Fiksi ilmiah adalah konfirmasi nyata bahwa fisika dapat menarik tidak hanya bagi para ilmuwan, tetapi juga bagi orang-orang yang jauh dari laboratorium penelitian. Tentu saja, dalam buku dan film mereka tidak membicarakan teori-teori ilmiah, melainkan menyajikan fakta-fakta fisik dengan cara yang menghibur dan menarik. Dalam ulasan ini, selusin misteri dari bidang fisika yang belum bisa dijelaskan oleh para ilmuwan.

1. Sinar energi ultrahigh

Atmosfer bumi terus-menerus dibombardir oleh partikel berenergi tinggi dari luar angkasa yang disebut "sinar kosmik". Meskipun mereka tidak banyak merugikan manusia, fisikawan hanya terpesona oleh mereka. Pengamatan sinar kosmik telah mengajarkan banyak hal kepada para ilmuwan tentang astrofisika dan fisika partikel. Namun ada sinar yang tetap menjadi misteri hingga saat ini. Pada tahun 1962, selama percobaan Volcano Ranch, John D. Linsley dan Livio Scarsi melihat sesuatu yang luar biasa: sinar kosmik berenergi sangat tinggi dengan energi lebih dari 16 joule.

Untuk menjelaskan dengan jelas berapa banyak, kita dapat memberikan contoh berikut: satu joule adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengangkat sebuah apel dari lantai ke meja. Namun, semua energi ini terkonsentrasi dalam sebuah partikel yang seratus juta miliar kali lebih kecil dari sebuah apel. Fisikawan tidak tahu bagaimana partikel-partikel ini mendapatkan energi dalam jumlah yang luar biasa.

2. Model Inflasi Alam Semesta

Alam semesta sangat seragam dalam skala besar. Apa yang disebut "prinsip kosmologis" menyatakan bahwa ke mana pun Anda pergi di alam semesta, rata-rata, akan ada kira-kira jumlah materi yang sama di mana-mana. Tetapi teori Big Bang menunjukkan bahwa perbedaan besar dalam kepadatan pasti telah diamati pada saat alam semesta dimulai. Jadi, itu jauh lebih homogen daripada alam semesta saat ini.

Model inflasi menunjukkan bahwa alam semesta yang dilihat semua orang saat ini berasal dari volume kecil alam semesta awal. Volume kecil ini tiba-tiba dan berkembang pesat, jauh lebih cepat daripada pengembangan alam semesta hari ini. Secara kasar, itu tampak seperti balon yang tiba-tiba digelembungkan dengan udara. Meskipun ini menjelaskan mengapa alam semesta lebih homogen saat ini, fisikawan masih belum tahu apa yang menyebabkan "penggembungan" ini.

3. Energi gelap dan materi gelap

Ini adalah fakta yang menakjubkan: hanya sekitar 5 persen dari alam semesta yang terdiri dari apa yang dapat dilihat manusia. Beberapa dekade yang lalu, fisikawan memperhatikan bahwa bintang-bintang di tepi luar galaksi mengorbit pusat galaksi-galaksi itu lebih cepat dari yang diperkirakan.Untuk menjelaskan hal ini, para ilmuwan berspekulasi bahwa mungkin ada materi "gelap" tak terlihat di galaksi-galaksi ini yang menyebabkan bintang-bintang berputar lebih cepat. .

Setelah munculnya teori ini, pengamatan lebih lanjut tentang alam semesta yang mengembang membuat fisikawan menyimpulkan bahwa pasti ada materi gelap lima kali lebih banyak daripada apa pun yang dapat dilihat orang (yaitu materi biasa). Seiring dengan ini, para ilmuwan tahu bahwa perluasan alam semesta memang semakin cepat. Ini aneh, karena orang akan mengira bahwa tarikan gravitasi materi ("biasa" dan "gelap") akan memperlambat perluasan Alam Semesta.

Untuk menjelaskan apa yang menyeimbangkan gaya tarik gravitasi materi, para ilmuwan telah menyarankan keberadaan "energi gelap", yang berkontribusi pada perluasan alam semesta. Fisikawan percaya bahwa setidaknya 70 persen dari alam semesta dalam bentuk "energi gelap". Namun, hingga hari ini, partikel yang membentuk materi gelap dan medan yang membentuk energi gelap belum pernah diamati secara langsung di laboratorium. Faktanya, para ilmuwan tidak tahu apa-apa tentang 95 persen alam semesta.

4. Jantung lubang hitam

Lubang hitam adalah salah satu objek paling terkenal dalam astrofisika. Mereka dapat digambarkan sebagai wilayah ruang-waktu dengan medan gravitasi yang begitu kuat sehingga cahaya pun tidak dapat menembusnya dari dalam. Sejak Albert Einstein membuktikan dalam teorinya tentang relativitas umum bahwa gravitasi "melengkungkan" ruang dan waktu, para ilmuwan telah mengetahui bahwa cahaya tidak kebal terhadap efek gravitasi.

