Ang science fiction ay isang malinaw na kumpirmasyon na ang physics ay maaaring maging interesado hindi lamang sa mga siyentipiko, kundi pati na rin sa mga taong malayo sa mga laboratoryo ng pananaliksik. Siyempre, sa mga libro at pelikula ay hindi nila pinag-uusapan ang mga teoryang pang-agham, sa halip ay nagpapakita sila ng mga pisikal na katotohanan sa isang nakakaaliw at kawili-wiling paraan. Sa pagsusuring ito, isang dosenang misteryo mula sa larangan ng pisika na hindi pa naipaliwanag ng mga siyentipiko.

1. Mga sinag ng ultrahigh energies

Ang kapaligiran ng Earth ay patuloy na binomba ng mga particle na may mataas na enerhiya mula sa kalawakan na tinatawag na "cosmic rays". Bagama't hindi sila gumagawa ng labis na pinsala sa mga tao, ang mga pisiko ay nabighani lamang sa kanila. Ang pagmamasid sa mga cosmic ray ay nagturo sa mga siyentipiko ng maraming tungkol sa astrophysics at particle physics. Ngunit may mga sinag na nananatiling misteryo hanggang ngayon. Noong 1962, sa panahon ng eksperimento sa Volcano Ranch, nakita nina John D. Linsley at Livio Scarsi ang isang bagay na hindi kapani-paniwala: isang ultra-high energy cosmic ray na may enerhiya na higit sa 16 joules.

Upang malinaw na ipaliwanag kung magkano ito, maaari naming ibigay ang sumusunod na halimbawa: ang isang joule ay ang halaga ng enerhiya na kinakailangan upang iangat ang isang mansanas mula sa sahig patungo sa mesa. Ang lahat ng enerhiya na ito ay puro, gayunpaman, sa isang butil na isang daang milyong bilyong beses na mas maliit kaysa sa isang mansanas. Walang ideya ang mga physicist kung paano nakakakuha ang mga particle na ito ng napakalaking dami ng enerhiya.

2. Inflationary model ng Uniberso

Ang uniberso ay kapansin-pansing pare-pareho sa malalaking sukat. Ang tinatawag na "kosmolohikal na prinsipyo" ay nagsasaad na saan ka man pumunta sa uniberso, sa karaniwan, magkakaroon ng humigit-kumulang sa parehong dami ng materyal sa lahat ng dako. Ngunit ang teorya ng Big Bang ay nagmumungkahi na ang malalaking pagkakaiba sa density ay dapat na naobserbahan sa oras na nagsimula ang uniberso. Kaya, ito ay hindi gaanong homogenous kaysa sa uniberso ngayon.

Ang inflationary model ay nagmumungkahi na ang uniberso na nakikita ng lahat ngayon ay nagmula sa isang maliit na volume ng unang bahagi ng uniberso. Ang maliit na volume na ito ay biglang at mabilis na lumawak, mas mabilis kaysa sa uniberso na lumalawak ngayon. Kung tutuusin, parang biglang pinalobo ng hangin ang isang lobo. Bagama't ipinapaliwanag nito kung bakit mas homogenous ang uniberso ngayon, hindi pa rin alam ng mga physicist kung ano ang naging sanhi ng "bloat" na ito.

3. Madilim na enerhiya at madilim na bagay

Ito ay isang kamangha-manghang katotohanan: halos 5 porsyento lamang ng uniberso ang binubuo ng kung ano ang nakikita ng mga tao. Ilang dekada na ang nakalilipas, napansin ng mga physicist na ang mga bituin sa mga panlabas na gilid ng mga kalawakan ay umiikot sa gitna ng mga kalawakan na iyon nang mas mabilis kaysa sa hinulaang. .

Matapos ang paglitaw ng teoryang ito, ang karagdagang mga obserbasyon sa lumalawak na uniberso ay humantong sa mga pisiko na maghinuha na dapat mayroong limang beses na mas madilim na bagay kaysa sa anumang bagay na nakikita ng mga tao (i.e. ordinaryong bagay). Kasabay nito, alam ng mga siyentipiko na ang paglawak ng uniberso ay talagang bumibilis. Ito ay kakaiba, dahil inaasahan ng isa na ang gravitational attraction ng matter ("ordinaryo" at "madilim") ay magpapabagal sa paglawak ng Uniberso.

Upang ipaliwanag kung ano ang nagbabalanse sa gravitational attraction ng matter, iminungkahi ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng "dark energy", na nag-aambag sa pagpapalawak ng uniberso. Naniniwala ang mga physicist na hindi bababa sa 70 porsiyento ng uniberso ay nasa anyo ng "dark energy." Gayunpaman, hanggang ngayon, ang mga particle na bumubuo sa dark matter at ang field na bumubuo sa dark energy ay hindi kailanman direktang naobserbahan sa laboratoryo. Sa katunayan, walang alam ang mga siyentipiko tungkol sa 95 porsiyento ng uniberso.

4. Ang puso ng isang black hole

Ang mga black hole ay isa sa mga pinakatanyag na bagay sa astrophysics. Maaari silang ilarawan bilang mga rehiyon ng espasyo-oras na may napakalakas na mga patlang ng gravitational na kahit na ang liwanag ay hindi maaaring tumagos mula sa loob. Mula nang napatunayan ni Albert Einstein sa kanyang teorya ng pangkalahatang relativity na ang gravity ay "nagpapawi" ng espasyo at oras, alam ng mga siyentipiko na ang liwanag ay hindi immune sa mga epekto ng gravitational.

Sa katunayan, ang teorya ni Einstein ay napatunayan sa panahon ng solar eclipse, na nagpakita na ang gravity ng araw ay nagpapalihis ng mga light ray mula sa malalayong bituin. Simula noon, maraming itim na butas ang naobserbahan, kabilang ang napakalaking butas sa gitna ng ating kalawakan. Ngunit ang misteryo ng kung ano ang nangyayari sa puso ng isang black hole ay hindi pa rin nalutas.

