Falsafah dan fizik kuantum. Fizik kuantum untuk dummies: intipati dalam perkataan mudah

Saya malu, saya ingin mengakui bahawa saya mendengar ungkapan ini, tetapi tidak tahu sama sekali apa maksudnya malah mengenai topik apa yang digunakan. Biar saya beritahu anda apa yang saya baca di Internet tentang kucing ini... -

« Kucing Shroedinger“- ini adalah nama eksperimen pemikiran terkenal ahli fizik teori Austria terkenal Erwin Schrödinger, yang juga pemenang Hadiah Nobel. Dengan bantuan eksperimen rekaan ini, saintis ingin menunjukkan ketidaklengkapan mekanik kuantum dalam peralihan daripada sistem subatom kepada sistem makroskopik.

Artikel asal oleh Erwin Schrödinger diterbitkan pada tahun 1935. Di dalamnya, percubaan diterangkan menggunakan atau bahkan mempersonifikasikan:

Anda juga boleh membina kes-kes di mana terdapat agak burlesque. Biarkan beberapa kucing dikunci di dalam ruang keluli dengan mesin jahat berikut (yang sepatutnya tidak kira campur tangan kucing): di dalam kaunter Geiger terdapat sejumlah kecil bahan radioaktif, sangat kecil sehingga hanya satu atom boleh mereput dalam satu jam, tetapi dengan kemungkinan yang sama ia mungkin tidak hancur; jika ini berlaku, tiub bacaan dilepaskan dan geganti diaktifkan, melepaskan tukul, yang memecahkan kelalang dengan asid hidrosianik.

Jika kita membiarkan keseluruhan sistem ini sendiri selama sejam, maka kita boleh mengatakan bahawa kucing itu akan hidup selepas masa ini, selagi atom tidak hancur. Perpecahan pertama atom akan meracuni kucing. Fungsi psi sistem secara keseluruhan akan menyatakan ini dengan mencampurkan atau mencalit kucing hidup dan mati (maafkan ungkapan) dalam bahagian yang sama. Apa yang tipikal dalam kes sedemikian ialah ketidakpastian yang asalnya terhad kepada dunia atom diubah menjadi ketidakpastian makroskopik, yang boleh dihapuskan melalui pemerhatian langsung. Ini menghalang kita daripada menerima "model kabur" secara naif sebagai mencerminkan realiti. Ini sendiri tidak bermakna sesuatu yang tidak jelas atau bercanggah. Terdapat perbezaan antara foto kabur atau tidak fokus dan foto awan atau kabus.

Dalam kata lain:

Terdapat sebuah kotak dan seekor kucing. Kotak itu mengandungi mekanisme yang mengandungi nukleus atom radioaktif dan bekas gas beracun. Parameter eksperimen dipilih supaya kebarangkalian pereputan nuklear dalam 1 jam ialah 50%. Jika nukleus hancur, bekas gas terbuka dan kucing mati. Jika nukleus tidak mereput, kucing akan kekal hidup dan sihat.
Kami menutup kucing dalam kotak, tunggu sejam dan bertanya kepada diri sendiri: adakah kucing itu hidup atau mati?
Mekanik kuantum nampaknya memberitahu kita bahawa nukleus atom (dan oleh itu kucing) berada dalam semua keadaan yang mungkin secara serentak (lihat superposisi kuantum). Sebelum kita membuka kotak, sistem teras kucing berada dalam keadaan "nukleus telah reput, kucing telah mati" dengan kebarangkalian 50% dan dalam keadaan "nukleus tidak reput, kucing masih hidup" dengan kebarangkalian 50%. Ternyata kucing yang duduk di dalam kotak itu hidup dan mati pada masa yang sama.
Menurut tafsiran Copenhagen moden, kucing itu hidup/mati tanpa sebarang keadaan perantaraan. Dan pilihan keadaan pereputan nukleus berlaku bukan pada saat membuka kotak, tetapi walaupun nukleus memasuki pengesan. Kerana pengurangan fungsi gelombang sistem "cat-detector-nucleus" tidak dikaitkan dengan pemerhati manusia kotak, tetapi dikaitkan dengan pengesan-pemerhati nukleus.

Menurut mekanik kuantum, jika nukleus atom tidak diperhatikan, maka keadaannya digambarkan oleh campuran dua keadaan - nukleus yang reput dan nukleus yang tidak reput, oleh itu, kucing yang duduk di dalam kotak dan mempersonifikasikan nukleus atom. adalah hidup dan mati pada masa yang sama. Jika kotak dibuka, maka penguji boleh melihat hanya satu keadaan tertentu - "nukleus telah reput, kucing mati" atau "nukleus tidak reput, kucing masih hidup."

Intipati dalam bahasa manusia: Eksperimen Schrödinger menunjukkan bahawa, dari sudut pandangan mekanik kuantum, kucing itu hidup dan mati, yang tidak boleh. Oleh itu, mekanik kuantum mempunyai kelemahan yang ketara.

Persoalannya ialah: bilakah sistem tidak lagi wujud sebagai campuran dua keadaan dan memilih satu keadaan tertentu? Tujuan eksperimen adalah untuk menunjukkan bahawa mekanik kuantum tidak lengkap tanpa beberapa peraturan yang menunjukkan dalam keadaan apa fungsi gelombang runtuh, dan kucing sama ada menjadi mati atau kekal hidup, tetapi tidak lagi menjadi campuran kedua-duanya. Memandangkan jelas bahawa kucing mesti sama ada hidup atau mati (tiada keadaan perantaraan antara hidup dan mati), ini akan menjadi serupa untuk nukleus atom. Ia mestilah sama ada reput atau tidak reput ().

Satu lagi tafsiran terbaru eksperimen pemikiran Schrödinger ialah cerita yang diceritakan oleh watak Teori Big Bang Sheldon Cooper kepada jirannya yang kurang berpendidikan, Penny. Maksud cerita Sheldon ialah konsep kucing Schrödinger boleh diaplikasikan dalam hubungan manusia. Untuk memahami apa yang berlaku antara seorang lelaki dan seorang wanita, jenis hubungan antara mereka: baik atau buruk, anda hanya perlu membuka kotak. Sehingga itu, hubungan itu baik dan buruk.

Di bawah adalah klip video pertukaran Teori Big Bang antara Sheldon dan Penia ini.

Ilustrasi Schrödinger ialah contoh terbaik untuk menerangkan paradoks utama fizik kuantum: mengikut undang-undangnya, zarah seperti elektron, foton dan juga atom wujud dalam dua keadaan pada masa yang sama (“hidup” dan “mati”, jika anda masih ingat kucing yang tahan lama). Negeri-negeri ini dipanggil.

Ahli fizik Amerika Art Hobson () dari Universiti Arkansas (Arkansas State University) mencadangkan penyelesaiannya kepada paradoks ini.

“Pengukuran dalam fizik kuantum adalah berdasarkan operasi peranti makroskopik tertentu, seperti pembilang Geiger, dengan bantuan keadaan kuantum sistem mikroskopik - atom, foton dan elektron ditentukan. Teori kuantum membayangkan bahawa jika anda menyambungkan sistem mikroskopik (zarah) ke beberapa peranti makroskopik yang membezakan dua keadaan sistem yang berbeza, maka peranti itu (pembilang Geiger, sebagai contoh) akan masuk ke dalam keadaan terjerat kuantum dan juga mendapati dirinya dalam dua superposisi pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk melihat fenomena ini secara langsung, yang menjadikannya tidak boleh diterima, "kata ahli fizik itu.

Hobson mengatakan bahawa dalam paradoks Schrödinger, kucing memainkan peranan alat makroskopik, pembilang Geiger, yang disambungkan kepada nukleus radioaktif untuk menentukan keadaan pereputan atau "tidak reput" nukleus itu. Dalam kes ini, kucing hidup akan menjadi penunjuk "tidak reput", dan kucing mati akan menjadi penunjuk reput. Tetapi menurut teori kuantum, kucing, seperti nukleus, mesti wujud dalam dua superposisi hidup dan mati.

Sebaliknya, menurut ahli fizik, keadaan kuantum kucing harus terikat dengan keadaan atom, bermakna mereka berada dalam "hubungan bukan tempatan" antara satu sama lain. Maksudnya, jika keadaan salah satu objek yang terjerat tiba-tiba berubah menjadi sebaliknya, maka keadaan pasangannya juga akan berubah, tidak kira berapa jauh mereka antara satu sama lain. Dengan berbuat demikian, Hobson merujuk kepada teori kuantum ini.

"Perkara yang paling menarik tentang teori kuantum kuantum ialah perubahan dalam keadaan kedua-dua zarah berlaku serta-merta: tiada cahaya atau isyarat elektromagnet akan mempunyai masa untuk menghantar maklumat dari satu sistem ke sistem yang lain. Jadi, anda boleh katakan ia adalah satu objek yang dibahagikan kepada dua bahagian mengikut ruang, tidak kira betapa besarnya jarak antara mereka,” jelas Hobson.

Kucing Schrödinger tidak lagi hidup dan mati pada masa yang sama. Dia mati jika perpecahan berlaku, dan hidup jika perpecahan tidak pernah berlaku.

Marilah kita menambah bahawa penyelesaian yang serupa kepada paradoks ini telah dicadangkan oleh tiga lagi kumpulan saintis sejak tiga puluh tahun yang lalu, tetapi mereka tidak diambil serius dan kekal tanpa disedari dalam kalangan saintifik yang luas. Hobson bahawa penyelesaian kepada paradoks mekanik kuantum, sekurang-kurangnya secara teori, amat diperlukan untuk pemahaman yang mendalam.

Schrödinger

Tetapi baru-baru ini, PARA TEORI MENJELASKAN BAGAIMANA GRAVITI MEMBUNUH KUCING SCHRODINGER, tetapi ini lebih rumit...-

Sebagai peraturan, ahli fizik menerangkan fenomena bahawa superposisi adalah mungkin dalam dunia zarah, tetapi mustahil dengan kucing atau objek makro lain, gangguan dari alam sekitar. Apabila objek kuantum melalui medan atau berinteraksi dengan zarah rawak, ia serta-merta menganggap hanya satu keadaan - seolah-olah ia diukur. Beginilah cara superposisi dimusnahkan, seperti yang dipercayai oleh saintis.

Tetapi walaupun entah bagaimana mungkin untuk mengasingkan objek makro dalam keadaan superposisi daripada interaksi dengan zarah dan medan lain, lambat laun ia masih akan mengambil satu keadaan. Sekurang-kurangnya ini benar untuk proses yang berlaku di permukaan Bumi.

"Di suatu tempat di ruang antara bintang, mungkin kucing akan mempunyai peluang, tetapi di Bumi atau berhampiran mana-mana planet ini sangat tidak mungkin. Dan sebab untuk ini adalah graviti, "jelas pengarang utama kajian baru, Igor Pikovsky () dari Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian.

Pikovsky dan rakan-rakannya dari Universiti Vienna berpendapat bahawa graviti mempunyai kesan merosakkan pada superposisi kuantum objek makro, dan oleh itu kita tidak melihat fenomena yang sama dalam makrokosmos. Konsep asas hipotesis baru, dengan cara itu, adalah dalam filem cereka "Interstellar".

Teori relativiti am Einstein menyatakan bahawa objek yang sangat besar akan membengkokkan ruang masa di sekelilingnya. Memandangkan keadaan pada tahap yang lebih kecil, kita boleh mengatakan bahawa untuk molekul yang diletakkan berhampiran permukaan Bumi, masa akan berlalu agak perlahan daripada molekul yang terletak di orbit planet kita.

Disebabkan oleh pengaruh graviti pada ruang-masa, molekul yang terjejas oleh pengaruh ini akan mengalami sisihan kedudukannya. Dan ini, seterusnya, harus menjejaskan tenaga dalamannya - getaran zarah dalam molekul yang berubah dari semasa ke semasa. Jika molekul dimasukkan ke dalam keadaan superposisi kuantum dua lokasi, maka hubungan antara kedudukan dan tenaga dalaman tidak lama lagi akan memaksa molekul untuk "memilih" hanya satu daripada dua kedudukan di angkasa.

"Dalam kebanyakan kes, fenomena dekoheren dikaitkan dengan pengaruh luaran, tetapi dalam kes ini, getaran dalaman zarah berinteraksi dengan pergerakan molekul itu sendiri," jelas Pikovsky.

Kesan ini belum lagi diperhatikan kerana sumber penyahpaduan lain, seperti medan magnet, sinaran haba dan getaran, biasanya lebih kuat, menyebabkan kemusnahan sistem kuantum jauh sebelum graviti berlaku. Tetapi penguji berusaha untuk menguji hipotesis.

Persediaan serupa juga boleh digunakan untuk menguji keupayaan graviti untuk memusnahkan sistem kuantum. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk membandingkan interferometer menegak dan mendatar: pada yang pertama, superposisi akan hilang tidak lama lagi kerana pelebaran masa pada "ketinggian" laluan yang berbeza, manakala pada yang kedua, superposisi kuantum mungkin kekal.

sumber

http://4brain.ru/blog/%D0%BA%D0%BE%D1%82-%D1%88%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0% B3%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1% 82%D1%8B%D0%BC%D0%B8-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BC%D0%B8/

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2632838

Berikut adalah sedikit lagi pseudo-saintifik: sebagai contoh, dan di sini. Jika anda belum tahu, baca tentang dan apa itu. Dan kita akan mengetahui apa

Superposisi kuantum(superposisi koheren) - superposisi keadaan yang tidak dapat direalisasikan secara serentak dari sudut pandangan klasik ia adalah superposisi keadaan alternatif (saling eksklusif). Prinsip kewujudan superposisi keadaan biasanya dipanggil dalam konteks mekanik kuantum secara ringkas prinsip superposisi.

Ia juga mengikuti daripada prinsip superposisi bahawa semua persamaan untuk fungsi gelombang (contohnya, persamaan Schrödinger) dalam mekanik kuantum mestilah linear.

Sebarang kuantiti yang boleh diperhatikan (contohnya, kedudukan, momentum atau tenaga zarah) ialah nilai eigen bagi pengendali linear Hermitian yang sepadan dengan keadaan eigen tertentu pengendali ini, iaitu, fungsi gelombang tertentu, tindakan pengendali yang dikurangkan. kepada pendaraban dengan nombor - nilai eigen. Gabungan linear dua fungsi gelombang - operator eigenstates - juga akan menerangkan keadaan fizikal sistem yang sebenarnya sedia ada. Walau bagaimanapun, untuk sistem sedemikian, kuantiti yang diperhatikan tidak lagi mempunyai nilai tertentu, dan hasil daripada pengukuran satu daripada dua nilai akan diperolehi dengan kebarangkalian ditentukan oleh kuasa dua pekali (amplitud) yang asasnya berfungsi. masuk ke dalam kombinasi linear. (Sudah tentu, fungsi gelombang sistem boleh menjadi gabungan linear lebih daripada dua keadaan asas, sehingga bilangannya yang tidak terhingga).

Akibat penting superposisi kuantum ialah pelbagai kesan gangguan (lihat eksperimen Young, kaedah pembelauan), dan untuk sistem komposit, keadaan terjerat.

Contoh popular tingkah laku paradoks objek mekanikal kuantum dari sudut pandangan pemerhati makroskopik ialah kucing Schrödinger, yang mungkin mewakili superposisi kuantum kucing hidup dan mati. Walau bagaimanapun, tiada yang diketahui secara pasti tentang kebolehgunaan prinsip superposisi (serta mekanik kuantum secara umum) kepada sistem makroskopik.

Superposisi kuantum (superposisi "fungsi gelombang"), walaupun persamaan rumusan matematik, tidak boleh dikelirukan dengan prinsip superposisi untuk fenomena gelombang biasa (medan). Keupayaan untuk menambah keadaan kuantum tidak menentukan kelinearan mana-mana sistem fizikal. Superposisi padang kerana, katakan, kes elektromagnet, bermakna, sebagai contoh, daripada dua keadaan foton yang berbeza seseorang boleh membuat keadaan medan elektromagnet dengan dua foton, yang merupakan superposisi kuantum tak boleh buat. A padang superposisi keadaan vakum (keadaan sifar) dan gelombang tertentu masih akan menjadi gelombang yang sama, tidak seperti kuantum superposisi keadaan 0- dan 1-foton, yang merupakan keadaan baharu. Superposisi kuantum boleh digunakan pada sistem sedemikian tanpa mengira sama ada ia diterangkan oleh persamaan linear atau bukan linear (iaitu, sama ada prinsip medan superposisi adalah sah atau tidak). Lihat statistik Bose–Einstein untuk kaitan antara superposisi kuantum dan medan untuk kes boson.

Juga, superposisi kuantum (koheren) tidak boleh dikelirukan dengan apa yang dipanggil keadaan bercampur (lihat matriks ketumpatan) - "superposisi tidak koheren". Ini juga perkara yang berbeza.

Anda mungkin pernah mendengarnya berkali-kali tentang misteri fizik kuantum dan mekanik kuantum yang tidak dapat dijelaskan. Undang-undangnya mempesona dengan mistik, malah ahli fizik sendiri mengakui bahawa mereka tidak memahaminya sepenuhnya. Di satu pihak, adalah menarik untuk memahami undang-undang ini, tetapi sebaliknya, tidak ada masa untuk membaca buku berbilang jilid dan kompleks mengenai fizik. Saya sangat memahami anda, kerana saya juga suka ilmu dan mencari kebenaran, tetapi tidak ada masa yang cukup untuk semua buku. Anda tidak bersendirian, ramai orang yang ingin tahu menaip dalam bar carian: “fizik kuantum untuk boneka, mekanik kuantum untuk boneka, fizik kuantum untuk pemula, mekanik kuantum untuk pemula, asas fizik kuantum, asas mekanik kuantum, fizik kuantum untuk kanak-kanak, apa itu Mekanik kuantum". Penerbitan ini betul-betul untuk anda.

Anda akan memahami konsep asas dan paradoks fizik kuantum. Dari artikel anda akan belajar:

Apakah fizik kuantum dan mekanik kuantum?
Apakah itu gangguan?
Apakah Quantum Entanglement (atau Quantum Teleportation for Dummies)? (lihat artikel)
Apakah eksperimen pemikiran Kucing Schrödinger? (lihat artikel)

Mekanik kuantum adalah sebahagian daripada fizik kuantum.

Mengapa begitu sukar untuk memahami ilmu-ilmu ini? Jawapannya mudah: fizik kuantum dan mekanik kuantum (sebahagian daripada fizik kuantum) mengkaji undang-undang dunia mikro. Dan undang-undang ini sama sekali berbeza daripada undang-undang makrokosmos kita. Oleh itu, sukar untuk kita membayangkan apa yang berlaku kepada elektron dan foton dalam mikrokosmos.

Contoh perbezaan antara undang-undang dunia makro dan mikro: dalam dunia makro kami, jika anda meletakkan bola dalam satu daripada 2 kotak, maka satu daripadanya akan kosong, dan yang lain akan mempunyai bola. Tetapi dalam mikrokosmos (jika terdapat atom dan bukannya bola), atom boleh berada dalam dua kotak pada masa yang sama. Ini telah disahkan secara eksperimen berkali-kali. Tidakkah sukar untuk membungkus kepala anda di sekeliling ini? Tetapi anda tidak boleh berhujah dengan fakta.

Satu lagi contoh. Anda mengambil gambar kereta sukan merah lumba pantas dan dalam foto itu anda melihat jalur mendatar yang kabur, seolah-olah kereta itu terletak di beberapa titik di angkasa pada masa foto itu. Walaupun apa yang anda lihat dalam foto, anda masih pasti bahawa kereta itu adalah di satu tempat tertentu di angkasa. Dalam dunia mikro, semuanya berbeza. Elektron yang berputar mengelilingi nukleus atom sebenarnya tidak berputar, tetapi terletak serentak di semua titik sfera mengelilingi nukleus atom. Seperti bola bulu gebu yang dilukai longgar. Konsep ini dalam fizik dipanggil "awan elektronik" .

Lawatan singkat ke dalam sejarah. Para saintis mula-mula berfikir tentang dunia kuantum apabila, pada tahun 1900, ahli fizik Jerman Max Planck cuba memikirkan mengapa logam berubah warna apabila dipanaskan. Dialah yang memperkenalkan konsep kuantum. Sehingga itu, saintis berpendapat bahawa cahaya bergerak secara berterusan. Orang pertama yang menganggap serius penemuan Planck ialah Albert Einstein yang tidak dikenali ketika itu. Dia sedar bahawa cahaya bukan sekadar gelombang. Kadang-kadang dia berperangai seperti zarah. Einstein menerima Hadiah Nobel untuk penemuannya bahawa cahaya dipancarkan dalam bahagian, quanta. Kuantum cahaya dipanggil foton ( foton, Wikipedia) .

Untuk memudahkan memahami hukum kuantum ahli fizik Dan mekanik (Wikipedia), kita mesti, dalam erti kata lain, abstrak daripada undang-undang fizik klasik yang biasa kepada kita. Dan bayangkan anda menyelam, seperti Alice, ke dalam lubang arnab, ke Wonderland.

Dan inilah kartun untuk kanak-kanak dan orang dewasa. Menerangkan eksperimen asas mekanik kuantum dengan 2 celah dan pemerhati. Bertahan 5 minit sahaja. Tonton sebelum kita menyelami soalan asas dan konsep fizik kuantum.

Fizik kuantum untuk video dummies. Dalam kartun, perhatikan "mata" pemerhati. Ia telah menjadi misteri yang serius bagi ahli fizik.

Apakah itu gangguan?

Pada permulaan kartun, menggunakan contoh cecair, ia ditunjukkan bagaimana gelombang berkelakuan - jalur menegak gelap dan terang berselang-seli muncul pada skrin di belakang pinggan dengan celah. Dan dalam kes apabila zarah diskret (contohnya, kerikil) "ditembak" pada plat, ia terbang melalui 2 celah dan mendarat di skrin bertentangan dengan celah. Dan mereka "melukis" hanya 2 jalur menegak pada skrin.

Gangguan cahaya- Ini ialah gelagat cahaya "gelombang", apabila skrin memaparkan banyak jalur menegak terang dan gelap berselang-seli. Juga jalur menegak ini dipanggil corak gangguan.

Dalam makrokosmos kita, kita sering memerhatikan bahawa cahaya berkelakuan seperti gelombang. Jika anda meletakkan tangan anda di hadapan lilin, maka di dinding tidak akan ada bayangan yang jelas dari tangan anda, tetapi dengan kontur kabur.

Jadi, ia tidak begitu rumit! Kini agak jelas kepada kita bahawa cahaya mempunyai sifat gelombang dan jika 2 celah diterangi dengan cahaya, maka pada skrin di belakangnya kita akan melihat corak gangguan. Sekarang mari kita lihat eksperimen ke-2. Ini adalah percubaan Stern-Gerlach yang terkenal (yang dijalankan pada 20-an abad yang lalu).

Pemasangan yang diterangkan dalam kartun tidak bersinar dengan cahaya, tetapi "ditembak" dengan elektron (sebagai zarah individu). Kemudian, pada awal abad yang lalu, ahli fizik di seluruh dunia percaya bahawa elektron adalah zarah asas bahan dan tidak sepatutnya mempunyai sifat gelombang, tetapi sama seperti kerikil. Lagipun, elektron adalah zarah asas jirim, bukan? Iaitu, jika anda "membuang" mereka ke dalam 2 celah, seperti kerikil, maka pada skrin di belakang celah kita akan melihat 2 jalur menegak.

Tetapi... Hasilnya sungguh menakjubkan. Para saintis melihat corak gangguan - banyak jalur menegak. Iaitu, elektron, seperti cahaya, juga boleh mempunyai sifat gelombang dan boleh mengganggu. Sebaliknya, menjadi jelas bahawa cahaya bukan sahaja gelombang, tetapi juga sedikit zarah - foton (dari latar belakang sejarah pada permulaan artikel, kami mengetahui bahawa Einstein menerima Hadiah Nobel untuk penemuan ini) .

Mungkin anda masih ingat, di sekolah kita diberitahu dalam fizik "dualiti gelombang-zarah"? Ini bermakna apabila kita bercakap tentang zarah yang sangat kecil (atom, elektron) mikrokosmos, maka Kedua-duanya adalah gelombang dan zarah

Hari ini anda dan saya sangat bijak dan kami faham bahawa 2 eksperimen yang diterangkan di atas - menembak dengan elektron dan menerangi celah dengan cahaya - adalah perkara yang sama. Kerana kita menembak zarah kuantum di celah. Kita kini tahu bahawa kedua-dua cahaya dan elektron adalah sifat kuantum, bahawa kedua-dua gelombang dan zarah pada masa yang sama. Dan pada awal abad ke-20, hasil eksperimen ini adalah sensasi.

Perhatian! Sekarang mari kita beralih kepada isu yang lebih halus.

Kami memancarkan aliran foton (elektron) ke celah kami dan melihat corak gangguan (jalur menegak) di belakang celah pada skrin. Adakah itu jelas. Tetapi kami berminat untuk melihat bagaimana setiap elektron terbang melalui slot.

Mungkin, satu elektron terbang ke slot kiri, satu lagi ke kanan. Tetapi kemudian 2 jalur menegak sepatutnya muncul pada skrin bertentangan dengan slot. Mengapakah corak gangguan berlaku? Mungkin elektron entah bagaimana berinteraksi antara satu sama lain sudah ada di skrin selepas terbang melalui celah. Dan hasilnya adalah corak gelombang seperti ini. Bagaimanakah kita boleh menjejaki perkara ini?

Kami akan membuang elektron bukan dalam rasuk, tetapi satu demi satu. Kita buang, tunggu, kita baling yang seterusnya. Sekarang elektron itu terbang bersendirian, ia tidak lagi dapat berinteraksi dengan elektron lain pada skrin. Kami akan mendaftarkan setiap elektron pada skrin selepas lontaran. Satu atau dua, sudah tentu, tidak akan "melukis" gambaran yang jelas untuk kita. Tetapi apabila kita menghantar banyak daripada mereka ke dalam celah satu demi satu, kita akan perasan... oh seram - mereka sekali lagi "menarik" corak gelombang gangguan!

Kami perlahan-lahan mula menjadi gila. Lagipun, kami menjangkakan bahawa akan ada 2 jalur menegak bertentangan dengan slot! Ternyata apabila kita melempar foton satu demi satu, setiap daripada mereka melepasi, seolah-olah, melalui 2 celah pada masa yang sama dan mengganggu dirinya sendiri. Hebat! Mari kita kembali menerangkan fenomena ini dalam bahagian seterusnya.

Apakah putaran dan superposisi?

Sekarang kita tahu apa itu gangguan. Ini ialah tingkah laku gelombang zarah mikro - foton, elektron, zarah mikro lain (untuk kesederhanaan, mari kita panggil mereka foton mulai sekarang).

Hasil daripada eksperimen, apabila kami melemparkan 1 foton ke dalam 2 celah, kami menyedari bahawa ia seolah-olah terbang melalui dua celah pada masa yang sama. Jika tidak, bagaimanakah kita boleh menerangkan corak gangguan pada skrin?

Tetapi bagaimana kita boleh membayangkan foton terbang melalui dua celah pada masa yang sama? Terdapat 2 pilihan.

Pilihan pertama: foton, seperti gelombang (seperti air) "terapung" melalui 2 celah pada masa yang sama
pilihan ke-2: foton, seperti zarah, terbang serentak sepanjang 2 trajektori (bukan dua, tetapi sekaligus)

Pada dasarnya, pernyataan ini adalah setara. Kami tiba di "path integral". Inilah rumusan mekanik kuantum Richard Feynman.

By the way, betul-betul Richard Feynman terdapat satu ungkapan yang terkenal bahawa Kami dengan yakin boleh mengatakan bahawa tiada siapa yang memahami mekanik kuantum

Tetapi ungkapan ini bekerja pada awal abad ini. Tetapi sekarang kita bijak dan tahu bahawa foton boleh bertindak sebagai zarah dan sebagai gelombang. Bahawa dia boleh, dalam beberapa cara yang tidak dapat difahami oleh kita, terbang melalui 2 celah pada masa yang sama. Oleh itu, adalah mudah bagi kita untuk memahami pernyataan penting mekanik kuantum berikut:

Tegasnya, mekanik kuantum memberitahu kita bahawa tingkah laku foton ini adalah peraturan, bukan pengecualian. Mana-mana zarah kuantum, sebagai peraturan, berada dalam beberapa keadaan atau pada beberapa titik dalam ruang secara serentak.

Objek dunia makro hanya boleh berada di satu tempat tertentu dan dalam satu keadaan tertentu. Tetapi zarah kuantum wujud mengikut undang-undangnya sendiri. Dan dia tidak peduli bahawa kita tidak memahami mereka. Itulah maksudnya.

Kita hanya perlu mengakui, sebagai aksiom, bahawa "superposisi" objek kuantum bermakna ia boleh berada pada 2 atau lebih trajektori pada masa yang sama, dalam 2 atau lebih titik pada masa yang sama

Perkara yang sama berlaku untuk parameter foton lain - putaran (momentum sudutnya sendiri). Spin ialah vektor. Objek kuantum boleh dianggap sebagai magnet mikroskopik. Kami terbiasa dengan fakta bahawa vektor magnet (putaran) sama ada diarahkan ke atas atau ke bawah. Tetapi elektron atau foton sekali lagi memberitahu kami: “Kawan-kawan, kami tidak kisah apa yang biasa anda lakukan, kami boleh berada dalam kedua-dua keadaan putaran sekaligus (vektor ke atas, vektor ke bawah), sama seperti kami boleh berada di 2 trajektori pada pada masa yang sama atau pada 2 mata pada masa yang sama!

Apakah "pengukuran" atau "keruntuhan fungsi gelombang"?

Terdapat sedikit lagi untuk kita memahami apa itu "pengukuran" dan apa itu "fungsi gelombang runtuh".

Fungsi gelombang ialah perihalan keadaan objek kuantum (foton atau elektron kita).

Katakan kita mempunyai elektron, ia terbang ke dirinya sendiri dalam keadaan tidak tentu, putarannya diarahkan ke atas dan ke bawah pada masa yang sama. Kita perlu mengukur keadaannya.

Mari kita ukur menggunakan medan magnet: elektron yang putarannya diarahkan ke arah medan akan menyimpang ke satu arah, dan elektron yang putarannya diarahkan ke medan - ke arah yang lain. Lebih banyak foton boleh diarahkan ke dalam penapis polarisasi. Jika putaran (polarisasi) foton ialah +1, ia melalui penapis, tetapi jika ia adalah -1, maka ia tidak.

Berhenti! Di sini anda pasti akan mempunyai soalan: Sebelum pengukuran, elektron tidak mempunyai arah putaran tertentu, bukan? Dia berada di semua negeri pada masa yang sama, bukan?

Inilah muslihat dan sensasi mekanik kuantum. Selagi anda tidak mengukur keadaan objek kuantum, ia boleh berputar ke mana-mana arah (mempunyai sebarang arah vektor momentum sudutnya sendiri - putaran). Tetapi pada masa ini apabila anda mengukur keadaannya, dia nampaknya membuat keputusan yang harus diterima oleh vektor putaran.

Objek kuantum ini sangat keren - ia membuat keputusan tentang keadaannya. Dan kita tidak boleh meramalkan terlebih dahulu keputusan yang akan dibuat apabila ia terbang ke medan magnet di mana kita mengukurnya. Kebarangkalian bahawa dia akan memutuskan untuk mempunyai vektor putaran "atas" atau "bawah" ialah 50 hingga 50%. Tetapi sebaik sahaja dia membuat keputusan, dia berada dalam keadaan tertentu dengan arah putaran tertentu. Sebab keputusannya adalah "dimensi" kami!

Ini dipanggil " keruntuhan fungsi gelombang". Fungsi gelombang sebelum pengukuran adalah tidak pasti, i.e. vektor putaran elektron secara serentak dalam semua arah selepas pengukuran, elektron merekodkan arah tertentu vektor putarannya.

Perhatian! Contoh yang sangat baik untuk pemahaman ialah persatuan dari makrokosmos kita:

Putar syiling di atas meja seperti gasing berputar. Walaupun syiling berputar, ia tidak mempunyai makna khusus - kepala atau ekor. Tetapi sebaik sahaja anda memutuskan untuk "mengukur" nilai ini dan membanting syiling dengan tangan anda, pada masa itulah anda mendapat keadaan khusus syiling - kepala atau ekor. Sekarang bayangkan bahawa duit syiling ini menentukan nilai yang akan "ditunjukkan" kepada anda - kepala atau ekor. Elektron berkelakuan dengan cara yang lebih kurang sama.

Sekarang ingat eksperimen yang ditunjukkan pada penghujung kartun. Apabila foton dilalui melalui celah, mereka berkelakuan seperti gelombang dan menunjukkan corak gangguan pada skrin. Dan apabila saintis ingin merakam (mengukur) momen foton terbang melalui celah dan meletakkan "pemerhati" di belakang skrin, foton mula berkelakuan bukan seperti gelombang, tetapi seperti zarah. Dan mereka "melukis" 2 jalur menegak pada skrin. Itu. Pada saat pengukuran atau pemerhatian, objek kuantum sendiri memilih keadaan yang sepatutnya mereka berada.

Hebat! bukan?

Tetapi bukan itu sahaja. Akhirnya kita Kami sampai ke bahagian yang paling menarik.

Tetapi... nampaknya saya akan ada lebihan maklumat, jadi kami akan mempertimbangkan 2 konsep ini dalam siaran berasingan:

Apa yang berlaku?
Apakah eksperimen pemikiran?

Sekarang, adakah anda mahu maklumat itu diselesaikan? Tonton dokumentari yang dihasilkan oleh Canadian Institute of Theoretical Physics. Di dalamnya, dalam 20 minit, anda akan diberitahu secara ringkas dan mengikut urutan kronologi tentang semua penemuan fizik kuantum, bermula dengan penemuan Planck pada tahun 1900. Dan kemudian mereka akan memberitahu anda perkembangan praktikal yang sedang dijalankan berdasarkan pengetahuan dalam fizik kuantum: daripada jam atom yang paling tepat kepada pengiraan komputer kuantum yang sangat pantas. Saya sangat mengesyorkan menonton filem ini.

jumpa lagi!

Saya berharap semua orang inspirasi untuk semua rancangan dan projek mereka!

P.S.2 Tulis soalan dan fikiran anda dalam komen. Tulis, apakah soalan lain mengenai fizik kuantum yang anda minati?

P.S.3 Langgan blog - borang langganan berada di bawah artikel.

· Hamiltonian · Teori kuantum lama

Konsep Asas
Keadaan kuantum · Kuantum boleh diperhatikan · Fungsi gelombang · Superposisi kuantum· Jalinan kuantum · Keadaan bercampur · Pengukuran · Ketidakpastian · Prinsip Pauli · Dualisme · Penyahsepaduan · Teorem Ehrenfest · Kesan terowong

Eksperimen
Percubaan Davisson-Germer · Percubaan Popper · Percubaan Stern-Gerlach · Percubaan muda · Ujian ketaksamaan Bell · Kesan fotoelektrik · Kesan Compton

Formulasi
Perwakilan Schrödinger · Perwakilan Heisenberg · Perwakilan interaksi · Mekanik kuantum matriks · Kamiran laluan · Gambar rajah Feynman

Persamaan
Persamaan Schrödinger · Persamaan Pauli · Persamaan Klein-Gordon · Persamaan Dirac · Persamaan Schwinger-Tomonaga · Persamaan Von Neumann · Persamaan Bloch · Persamaan Lindblad · Persamaan Heisenberg

Tafsiran
Copenhagen · Teori parameter tersembunyi · Banyak-dunia · Teori De Broglie-Bohm

Perkembangan teori
Teori medan kuantum · Elektrodinamik kuantum · Teori Glashow-Weinberg-Salam · Kromodinamik kuantum · Model Standard · Graviti kuantum

Para saintis terkenal
Planck · Einstein · Schrödinger · Heisenberg · Jordan · Bohr · Pauli · Dirac · Fock · Born · de Broglie · Landau · Feynman · Bohm · Everett

Lihat juga: Portal:Fizik

Superposisi kuantum(superposisi koheren) ialah superposisi keadaan yang tidak dapat direalisasikan secara serentak dari sudut pandangan klasik ia adalah superposisi keadaan alternatif (saling eksklusif). Prinsip kewujudan superposisi keadaan biasanya dipanggil dalam konteks mekanik kuantum secara ringkas prinsip superposisi.

Jika fungsi texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): \Psi_1 \ Dan Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): \Psi_2\ adalah fungsi gelombang boleh diterima yang menerangkan keadaan sistem kuantum, kemudian superposisi linearnya, Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): \Psi_3 = c_1\Psi_1 + c_2\Psi_2 \, juga menerangkan beberapa keadaan sistem ini. Jika pengukuran sebarang kuantiti fizik Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \hat f \ mampu Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): |\Psi_1\rangle membawa kepada hasil tertentu Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc , tetapi mampu Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): |\Psi_2\rangle- kepada hasilnya Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc , maka ukuran adalah dalam keadaan Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): |\Psi_3\rangle akan membawa kepada hasil Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): f_1 \ atau Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): f_2 \ dengan kebarangkalian Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): |c_1|^2 \ Dan Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): |c_2|^2 \ masing-masing.

Dengan kata mudah formula Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): \Psi_(n+1) = c_1\Psi_1 + c_2\Psi_2 \ ... +c_n\Psi_n \ ialah fungsi jumlah Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): n \-produk fungsi ke- Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc pada kebarangkalian mereka, dan oleh itu jumlah keadaan kemungkinan semua fungsi Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak ditemui; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): |\Psi\rangle .

Ia juga mengikuti daripada prinsip superposisi bahawa semua persamaan untuk fungsi gelombang (contohnya, persamaan Schrödinger) dalam mekanik kuantum mestilah linear.

Akibat penting superposisi kuantum ialah pelbagai kesan gangguan (lihat eksperimen Young, kaedah pembelauan), dan untuk sistem komposit, keadaan terjerat.

Perbezaan daripada superposisi lain

Superposisi kuantum (superposisi "fungsi gelombang"), walaupun persamaan rumusan matematik, tidak boleh dikelirukan dengan prinsip superposisi untuk fenomena gelombang biasa (medan Keupayaan untuk menambah keadaan kuantum tidak menentukan kelinearan mana-mana fizikal). sistem. Superposisi padang kerana, katakan, kes elektromagnet, bermakna, sebagai contoh, daripada dua keadaan foton yang berbeza seseorang boleh membuat keadaan medan elektromagnet dengan dua foton, yang merupakan superposisi kuantum tak boleh buat. A padang superposisi keadaan vakum (keadaan sifar) dan gelombang tertentu masih akan menjadi gelombang yang sama, tidak seperti kuantum superposisi keadaan 0- dan 1-foton, yang merupakan keadaan baharu. Superposisi kuantum boleh digunakan pada sistem sedemikian tanpa mengira sama ada ia diterangkan oleh persamaan linear atau bukan linear (iaitu, sama ada prinsip medan superposisi adalah sah atau tidak). Lihat statistik Bose–Einstein untuk kaitan antara superposisi kuantum dan medan untuk kes boson.

Juga, superposisi kuantum (koheren) tidak boleh dikelirukan dengan apa yang dipanggil keadaan bercampur (lihat matriks ketumpatan) - "superposisi tidak koheren". Ini juga perkara yang berbeza.

lihat juga

Tulis ulasan tentang artikel "Kuantum superposisi"

Nota

[[K:Wikipedia:Artikel tanpa imej (negara: Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. )]][[K:Wikipedia:Artikel tanpa imej (negara: Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. )]]Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. Superposisi kuantum Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. