiem jeśli oczywiście będe to w zakresie wiedzy już zgromadzonej przez ludzi ;)
-
Wracam do świata żywych!
Co rozumiesz przez "ciemną" stronę fizyki?
Miałem na myśli wykrzywione miny opinii publicznej na sam dźwięk słowa "kwantowa". :)
Albert Einstain nie był przeciwnikiem Mechaniki Kwantowej, tylko jej interpretacji Kopenhaskiej (propabilizmu zamiast determinizmu). Zaś początek tej teorii to doświadczenie myślowe Younga
Racja, z zastrzeżeniem, że w mechanice kwantowej brak determinizmu jest kluczowy. O ile się orientuję to Einstein popierał w mechanice kwantowej samą koncepcję podzielności energii promieniowania na najmniejsze porcje tzn. jej dyskretności. Jeśli zawężymy tę dziedzinę fizyki tylko do tej właściwości, to się zgadzam.
JAKA TO ZASADA?? To tylko prosty wniosek wynikający z reguł komutacji definiujących wszelkie możliwe mechaniki kwantowe!!!!
Nie rozumiem Twojej reakcji. Czy powiedzenie na przykład, że kinetyka rządzi się pewnymi zasadami, nie jest tym samym?
Jeśli weźmiemy dwie karty "Asa Pik" i "Asa Kier" wymieszamy i położymy na stole to wiadomo, że wskazując kartę mamy 50% szans na to, że to będzie "As Pik".
Nie do końca. :p W przypadku eksperymentu ze splątaniem kwantowym badana właściwość dotyczy obu cząstek, ale przed pomiarem nie jest w żaden sposób określona. Sprawdzając kartę w jednym pokoju, sprawiamy, że w drugim, karta splątana będzie automatycznie w stanie przeciwnym lub takim samym (zależnie jaką cechę badamy). Do ostatniego momentu karty pozostają w stanie niepewności, jak kot Schródingera. :D
-
Co w tym dziwnego. Jeśli weźmiemy dwie karty "Asa Pik" i "Asa Kier" wymieszamy i położymy na stole to wiadomo, że wskazując kartę mamy 50% szans na to, że to będzie "As Pik". Więc jeśli nie odsłonimy kart to każda jest w połowie Asem Pik oraz w połowie Asem Kier. Ale jak juz jedną z nich odsłonimy "wybierze" ona czy jest tym czy tym zaś karta której nie odryjemy będzie miała do wyboru juz tylko jedną pozostająca możliwość.
No właśnie nie. Taka interpretacja - ze stanem kart ustalonym przed pomiarem i przechowywanym w ukrytych zmiennych - jest wykluczona na mocy twierdzenia Bella.
Analogia byłaby prawidłowa, gdybyś miał _dwie_ pary kart. I dziwne jest to, że odsłonięcie jednej karty z pierwszej pary determinuje jaką kartę odsłonimy w drugiej parze.
-
d) Boska Interwencja. Według zasady Biskupa Berlkeleya Esse est percipi, jak również według Mechaniki Kwantowej, można uwierzyć w to, że obiekty nie mierzone przez nikogo są mierzone przez Boga, mierzone raz po raz przy pomocy Jego operatora O. Może to prowadzić do obserwowanego efektu, ale pod warunkiem, że Jego operator ma stany własne protonu nie szersze niż ok. 0.1 mm, a także, że obserwuje On swobodne protony co 10-12 s. Jednak Boska Interwencja jest rzeczą zbyt poważną dla wyjaśnienia czegoś pasożytniczego.
Tu źródło: http://arkadiusz.jadczyk.salon24.pl/107258,teorie-jak-myszy (http://arkadiusz.jadczyk.salon24.pl/107258,teorie-jak-myszy)
Hehehe, bardzo mi to poprawiło humor. Sporo było koncepcji wyjaśnienia dlaczego nie obserwujemy skoków kwantowych w makroskali, najracjonalniejsza wydawała się ta, że cząstki, a raczej ich funkcje falowe redukują się przez interakcję ze sobą (jak? nie mam pojęcia), tudzież w sposób przypadkowy. Ale redukcje okiem Stwórcy to coś nowego i sądzę, że zaoszczędzi wiele pracy fizykom teoretycznym. Warto się nad tym głębiej zastanowić. :)
-
To nie jest nowy pomysł.