Ang ilang mga physicist ay naniniwala na maaaring mayroong isang "singularity" - isang punto ng walang katapusang density na may ilang masa na puro sa isang walang katapusang maliit na espasyo. Gayunpaman, mayroon pa ring mga talakayan tungkol sa kung ang impormasyon ay nawala sa loob ng mga black hole, na sumisipsip ng lahat ng mga particle at radiation. Bagama't ang radiation ng Hawking ay nagmumula sa mga black hole, hindi ito naglalaman ng anumang karagdagang impormasyon tungkol sa kung ano ang nangyayari sa loob ng black hole.

5. Matalinong buhay sa labas ng Mundo

Ang mga tao ay nangangarap tungkol sa mga dayuhan sa loob ng maraming siglo kapag tumitingin sila sa kalangitan sa gabi at iniisip kung may maaaring manirahan doon. Ngunit nitong mga nakaraang dekada, maraming ebidensya ang natagpuan na hindi lang ito panaginip. Bilang panimula, ang mga exoplanet ay mas karaniwan kaysa sa naunang naisip, na karamihan sa mga bituin ay may mga planetary system. Alam din na ang agwat ng oras sa pagitan ng kung kailan lumitaw ang buhay sa Earth at kapag lumitaw ang matalinong buhay ay napakaliit. Nangangahulugan ba ito na ang buhay ay dapat na nabuo sa maraming lugar.

Kung gayon, kailangan nating sagutin ang sikat na "Fermi paradox": kung bakit ang mga tao ay hindi pa nakikipag-ugnayan sa mga dayuhan. Marahil ang buhay ay karaniwan, ngunit ang matalinong buhay ay bihira. Siguro pagkaraan ng ilang sandali ang lahat ng sibilisasyon ay nagpasiya na huwag makipag-usap sa ibang mga anyo ng buhay. Baka ayaw lang nilang makipag-usap sa mga tao. O, kakaiba, marahil ito ay nagpapakita na maraming mga dayuhang sibilisasyon ang sumisira sa kanilang sarili sa ilang sandali matapos silang maging sapat sa teknolohiya upang makipag-usap.

6. Maglakbay nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag

Mula noong binago ni Einstein ang lahat ng pisika sa kanyang espesyal na teorya ng relativity, kumbinsido ang mga physicist na walang makakapaglakbay nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag. Sa katunayan, ang teorya ng relativity ay nagsasabi na kapag ang anumang masa ay gumagalaw sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, ito ay nangangailangan ng malaking enerhiya. Ito ay makikita sa ultra-high energy cosmic rays na binanggit kanina. Mayroon silang pambihirang enerhiya na nauugnay sa kanilang laki, ngunit hindi rin sila bumibiyahe nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag.

Ang halos hindi paglilimita sa bilis ng liwanag ay maaari ring ipaliwanag kung bakit ang mga komunikasyon mula sa mga dayuhang sibilisasyon ay hindi malamang. Kung nalilimitahan din sila ng salik na ito, maaaring magpatuloy ang mga signal sa loob ng libu-libong taon. Noong 2011, ang eksperimento ng OPERA ay gumawa ng mga paunang resulta na nagmumungkahi na ang mga neutrino ay naglalakbay nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag.

Nang maglaon, napansin ng mga mananaliksik ang ilang mga error sa kanilang pang-eksperimentong pag-setup, na nakumpirma na ang mga resulta ay hindi tama. Sa anumang kaso, kung mayroong anumang paraan upang ilipat ang bagay o impormasyon nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag, walang alinlangan na babaguhin nito ang mundo.

7. Paraan upang ilarawan ang kaguluhan

Kung babalik ka mula sa kalawakan sa Earth, lumalabas na sa pang-araw-araw na buhay mayroong maraming mga bagay na mahirap maunawaan. Para sa pinakasimpleng halimbawa, hindi mo kailangang lumayo - maaari kang magbukas ng gripo sa bahay. Kung hindi mo ito bubuksan nang buo, kung gayon ang tubig ay dadaloy nang maayos (ito ay tinatawag na "laminar flow"). Ngunit kung buksan mo nang buo ang gripo, ang tubig ay magsisimulang dumaloy nang hindi pantay at tilamsik. Ito ang pinakasimpleng halimbawa ng kaguluhan. Sa maraming paraan, ang kaguluhan ay hindi pa rin nalulutas na problema sa pisika.

8. Superconductor ng temperatura ng silid

Ang mga superconductor ay isa sa pinakamahalagang device at teknolohiya na natuklasan ng mga tao. Ito ay isang espesyal na uri ng materyal. Kapag ang temperatura ay bumaba ng sapat na mababa, ang electrical resistance ng materyal ay bumaba sa zero. Nangangahulugan ito na posible na makakuha ng isang malaking kasalukuyang pagkatapos mag-apply ng isang maliit na boltahe sa superconductor.

Sa teorya, ang electric current ay maaaring dumaloy sa isang superconducting wire sa loob ng bilyun-bilyong taon nang walang dissipation dahil walang resistensya sa kasalukuyang nito. Sa modernong ordinaryong mga wire at cable, isang makabuluhang bahagi ng kapangyarihan ang nawala dahil sa paglaban. Maaaring bawasan ng mga superconductor ang mga pagkalugi na ito sa zero.

May isang problema - kahit na ang mga superconductor na may mataas na temperatura ay dapat palamigin sa minus 140 degrees Celsius bago sila magsimulang magpakita ng kanilang mga kahanga-hangang katangian. Ang paglamig sa ganoong mababang temperatura ay karaniwang nangangailangan ng likidong nitrogen o katulad na bagay. Samakatuwid ito ay napakamahal. Maraming mga physicist sa buong mundo ang nagsisikap na lumikha ng isang superconductor na maaaring gumana sa temperatura ng silid.

