Квантова заплутаність теорія, принцип, ефект
Яскраво блищала золотиста осіннє листя дерев. Промені вечірнього сонця торкнулися поріділих верхівок. Світло пробився крізь гілки і влаштував виставу з химерних фігур, миготіли на стіні університетської «каптьорці».
Замислений погляд сера Гамільтона повільно ковзав, спостерігаючи за грою світлотіні. В голові ірландського математика йшла справжня плавильня думок, ідей і висновків. Він прекрасно розумів, що пояснення багатьох явищ за допомогою ньютонівської механіки подібно грі тіней на стіні, оманливе сплітають фігури і залишають без відповіді багато питань. «Можливо, це хвиля ... а може бути, потік частинок, - розмірковував учений, - або світло є проявом обох явищ. Подібно фігурам, виткані з тіні і світла ».
Початок квантової фізики
Цікаво спостерігати за великими людьми і намагатися усвідомити, як народжуються великі ідеї, які змінюють хід еволюції всього людства. Гамільтон - один з тих, хто стояв біля витоків зародження квантової фізики. Через п'ятдесят років, на початку двадцятого століття, вивченням елементарних частинок займалися багато вчених. Отримані знання були суперечливі і нескомпіліровани. Однак перші хиткі кроки були зроблені.
Розуміння мікросвіту на початку ХХ століття
У 1901 році була представлена перша модель атома і показана її неспроможність, з позиції звичайної електродинаміки. В цей же період Макс Планк і Нільс Бор публікують безліч праць про природу атома. Незважаючи на їх кропітка праця, повного розуміння структури атома не існувало.
Після численних праць Нільса Бора і його колег в 1925 році зародився новий напрямок - щось на кшталт квантової механіки. Поширене вираз - «квантова механіка» з'явилося через тридцять років.
Що ми знаємо про кванти і їх примхи?
Вперше ефект квантової заплутаності фотонів обговорювалося в 1927 році на п'ятому Солвеевском Конгресі. Між Нільсом Бором і Ейнштейном виникла запекла суперечка. Парадокс квантової сплутаності повністю змінив розуміння суті матеріального світу.
Відомо, що всі тіла складаються з елементарних частинок. Відповідно, всі явища квантової механіки відображаються в звичайному світі. Нільс Бор говорив, що якщо ми не дивимося на Місяць, то її не існує. Ейнштейн вважав це нерозумним і вважав, що об'єкт існує незалежно від спостерігача.
При вивченні проблем квантової механіки слід розуміти, що її механізми і закони взаємопов'язані між собою і не підкоряються класичної фізики. Спробуємо розібратися в самій суперечливій області - квантової заплутаності часток.
Теорія квантової заплутаності
Для початку варто розуміти, що квантова фізика подібна бездонних криниць, в якому можна виявити все, що завгодно. Явище квантової заплутаності на початку минулого століття вивчався Ейнштейном, Бором, Максвеллом, Бойл, Беллом, Планком і багатьма іншими фізиками. Протягом двадцятого століття по всьому світу активно вивчали це і експериментували тисячі вчених.
Світ підпорядкований суворим законам фізики
Чому такий інтерес до парадоксів квантової механіки? Все дуже просто: ми живемо, підкоряючись певним законам фізичного світу. Уміння «обходити» зумовленість відкриває магічну двері, за якої все стає можливим. Наприклад, концепція «Кота Шредінгера» веде до управління матерією. Також стане можлива телепортація інформації, яку викликає квантова заплутаність. Передача інформації стане миттєвою, незалежно від відстані.
Це питання поки перебуває в стадії вивчення, однак має позитивну тенденцію.
Аналогія і розуміння
Чим же унікальна квантова заплутаність, як її зрозуміти і що відбувається при цьому? Спробуємо розібратися. Для цього буде потрібно провести якийсь уявний експеримент. Уявіть, що у вас в руках дві коробки. У кожній з них лежить по одному м'ячу з смугою. Тепер одну коробку віддаємо космонавту, і він відлітає на Марс. Як тільки ви відкриваєте коробку і бачите, що смуга на м'ячі горизонтальна, то в інший коробці м'яч автоматично матиме вертикальну смугу. Це і буде квантова заплутаність простими словами виражена: один об'єкт зумовлює положення іншого.
