Science-fiction este o confirmare vie că fizica poate fi de interes nu numai pentru oamenii de știință, ci și pentru oamenii departe de laboratoarele de cercetare. Desigur, în cărți și film nu se vorbește despre teorii științifice, ci mai degrabă prezintă fapte fizice într-un mod distractiv și interesant. În această recenzie, o duzină de mistere din domeniul fizicii pe care oamenii de știință încă nu le-au explicat.
1. Raze de energii ultraînalte
Atmosfera Pământului este bombardată în mod constant de particule de înaltă energie din spațiu numite „raze cosmice”. Deși nu fac prea mult rău oamenilor, fizicienii sunt pur și simplu fascinați de ele. Observarea razelor cosmice i-a învățat pe oamenii de știință multe despre astrofizică și fizica particulelor. Dar există raze care rămân un mister până astăzi. În 1962, în timpul experimentului Volcano Ranch, John D. Linsley și Livio Scarsi au văzut ceva incredibil: o rază cosmică de ultra-înaltă energie cu o energie de peste 16 jouli.
Pentru a explica clar cât este aceasta, putem da următorul exemplu: un joule este cantitatea de energie necesară pentru a ridica un măr de pe podea pe masă. Toată această energie a fost concentrată, însă, într-o particulă de o sută de milioane de miliarde de ori mai mică decât un măr. Fizicienii nu au idee cum aceste particule obțin o cantitate atât de incredibilă de energie.
2. Modelul inflaționist al Universului
Universul este remarcabil de uniform la scară mare. Așa-numitul „principiu cosmologic” afirmă că oriunde te-ai duce în univers, în medie, va exista aproximativ aceeași cantitate de material peste tot. Dar teoria Big Bang sugerează că diferențe mari de densitate trebuie să fi fost observate în momentul în care a început universul. Astfel, a fost mult mai puțin omogen decât este universul astăzi.
Modelul inflaționist sugerează că universul pe care toată lumea îl vede astăzi provine dintr-un volum mic al universului timpuriu. Acest volum mic sa extins brusc și rapid, mult mai repede decât se extinde universul astăzi. În linii mari, părea că un balon a fost umflat brusc cu aer. În timp ce acest lucru explică de ce universul este mai omogen astăzi, fizicienii încă nu știu ce a cauzat această „balonare”.
3. Energia întunecată și materia întunecată
Este un fapt uimitor: doar aproximativ 5% din univers este alcătuit din ceea ce oamenii pot vedea. Cu zeci de ani în urmă, fizicienii au observat că stelele de la marginile exterioare ale galaxiilor orbitează în jurul centrului acelor galaxii mai repede decât se prevedea. Pentru a explica acest lucru, oamenii de știință au speculat că ar putea exista o materie „întunecată” invizibilă în aceste galaxii care a determinat stelele să se rotească mai repede. .
După apariția acestei teorii, observațiile ulterioare ale universului în expansiune i-au determinat pe fizicieni să concluzioneze că trebuie să existe de cinci ori mai multă materie întunecată decât orice poate vedea oamenii (adică materie obișnuită). Odată cu aceasta, oamenii de știință știu că expansiunea universului se accelerează într-adevăr. Acest lucru este ciudat, pentru că ne-am aștepta ca atracția gravitațională a materiei („obișnuită” și „întunecată”) să încetinească expansiunea Universului.
Pentru a explica ce echilibrează atracția gravitațională a materiei, oamenii de știință au sugerat existența „energiei întunecate”, care contribuie la expansiunea universului. Fizicienii cred că cel puțin 70% din univers este sub formă de „energie întunecată”. Cu toate acestea, până în prezent, particulele care alcătuiesc materia întunecată și câmpul care alcătuiește energia întunecată nu au fost niciodată observate direct în laborator. De fapt, oamenii de știință nu știu nimic despre 95% din univers.
4. Inima unei găuri negre
Găurile negre sunt unul dintre cele mai cunoscute obiecte din astrofizică. Ele pot fi descrise ca regiuni ale spațiu-timp cu câmpuri gravitaționale atât de puternice încât nici măcar lumina nu poate pătrunde din interior. De când Albert Einstein a demonstrat în teoria relativității generale că gravitația „deforma” spațiul și timpul, oamenii de știință au știut că lumina nu este imună la efectele gravitaționale.
De fapt, teoria lui Einstein a fost dovedită în timpul unei eclipse de soare, care a demonstrat că gravitația soarelui deviază razele de lumină de la stelele îndepărtate. De atunci, au fost observate multe găuri negre, inclusiv cea uriașă din centrul galaxiei noastre. Dar misterul a ceea ce se întâmplă în inima unei găuri negre este încă nerezolvat.
Unii fizicieni cred că poate exista o „singularitate” - un punct de densitate infinită cu o anumită masă concentrată într-un spațiu infinit de mic. Cu toate acestea, există încă discuții despre dacă informațiile se pierd în interiorul găurilor negre, care absorb toate particulele și radiațiile. Deși radiația Hawking provine din găurile negre, nu conține informații suplimentare despre ceea ce se întâmplă în interiorul găurii negre.
5. Viața inteligentă în afara Pământului
Oamenii visează la extratereștri de secole când se uită la cerul nopții și se întreabă dacă cineva ar putea trăi acolo. Dar în ultimele decenii, s-au găsit o mulțime de dovezi că acesta nu este doar un vis. Pentru început, exoplanetele sunt mult mai comune decât se credea anterior, majoritatea stelelor având sisteme planetare. De asemenea, se știe că decalajul de timp dintre momentul în care a apărut viața pe Pământ și când a apărut viața inteligentă este foarte mic. Înseamnă asta că viața trebuie să se fi format în multe locuri.
Dacă este așa, atunci trebuie să răspundem la faimosul „paradox Fermi”: de ce oamenii nu au luat încă contact cu extratereștrii. Poate că viața este obișnuită, dar viața inteligentă este rară. Poate că după un timp toate civilizațiile decid să nu comunice cu alte forme de viață. Poate că pur și simplu nu vor să vorbească cu oamenii. Sau, destul de ciudat, poate arată că multe civilizații extraterestre se autodistrug la scurt timp după ce devin suficient de avansate tehnologic pentru a comunica.
6. Călătorește mai repede decât viteza luminii
De când Einstein a schimbat toată fizica cu teoria sa specială a relativității, fizicienii au fost convinși că nimic nu poate călători mai repede decât viteza luminii. De fapt, teoria relativității spune că atunci când orice masă se mișcă cu o viteză apropiată de viteza luminii, atunci aceasta necesită o energie uriașă. Acest lucru se vede în razele cosmice de ultra-înaltă energie menționate mai devreme. Au o energie extraordinară în raport cu dimensiunea lor, dar nici nu călătoresc mai repede decât viteza luminii.
Limitarea cu greu a vitezei luminii poate explica, de asemenea, de ce este puțin probabilă comunicarea din partea civilizațiilor extraterestre. Dacă și ele sunt limitate de acest factor, atunci semnalele pot continua timp de mii de ani. În 2011, experimentul OPERA a produs rezultate preliminare care sugerează că neutrinii călătoresc mai repede decât viteza luminii.
Mai târziu, cercetătorii au observat unele erori în configurația lor experimentală, care au confirmat că rezultatele erau incorecte. În orice caz, dacă există vreo modalitate de a transfera materie sau informații mai repede decât viteza luminii, aceasta va schimba fără îndoială lumea.
7. Mod de a descrie turbulența
Dacă te întorci din spațiu pe Pământ, se dovedește că în viața de zi cu zi există multe lucruri greu de înțeles. Pentru cel mai simplu exemplu, nu trebuie să mergeți departe - puteți deschide un robinet acasă. Dacă nu îl deschideți complet, atunci apa va curge lin (acest lucru se numește „flux laminar”). Dar dacă deschideți complet robinetul, atunci apa va începe să curgă neuniform și să stropească. Acesta este cel mai simplu exemplu de turbulență. În multe privințe, turbulența este încă o problemă nerezolvată în fizică.
8. Superconductor la temperatura camerei
Supraconductorii sunt unul dintre cele mai importante dispozitive și tehnologii pe care oamenii le-au descoperit vreodată. Acesta este un tip special de material. Când temperatura scade suficient de scăzută, rezistența electrică a materialului scade la zero. Aceasta înseamnă că este posibil să se obțină un curent uriaș după aplicarea unei tensiuni mici la supraconductor.
Teoretic, curentul electric poate curge într-un fir supraconductor timp de miliarde de ani fără disipare, deoarece nu există rezistență la curentul său. În firele și cablurile obișnuite moderne, o parte semnificativă a puterii se pierde din cauza rezistenței. Supraconductorii ar putea reduce aceste pierderi la zero.
Există o problemă - chiar și supraconductorii de temperatură înaltă trebuie să fie răciți la minus 140 de grade Celsius înainte de a începe să-și arate proprietățile remarcabile. Răcirea la temperaturi atât de scăzute necesită de obicei azot lichid sau ceva similar. Prin urmare este foarte scump. Mulți fizicieni din întreaga lume încearcă să creeze un supraconductor care să poată funcționa la temperatura camerei.
9. Materia și antimateria
Într-un fel, oamenii încă nu știu de ce există ceva. Pentru fiecare particulă, există o particulă „opusă”, numită antiparticulă. Deci pentru electroni sunt pozitroni, pentru protoni sunt antiprotoni și așa mai departe. Dacă o particulă își atinge vreodată antiparticula, acestea se anihilează și se transformă în radiație.
Deloc surprinzător, antimateria este incredibil de rară, deoarece totul s-ar anihila pur și simplu. Uneori apare în raze cosmice. De asemenea, oamenii de știință pot produce antimaterie în acceleratoarele de particule, dar va costa trilioane de dolari per gram. Cu toate acestea, în general, antimateria este (conform oamenilor de știință) incredibil de rară în Universul nostru. De ce este așa este un adevărat mister.
Doar că nimeni nu știe de ce Universul nostru este dominat de materie și nu de antimaterie, pentru că fiecare proces cunoscut care schimbă energia (radiația) în materie produce aceeași cantitate de materie și antimaterie. Teoria lui Wilder sugerează că ar putea exista regiuni întregi ale universului dominate de antimaterie.
10. Teoria unificată
În secolul al XX-lea s-au dezvoltat două mari teorii care au explicat multe în fizică. Una dintre ele a fost mecanica cuantică, care a descris în detaliu cum se comportă și interacționează particulele mici, subatomice. Mecanica cuantică și modelul standard al fizicii particulelor au explicat trei dintre cele patru forțe fizice din natură: electromagnetismul și forțele nucleare puternice și slabe.
Cealaltă mare teorie a fost teoria generală a relativității a lui Einstein, care explică gravitația. În relativitatea generală, gravitația apare atunci când prezența masei îndoaie spațiul și timpul, determinând particulele să urmeze anumite căi curbe. Acest lucru ar putea explica lucruri care se întâmplă la cea mai mare scară - formarea galaxiilor și a stelelor. Există o singură problemă. Cele două teorii sunt incompatibile.
Oamenii de știință nu pot explica gravitația în moduri care au sens în mecanica cuantică, iar relativitatea generală nu include efectele mecanicii cuantice. Din câte se poate spune, ambele teorii sunt corecte. Dar nu par să lucreze împreună. Fizicienii lucrează de mult timp la o soluție care să poată reconcilia cele două teorii. Se numește Marea Teorie Unificată sau pur și simplu Teoria Totului. Căutarea continuă.
Și în continuarea subiectului, am adunat mai multe.
Acum cel mai interesant. Poza a devenit mai complicată, dar nu trebuie să vă fie frică. Totul este foarte simplu. Să punem o oglindă translucidă în fața detectorilor (3) și (4), ca ceea ce am folosit la început. Apoi, să trimitem fotonii reflectați către o altă oglindă translucidă (în stânga sursei din diagramă). Un foton „inactiv” cu o probabilitate de 50% trece printr-o oglindă semitransparentă și intră în detector (3) sau (4) SAU, cu o probabilitate de 50% se reflectă din PS, lovește PS din stânga și lovește cu o probabilitate de 50% în (5) sau de la 50% la 6). Dacă fotonul „inactiv” a lovit detectorul (3) sau (4), știm că fotonul original a trecut de sus, respectiv de jos. Dimpotrivă, dacă detectorul (5) sau (6) a declanșat, nu știm pe ce cale a luat fotonul. Subliniez încă o dată - când (3) sau (4) este declanșat, avem informații pe ce cale a mers fotonul. Când se declanșează (5) sau (6), nu există astfel de informații. Cu această schemă complicată, ștergem informațiile despre calea pe care a luat-o fotonul.
Acum, cel mai uluitor rezultat - dacă selectați pe ecran acele puncte care au apărut când au fost declanșate (3) sau (4) - nu există interferență, dar dacă selectați un subset de puncte care au fost obținute când (5) sau (6) ) a fost declanșat, apoi formează un model de interferență! Luați în considerare pentru un moment acest rezultat: fotonului nu îi pasă dacă îl „atingem” sau nu în timpul experimentului. Cu ajutorul convertoarelor în jos, obținem informații potențiale despre unde a mers fotonul. Dacă se realizează (detectorii (3) sau (4)) - imaginea este distrusă, dar dacă o ștergem cu grijă (detectorii (5) sau (6) funcționează), atunci reușim să convingem fotonul să interfereze. Interferența este distrusă nu de o intruziune mecanică în experiment, ci de prezența informațiilor. Oamenii de știință susțin că astfel de experimente au fost efectuate nu numai cu fotoni, electroni, ci și cu molecule întregi.
Legile lumii noastre sunt foarte ciudate și uneori contra-intuitive. La nivel macroscopic, poate părea că totul este clar mai mult sau mai puțin. Dar de îndată ce începem să avem de-a face cu particulele elementare, întreaga noastră experiență de zi cu zi se prăbușește. Și ceea ce ne așteaptă pe scara Planck, nici cei mai îndrăzneți scriitori de science-fiction nu își pot imagina.
Se știe că până la sfârșitul vieții, Albert Einstein nu a acceptat mecanica cuantică cu procesele ei incertitudini, stocastice, aleatorii și haotice. Această respingere a fost exprimată în frazele lui Einstein: „Dumnezeu nu joacă zaruri” și „Există Luna doar pentru că se uită un șoarece la ea?”. Acestea. Einstein a stat pe o poziție clară a determinismului fizic, inclusiv al proceselor cuantice. Einstein credea pur și simplu că fizicienii nu descoperiseră încă acele constante care afectează comportamentul particulelor cuantice.
P.S.: Acest experiment nu a fost deloc mental, ci destul de real și a fost realizat, deși părea mai complicat și mai complicat decât am descris aici.
Nimeni în lume nu înțelege mecanica cuantică - acesta este principalul lucru pe care trebuie să-l știi despre ea. Da, mulți fizicieni au învățat să-și folosească legile și chiar să prezică fenomene folosind calcule cuantice. Dar încă nu este clar de ce prezența unui observator determină soarta sistemului și îl obligă să facă o alegere în favoarea unui stat. „Teorii și practici” a selectat exemple de experimente, al căror rezultat este inevitabil influențat de observator și a încercat să descopere ce va face mecanica cuantică cu o astfel de interferență a conștiinței în realitatea materială.
Pisica lui Shroedinger
Astăzi există multe interpretări ale mecanicii cuantice, dintre care cea mai populară rămâne cea de la Copenhaga. Principalele sale prevederi au fost formulate în anii 1920 de Niels Bohr și Werner Heisenberg. Iar termenul central al interpretării de la Copenhaga a fost funcția de undă - o funcție matematică care conține informații despre toate stările posibile ale unui sistem cuantic în care se află simultan.
Conform interpretării de la Copenhaga, numai observația poate determina cu precizie starea sistemului, o poate distinge de restul (funcția de undă ajută doar la calcularea matematică a probabilității de detectare a sistemului într-o anumită stare). Putem spune că după observare, un sistem cuantic devine clasic: încetează instantaneu să coexiste în mai multe stări deodată în favoarea uneia dintre ele.
Această abordare a avut întotdeauna adversari (amintiți-vă, de exemplu, „Dumnezeu nu joacă zaruri” de Albert Einstein), dar acuratețea calculelor și a predicțiilor și-a luat tributul. Cu toate acestea, în ultimii ani, au existat din ce în ce mai puțini susținători ai interpretării de la Copenhaga și nu cel mai mic motiv pentru aceasta este prăbușirea instantanee foarte misterioasă a funcției de undă în timpul măsurării. Celebrul experiment de gândire al lui Erwin Schrödinger cu biata pisică a fost conceput doar pentru a arăta absurditatea acestui fenomen.
Așadar, ne amintim conținutul experimentului. O pisică vie, o fiolă de otravă și un mecanism care poate pune otrava în acțiune într-un moment aleatoriu sunt plasate într-o cutie neagră. De exemplu, un atom radioactiv, a cărui descompunere va sparge fiola. Momentul exact al dezintegrarii atomului este necunoscut. Se cunoaște doar timpul de înjumătățire: timpul în care se va produce degradarea cu o probabilitate de 50%.
Se dovedește că pentru un observator extern, pisica din interiorul cutiei există în două stări deodată: fie este vie, dacă totul merge bine, fie moartă, dacă s-a produs degradarea și fiola s-a rupt. Ambele stări sunt descrise de funcția de undă a pisicii, care se modifică în timp: cu cât mai departe, cu atât este mai probabil ca dezintegrarea radioactivă să fi avut deja loc. Dar, de îndată ce cutia este deschisă, funcția de undă se prăbușește și vedem imediat rezultatul experimentului dezvăluitor.
Se pare că până când observatorul deschide cutia, pisica se va echilibra pentru totdeauna la granița dintre viață și moarte și doar acțiunea observatorului îi va determina soarta. Aceasta este absurditatea pe care a subliniat-o Schrödinger.
Difracția electronilor
Potrivit unui sondaj al fizicienilor de seamă realizat de The New York Times, experimentul cu difracția electronilor, stabilit în 1961 de Klaus Jenson, a devenit unul dintre cele mai frumoase din istoria științei. Care este esența lui?
Există o sursă care emite un flux de electroni către placa ecran-fotografică. Și există un obstacol în calea acestor electroni - o placă de cupru cu două fante. La ce fel de imagine pe ecran ne putem aștepta dacă reprezentăm electronii ca doar bile mici încărcate? Două benzi iluminate opuse fantelor.
În realitate, pe ecran apare un model mult mai complex de dungi albe și negre alternative. Faptul este că atunci când trec prin fante, electronii încep să se comporte nu ca particule, ci ca unde (la fel ca fotonii, particulele de lumină, pot fi simultan unde). Apoi, aceste valuri interacționează în spațiu, undeva slăbind și undeva întărindu-se reciproc și, ca urmare, pe ecran apare o imagine complexă a dungilor luminoase și întunecate.
În acest caz, rezultatul experimentului nu se schimbă, iar dacă electronii trec prin fantă nu într-un flux continuu, ci unul câte unul, chiar și o particulă poate fi simultan o undă. Chiar și un electron poate trece prin două fante în același timp (și aceasta este o altă prevedere importantă a interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice - obiectele își pot afișa simultan atât proprietățile lor „obișnuite” ale materialelor, cât și proprietățile undelor exotice).
Dar ce rămâne cu observatorul? În ciuda faptului că cu el povestea deja complicată a devenit și mai complicată. Când, în astfel de experimente, fizicienii au încercat să repare cu ajutorul instrumentelor prin care fanta trece de fapt electronul, imaginea de pe ecran s-a schimbat dramatic și a devenit „clasică”: două zone iluminate opuse fantelor și fără dungi alternative.
Electronii nu păreau să vrea să-și arate natura ondulatorie sub privirea observatorului. Adaptat la dorința lui instinctivă de a vedea o imagine simplă și de înțeles. Mistic? Există o explicație mult mai simplă: nicio observare a sistemului nu poate fi efectuată fără impact fizic asupra acestuia. Dar vom reveni la asta puțin mai târziu.
Fullerenă încălzită
Experimentele privind difracția particulelor au fost efectuate nu numai pe electroni, ci și pe obiecte mult mai mari. De exemplu, fulerenele sunt molecule mari, închise, compuse din zeci de atomi de carbon (de exemplu, o fulerenă cu șaizeci de atomi de carbon este foarte asemănătoare ca formă cu o minge de fotbal: o sferă goală cusută din cinci și hexagoane).
Recent, un grup de la Universitatea din Viena, condus de profesorul Zeilinger, a încercat să introducă un element de observație în astfel de experimente. Pentru a face acest lucru, au iradiat molecule de fuleren în mișcare cu un fascicul laser. După aceea, încălzite de o influență externă, moleculele au început să strălucească și astfel și-au dezvăluit inevitabil locul în spațiu pentru observator.
Odată cu această inovație, s-a schimbat și comportamentul moleculelor. Înainte de începerea supravegherii totale, fulerenele au ocolit cu succes obstacole (au arătat proprietățile undei), cum ar fi electronii din exemplul anterior care trec printr-un ecran opac. Dar mai târziu, odată cu apariția observatorului, fulerenele s-au calmat și au început să se comporte ca niște particule de materie care respectă legea.
Dimensiunea de răcire
Una dintre cele mai faimoase legi ale lumii cuantice este principiul incertitudinii Heisenberg: este imposibil să se determine simultan poziția și viteza unui obiect cuantic. Cu cât măsurăm mai precis impulsul unei particule, cu atât mai puțin precis putem măsura poziția acesteia. Dar funcționarea legilor cuantice, care operează la nivelul particulelor minuscule, este de obicei imperceptibilă în lumea noastră de macro-obiecte mari.
Prin urmare, sunt cu atât mai valoroase experimentele recente ale grupului profesorului Schwab din SUA, în care efectele cuantice au fost demonstrate nu la nivelul acelorași electroni sau molecule de fuleren (diametrul lor caracteristic este de aproximativ 1 nm), ci pe un obiect puțin mai tangibil - o bandă minusculă de aluminiu.
Această bandă a fost fixată pe ambele părți, astfel încât mijlocul ei să fie într-o stare suspendată și să poată vibra sub influența externă. În plus, lângă bandă era un dispozitiv capabil să-și înregistreze poziția cu mare precizie.
Drept urmare, experimentatorii au descoperit două efecte interesante. În primul rând, orice măsurare a poziției obiectului, observarea benzii nu a trecut fără urmă pentru aceasta - după fiecare măsurătoare, poziția benzii s-a schimbat. Aproximativ vorbind, experimentatorii au determinat coordonatele benzii cu mare precizie și prin urmare, conform principiului Heisenberg, i-au schimbat viteza și, prin urmare, poziția ulterioară.
În al doilea rând, ceea ce este deja destul de neașteptat, unele măsurători au dus și la răcirea benzii. Se pare că observatorul poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor doar prin prezența sa. Sună absolut incredibil, dar spre meritul fizicienilor, să spunem că nu au fost în pierdere - acum grupul profesorului Schwab se gândește cum să aplice efectul descoperit la circuitele electronice de răcire.
Particule de congelare
După cum știți, particulele radioactive instabile se descompun în lume nu numai de dragul experimentelor pe pisici, ci și de la sine. În plus, fiecare particulă este caracterizată de o durată medie de viață, care, se pare, poate crește sub privirea unui observator.
Acest efect cuantic a fost prezis pentru prima dată în anii 1960, iar confirmarea sa genială experimentală a apărut într-o lucrare publicată în 2006 de grupul laureatului Nobel pentru fizică Wolfgang Ketterle de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
În această lucrare, am studiat dezintegrarea atomilor de rubidiu excitați instabili (desintegrarea în atomi de rubidiu în starea fundamentală și fotoni). Imediat după pregătirea sistemului, a început să fie observată excitația atomilor - aceștia au fost iluminați de un fascicul laser. În acest caz, observarea a fost efectuată în două moduri: continuă (pulsuri mici de lumină sunt introduse în mod constant în sistem) și pulsată (sistemul este iradiat cu impulsuri mai puternice din când în când).
Rezultatele obţinute sunt în acord excelent cu previziunile teoretice. Efectele de lumină exterioară încetinesc cu adevărat degradarea particulelor, ca și cum le-ar reveni la starea lor originală, departe de starea de degradare. În acest caz, amploarea efectului pentru cele două regimuri studiate coincide și cu previziunile. Și viața maximă a atomilor de rubidiu excitați instabili a fost prelungită de 30 de ori.
Mecanica cuantică și conștiința
Electronii și fulerenele încetează să-și mai arate proprietățile undelor, plăcile de aluminiu se răcesc, iar particulele instabile îngheață în dezintegrarea lor: sub privirea omnipotentă a unui observator, lumea se schimbă. Ce nu este o dovadă a implicării minții noastre în munca lumii din jur? Deci poate că Carl Jung și Wolfgang Pauli (fizician austriac, laureat al Nobel, unul dintre pionierii mecanicii cuantice) au avut dreptate când au spus că legile fizicii și ale conștiinței ar trebui considerate ca fiind complementare?
Dar, deci, mai rămâne un singur pas până la recunoașterea datoriei: întreaga lume din jur este esența minții noastre. Înfiorător? („Chiar crezi că Luna există doar când te uiți la ea?” Einstein a comentat principiile mecanicii cuantice). Atunci să încercăm din nou să apelăm la fizicieni. Mai mult, în ultimii ani sunt din ce în ce mai puțin mulțumiți de interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice cu prăbușirea sa misterioasă a unui val de funcție, care este înlocuită cu un alt termen, destul de banal și de încredere - decoerență.
Iată chestia - în toate experimentele descrise cu observație, experimentatorii au influențat inevitabil sistemul. A fost iluminat cu un laser, au fost instalate instrumente de măsură. Și acesta este un principiu general, foarte important: nu puteți observa un sistem, nu puteți măsura proprietățile sale fără a interacționa cu el. Și acolo unde există interacțiune, există o schimbare a proprietăților. Mai ales când colos de obiecte cuantice interacționează cu un sistem cuantic minuscul. Deci neutralitatea eternă, budistă a observatorului este imposibilă.
Tocmai asta explică termenul de „decoerență” – un proces ireversibil din punctul de vedere al încălcării proprietăților cuantice ale unui sistem atunci când interacționează cu un alt sistem mare. În timpul unei astfel de interacțiuni, sistemul cuantic își pierde caracteristicile originale și devine clasic, „se supune” sistemului mare. Așa se explică paradoxul cu pisica lui Schrödinger: pisica este un sistem atât de mare încât pur și simplu nu poate fi izolată de lume. Însuși setarea experimentului de gândire nu este în întregime corectă.
În orice caz, în comparație cu realitatea ca act de creare a conștiinței, decoerența sună mult mai calmă. Poate chiar prea calm. La urma urmei, cu această abordare, întreaga lume clasică devine un mare efect de decoerență. Și, potrivit autorilor uneia dintre cele mai serioase cărți din acest domeniu, din astfel de abordări decurg, în mod logic, afirmații precum „nu există particule în lume” sau „nu există timp la un nivel fundamental”.
Observator creativ sau decoerență atotputernică? Trebuie să alegi între două rele. Dar amintiți-vă - acum oamenii de știință devin din ce în ce mai convinși că efectele cuantice foarte notorii stau la baza proceselor noastre de gândire. Așadar, acolo unde observația se termină și începe realitatea - fiecare dintre noi trebuie să aleagă.
3) Și deoarece aceasta este o teorie cuantică, spațiu-timp poate face toate acestea în același timp. Poate crea simultan un univers infantil și nu îl poate crea.
Țesătura spațiu-timpului poate să nu fie deloc o țesătură, ci poate consta din componente discrete care doar ni se par a fi o țesătură continuă la scari macroscopice mari.
4) În majoritatea abordărilor gravitației cuantice, spațiu-timp nu este fundamental, ci este alcătuit din altceva. Acestea pot fi șiruri, bucle, qubiți sau variante de „atomi” spațiu-timp care apar în abordările materiei condensate. Componentele separate pot fi dezasamblate doar cu utilizarea celor mai înalte energii, depășind cu mult pe cele disponibile pe Pământ.
5) În unele abordări cu materie condensată, spațiu-timp are proprietățile unui corp solid sau lichid, adică poate fi elastic sau vâscos. Dacă acesta este într-adevăr cazul, consecințele observabile sunt inevitabile. Fizicienii caută în prezent urme de efecte similare în particulele care călătoresc, adică în lumină sau electroni care ajung la noi din spațiul profund.
Animație schematică a unui fascicul continuu de lumină împrăștiat de o prismă. În unele abordări ale gravitației cuantice, spațiul poate acționa ca un mediu de dispersie pentru diferite lungimi de undă de lumină.
6) Spațiul-timp poate afecta modul în care lumina trece prin el. Este posibil să nu fie complet transparent sau lumina de culori diferite poate călători cu viteze diferite. Dacă spațiu-timp cuantic afectează propagarea luminii, acest lucru ar putea fi observat și în experimentele viitoare.
7) Fluctuațiile spațiu-timp pot distruge capacitatea luminii din surse îndepărtate de a crea modele de interferență. Acest efect a fost căutat și nu a fost găsit, cel puțin în domeniul vizibil.
Lumina care trece prin două fante groase (sus), două fante subțiri (centru) sau o fante groasă (de jos) prezintă interferențe, indicând natura ondulatorie. Dar în gravitația cuantică, unele proprietăți de interferență așteptate ar putea să nu fie posibile.
8) În zonele cu curbură puternică, timpul se poate transforma în spațiu. Acest lucru se poate întâmpla, de exemplu, în interiorul găurilor negre sau în timpul big bang-ului. În acest caz, spațiul-timp cunoscut nouă cu trei spațiale și dimensiuni și un timp se poate transforma într-un spațiu „euclidian” cu patru dimensiuni.
Conectarea a două locuri diferite în spațiu sau timp printr-o gaură de vierme rămâne doar o idee teoretică, dar poate fi nu numai interesantă, ci și inevitabilă în gravitația cuantică.
Spațiul-timp poate fi conectat non-local la mici găuri de vierme care pătrund în întregul univers. Astfel de conexiuni non-locale trebuie să existe în toate abordările a căror structură de bază nu este geometrică, cum ar fi un grafic sau o rețea. Acest lucru se datorează faptului că în astfel de cazuri conceptul de „proximitate” nu va fi fundamental, ci subînțeles și imperfect, astfel încât zonele îndepărtate pot fi conectate aleatoriu.
10) Poate că pentru a unifica teoria cuantică cu gravitația, trebuie să actualizăm nu gravitația, ci teoria cuantică în sine. Dacă da, consecințele vor fi de amploare. Deoarece teoria cuantică se află în centrul tuturor dispozitivelor electronice, revizuirea ei va deschide posibilități complet noi.
Deși gravitația cuantică este adesea privită ca o idee pur teoretică, există multe posibilități de verificare experimentală. Cu toții călătorim prin spațiu-timp în fiecare zi. Înțelegerea lui ne poate schimba viața.
Misterele fizicii cuantice pot fi atribuite și numărului de artefacte necunoscute ale structurii moderne a lumii. Construcția unui tablou mecanic al spațiului înconjurător nu poate fi finalizată, mizând doar pe cunoștințele tradiționale ale teoriei clasice a fizicii. În plus față de teoria fizică clasică, punctele de vedere asupra organizării structurii realității fizice, sunt puternic influențate de teoria câmpurilor electromagnetice, construită mai întâi de Maxwell. Se poate susține că atunci a fost pusă etapa abordării cuantice în fizica modernă.
A fost conectat, o nouă etapă în formarea teoriei cuantice și, cu comunitatea științifică șocantă, lucrările de cercetare ale celebrului fizician experimental - Max Planck. Impulsul principal al dezvoltării fizicii cuantice a început și a fost marcat de o încercare de a rezolva o problemă științifică, studiul undelor electromagnetice.
Conceptul clasic al esenței fizice a unei substanțe nu permitea să se justifice modificarea multor proprietăți, altele decât cele mecanice. Substanța investigată nu a respectat legile clasice ale fizicii, acest lucru a pus noi probleme cercetării și cercetării științifice forțate.
Planck s-a îndepărtat de interpretarea clasică a teoriei științifice, care nu reflecta pe deplin realitatea fenomenelor care au loc, oferind propria sa viziune și a emis ipoteza despre caracterul discret al radiației de energie de către atomii materiei. Această abordare a făcut posibilă rezolvarea multor puncte de oprire ale teoriei clasice a electromagnetismului. Continuitatea proceselor care stau la baza reprezentării legilor fizice nu a permis efectuarea de calcule, nu doar cu o eroare de compromis, dar uneori nu a reflectat esența fenomenelor.
Teoria cuantică a lui Planck, conform căreia se afirmă că atomii sunt capabili să emită energie electromagnetică numai în porțiuni separate, și nu, așa cum s-a afirmat anterior, despre continuitatea procesului, a făcut posibilă schimbarea dezvoltării fizicii ca teorie cuantică. a proceselor. Teoria corpusculară a afirmat că energia este radiată în mod constant, iar aceasta a fost principala contradicție.
Cu toate acestea, misterele fizicii cuantice au rămas neexplorate până la temelii. Doar că experimentele lui Planck au făcut posibilă dezvoltarea unei idei despre complexitatea structurii lumii înconjurătoare și a organizării materiei, dar nu ne-au permis să punctăm în cele din urmă „și”. Acest fapt de incompletitudine face posibilă și acum să se lucreze în continuare la dezvoltarea cercetării cuantice teoretice de către oamenii de știință din vremea noastră.
Mai multe articole pe acest subiect:
- 9 aprilie 2012 -- (0)
Einstein, încercând să compare dezacordurile în fundamentele mecanicii clasice, a ajuns la concluzia că alte principii ale fizicii cuantice trebuie aprobate, bazate pe constanța vitezei luminii și... - 26 martie 2012 -- (2)
Într-o zi rezervele de petrol și metale de pe planeta noastră se vor epuiza și va trebui să căutăm alte surse naturale de hrană pentru civilizația noastră. Și atunci organizațiile biologice ne pot veni în ajutor... - 11 martie 2012 -- (4)
Această clădire este o buclă închisă gigantică de panouri fotovoltaice. Lungimea sa este de aproximativ 11.000 de kilometri, iar lățimea este de 400 de kilometri. Oamenii de știință urmau să construiască... - 11 aprilie 2012 -- (0)
După cum știți, americanii au aruncat pe asfalt teritoriul pe măsura statului Pennsylvania. Acum câțiva ani, chiar și în cele mai nebunești vise ale noastre, nu ne puteam imagina că în loc de beton am putea...