9. Materya at antimatter

Sa isang kahulugan, hindi pa rin alam ng mga tao kung bakit umiiral ang isang bagay. Para sa bawat butil, mayroong isang "kabaligtaran" na butil, na tinatawag na antiparticle. Kaya para sa mga electron mayroong mga positron, para sa mga proton ay may mga antiproton, at iba pa. Kung ang isang maliit na butil ay humipo sa kanyang antiparticle, sila ay nalipol at nagiging radiation.

Hindi nakakagulat, ang antimatter ay hindi kapani-paniwalang bihira, dahil ang lahat ay lilipulin lamang. Minsan ito ay makikita sa mga cosmic ray. Gayundin, ang mga siyentipiko ay maaaring gumawa ng antimatter sa mga particle accelerators, ngunit ito ay nagkakahalaga ng trilyong dolyar kada gramo. Gayunpaman, sa pangkalahatan, ang antimatter ay (ayon sa mga siyentipiko) ay hindi kapani-paniwalang bihira sa ating Uniberso. Kung bakit ganito ay isang tunay na misteryo.

Kaya lang walang nakakaalam kung bakit ang ating Uniberso ay pinangungunahan ng materya at hindi ng antimatter, dahil ang bawat kilalang proseso na nagpapalit ng enerhiya (radiation) sa matter ay gumagawa ng parehong dami ng matter at antimatter. Iminumungkahi ng teorya ni Wilder na maaaring mayroong buong rehiyon ng uniberso na pinangungunahan ng antimatter.

10. Pinag-isang teorya

Noong ika-20 siglo, dalawang mahusay na teorya ang binuo na nagpapaliwanag ng maraming bagay sa pisika. Ang isa sa mga ito ay quantum mechanics, na inilarawan nang detalyado kung paano kumikilos at nakikipag-ugnayan ang maliliit, subatomic na mga particle. Ipinaliwanag ng quantum mechanics at ang karaniwang modelo ng particle physics ang tatlo sa apat na pisikal na pwersa sa kalikasan: electromagnetism at ang malakas at mahinang nuclear forces.

Ang isa pang malaking teorya ay ang pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein, na nagpapaliwanag ng gravity. Sa pangkalahatang relativity, ang gravity ay nangyayari kapag ang presensya ng masa ay yumuko sa espasyo at oras, na nagiging sanhi ng mga particle na sumunod sa ilang mga hubog na landas. Maaaring ipaliwanag nito ang mga bagay na nangyayari sa pinakadakilang sukat - ang pagbuo ng mga kalawakan at bituin. Isa lang ang problema. Ang dalawang teorya ay hindi magkatugma.

Hindi maipaliwanag ng mga siyentipiko ang gravity sa mga paraang may katuturan sa quantum mechanics, at hindi kasama sa general relativity ang mga epekto ng quantum mechanics. Sa abot ng masasabi ng isa, ang parehong mga teorya ay tama. Pero parang hindi sila nagtutulungan. Matagal nang gumagawa ang mga physicist sa ilang solusyon na maaaring magkasundo sa dalawang teorya. Tinatawag itong Grand Unified Theory o simpleng The Theory of Everything. Patuloy ang paghahanap.

At sa pagpapatuloy ng paksa, marami pa kaming nakolekta.

Ngayon ang pinaka-kawili-wili. Ang larawan ay naging mas kumplikado, ngunit hindi ka dapat matakot. Napakasimple ng lahat. Maglagay tayo ng translucent mirror sa harap ng mga detector (3) at (4), tulad ng ginamit natin sa simula. Susunod, ipadala natin ang mga sinasalamin na photon sa isa pang translucent na salamin (sa kaliwa ng pinagmulan sa diagram). Ang isang "idle" photon na may posibilidad na 50% ay dumaan sa isang semitransparent na salamin at pumapasok sa detector (3) o (4) O, na may posibilidad na 50% ito ay makikita mula sa PS, tumama sa PS sa kaliwa at tumama na may 50% na posibilidad sa (5) o mula sa 50 % sa 6). Kung ang "idle" na photon ay tumama sa detector (3) o (4), alam namin na ang orihinal na photon ay dumaan mula sa itaas o sa ibaba, ayon sa pagkakabanggit. Sa kabaligtaran, kung ang detector (5) o (6) ay nagpaputok, hindi natin alam kung aling landas ang tinahak ng photon. Muli kong binibigyang-diin - kapag ang (3) o (4) ay na-trigger, mayroon tayong impormasyon kung saang landas napunta ang photon. Kapag ang (5) o (6) ay na-trigger, walang ganoong impormasyon. Sa masalimuot na pamamaraan na ito, binubura namin ang impormasyon tungkol sa kung aling landas ang tinahak ng photon.

Ngayon ang pinakanakamamanghang resulta - kung pipiliin mo sa screen ang mga puntong iyon na lumitaw noong (3) o (4) ay na-trigger - walang interference, ngunit kung pipili ka ng subset ng mga puntos na nakuha noong (5) o (6) ) ay na-trigger, pagkatapos ay bumuo sila ng pattern ng interference ! Isaalang-alang ang resultang ito sandali: walang pakialam ang photon kung "hawakan" natin ito o hindi sa panahon ng eksperimento. Sa tulong ng mga down converter, nakakakuha kami ng potensyal na impormasyon tungkol sa kung saan napunta ang photon. Kung ito ay natanto (detector (3) o (4)) - ang larawan ay nawasak, ngunit kung maingat nating burahin ito (detector (5) o (6) gumana), pagkatapos ay pinamamahalaan nating hikayatin ang photon na makagambala. Ang pagkagambala ay nawasak hindi sa pamamagitan ng isang mekanikal na panghihimasok sa eksperimento, ngunit sa pamamagitan ng pagkakaroon ng impormasyon. Sinasabi ng mga siyentipiko na ang mga naturang eksperimento ay isinagawa hindi lamang sa mga photon, mga electron, kundi pati na rin sa buong mga molekula.

Ang mga batas ng ating mundo ay lubhang kakaiba at kung minsan ay kontra-intuitive. Sa isang macroscopic na antas, maaaring mukhang mas marami o mas kaunti ang lahat ay malinaw. Ngunit sa sandaling simulan natin ang pagharap sa mga elementarya na particle, bumagsak ang ating buong pang-araw-araw na karanasan. At kung ano ang naghihintay sa amin sa sukat ng Planck, kahit na ang pinaka matapang na mga manunulat ng science fiction ay hindi maisip.

Ito ay kilala na hanggang sa katapusan ng kanyang buhay, si Albert Einstein ay hindi tumanggap ng quantum mechanics na may kawalang-katiyakan, stochastic, random at magulong mga proseso. Ang pagtanggi na ito ay ipinahayag sa mga parirala ni Einstein: "Ang Diyos ay hindi naglalaro ng dice" at "Ang Buwan ba ay umiiral lamang dahil ang isang daga ay tumitingin dito?". Yung. Si Einstein ay nakatayo sa isang malinaw na posisyon ng determinismo ng pisikal, kabilang ang mga prosesong quantum. Naniniwala lang si Einstein na hindi pa natuklasan ng mga physicist ang mga constant na nakakaapekto sa pag-uugali ng mga quantum particle.

P.S.: Ang eksperimentong ito ay hindi sa lahat ng mental, ngunit medyo totoo at natupad, kahit na ito ay mukhang mas masalimuot at mas kumplikado kaysa sa inilarawan ko dito.

Walang sinuman sa mundo ang nakakaintindi ng quantum mechanics - ito ang pangunahing bagay na kailangan mong malaman tungkol dito. Oo, maraming physicist ang natutong gamitin ang mga batas nito at kahit na hulaan ang mga phenomena gamit ang quantum calculations. Ngunit hindi pa rin malinaw kung bakit tinutukoy ng presensya ng isang tagamasid ang kapalaran ng sistema at pinipilit itong gumawa ng isang pagpipilian pabor sa isang estado. Ang "Mga Teorya at Kasanayan" ay napiling mga halimbawa ng mga eksperimento, ang kinalabasan nito ay hindi maiiwasang maimpluwensyahan ng nagmamasid, at sinubukang alamin kung ano ang gagawin ng quantum mechanics sa gayong panghihimasok ng kamalayan sa materyal na katotohanan.

Ang pusa ni Shroedinger

Sa ngayon ay maraming interpretasyon ng quantum mechanics, ang pinakasikat sa mga ito ay nananatiling Copenhagen. Ang mga pangunahing probisyon nito ay binuo noong 1920s nina Niels Bohr at Werner Heisenberg. At ang sentral na termino ng interpretasyon ng Copenhagen ay ang wave function - isang mathematical function na naglalaman ng impormasyon tungkol sa lahat ng posibleng estado ng isang quantum system kung saan ito ay namamalagi nang sabay-sabay.

Ayon sa interpretasyon ng Copenhagen, ang pagmamasid lamang ang maaaring tumpak na matukoy ang estado ng system, makilala ito mula sa iba (ang pag-andar ng alon ay nakakatulong lamang sa matematika na kalkulahin ang posibilidad ng pag-detect ng system sa isang partikular na estado). Masasabi natin na pagkatapos ng obserbasyon, ang isang quantum system ay nagiging klasikal: agad itong huminto sa magkakasamang pamumuhay sa maraming estado nang sabay-sabay sa pabor sa isa sa kanila.

Ang diskarte na ito ay palaging may mga kalaban (tandaan, halimbawa, "Ang Diyos ay hindi naglalaro ng dice" ni Albert Einstein), ngunit ang katumpakan ng mga kalkulasyon at mga hula ay nagkaroon ng epekto. Gayunpaman, sa mga nagdaang taon ay may mas kaunti at mas kaunting mga tagasuporta ng interpretasyon ng Copenhagen, at hindi ang pinakamaliit na dahilan para dito ay ang napaka misteryosong agarang pagbagsak ng function ng alon sa panahon ng pagsukat. Ang tanyag na eksperimento sa pag-iisip ni Erwin Schrödinger sa mahirap na pusa ay idinisenyo lamang upang ipakita ang kahangalan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Kaya, naaalala namin ang nilalaman ng eksperimento. Ang isang live na pusa, isang ampoule ng lason at ilang mekanismo na maaaring magtakda ng lason sa pagkilos sa isang random na sandali ay inilalagay sa isang itim na kahon. Halimbawa, isang radioactive atom, ang pagkabulok nito ay masisira ang ampoule. Ang eksaktong oras ng pagkabulok ng atom ay hindi alam. Ang kalahating buhay lamang ang nalalaman: ang oras kung kailan magaganap ang pagkabulok na may posibilidad na 50%.

Lumalabas na para sa isang panlabas na tagamasid, ang pusa sa loob ng kahon ay umiiral sa dalawang estado nang sabay-sabay: ito ay buhay, kung maayos ang lahat, o patay, kung ang pagkabulok ay naganap at ang ampoule ay nasira. Ang parehong mga estadong ito ay inilalarawan ng pag-andar ng alon ng pusa, na nagbabago sa paglipas ng panahon: mas malayo, mas malamang na ang radioactive decay ay nangyari na. Ngunit sa sandaling mabuksan ang kahon, mag-collapse ang wave function at agad naming nakikita ang kinalabasan ng flayer experiment.

Ito ay lumiliko na hanggang sa buksan ng tagamasid ang kahon, ang pusa ay magpakailanman na balanse sa hangganan sa pagitan ng buhay at kamatayan, at tanging ang aksyon ng nagmamasid ang matukoy ang kanyang kapalaran. Ito ang kahangalan na itinuro ni Schrödinger.

Electron diffraction

Ayon sa isang survey ng mga nangungunang physicist na isinagawa ng The New York Times, ang eksperimento sa electron diffraction, na itinakda noong 1961 ni Klaus Jenson, ay naging isa sa pinakamaganda sa kasaysayan ng agham. Ano ang kakanyahan nito?

Mayroong isang mapagkukunan na naglalabas ng isang stream ng mga electron patungo sa screen-photographic plate. At mayroong isang balakid sa paraan ng mga electron na ito - isang tansong plato na may dalawang slits. Anong uri ng larawan sa screen ang maaaring asahan kung kinakatawan natin ang mga electron bilang maliliit na bolang may charge? Dalawang iluminadong banda sa tapat ng mga hiwa.

Sa totoo lang, lumilitaw sa screen ang isang mas kumplikadong pattern ng alternating black and white stripes. Ang katotohanan ay kapag dumadaan sa mga slits, ang mga electron ay nagsisimulang kumilos hindi tulad ng mga particle, ngunit tulad ng mga alon (tulad ng mga photon, mga particle ng liwanag, ay maaaring sabay na maging mga alon). Pagkatapos ang mga alon na ito ay nakikipag-ugnayan sa kalawakan, sa isang lugar na humihina, at sa isang lugar na nagpapalakas sa isa't isa, at bilang isang resulta, isang kumplikadong larawan ng alternating liwanag at madilim na mga guhitan ay lilitaw sa screen.

Sa kasong ito, ang resulta ng eksperimento ay hindi nagbabago, at kung ang mga electron ay dumaan sa slit hindi sa isang tuluy-tuloy na stream, ngunit isa-isa, kahit na ang isang particle ay maaaring sabay na maging isang alon. Kahit na ang isang electron ay maaaring dumaan sa dalawang slits sa parehong oras (at ito ay isa pa sa mga mahahalagang probisyon ng Copenhagen interpretasyon ng quantum mechanics - ang mga bagay ay maaaring sabay na ipakita ang kanilang "karaniwan" na mga katangian ng materyal at kakaibang mga katangian ng alon).

Ngunit paano ang nagmamasid? Sa kabila ng katotohanan na sa kanya ay naging mas kumplikado ang dati nang kumplikadong kuwento. Kapag, sa gayong mga eksperimento, sinubukan ng mga physicist na ayusin sa tulong ng mga instrumento kung saan ang slit na electron ay aktwal na pumasa, ang larawan sa screen ay nagbago nang malaki at naging "classical": dalawang iluminado na lugar sa tapat ng mga slits at walang mga alternating stripes.

Ang mga electron ay tila ayaw ipakita ang kanilang likas na alon sa ilalim ng tingin ng nagmamasid. Nababagay sa kanyang likas na pagnanais na makakita ng isang simple at maliwanag na larawan. Mystic? Mayroong isang mas simpleng paliwanag: walang pagmamasid sa sistema ang maaaring isagawa nang walang pisikal na epekto dito. Ngunit babalik tayo dito sa ibang pagkakataon.

Pinainit na fullerene

Ang mga eksperimento sa diffraction ng butil ay isinagawa hindi lamang sa mga electron, kundi pati na rin sa mas malalaking bagay. Halimbawa, ang fullerenes ay malalaki at saradong molekula na binubuo ng sampu-sampung carbon atoms (halimbawa, ang fullerene ng animnapung carbon atoms ay halos kapareho sa hugis ng soccer ball: isang hollow sphere na natahi mula sa five- at hexagons).

Kamakailan ay sinubukan ng isang grupo sa Unibersidad ng Vienna, na pinamumunuan ni Propesor Zeilinger, na ipakilala ang isang elemento ng pagmamasid sa naturang mga eksperimento. Upang gawin ito, pina-irradiated nila ang gumagalaw na mga molekula ng fullerene na may laser beam. Pagkatapos nito, pinainit ng isang panlabas na impluwensya, ang mga molekula ay nagsimulang lumiwanag at sa gayon ay hindi maiiwasang nagsiwalat ng kanilang lugar sa espasyo para sa nagmamasid.

Kasabay ng pagbabagong ito, ang pag-uugali ng mga molekula ay nagbago din. Bago magsimula ang kabuuang pagsubaybay, ang mga fullerenes ay lubos na matagumpay na lumibot sa mga hadlang (nagpakita ng mga katangian ng alon) tulad ng mga electron mula sa nakaraang halimbawa na dumadaan sa isang opaque na screen. Ngunit nang maglaon, sa pagdating ng tagamasid, ang mga fullerenes ay huminahon at nagsimulang kumilos tulad ng ganap na pagsunod sa batas na mga particle ng bagay.

Dimensyon ng paglamig

Ang isa sa mga pinakatanyag na batas ng mundo ng quantum ay ang prinsipyo ng kawalan ng katiyakan ng Heisenberg: imposibleng sabay na matukoy ang posisyon at bilis ng isang bagay na quantum. Kung mas tumpak na sinusukat natin ang momentum ng isang particle, hindi gaanong tumpak na masusukat natin ang posisyon nito. Ngunit ang pagpapatakbo ng mga batas ng quantum, na tumatakbo sa antas ng maliliit na particle, ay karaniwang hindi mahahalata sa ating mundo ng malalaking macro object.

Samakatuwid, ang mga kamakailang eksperimento ng pangkat ng Propesor Schwab mula sa USA ay higit na mahalaga, kung saan ang mga epekto ng kabuuan ay ipinakita hindi sa antas ng parehong mga electron o fullerene molecule (ang kanilang katangian na diameter ay halos 1 nm), ngunit sa isang bahagyang mas nasasalat na bagay - isang maliit na strip ng aluminyo.

Ang strip na ito ay naayos sa magkabilang panig upang ang gitna nito ay nasa suspendido na estado at maaaring mag-vibrate sa ilalim ng panlabas na impluwensya. Bilang karagdagan, sa tabi ng strip ay isang aparato na may kakayahang i-record ang posisyon nito na may mataas na katumpakan.

Bilang resulta, natuklasan ng mga eksperimento ang dalawang kawili-wiling epekto. Una, ang anumang pagsukat ng posisyon ng bagay, ang pagmamasid sa strip ay hindi pumasa nang walang bakas para dito - pagkatapos ng bawat pagsukat, nagbago ang posisyon ng strip. Sa halos pagsasalita, tinukoy ng mga eksperimento ang mga coordinate ng strip na may mahusay na katumpakan at sa gayon, ayon sa prinsipyo ng Heisenberg, binago ang bilis nito, at samakatuwid ay ang kasunod na posisyon.

Pangalawa, na medyo hindi inaasahan, ang ilang mga sukat ay humantong din sa paglamig ng strip. Lumalabas na mababago lamang ng tagamasid ang mga pisikal na katangian ng mga bagay sa pamamagitan ng kanyang presensya. Ito ay talagang hindi kapani-paniwala, ngunit sa kredito ng mga physicist, sabihin nating hindi sila nalugi - ngayon ay iniisip ng grupo ni Propesor Schwab kung paano ilapat ang natuklasang epekto sa paglamig ng mga electronic circuit.

Nagyeyelong mga particle

Tulad ng alam mo, ang hindi matatag na mga radioactive particle ay nabubulok sa mundo hindi lamang para sa kapakanan ng mga eksperimento sa mga pusa, kundi pati na rin sa kanilang sarili. Bukod dito, ang bawat butil ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang average na buhay, na, ito ay lumiliko, ay maaaring tumaas sa ilalim ng tingin ng isang tagamasid.

Ang quantum effect na ito ay unang hinulaang noong 1960s, at ang makikinang na eksperimentong kumpirmasyon nito ay lumabas sa isang papel na inilathala noong 2006 ng grupo ng Nobel laureate sa physics na si Wolfgang Ketterle mula sa Massachusetts Institute of Technology.

Sa gawaing ito, pinag-aralan namin ang pagkabulok ng hindi matatag na excited rubidium atoms (pagkabulok sa rubidium atoms sa ground state at mga photon). Kaagad pagkatapos ng paghahanda ng system, ang paggulo ng mga atom ay nagsimulang maobserbahan - sila ay naiilaw ng isang laser beam. Sa kasong ito, ang pagmamasid ay isinasagawa sa dalawang mga mode: tuloy-tuloy (maliliit na pulso ng ilaw ay patuloy na pinapakain sa system) at pulsed (ang sistema ay na-irradiated na may mas malakas na pulso paminsan-minsan).

Ang mga resulta na nakuha ay nasa mahusay na pagsang-ayon sa mga teoretikal na hula. Ang mga panlabas na epekto ng liwanag ay talagang nagpapabagal sa pagkabulok ng mga particle, na parang ibinabalik ang mga ito sa kanilang orihinal, malayo sa estado ng pagkabulok. Sa kasong ito, ang laki ng epekto para sa dalawang pinag-aralan na rehimen ay kasabay din ng mga hula. At ang maximum na buhay ng hindi matatag na excited rubidium atoms ay pinalawig ng 30 beses.

Quantum mechanics at kamalayan

Ang mga electron at fullerenes ay humihinto sa pagpapakita ng kanilang mga katangian ng alon, ang mga aluminum plate ay lumalamig, at ang mga hindi matatag na particle ay nagyeyelo sa kanilang pagkabulok: sa ilalim ng makapangyarihang tingin ng isang tagamasid, ang mundo ay nagbabago. Ano ang hindi katibayan ng pagkakasangkot ng ating isip sa gawain ng mundo sa paligid? Kaya siguro tama sina Carl Jung at Wolfgang Pauli (Austrian physicist, Nobel laureate, isa sa mga pioneer ng quantum mechanics) nang sabihin nila na ang mga batas ng pisika at kamalayan ay dapat isaalang-alang bilang komplementaryo?

Ngunit kaya isang hakbang na lang ang natitira sa pagkilala sa tungkulin: ang buong mundo sa paligid ay ang kakanyahan ng ating isip. Nakakatakot? (“Talaga bang iniisip mo na ang Buwan ay umiiral lamang kapag tiningnan mo ito?” Nagkomento si Einstein sa mga prinsipyo ng quantum mechanics). Pagkatapos ay subukan nating muli na bumaling sa mga pisiko. Bukod dito, sa mga nagdaang taon, sila ay hindi gaanong nasisiyahan sa interpretasyon ng Copenhagen ng quantum mechanics kasama ang misteryosong pagbagsak ng isang function wave, na pinapalitan ng isa pa, medyo pangmundo at maaasahang termino - decoherence.

Narito ang bagay - sa lahat ng inilarawan na mga eksperimento na may pagmamasid, hindi maiiwasang maimpluwensyahan ng mga eksperimento ang system. Ito ay iluminado ng isang laser, ang mga instrumento sa pagsukat ay na-install. At ito ay isang pangkalahatan, napakahalagang prinsipyo: hindi mo maaaring obserbahan ang isang sistema, sukatin ang mga katangian nito nang hindi nakikipag-ugnayan dito. At kung saan may pakikipag-ugnayan, mayroong pagbabago sa mga katangian. Lalo na kapag ang colossus ng quantum object ay nakikipag-ugnayan sa isang maliit na quantum system. Kaya ang walang hanggan, Buddhist neutralidad ng nagmamasid ay imposible.

Ito mismo ang nagpapaliwanag sa terminong "decoherence" - isang hindi maibabalik na proseso mula sa punto ng view ng paglabag sa quantum properties ng isang system kapag nakikipag-ugnayan ito sa isa pang malaking sistema. Sa panahon ng gayong pakikipag-ugnayan, ang quantum system ay nawawala ang mga orihinal nitong katangian at nagiging klasikal, "sumunod" sa malaking sistema. Ipinapaliwanag nito ang kabalintunaan sa pusa ni Schrödinger: ang pusa ay napakalaking sistema na hindi ito maaaring ihiwalay sa mundo. Ang mismong setting ng eksperimento sa pag-iisip ay hindi ganap na tama.

Sa anumang kaso, kumpara sa katotohanan bilang isang gawa ng paglikha ng kamalayan, ang decoherence ay mukhang mas kalmado. Baka masyadong kalmado. Pagkatapos ng lahat, sa diskarteng ito, ang buong klasikal na mundo ay nagiging isang malaking epekto ng decoherence. At ayon sa mga may-akda ng isa sa mga pinakaseryosong libro sa larangang ito, ang mga pahayag tulad ng "walang mga particle sa mundo" o "walang oras sa isang pangunahing antas" ay lohikal ding sumusunod mula sa mga ganitong paraan.

Creative observer o omnipotent decoherence? Kailangan mong pumili sa pagitan ng dalawang kasamaan. Ngunit tandaan - ngayon ang mga siyentipiko ay nagiging mas kumbinsido na ang napakakilalang quantum effect ay sumasailalim sa ating mga proseso ng pag-iisip. Kaya kung saan nagtatapos ang pagmamasid at nagsisimula ang katotohanan - bawat isa sa atin ay kailangang pumili.

3) At dahil isa itong quantum theory, kayang gawin ng space-time ang lahat ng ito nang sabay-sabay. Maaari itong sabay-sabay na lumikha ng isang infant universe at hindi lumikha nito.

Ang tela ng space-time ay maaaring hindi isang tela, ngunit maaaring binubuo ng mga discrete na bahagi na tila sa amin ay isang tuluy-tuloy na tela sa malalaking macroscopic na kaliskis.

4) Sa karamihan ng mga diskarte sa quantum gravity, ang space-time ay hindi pangunahing, ngunit binubuo ng ibang bagay. Ang mga ito ay maaaring mga string, loop, qubit, o variant ng space-time na "atoms" na lumilitaw sa condensed matter approaches. Ang mga hiwalay na bahagi ay maaaring i-disassemble lamang sa paggamit ng pinakamataas na enerhiya, na higit pa sa magagamit natin sa Earth.

5) Sa ilang mga diskarte na may condensed matter, ang space-time ay may mga katangian ng isang solid o likidong katawan, iyon ay, maaari itong maging nababanat o malapot. Kung ito nga ang kaso, ang mga nakikitang kahihinatnan ay hindi maiiwasan. Ang mga physicist ay kasalukuyang naghahanap ng mga bakas ng mga katulad na epekto sa mga naglalakbay na particle, iyon ay, sa liwanag o mga electron na umaabot sa atin mula sa malalim na kalawakan.

Schematic animation ng tuluy-tuloy na sinag ng liwanag na nakakalat ng isang prisma. Sa ilang mga diskarte sa quantum gravity, ang espasyo ay maaaring kumilos bilang isang dispersion medium para sa iba't ibang wavelength ng liwanag.

6) Maaaring makaapekto ang space-time kung paano dumadaan ang liwanag dito. Maaaring hindi ito ganap na transparent, o maaaring maglakbay ang liwanag ng iba't ibang kulay sa iba't ibang bilis. Kung ang quantum space-time ay nakakaapekto sa pagpapalaganap ng liwanag, ito rin ay maaaring maobserbahan sa mga eksperimento sa hinaharap.

7) Ang mga pagbabago sa space-time ay maaaring sirain ang kakayahan ng liwanag mula sa malalayong pinagmumulan upang lumikha ng mga pattern ng interference. Ang epektong ito ay hinanap at hindi natagpuan, kahit man lang sa nakikitang hanay.

Ang liwanag na dumadaan sa dalawang makapal na hiwa (itaas), dalawang manipis na hiwa (gitna), o isang makapal na biyak (ibaba) ay nagpapakita ng interference, na nagpapahiwatig ng kalikasan ng alon nito. Ngunit sa quantum gravity, maaaring hindi posible ang ilang inaasahang interference properties.

8) Sa mga lugar na may malakas na kurbada, ang oras ay maaaring maging kalawakan. Ito ay maaaring mangyari, halimbawa, sa loob ng mga black hole o sa panahon ng big bang. Sa kasong ito, ang space-time na kilala sa amin na may tatlong spatial at dimensyon at isang beses ay maaaring maging isang apat na dimensional na "Euclidean" na espasyo.

Ang pagkonekta ng dalawang magkaibang lugar sa espasyo o oras sa pamamagitan ng isang wormhole ay nananatiling teoretikal na ideya lamang, ngunit maaari itong maging hindi lamang kawili-wili, ngunit hindi rin maiiwasan sa quantum gravity.

Ang space-time ay maaaring hindi lokal na konektado sa maliliit na wormhole na tumatagos sa buong uniberso. Ang ganitong mga hindi lokal na koneksyon ay dapat na umiiral sa lahat ng mga diskarte na ang pinagbabatayan na istraktura ay hindi geometric, tulad ng isang graph o isang network. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa ganitong mga kaso ang konsepto ng "proximity" ay hindi magiging pangunahing, ngunit ipinahiwatig at hindi perpekto, upang ang mga malalayong lugar ay maaaring random na konektado.

10) Marahil para pag-isahin ang quantum theory sa gravity, kailangan nating i-update hindi ang gravity, kundi ang quantum theory mismo. Kung gayon, ang mga kahihinatnan ay magiging napakalawak. Dahil ang quantum theory ay nasa puso ng lahat ng electronic device, ang rebisyon nito ay magbubukas ng mga bagong posibilidad.

Bagama't madalas na tinitingnan ang quantum gravity bilang isang puro teoretikal na ideya, maraming posibilidad para sa eksperimental na pag-verify. Lahat tayo ay naglalakbay sa espasyo-oras araw-araw. Ang kanyang pang-unawa ay makapagpapabago ng ating buhay.

Ang mga misteryo ng quantum physics ay maaari ding maiugnay sa bilang ng mga hindi kilalang artifact ng modernong istraktura ng mundo. Ang pagtatayo ng isang mekanikal na larawan ng nakapalibot na espasyo ay hindi makukumpleto, umaasa lamang sa tradisyonal na kaalaman ng klasikal na teorya ng pisika. Ang isang karagdagan sa klasikal na pisikal na teorya, ang mga pananaw sa organisasyon ng istraktura ng pisikal na katotohanan, ay malakas na naiimpluwensyahan ng teorya ng mga electromagnetic na larangan, na unang itinayo ni Maxwell. Ito ay maaaring argued na ito ay pagkatapos na ang yugto ng quantum diskarte sa modernong pisika ay inilatag.

Ito ay konektado, isang bagong yugto sa pagbuo ng quantum theory, at, kasama ang nakakagulat na pang-agham na komunidad, ang mga gawaing pananaliksik ng sikat na eksperimentong pisiko - si Max Planck. Ang pangunahing impetus sa pag-unlad ng quantum physics ay nagsimula at minarkahan ng isang pagtatangka upang malutas ang isang pang-agham na problema, ang pag-aaral ng electromagnetic waves.

Ang klasikal na konsepto ng pisikal na kakanyahan ng isang sangkap ay hindi nagpapahintulot na bigyang-katwiran ang pagbabago sa maraming mga katangian maliban sa mga mekanikal. Ang sinisiyasat na sangkap ay hindi sumunod sa mga klasikal na batas ng pisika, ito ay nagdulot ng mga bagong problema para sa pananaliksik at sapilitang siyentipikong pananaliksik.

Umalis si Planck mula sa klasikal na interpretasyon ng siyentipikong teorya, na hindi ganap na sumasalamin sa katotohanan ng mga phenomena na nagaganap, na nag-aalok ng kanyang sariling pangitain at hypothesized tungkol sa discreteness ng radiation ng enerhiya ng mga atomo ng bagay. Ang pamamaraang ito ay naging posible upang malutas ang marami sa mga hintong punto ng klasikal na teorya ng electromagnetism. Ang pagpapatuloy ng mga prosesong pinagbabatayan ng representasyon ng mga pisikal na batas ay hindi nagpapahintulot sa paggawa ng mga kalkulasyon, hindi lamang sa isang pagkakamali sa kompromiso, ngunit kung minsan ay hindi sumasalamin sa kakanyahan ng mga phenomena.

Ang teorya ng quantum ni Planck, ayon sa kung saan ito ay nakasaad na ang mga atomo ay may kakayahang magpalabas ng electromagnetic energy lamang sa magkahiwalay na bahagi, at hindi, tulad ng naunang sinabi, tungkol sa pagpapatuloy ng proseso, ay naging posible na ilipat ang pag-unlad ng pisika bilang isang quantum theory. ng mga proseso. Ang teorya ng corpuscular ay nagsasaad na ang enerhiya ay patuloy na nagliliwanag, at ito ang pangunahing kontradiksyon.

Gayunpaman, ang mga misteryo ng quantum physics ay nanatiling hindi ginalugad hanggang sa mga pundasyon. Kaya lang ang mga eksperimento ni Planck ay naging posible na bumuo ng isang ideya ng pagiging kumplikado ng istraktura ng nakapalibot na mundo at ang organisasyon ng bagay, ngunit hindi namin pinahintulutan na wakasan ang "at". Ang katotohanang ito ng kawalan ng kumpleto ay ginagawang posible kahit na ngayon na magpatuloy sa pag-unlad ng teoretikal na pagsasaliksik ng quantum ng mga siyentipiko sa ating panahon.

Higit pang mga artikulo sa paksang ito:

• 9 Abril 2012 -- (0)
  Si Einstein, na sinusubukang ihambing ang mga hindi pagkakasundo sa mga pundasyon ng klasikal na mekanika, ay dumating sa konklusyon na ang iba pang mga prinsipyo ng quantum physics ay kailangang maaprubahan, batay sa patuloy na bilis ng liwanag at ...
• 26 Marso 2012 -- (2)
  Balang araw ay mauubos ang mga reserba ng langis at metal sa ating planeta at kailangan nating maghanap ng iba pang likas na mapagkukunan ng pagkain para sa ating sibilisasyon. At pagkatapos ay ang mga biological na organisasyon ay maaaring tumulong sa atin ...
• 11 Marso 2012 -- (4)
  Ang gusaling ito ay isang higanteng closed loop ng mga photovoltaic panel. Ang haba nito ay humigit-kumulang 11,000 kilometro at ang lapad nito ay 400 kilometro. Ang mga siyentipiko ay magtatayo ng...
• 11 Abril 2012 -- (0)
  Tulad ng alam mo, ang mga Amerikano ay pinagsama sa aspalto ang teritoryo na naaayon sa estado ng Pennsylvania. Ilang taon na ang nakalilipas, kahit na sa aming pinakamaligaw na panaginip, hindi namin maisip na sa halip na konkreto ay maaari naming...