Однак слід розуміти, що це лише поверхневе пояснення. Для того щоб отримати квантову заплутаність, необхідно, щоб частинки мали однакове походження, подібно близнюкам.
Де може бути використана квантова сплутаність?
Принцип квантової заплутаності може бути використаний для передачі інформації на великі відстані миттєво. Подібний висновок суперечить теорії відносності Ейнштейна. У ньому записано, що максимальна швидкість переміщення властива тільки світла - триста тисяч кілометрів на секунду. Подібна передача інформації дає можливість існування фізичної телепортації.
Ефіродінамікі і квантова заплутаність
На думку деяких провідних вчених, квантова сплутаність пояснюється тим, що простір заповнений якимось ефіром - чорною матерією. Будь-яка елементарна частинка, як нам відомо, перебуває у вигляді хвилі і корпускули (частки). Деякі вчені вважають, що всі частинки знаходяться на «полотні» темної енергії. Зрозуміти це непросто. Давайте спробуємо розібратися іншим шляхом - методом асоціації.
Уявіть себе на березі моря. Легкий бриз і слабке подих вітру. Бачите хвилі? А десь далеко, в відблисках променів сонця, видно вітрильник.
Корабель буде нашою елементарною частинкою, а море - ефіром (темною енергією).
Море може перебувати в русі у вигляді видимих хвиль і крапель води. Точно так само і всі елементарні частинки можуть бути просто морем (її складовою невід'ємною частиною) або ж окремої часткою - краплею.
Це спрощений приклад, все дещо складніше. Частинки без присутності спостерігача знаходяться в вигляді хвилі і не мають певного місця розташування.
Мікросвіт живе за своїми законами
Принцип квантової заплутаності можна зрозуміти, якщо брати в облік то, що елементарні частинки знаходяться у вигляді хвиль. Не маючи певного місця розташування і характеристик, обидві частки перебувають в океані енергії. У момент появи спостерігача хвиля «перетворюється» в доступний дотику об'єкт. Друга частка, дотримуючись систему рівноваги, набуває протилежні властивості.
Фізика елементарних частинок вивчає заплутаність квантових станів на підставі спина (обертання) елементарної частинки.
Нова гіпотеза - новий погляд на світ
Вивчення мікрокосмосу - простору елементарних частинок - породило безліч гіпотез і припущень. Ефект квантової заплутаності наштовхнув учених на думку про існування якоїсь квантової мікрорешёткі. На їхню думку, в кожному вузлі - точці перетину - знаходиться квант. Вся енергія - цілісна решітка, а прояв і рух частинок можливо тільки через вузли решітки.
Розмір «вікна» таких грат досить малий, і вимір сучасним обладнанням неможливо. Однак, щоб підтвердити або спростувати цю гіпотезу, вчені вирішили вивчити рух фотонів в просторової квантової решітці. Суть в тому, що фотон може рухатися або прямо, або зигзагами - по діагоналі решітки. У другому випадку, подолавши більшу дистанцію, він витратить більше енергії. Відповідно, буде відрізнятися від фотона, що рухається по прямій лінії.
Можливо, з часом ми дізнаємося, що живемо в просторової квантової решітці. Або ж це припущення може виявитися невірним. Однак саме принцип квантової заплутаності вказує на можливість існування решітки.
Щоб розуміти чарівний і загадковий світ квантової фізики, варто уважно вдивитися в хід розвитку науки за останні п'ятсот років. Раніше вважалося, що Земля має плоску форму, а не сферичну. Причина очевидна: якщо прийняти її форму круглої, то вода і люди не зможуть втриматися.
Як ми бачимо, проблема існувала у відсутності повного бачення всіх діючих сил. Можливо, що сучасній науці для розуміння квантової фізики не вистачає бачення всіх діючих сил. Прогалини бачення породжують систему протиріч і парадоксів. Можливо, магічний світ квантової механіки зберігає в собі відповіді на поставлені питання.