Faktanya, teori Einstein terbukti selama gerhana matahari, yang menunjukkan bahwa gravitasi matahari membelokkan sinar cahaya dari bintang-bintang yang jauh. Sejak itu, banyak lubang hitam telah diamati, termasuk yang besar di pusat galaksi kita. Namun misteri apa yang terjadi di jantung lubang hitam masih belum terpecahkan.

Beberapa fisikawan percaya bahwa mungkin ada "singularitas" - titik kepadatan tak terbatas dengan beberapa massa terkonsentrasi di ruang yang sangat kecil. Namun, masih ada diskusi tentang apakah informasi hilang di dalam lubang hitam, yang menyerap semua partikel dan radiasi. Meskipun radiasi Hawking berasal dari lubang hitam, itu tidak mengandung informasi tambahan tentang apa yang terjadi di dalam lubang hitam.

5. Kehidupan cerdas di luar Bumi

Orang-orang telah bermimpi tentang alien selama berabad-abad ketika mereka melihat langit malam dan bertanya-tanya apakah seseorang bisa tinggal di sana. Namun dalam beberapa dekade terakhir, banyak bukti telah ditemukan bahwa ini bukan hanya mimpi. Sebagai permulaan, exoplanet jauh lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya, dengan sebagian besar bintang memiliki sistem planet. Diketahui juga bahwa jarak waktu antara saat kehidupan muncul di Bumi dan saat kehidupan cerdas muncul sangat kecil. Apakah ini berarti bahwa kehidupan pasti telah terbentuk di banyak tempat.

Jika demikian, maka kita perlu menjawab "paradoks Fermi" yang terkenal: mengapa orang belum melakukan kontak dengan alien. Mungkin hidup itu biasa, tapi kehidupan cerdas jarang terjadi. Mungkin setelah beberapa saat semua peradaban memutuskan untuk tidak berkomunikasi dengan bentuk kehidupan lain. Mungkin mereka hanya tidak ingin berbicara dengan orang lain. Atau, anehnya, mungkin itu menunjukkan bahwa banyak peradaban asing menghancurkan diri mereka sendiri tak lama setelah mereka menjadi cukup maju secara teknologi untuk berkomunikasi.

6. Bepergian lebih cepat dari kecepatan cahaya

Sejak Einstein mengubah semua fisika dengan teori relativitas khususnya, fisikawan telah yakin bahwa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Faktanya, teori relativitas mengatakan bahwa ketika massa apa pun bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, maka ini membutuhkan energi yang sangat besar. Ini terlihat dalam sinar kosmik energi ultra-tinggi yang disebutkan sebelumnya. Mereka memiliki energi yang luar biasa relatif terhadap ukurannya, tetapi mereka juga tidak bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Hampir tidak membatasi kecepatan cahaya juga dapat menjelaskan mengapa komunikasi dari peradaban asing tidak mungkin terjadi. Jika mereka juga dibatasi oleh faktor ini, maka sinyalnya dapat berlangsung selama ribuan tahun. Pada tahun 2011, percobaan OPERA menghasilkan hasil awal yang menunjukkan bahwa neutrino bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya.

Kemudian, para peneliti melihat beberapa kesalahan dalam pengaturan eksperimental mereka, yang mengkonfirmasi bahwa hasilnya salah. Bagaimanapun, jika ada cara untuk mentransfer materi atau informasi lebih cepat dari kecepatan cahaya, itu pasti akan mengubah dunia.

7. Cara menggambarkan turbulensi

Jika kembali dari luar angkasa ke Bumi, ternyata dalam kehidupan sehari-hari ada banyak hal yang sulit dipahami. Untuk contoh paling sederhana, Anda tidak perlu pergi jauh - Anda dapat membuka keran di rumah. Jika tidak dibuka penuh, maka air akan mengalir dengan lancar (ini disebut "aliran laminar"). Tetapi jika Anda membuka keran sepenuhnya, maka air akan mulai mengalir tidak merata dan memercik. Ini adalah contoh paling sederhana dari turbulensi. Dalam banyak hal, turbulensi masih merupakan masalah yang belum terpecahkan dalam fisika.

8. Superkonduktor suhu kamar

Superkonduktor adalah salah satu perangkat dan teknologi terpenting yang pernah ditemukan manusia. Ini adalah jenis bahan khusus. Ketika suhu turun cukup rendah, hambatan listrik material turun menjadi nol. Ini berarti bahwa adalah mungkin untuk mendapatkan arus yang besar setelah menerapkan tegangan kecil ke superkonduktor.

Secara teoritis, arus listrik dapat mengalir dalam kawat superkonduktor selama miliaran tahun tanpa disipasi karena tidak ada hambatan terhadap arusnya. Dalam kabel dan kabel biasa modern, sebagian besar daya hilang karena hambatan. Superkonduktor dapat mengurangi kerugian ini menjadi nol.

Ada satu masalah - bahkan superkonduktor suhu tinggi harus didinginkan hingga minus 140 derajat Celcius sebelum mereka mulai menunjukkan sifat luar biasa mereka. Pendinginan ke suhu rendah seperti itu biasanya membutuhkan nitrogen cair atau yang serupa. Oleh karena itu sangat mahal. Banyak fisikawan di seluruh dunia mencoba membuat superkonduktor yang dapat beroperasi pada suhu kamar.

9. Materi dan antimateri

Dalam arti tertentu, orang masih tidak tahu mengapa sesuatu ada sama sekali. Untuk setiap partikel, ada partikel "berlawanan", yang disebut antipartikel. Jadi untuk elektron ada positron, untuk proton ada antiproton, dan seterusnya. Jika sebuah partikel menyentuh antipartikelnya, mereka akan musnah dan berubah menjadi radiasi.

Tidak mengherankan, antimateri sangat langka, karena semuanya akan musnah begitu saja. Kadang-kadang muncul dalam sinar kosmik. Juga, para ilmuwan dapat membuat antimateri dalam akselerator partikel, tetapi biayanya triliunan dolar per gram. Namun, secara umum, antimateri (menurut para ilmuwan) sangat langka di alam semesta kita. Mengapa demikian adalah sebuah misteri yang nyata.

Hanya saja tidak ada yang tahu mengapa Alam Semesta kita didominasi oleh materi dan bukan antimateri, karena setiap proses yang diketahui yang mengubah energi (radiasi) menjadi materi menghasilkan jumlah materi dan antimateri yang sama. Teori Wilder menunjukkan bahwa mungkin ada seluruh wilayah alam semesta yang didominasi oleh antimateri.

10. Teori terpadu

Pada abad ke-20, dua teori besar dikembangkan yang menjelaskan banyak hal dalam fisika. Salah satunya adalah mekanika kuantum, yang menjelaskan secara rinci bagaimana partikel subatomik kecil berperilaku dan berinteraksi. Mekanika kuantum dan model standar fisika partikel telah menjelaskan tiga dari empat gaya fisik di alam: elektromagnetisme dan gaya nuklir kuat dan lemah.

Teori besar lainnya adalah teori relativitas umum Einstein, yang menjelaskan gravitasi. Dalam relativitas umum, gravitasi terjadi ketika kehadiran massa membelokkan ruang dan waktu, menyebabkan partikel mengikuti jalur melengkung tertentu. Ini bisa menjelaskan hal-hal yang terjadi pada skala termegah - pembentukan galaksi dan bintang. Hanya ada satu masalah. Kedua teori tersebut tidak cocok.

Para ilmuwan tidak dapat menjelaskan gravitasi dengan cara yang masuk akal dalam mekanika kuantum, dan relativitas umum tidak termasuk efek mekanika kuantum. Sejauh yang bisa dikatakan, kedua teori itu benar. Tapi sepertinya mereka tidak bekerja sama. Fisikawan telah lama bekerja pada beberapa solusi yang dapat mendamaikan kedua teori tersebut. Ini disebut Grand Unified Theory atau hanya The Theory of Everything. Pencarian berlanjut.

Dan sebagai kelanjutan dari topik, kami telah mengumpulkan lebih banyak.

Sekarang yang paling menarik. Gambarnya menjadi lebih rumit, tetapi Anda tidak perlu takut. Semuanya sangat sederhana. Mari kita letakkan cermin tembus pandang di depan detektor (3) dan (4), seperti yang kita gunakan di awal. Selanjutnya, mari kirimkan foton yang dipantulkan ke cermin tembus cahaya lainnya (di sebelah kiri sumber dalam diagram). Sebuah foton "idle" melewati cermin semitransparan dengan probabilitas 50% dan memasuki detektor (3) atau (4) ATAU, dengan probabilitas 50% dipantulkan dari PS, mengenai PS di sebelah kiri dan masuk dengan probabilitas 50% menjadi (5) atau dari 50% pada 6). Jika foton "idle" menabrak detektor (3) atau (4), kita tahu bahwa foton asli lewat dari atas atau bawah, berturut-turut. Sebaliknya, jika detektor (5) atau (6) ditembakkan, kita tidak tahu jalur mana yang diambil foton. Saya tekankan sekali lagi - ketika (3) atau (4) dipicu, kami memiliki informasi di jalur mana foton pergi. Ketika (5) atau (6) dipicu, tidak ada informasi seperti itu. Dengan skema yang rumit ini, kami menghapus informasi tentang jalur mana yang diambil foton.

Sekarang hasil yang paling menakjubkan - jika Anda memilih di layar titik-titik yang muncul saat (3) atau (4) dipicu - tidak ada gangguan, tetapi jika Anda memilih subset poin yang diperoleh saat (5) atau (6 ) dipicu, maka mereka membentuk pola interferensi! Pertimbangkan hasil ini sejenak: foton tidak peduli jika kita "menyentuhnya" atau tidak selama percobaan. Dengan bantuan konverter turun, kami mendapatkan informasi potensial tentang ke mana perginya foton. Jika disadari (detektor (3) atau (4)) - gambar dihancurkan, tetapi jika kami menghapusnya dengan hati-hati (detektor (5) atau (6) berfungsi), maka kami berhasil membujuk foton untuk ikut campur. Interferensi dihancurkan bukan oleh intrusi mekanis ke dalam eksperimen, tetapi oleh kehadiran informasi. Para ilmuwan mengklaim bahwa eksperimen semacam itu dilakukan tidak hanya dengan foton, elektron, tetapi juga dengan seluruh molekul.

Hukum dunia kita sangat aneh dan terkadang kontra-intuitif. Pada tingkat makroskopik, mungkin tampak bahwa kurang lebih semuanya jelas. Tapi begitu kita mulai berurusan dengan partikel elementer, seluruh pengalaman kita sehari-hari runtuh. Dan apa yang menanti kita dalam skala Planck, bahkan penulis fiksi ilmiah paling berani pun tidak dapat membayangkannya.

Diketahui bahwa sampai akhir hayatnya, Albert Einstein tidak menerima mekanika kuantum dengan proses ketidakpastian, stokastik, acak, dan kacau. Penolakan ini diungkapkan dalam ungkapan Einstein: "Tuhan tidak bermain dadu" dan "Apakah Bulan ada hanya karena seekor tikus melihatnya?". Itu. Einstein berdiri pada posisi yang jelas dari determinisme fisik, termasuk proses kuantum. Einstein hanya percaya bahwa fisikawan belum menemukan konstanta yang mempengaruhi perilaku partikel kuantum.

P.S.: Eksperimen ini sama sekali bukan mental, tetapi cukup nyata dan dilakukan, meskipun terlihat lebih rumit dan lebih rumit daripada yang saya jelaskan di sini.

Tidak seorang pun di dunia ini yang memahami mekanika kuantum - ini adalah hal utama yang perlu Anda ketahui tentangnya. Ya, banyak fisikawan telah belajar menggunakan hukumnya dan bahkan memprediksi fenomena menggunakan perhitungan kuantum. Namun masih belum jelas mengapa kehadiran seorang pengamat menentukan nasib sistem dan memaksanya membuat pilihan yang berpihak pada satu negara. "Teori dan Praktik" memilih contoh eksperimen, yang hasilnya pasti dipengaruhi oleh pengamat, dan mencoba mencari tahu apa yang akan dilakukan mekanika kuantum dengan gangguan kesadaran semacam itu dalam realitas material.

Kucing Shroedinger

Saat ini ada banyak interpretasi mekanika kuantum, yang paling populer tetap yang Kopenhagen. Ketentuan utamanya dirumuskan pada tahun 1920-an oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg. Dan istilah sentral dari interpretasi Kopenhagen adalah fungsi gelombang - fungsi matematika yang berisi informasi tentang semua kemungkinan keadaan sistem kuantum di mana ia berada secara bersamaan.

Menurut interpretasi Kopenhagen, hanya pengamatan yang dapat secara akurat menentukan keadaan sistem, membedakannya dari yang lain (fungsi gelombang hanya membantu menghitung secara matematis kemungkinan mendeteksi sistem dalam keadaan tertentu). Kita dapat mengatakan bahwa setelah pengamatan, sistem kuantum menjadi klasik: ia langsung berhenti hidup berdampingan di banyak keadaan sekaligus mendukung salah satunya.

Pendekatan ini selalu memiliki lawan (ingat, misalnya, "Tuhan tidak bermain dadu" oleh Albert Einstein), tetapi keakuratan perhitungan dan prediksi mengambil korbannya. Namun, dalam beberapa tahun terakhir semakin sedikit pendukung interpretasi Kopenhagen, dan tidak sedikit alasan untuk ini adalah keruntuhan seketika yang sangat misterius dari fungsi gelombang selama pengukuran. Eksperimen pemikiran terkenal Erwin Schrödinger dengan kucing malang itu hanya dirancang untuk menunjukkan absurditas fenomena ini.

Jadi, kami mengingat isi percobaan. Seekor kucing hidup, ampul racun, dan beberapa mekanisme yang dapat membuat racun beraksi secara acak ditempatkan di kotak hitam. Misalnya, satu atom radioaktif, peluruhannya akan merusak ampul. Waktu pasti peluruhan atom tidak diketahui. Hanya waktu paruh yang diketahui: waktu selama peluruhan akan terjadi dengan probabilitas 50%.

Ternyata bagi pengamat luar, kucing di dalam kotak itu ada dalam dua keadaan sekaligus: ia hidup, jika semuanya berjalan dengan baik, atau mati, jika pembusukan telah terjadi dan ampulnya pecah. Kedua keadaan ini dijelaskan oleh fungsi gelombang kucing, yang berubah seiring waktu: semakin jauh, semakin besar kemungkinan peluruhan radioaktif telah terjadi. Tapi begitu kotak dibuka, fungsi gelombang runtuh dan kita langsung melihat hasil percobaan flayer.

Ternyata sampai pengamat membuka kotak itu, kucing akan selamanya seimbang di perbatasan antara hidup dan mati, dan hanya tindakan pengamat yang akan menentukan nasibnya. Inilah absurditas yang ditunjukkan Schrödinger.

Difraksi elektron

Menurut survei fisikawan terkemuka yang dilakukan oleh The New York Times, percobaan dengan difraksi elektron, yang dibuat pada tahun 1961 oleh Klaus Jenson, menjadi salah satu yang paling indah dalam sejarah sains. Apa esensinya?

Ada sumber yang memancarkan aliran elektron menuju pelat layar-fotografi. Dan ada hambatan di jalan elektron ini - pelat tembaga dengan dua celah. Gambar seperti apa di layar yang dapat diharapkan jika kita menyatakan elektron hanya sebagai bola bermuatan kecil? Dua pita menyala di seberang celah.

Pada kenyataannya, pola garis-garis hitam dan putih yang jauh lebih kompleks muncul di layar. Faktanya adalah bahwa ketika melewati celah, elektron mulai berperilaku tidak seperti partikel, tetapi seperti gelombang (seperti foton, partikel cahaya, dapat secara bersamaan menjadi gelombang). Kemudian gelombang-gelombang ini berinteraksi di ruang angkasa, di suatu tempat melemah, dan di suatu tempat saling memperkuat, dan sebagai hasilnya, gambar kompleks garis-garis terang dan gelap muncul di layar.

Dalam hal ini, hasil percobaan tidak berubah, dan jika elektron dilewatkan melalui celah tidak dalam aliran kontinu, tetapi satu per satu, bahkan satu partikel dapat secara bersamaan menjadi gelombang. Bahkan satu elektron dapat melewati dua celah pada saat yang sama (dan ini adalah ketentuan penting lainnya dari interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum - objek dapat secara bersamaan menampilkan sifat material "biasa" dan sifat gelombang eksotisnya).

Tapi bagaimana dengan pengamat? Terlepas dari kenyataan bahwa dengan dia, cerita yang sudah rumit menjadi lebih rumit. Ketika, dalam eksperimen semacam itu, fisikawan mencoba memperbaiki dengan bantuan instrumen yang melaluinya celah elektron benar-benar lewat, gambar di layar berubah secara dramatis dan menjadi "klasik": dua area yang diterangi di seberang celah dan tidak ada garis-garis yang bergantian.

Elektron tampaknya tidak ingin menunjukkan sifat gelombangnya di bawah tatapan pengamat. Disesuaikan dengan keinginan naluriahnya untuk melihat gambaran yang sederhana dan mudah dipahami. Mistik? Ada penjelasan yang jauh lebih sederhana: tidak ada pengamatan sistem yang dapat dilakukan tanpa dampak fisik terhadapnya. Tapi kita akan kembali ke ini nanti.

Fullerene yang dipanaskan

Eksperimen difraksi partikel dilakukan tidak hanya pada elektron, tetapi juga pada objek yang jauh lebih besar. Misalnya, fullerene adalah molekul besar dan tertutup yang terdiri dari puluhan atom karbon (misalnya, fullerene yang terdiri dari enam puluh atom karbon sangat mirip bentuknya dengan bola sepak: bola berongga yang dijahit dari lima dan segi enam).

Baru-baru ini sebuah kelompok di Universitas Wina, yang dipimpin oleh Profesor Zeilinger, telah mencoba memasukkan elemen observasi ke dalam eksperimen semacam itu. Untuk melakukan ini, mereka menyinari molekul fullerene yang bergerak dengan sinar laser. Setelah itu, dipanaskan oleh pengaruh eksternal, molekul-molekul mulai bersinar dan dengan demikian tak terelakkan mengungkapkan tempatnya di ruang angkasa bagi pengamat.

Seiring dengan inovasi ini, perilaku molekul juga berubah. Sebelum dimulainya pengawasan total, fullerene cukup berhasil melewati rintangan (menunjukkan sifat gelombang) seperti elektron dari contoh sebelumnya yang melewati layar buram. Tetapi kemudian, dengan munculnya pengamat, fullerene menjadi tenang dan mulai berperilaku seperti partikel materi yang sepenuhnya mematuhi hukum.

Dimensi pendinginan

Salah satu hukum paling terkenal dari dunia kuantum adalah prinsip ketidakpastian Heisenberg: tidak mungkin untuk secara bersamaan menentukan posisi dan kecepatan objek kuantum. Semakin akurat kita mengukur momentum suatu partikel, semakin kurang akurat kita dapat mengukur posisinya. Tetapi operasi hukum kuantum, yang beroperasi pada tingkat partikel kecil, biasanya tidak terlihat di dunia objek makro besar kita.

Oleh karena itu, percobaan terbaru dari kelompok Profesor Schwab dari Amerika Serikat semuanya lebih berharga, di mana efek kuantum ditunjukkan tidak pada tingkat elektron yang sama atau molekul fullerene (diameter karakteristiknya sekitar 1 nm), tetapi pada tingkat yang sama. objek yang sedikit lebih nyata - strip aluminium kecil.

Strip ini dipasang di kedua sisi sehingga bagian tengahnya dalam keadaan ditangguhkan dan dapat bergetar di bawah pengaruh eksternal. Selain itu, di sebelah strip ada perangkat yang mampu merekam posisinya dengan akurasi tinggi.

Hasilnya, para peneliti menemukan dua efek menarik. Pertama, setiap pengukuran posisi objek, pengamatan strip tidak lulus tanpa jejak - setelah setiap pengukuran, posisi strip berubah. Secara kasar, para peneliti menentukan koordinat strip dengan sangat akurat dan dengan demikian, menurut prinsip Heisenberg, mengubah kecepatannya, dan karenanya posisi berikutnya.

Kedua, yang sudah cukup tak terduga, beberapa pengukuran juga menyebabkan pendinginan strip. Ternyata pengamat hanya bisa mengubah ciri fisik benda dengan kehadirannya. Kedengarannya benar-benar luar biasa, tetapi untuk kredit para fisikawan, katakanlah bahwa mereka tidak bingung - sekarang kelompok Profesor Schwab sedang memikirkan bagaimana menerapkan efek yang ditemukan untuk mendinginkan sirkuit elektronik.

Partikel beku

Seperti yang Anda ketahui, partikel radioaktif yang tidak stabil meluruh di dunia tidak hanya demi eksperimen pada kucing, tetapi juga dengan sendirinya. Selain itu, setiap partikel dicirikan oleh masa hidup rata-rata, yang ternyata dapat meningkat di bawah pandangan pengamat.

Efek kuantum ini pertama kali diprediksi pada tahun 1960-an, dan konfirmasi eksperimentalnya yang brilian muncul dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 2006 oleh kelompok peraih Nobel dalam bidang fisika Wolfgang Ketterle dari Massachusetts Institute of Technology.

Dalam karya ini, kami mempelajari peluruhan atom rubidium tereksitasi yang tidak stabil (meluruh menjadi atom rubidium dalam keadaan dasar dan foton). Segera setelah persiapan sistem, eksitasi atom mulai diamati - mereka diterangi oleh sinar laser. Dalam hal ini, pengamatan dilakukan dalam dua mode: terus menerus (pulsa cahaya kecil terus-menerus dimasukkan ke dalam sistem) dan berdenyut (sistem disinari dengan pulsa yang lebih kuat dari waktu ke waktu).

Hasil yang diperoleh sangat sesuai dengan prediksi teoritis. Efek cahaya eksternal benar-benar memperlambat peluruhan partikel, seolah-olah mengembalikannya ke aslinya, jauh dari keadaan peluruhan. Dalam hal ini, besarnya efek untuk kedua rezim yang dipelajari juga bertepatan dengan prediksi. Dan umur maksimum atom rubidium tereksitasi tidak stabil diperpanjang 30 kali.

Mekanika kuantum dan kesadaran

Elektron dan fullerene berhenti menunjukkan sifat gelombangnya, pelat aluminium mendingin, dan partikel yang tidak stabil membeku dalam peluruhannya: di bawah tatapan mahakuasa seorang pengamat, dunia sedang berubah. Apa yang bukan bukti keterlibatan pikiran kita dalam pekerjaan dunia sekitar? Jadi mungkin Carl Jung dan Wolfgang Pauli (fisikawan Austria, pemenang Nobel, salah satu pelopor mekanika kuantum) benar ketika mereka mengatakan bahwa hukum fisika dan kesadaran harus dianggap saling melengkapi?

Tapi jadi hanya ada satu langkah tersisa untuk pengakuan kewajiban: seluruh dunia di sekitar adalah inti dari pikiran kita. Menakutkan? (“Apakah Anda benar-benar berpikir bahwa Bulan hanya ada ketika Anda melihatnya?” Einstein mengomentari prinsip-prinsip mekanika kuantum). Kemudian mari kita coba lagi untuk beralih ke fisikawan. Selain itu, dalam beberapa tahun terakhir mereka semakin tidak senang dengan interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum dengan keruntuhan misterius gelombang fungsi, yang digantikan oleh istilah lain yang cukup biasa dan andal - dekoherensi.

Begini masalahnya - dalam semua eksperimen yang dijelaskan dengan pengamatan, para peneliti pasti memengaruhi sistem. Itu diterangi dengan laser, alat pengukur dipasang. Dan ini adalah prinsip umum yang sangat penting: Anda tidak dapat mengamati suatu sistem, mengukur sifat-sifatnya tanpa berinteraksi dengannya. Dan di mana ada interaksi, ada perubahan sifat. Terutama ketika raksasa objek kuantum berinteraksi dengan sistem kuantum kecil. Jadi kenetralan Buddhis yang abadi dari pengamat tidak mungkin.

Inilah tepatnya yang menjelaskan istilah "dekoherensi" - proses ireversibel dari sudut pandang melanggar sifat kuantum suatu sistem ketika berinteraksi dengan sistem besar lainnya. Selama interaksi seperti itu, sistem kuantum kehilangan fitur aslinya dan menjadi klasik, "mematuhi" sistem besar. Ini menjelaskan paradoks dengan kucing Schrödinger: kucing adalah sistem yang sangat besar sehingga tidak dapat diisolasi dari dunia. Pengaturan eksperimen pemikiran itu sendiri tidak sepenuhnya benar.

Bagaimanapun, dibandingkan dengan kenyataan sebagai tindakan penciptaan kesadaran, dekoherensi terdengar jauh lebih tenang. Bahkan mungkin terlalu tenang. Bagaimanapun, dengan pendekatan ini, seluruh dunia klasik menjadi satu efek dekoherensi yang besar. Dan menurut penulis salah satu buku paling serius di bidang ini, pernyataan seperti "tidak ada partikel di dunia" atau "tidak ada waktu pada tingkat fundamental" juga secara logis mengikuti dari pendekatan semacam itu.

Pengamat kreatif atau dekoherensi mahakuasa? Anda harus memilih di antara dua kejahatan. Tapi ingat - sekarang para ilmuwan menjadi semakin yakin bahwa efek kuantum yang sangat terkenal mendasari proses berpikir kita. Jadi di mana pengamatan berakhir dan kenyataan dimulai - kita masing-masing harus memilih.

3) Dan karena ini adalah teori kuantum, ruang-waktu dapat melakukan semua ini pada waktu yang sama. Itu secara bersamaan dapat menciptakan alam semesta bayi dan tidak menciptakannya.

Kain ruang-waktu mungkin bukan kain sama sekali, tetapi mungkin terdiri dari komponen-komponen terpisah yang bagi kita hanya tampak sebagai kain kontinu pada skala makroskopik besar.

4) Dalam sebagian besar pendekatan gravitasi kuantum, ruang-waktu bukanlah hal mendasar, tetapi terdiri dari sesuatu yang lain. Ini bisa berupa string, loop, qubit, atau varian "atom" ruang-waktu yang muncul dalam pendekatan materi terkondensasi. Komponen terpisah dapat dibongkar hanya dengan menggunakan energi tertinggi, jauh melebihi yang tersedia bagi kita di Bumi.

5) Dalam beberapa pendekatan dengan materi terkondensasi, ruang-waktu memiliki sifat benda padat atau cair, yaitu dapat elastis atau kental. Jika memang demikian, konsekuensi yang dapat diamati tidak dapat dihindari. Fisikawan saat ini sedang mencari jejak efek serupa pada partikel yang bergerak, yaitu cahaya atau elektron yang mencapai kita dari luar angkasa.

Animasi skema dari seberkas cahaya kontinu yang dihamburkan oleh prisma. Dalam beberapa pendekatan gravitasi kuantum, ruang dapat bertindak sebagai media dispersi untuk panjang gelombang cahaya yang berbeda.

6) Ruang-waktu dapat mempengaruhi bagaimana cahaya melewatinya. Mungkin tidak sepenuhnya transparan, atau cahaya dengan warna berbeda dapat merambat dengan kecepatan berbeda. Jika ruang-waktu kuantum memengaruhi perambatan cahaya, hal ini juga dapat diamati dalam eksperimen mendatang.

7) Fluktuasi dalam ruang-waktu dapat merusak kemampuan cahaya dari sumber yang jauh untuk menciptakan pola interferensi. Efek ini dicari dan tidak ditemukan, setidaknya dalam rentang yang terlihat.

Cahaya yang melewati dua celah tebal (atas), dua celah tipis (tengah), atau satu celah tebal (bawah) menunjukkan interferensi, yang menunjukkan sifat gelombangnya. Tetapi dalam gravitasi kuantum, beberapa sifat interferensi yang diharapkan mungkin tidak mungkin.

8) Di daerah kelengkungan yang kuat, waktu bisa berubah menjadi ruang. Ini bisa terjadi, misalnya, di dalam lubang hitam atau selama big bang. Dalam hal ini, ruang-waktu yang kita kenal dengan tiga ruang dan dimensi dan satu waktu dapat berubah menjadi ruang "Euclidean" empat dimensi.

Menghubungkan dua tempat berbeda dalam ruang atau waktu melalui lubang cacing hanya merupakan ide teoretis, tetapi tidak hanya menarik, tetapi juga tak terhindarkan dalam gravitasi kuantum.

Ruang-waktu dapat secara non-lokal terhubung ke lubang cacing kecil yang menembus seluruh alam semesta. Hubungan non-lokal tersebut harus ada pada semua pendekatan yang struktur dasarnya tidak geometris, seperti graf atau jaringan. Hal ini disebabkan fakta bahwa dalam kasus seperti itu konsep "kedekatan" tidak akan mendasar, tetapi tersirat dan tidak sempurna, sehingga daerah-daerah terpencil dapat terhubung secara acak.

10) Mungkin untuk menyatukan teori kuantum dengan gravitasi, kita tidak perlu memperbarui gravitasi, tetapi teori kuantum itu sendiri. Jika demikian, konsekuensinya akan jauh jangkauannya. Karena teori kuantum adalah inti dari semua perangkat elektronik, revisinya akan membuka kemungkinan yang sama sekali baru.

Meskipun gravitasi kuantum sering dipandang sebagai ide teoritis murni, ada banyak kemungkinan untuk verifikasi eksperimental. Kita semua melakukan perjalanan melalui ruang-waktu setiap hari. Pemahamannya dapat mengubah hidup kita.

Misteri fisika kuantum juga dapat dikaitkan dengan jumlah artefak yang tidak diketahui dari struktur modern dunia. Konstruksi gambaran mekanis dari ruang sekitarnya tidak dapat diselesaikan, hanya mengandalkan pengetahuan tradisional teori fisika klasik. Selain teori fisika klasik, pandangan tentang organisasi struktur realitas fisik, sangat dipengaruhi oleh teori medan elektromagnetik, yang pertama kali dibangun oleh Maxwell. Dapat dikatakan bahwa pada saat itulah tahap pendekatan kuantum dalam fisika modern diletakkan.

Itu terhubung, tahap baru dalam pembentukan teori kuantum, dan, dengan komunitas ilmiah yang mengejutkan, karya penelitian fisikawan eksperimental terkenal - Max Planck. Dorongan utama untuk pengembangan fisika kuantum dimulai dan ditandai dengan upaya untuk memecahkan masalah ilmiah, studi gelombang elektromagnetik.

Konsep klasik tentang esensi fisik suatu zat tidak memungkinkan untuk membenarkan perubahan banyak sifat selain sifat mekanik. Substansi yang diselidiki tidak mematuhi hukum fisika klasik, ini menimbulkan masalah baru untuk penelitian dan penelitian ilmiah yang dipaksakan.

Planck berangkat dari interpretasi klasik teori ilmiah, yang tidak sepenuhnya mencerminkan realitas fenomena yang terjadi, menawarkan visinya sendiri dan berhipotesis tentang diskrit radiasi energi oleh atom-atom materi. Pendekatan ini memungkinkan untuk menyelesaikan banyak titik henti dari teori klasik elektromagnetisme. Kesinambungan proses yang mendasari representasi hukum fisika tidak memungkinkan untuk membuat perhitungan, tidak hanya dengan kesalahan kompromi, tetapi kadang-kadang tidak mencerminkan esensi dari fenomena tersebut.

Teori kuantum Planck, yang menurutnya menyatakan bahwa atom mampu memancarkan energi elektromagnetik hanya dalam bagian-bagian yang terpisah, dan tidak, seperti yang dinyatakan sebelumnya, tentang kesinambungan proses, memungkinkan untuk menggeser perkembangan fisika sebagai teori kuantum. dari proses. Teori sel darah menyatakan bahwa energi terus-menerus dipancarkan, dan ini adalah kontradiksi utama.

Namun, misteri fisika kuantum tetap belum dijelajahi sampai ke dasarnya. Hanya saja eksperimen Planck memungkinkan untuk mengembangkan gagasan tentang kompleksitas struktur dunia di sekitarnya dan organisasi materi, tetapi tidak memungkinkan kita untuk akhirnya membuat titik "dan". Fakta ketidaklengkapan ini memungkinkan bahkan sekarang untuk terus bekerja pada pengembangan penelitian kuantum teoretis oleh para ilmuwan zaman kita.

Lebih banyak artikel tentang topik ini:

• 9 April 2012 -- (0)
  Einstein, mencoba untuk membandingkan ketidaksepakatan dalam dasar-dasar mekanika klasik, sampai pada kesimpulan bahwa prinsip-prinsip fisika kuantum lainnya perlu disetujui, berdasarkan keteguhan kecepatan cahaya dan ...
• 26 Maret 2012 -- (2)
  Suatu hari cadangan minyak dan logam di planet kita akan habis dan kita harus mencari sumber makanan alami lainnya untuk peradaban kita. Dan kemudian organisasi biologis dapat membantu kami ...
• 11 Maret 2012 -- (4)
  Bangunan ini adalah lingkaran tertutup panel fotovoltaik raksasa. Panjangnya kurang lebih 11.000 kilometer dan lebarnya 400 kilometer. Para ilmuwan akan membangun...
• 11 April 2012 -- (0)
  Seperti yang Anda ketahui, Amerika menggelinding ke aspal wilayah yang sepadan dengan negara bagian Pennsylvania. Beberapa tahun yang lalu, bahkan dalam mimpi terliar kami, kami tidak dapat membayangkan bahwa alih-alih beton, kami dapat...