Ale jak chcesz z istnienia Boga zrobić teorię (generować przewidywania) to nie mam pojęcia(- może się da, a ja poprostu nie mam pomysłu).
-
Plan autora był zdaje się taki, żeby bóg spełniał rolę obserwatora wszystkich cząstek jednocześnie, przez co niemożliwe by dla nich było zanadto "rozpuścić się" w niekonkretną i prawie płaską funkcję falową. Powiedzmy, że bóg spogląda na każdą cząstkę co jakiś czas i dzięki temu redukuje jej wektor stanu. Jeśli traktować go jako wielki detektor pojawia się pytanie o jego sprawność, bo np. detektor o czułości 100% będzie zaburzał stan obserwowanego obiektu w stu procentach i w efekcie dostaniemy jakieś bzdury zamiast obserwacji. Yyy, to znaczy bóg dostanie bzdury. Ale ja tam nie wnikam, bo jeszcze ktoś zakwestionuje ortodoksyjność mojego ateizmu. :D
-
Ale... jak "teoria istnienia Boga" wpływała by na nasze pomiary?
Tzn- jakie by były gdyby Bóg istniał a jakie jak by nie istniał? Czy nie były by takie same? Bo jeśli tak to należało by założyć- w fizyce, że Bóg jednak nie istnieje*.
*- mimo, że ja jestem katolikiem. :P
-
Sądzę, że bóg jest tu założeniem, które spełnia funkcję tłumaczenia nam rzeczywistości, mniejsza o to, że to założenie kompletnie ad hoc i dowcip autora, ale jego rola jest taka sama jak np. ciemnej energii w kosmologii. Nikt tej ciemnej energii nie widział i nigdy nie wykrył, ale postuluje się ją, ponieważ w miarę dobrze wyjaśnia nam zjawisko kosmicznej ekspansji (pojawiły się ostatnio kontrowersje, ot ekspansja tłumaczy się także istnieniem kosmicznej pustki vide majowy Scientific American). W takim kształcie postulat boga-detektora nie jest niczym innym jak osobnym członem w równaniach, który powoduje czasowe zapadanie się funkcji falowej. Rzecz w tym, że w ramach obecnej teorii nie ma konkretnego wyjaśnienia dlaczego cząstki zachowują się w taki sposób, choć nikt ich laboratoryjnie nie bada.
W ogóle nazwa boga jest bardzo myląca, to mogło by być właściwie cokolwiek, choćby wspomniana w artykule grawitacja. W ogóle muszę o tym poczytać, bo im więcej się nad tym zastanawiam tym mniej jestem pewien. :-X
-
Heh, nie wiedziałem, że takie fajne dyskusje na GNP odchodzą.
Znam wyjaśnienie rozpraszania pasożytniczego :). Tym "Bogiem" jesteśmy my sami.
Istnieje wiele interpretacji mechaniki kwantowej. Jedną z nich jest Kopenhaga, czyli że funkcja falowa nie opisuje stanu obiektu, a jedynie prawdopodobieństwo znalezienia go w jakimś stanie. Ale załóżmy, że funkcja falowa istnieje jednak obiektywnie. Okaże się, że mogą się z nią dziać wtedy dwie rzeczy.
1. Funkcja falowa (rozmyta aż miło) ewoluuje sobie, interferuje, wchodzi w superpozycje i robi różne inne spójne matematycznie rzeczy, a najśmieszniejsze jest, że w granicy dużych mas prawa jej ruchu redukują się do mechaniki Newtona.
2. W momencie dokonania pomiaru funkcja falowa kolapsuje. Nie wiadomo, kiedy następuje "pomiar", łamane jest przy tym twierdzenie Liouville'a (informacja powstaje z niczego), termodynamika bierze w łeb, następuje ponadświetlna komunikacja stanów splątanych itp. Nic więc dziwnego, że większość fizyków udaje, że taki proces nigdy nie zachodzi :).
Interpretacja kopenhaska nie zajmuje się samym momentem kolapsu. Inne interpretacje próbują z tym walczyć.
Widzę, że Sajuuk' prezentuje interpretację "brzydkiego kaczątka". Po przekroczenu pewnego poziomu funcja falowa obiektywnie kolapsuje. Moim zdaniem taki pogląd jest nie do obrony. Po pierwsze - same "poziomy" energii czy czegoś tam są rozmyte i nie wiadomo, kiedy stan go przekroczy. Poza tym gdyby tak się działo, to obserwowalibyśmy spektakularne efekty w okolicach jakiejś masy pomiędzy masą atomu a masą pchły. Tymczasem nic takiego się nie dzieje.
Ja wyznaję wieloświatową interpretację Everetta. Według niej funkcja falowa jest obiektywna, nigdy nie kolapsuje a pozorny kolaps obserwujemy wtedy, kiedy my sami wchodzimy w superpozycję stanów. Nie zgadzam się z wszystkimi wnioskami tej interpretacji, np. uważam, że moja świadomość jest jedna i nie występuję w wielu egzemplarzach. Mimo to można zadać sobie kilka ciekawych pytań. Zastanawiał się np. ktoś z Was, jak się czuje kot Schroedingera? Jak wygląda opis świata z jego punktu widzenia? Interpretacja Everetta udziela odpowiedzi z najmniejszą ilością paradoksów.
Wracając do rozpraszania pasożytniczego - uważam, że cząstka biegnąca przez komorę pęcherzykową cały czas jest falą kwantową i wchodzi w superpozycję. Od czasu do czasu zderza się z cząstkami detektora i również wprowadza je w superpozycję. W końcu detektor oddziałuje na nas i sami stajemy się superpozycją, czyli w myśl interpretacji kopenhaskiej dokonujemy pomiaru. Ten ciągły pomiar jest właśnie "Bogiem", o którym wspomniano. Tą tezę można sprawdzić, regulując gęstość i rodzaj substancji wypełniającej komorę i patrząc, jak to wpływa na rozpraszanie.
-
Ja tylko zapytam o jedną z poruszonych kwestii (pytanie ignoranta)
Jako że pomiar wpływa na przedmiot badań (wiadomo - wchodzi w reakcje z 'przekaźnikami informacji' o nim) to czy nie dałoby się na podstawie badań w różnych środowiskach wyłapać błąd powodowany pomiarem i opisać "czystą" funkcję?
-
Jako że pomiar wpływa na przedmiot badań (wiadomo - wchodzi w reakcje z 'przekaźnikami informacji' o nim) to czy nie dałoby się na podstawie badań w różnych środowiskach wyłapać błąd powodowany pomiarem i opisać "czystą" funkcję?
Hm, myślę, że nazywanie zaburzenia pomiaru błędem w tym przypadku jest niewłaściwe. Takie określenie sugeruje, że nasz problem wynika z niedoskonałości pomiaru a nie samych właściwości materii. Jeśli mierzymy jakieś dwie cechy ze sobą związane, np. wałkowane do bólu w czasopismach popularnych położenie cząstki i jej pęd, to wartość jednej z nich zostanie zaburzona w pewnej proporcji do dokładności badania drugiej. Poznamy na chwilę pęd, ale informacja o położeniu w tym czasie będzie losowa, tak jakby cząstka była rozsmarowana na dużej przestrzeni. Środowiska pomiaru nie mają tu nic do rzeczy, zasadniczo chodzi o fakt sprzężenia cech takich jak pęd i położenie, energia i czas.
Skoro o tym mowa, to warto wspomnieć też o innej istotnej sprawie, która zakłóci nam pomiar, tj. sprawności detektora. Detektor o sprawności 100% oczywiście nie występuje w świecie rzeczywistym, trzeba się zadowolić gorszymi. Więcej o tym u tego pana. (http://arkadiusz.jadczyk.salon24.pl/109261,moj-pierwszy-detektor)
Heh, nie wiedziałem, że takie fajne dyskusje na GNP odchodzą.
Nie wiedziałem, że ktoś tu odpisał. :eek:
Moim zdaniem taki pogląd jest nie do obrony. Po pierwsze - same "poziomy" energii czy czegoś tam są rozmyte i nie wiadomo, kiedy stan go przekroczy. Poza tym gdyby tak się działo, to obserwowalibyśmy spektakularne efekty w okolicach jakiejś masy pomiędzy masą atomu a masą pchły. Tymczasem nic takiego się nie dzieje.
W sumie dlaczego nie? Zjawiska natury kwantowej są obserwowane nie tylko przy pojedynczych cząstkach elementarnych, ale też w całych atomach, a nawet całych ich kompleksach. Inna sprawa, że nie śmiem podjąć rzeczowej dyskusji w tej materii (aczkolwiek miesiąc temu jeszcze bym argumentował) i rozstrzygnąć. :sad:
Ja wyznaję wieloświatową interpretację Everetta.
Wiesz co? Wcale się nie dziwię, że świat naukowy tak długo marginalizuje tę teorię, to się w głowie nie mieści. Chyba na podobnej zasadzie co solipsyzm - teza jest tak rewolucyjna dla naszej kultury, naszego wyobrażenia o strukturze rzeczywistości, że nie sposób jej zaakceptować nawet pomimo niezłego wyjaśnienia problemów współczesnej fizyki. Takie rozszczepianie się funkcji falowej na wszystkie dostępne warianty i interferencję pomiędzy nimi trudno już przełknąć ze względu na olbrzymią ich ilość, ale poważniejszym problemem jest brak czegoś takiego jak obiektywny obserwator takiego wieloświata. W interpretacji kopenhaskiej obserwator wpływa na pomiar, ale nadal pozostaje tym samym obserwatorem. U Everetta dzieli się na tylu obserwatorów ile trzeba, więc badanie jest tak naprawdę iluzją badania.
Załóżmy, że badamy czy elektron jest w stanie wzbudzonym, czy nie. Podczas pomiaru (wzbudzony wypromieniuje kwant energii i przejdzie na niższą powłokę, nie wzbudzony nic nie zrobi) obserwator rozdwoi się tak, że jeden odpowie na pytanie twierdząco, a drugi przecząco. Okrutnie to bałamutne, poza tym nie do końca rozumiem dlaczego świadomość miała by pozostać jedna.
-
W sumie dlaczego nie? Zjawiska natury kwantowej są obserwowane nie tylko przy pojedynczych cząstkach elementarnych, ale też w całych atomach, a nawet całych ich kompleksach
Ale w interpretacji "brzydkiego kaczątka" obiektywny kolaps funkcji falowej zachodzi powyżej masy cząsteczki. Bardzo dużo rzeczy się w takiej kolapsującej cząsteczce zmienia - temperatura, entropia itp. Nie obserwujemy tymczasem żadnych odstępstw od normalnych teorii w przedziale mas pomiędzy masą atomu a masą Plancka.
Wiesz co? Wcale się nie dziwię, że świat naukowy tak długo marginalizuje tę teorię, to się w głowie nie mieści.
Mechanika kwantowa i teoria względności cierpią na tą samą przypadłość - nadmiar mistycyzmu, co sprawia, że naukowcy boją się tymi teoriami zajmować.
ale poważniejszym problemem jest brak czegoś takiego jak obiektywny obserwator takiego wieloświata
Nie do końca. W dalszym ciągu da się przeprowadzić obiektywne badania.
Załóżmy, że badamy czy elektron jest w stanie wzbudzonym, czy nie. Podczas pomiaru (wzbudzony wypromieniuje kwant energii i przejdzie na niższą powłokę, nie wzbudzony nic nie zrobi) obserwator rozdwoi się tak, że jeden odpowie na pytanie twierdząco, a drugi przecząco.
Ale ci obserwatorzy będą mieli różne "prawdopodobieństwa", tzn. różne względne wartości funkcji falowej. Co więcej, później mogą się na siebie nałożyć. Nie jest więc tak, że zawsze możemy sobie ad hoc stworzyć obserwatora, który zarejestruje, co akurat nam się podoba. Prawa fizyki dalej obowiązują.
poza tym nie do końca rozumiem dlaczego świadomość miała by pozostać jedna
Bo nie należy do świata fizyki, hihihi. Mam oczywiście swoje uzasadnienie.
-
To dawaj, nikt tu nie zagląda, więc nie będzie hucpy, żeś mystyk i fylozof. :)
-
OK. Podstawowe założenie interpretacji Everetta to: kolaps funkcji falowej nigdy nie zachodzi. Świat jest kwantowy w każdej skali, od kwarków aż po gromady galaktyk. Od razu pojawia się problem: jak to nie ma kolapsu funkcji falowej, skoro widzimy, że jest? Ano ulegamy złudzeniu. Otóż obserwując jakieś zdarzenie kwantowe, my sami wchodzimy w superpozycję stanów. Gdybyśmy siedzieli na statku (i nie posiadali zmysłu równowagi) i patrzyli na fale, to moglibyśmy odnieść wrażenie, że całe morze podnosi się i opada. Tymczasem morze stoi na miejscu, to my wraz ze statkiem się poruszamy.
Nie należy interpretacji Everetta rozumieć tak, jak jest to przedstawiane w prasie - że z każdym zdarzeniem kwantowym świat rozpada się na dwa światy równoległe. Świat jest jeden niezmienny, to my się zmieniamy i występujemy w wielu kopiach.
Funkcja falowa Wszechświata może się ze sobą z powrotem "łączyć", tak samo, jak się rozdziela. Rozważmy eksperyment z lustrem półprzepuszczalnym. Foton przechodzi przez pierwsze lustro półprzepuszczalne, wchodzi w superpozycję, odbija się od zwykłych luster a następnie obie fale padają znów na lustro półprzepuszczalne. W tym momencie foton znów łączy się w jedną falę. My sami również możemy się "łączyć" i to jest moim zdaniem klucz do interpretacji "probabilistycznej" mechaniki kwantowej. Wiele ważnych zjawisk zachodzi dzięki łączeniu się fal, interpretacja kopenhaska w tym momencie daje kompletną plamę.
Interpretacja Everetta daje ładne wyjaśnienie wielu problemów, np. strzałki czasu i entropii czarnych dziur. We Wszechświecie bez kolapsu funkcji falowej obowiązuje tzw. twierdzenie Liouville'a, bardzo ładna zasada mówiąca w skrócie, że ilość informacji w przyrodzie jest stała. Twierdzenie to nie zachodzi ani w interpretacji kopenhaskiej ani w klasycznej teorii czarnych dziur. R. Penrose i S. Hawking robią coś, co nazywa się "sumowaniem po historiach" i daje im to sensowne wyniki. Uważam, że bez interpretacji Everetta nie dałoby się tego zrobić.
Jest jeszcze jedna rzecz. Jeżeli chodzi o duszę, świadomość, czy jak to nazwiemy, to po kartezjańsku wiem, że jest tylko jedna i nie wchodzi w superpozycje. Jako chrześcijanin wyznaję dualizm, tzn. dusza nie jest dla mnie częścią świata fizycznego. Nie wiem, na jakiej zasadzie dusza oddziałuje z materią. Kolejny problem z pogranicza teologii i fizyki, jak to ujęła Anna Maria Jopek (http://nannie.wrzuta.pl/audio/2C2jfpt6wIu/03._anna_maria_jopek_-_a_gdybysmy_sie_nie_spotkali):
Czasami myślę o prawdopodobnym świecie,
gdzie jednak się mijają ślady naszych stóp.
Co wtedy dzieje się z duszami naszych dzieci,
nim czyjaś inna miłość je zaprosi tu?
Jeżeli spotkanie dwóch osób różnych płci i spłodzenie dziecka ma być zdarzeniem kwantowym a wg. mojej religii Bóg stwarza duszę w momencie zapłodnienia, to czy mam konsekwentnie przyjąć, że Bóg wchodzi w superpozycję stanów i w jednym z nich stwarza duszę a w drugim nie? Na chwilę obecną przyjmuję hipotezę, że świat jest "raczej jeden", a jego poszczególne superpozycje się od siebie za bardzo nie oddalają. Trochę jak powierzchnia oceanu - faluje, ale w dużej skali można określić poziom morza. Sam nie jestem do końca zadowolony z tego wytłumaczenia.
Interpretacja Everetta wydaje mi się najlepszą z istniejących. Może jest mało intuicyjna i burzy nasze wyobrażenia o świecie, ale w końcu która teoria fizyczna tego nie robi? Nie znalazłem jeszcze żadnego paradoksu fizycznego, którego interpretacja Everetta by nie wyjaśniła. Nieco mniej wesołym faktem jest, że nie znalazłem także żadnego eksperymentu, który mógłby ją potwierdzić lub obalić, nie licząc takich rzeczy, jak "samobójstwo kwantowe". Rozpraszanie pasożytnicze, o którym pisałeś, jest dobrym kandydatem na taki eksperyment, chociaż wieszczę, że zwykłe interpretacje wciąż będą miały tu coś do powiedzenia.
-
Skończyłem własnie czytać "Na skróty przez czas" G. Johnsona. (Podstawy o kompach kwantowych- ale nie polecam dla kogoś kto coś o teorii kwantowej wie: w tej książce wszystko jest "dziwne", "magiczne", "niedające się wyobrazić", autor na siłę szuka jakichś analogii, które jednak mogą boleć kogoś trochę obeznanego w temacie.)
Teraz mi się pojawia takie pytanie: czy uda się zbudować komputer kwantowy bez znalezienia interpretacji mechaniki kwantowej?
Niby próby / eksperymenty pomagają w zdobywaniu wiedzy itd, ale (jak widać np w tym temacie) interpretacji nie ma.
-
Dowiedziałem się niedawno o jednej ciekawej rzeczy, mianowicie o tzw. efekcie Zenona (http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_Zeno_effect).
Nazwa pochodzi od niejakiego Zenona z Elei (http://pl.wikipedia.org/wiki/Zenon_z_Elei). Według dzisiejszej terminologii był on solipsytą, ale wsławił się tym, że głosił nieistnienie świata. Tak, świat według niego nie istniał, na co dowodem miała być jego wewnętrzna sprzeczność.
Jeden z najsłynniejszych paradoksów Zenona to paradoks żółwia i Achillesa. Achilles goni żółwia. Musi najpierw przebyć połowę odległości między swoją aktualną pozycją a żółwiem, potem połowę odległości, która pozostała, potem połowę kolejnej odległości i tak w nieskończoność. Czyli ma do przebycia nieskończony ciąg odcinków. Dzisiaj znamy pojęcie granicy, zbieżności i sumy szeregu, więc wiemy, że nieskończony ciąg odcinków może się sumować do skończonego odcinka, ale matematyka grecka w tamtym okresie nie umiała sobie z tym poradzić, więc był to dla nich paradoks.
Inny paradoks, który nas w tym momencie interesuje, to paradoks strzały. Mamy strzałę w ruchu. Jeżeli jednak spojrzymy na nią w dowolnym pojedynczym momencie, to zobaczymy po prostu strzałę w jednym miejscu, bez ruchu. Zatem strzała w ruchu składa się z nieskończenie wielu strzał bez ruchu, co jest paradoksem. Dzisiaj tłumaczymy to rachunkiem różniczkowym. Dwie funkcje mogą mieć w danym punkcie tą samą wartość, ale różne pochodne, a paradoks strzały zakłada, że wartość w punkcie determinuje pochodną w punkcie. Ale to nie jest ważne.
Ważny jest pewien efekt, który przewidzieli i zaobserwowali fizycy od mechaniki kwantowej.
Załóżmy, że mamy pewien stan kwantowy, który może się zmieniać, np. neutron, który może się rozpaść na proton, elektron i neutrino, albo cząstkę tunelującą przez barierę potencjału. Z matematycznego punktu widzenia, stan taki przechodzi tzw. ewolucję unitarną, czyli jest superpozycją dwóch stanów czystych, które zmieniają swoją względną proporcję. Pozostając przy przykładzie neutronu: powiedzmy, że istnieje neutron "czysty" nc i neutron "rozpadnięty", czyli proton, elektron i neutrino: peν. Teraz neutron "fizyczny" jest superpozycją tych stanów. Na początku mamy po prostu neutron, który na pewno jest w całości:
n = 100% · nc + 0% · peν
Po jakimś czasie istnieje pewne prawdopodobieństwo, że neutron się rozpadnie, powiedzmy 20%.
n = 80% · nc + 20% · peν
Po okresie połowicznego zaniku będzie 50% szans, że neutron się rozpadnie, czyli nasz stan neutronu będzie w połowie składał się z neutronu "czystego" i w połowie z układu proton, elektron, neutrino.
n = 50% · nc + 50% · peν
W miarę upływu czasu, będzie coraz mniej neutronu w neutronie a coraz więcej produktów rozpadu. W teorii jednak "ilość neutronu" nigdy nie spadnie do zera, ponieważ istnieje pewna marginalna szansa, że proton, elektron i neutrino zderzą się i znów utworzą neutron. Liczby te ustawią się więc w jakimś stanie stabilnym albo nawet będą oscylować - zależy od warunków.
No dobrze, ale wszystkie dzieci wiedzą, że w momencie obserwacji następuje kolaps funkcji falowej. To znaczy, że jeżeli spróbujemy popatrzeć powiedzmy na stan:
n = 99% · nc + 1% · peν
i przekonać się, czy neutron naprawdę się rozpadł, to w następnej chwili po obserwacji nasza superpozycja zniknie i zamiast tego otrzymamy
n = 100% · nc + 0% · peν (z prawdopodobieństwem 99%)
lub
n = 0% · nc + 100% · peν (z prawdopodobieństwem 1%).
OK, czyli jeżeli będziemy co chwilę obserwować neutron, który jest bliski "czystemu" stanowi, to co chwilę jego funkcja falowa będzie wracać do tego czystego stanu i nigdy nie będzie się mogła wejść w "porządną" superpozycję. Ale to oznacza, że neutron pod ciągłą obserwacją nigdy się nie rozpadnie!
Właśnie takie jest sformułowanie kwantowego efektu Zenona: cząstka ciągle obserwowana nigdy nie zmieni stanu. Idąc dalej, cząstka obserwowana co chwilę w pewnych odstępach, będzie zmieniać stan wolniej, niż nieobserwowana.
Taki eksperyment fizycy przeprowadzili i dał właśnie takie efekty. Zamknięto trochę jonów w pułapce magnetycznej, wzbudzono je promieniowaniem gamma i jednocześnie obserwowano fotonami światła, czy nie opuszczają stanu wzbudzenia. Okazało się, że kiedy nikt ich nie podgląda, to normalnie opuszczają stan wzbudzony. Natomiast kiedy co chwilę ktoś na nie patrzył, to żyły jako wzbudzone o wiele dłużej i nie miały śmiałości, żeby się poruszyć.
Ktoś może powiedzieć: OK, być może to oddziaływanie z fotonami użytymi do obserwacji daje taki efekt. Okazuje się, że nie, bo gdyby rozważyć tylko ewolucję unitarną, to fotony obserwujące powinny przyspieszyć rozpad jonów. To zjawisko nosi nazwę odwrotnego efektu Zenona i również było mierzone. Wygląda jednak na to, że sam fakt obserwacji przez człowieka powoduje zmianę funkcji falowej. Mamy więc pogwałcenie ewolucji unitarnej i wyraźną granicę między mechaniką kwantową i klasyczną.
Efekt Zenona pozwoli nam być może sfalsyfikować niektóre z interpretacji mechaniki kwantowej. W niektórych z nich bowiem on występuje a w niektórych nie. Powoli więc wkraczamy w erę, kiedy będziemy eksperymentalnie weryfikować, czy lepsza jest szkoła kopenhaska, interpretacja wielu światów, czy teoria de Broglie i Bohma.
-
No to chyba dobrze- eksperyment podstawą nauki.
Te kwanty to ciekawe- jeszcze nie dawno powaznie myślałęm próbie wkręcenia się w to i walki na tym froncie o wiedzę o świecie. Ale im więcej wiem to tym bardziej wydaje mi się że to nie front dla mnie. A już zwłaszcza jak tydzień temu byłem na wykładzie prof. W. Ducha z mojego wydziału. Więc o postępach na kwantowym froncie jednak będę czytał.
-
Pomysł Boga-Wszechobserwatora przypomina mi myśl, o której pisał Dukaj w jednej z powieści - obserwacja ustala konkretny stan obiektu, co jednak, gdyby naszym układem jest Świat a obserwator też należy do układu? Nie cytuję dokładnie, ale z braku zewnętrznego obserwatora wszechświata wynikałaby ogólna jego nieokreśloność.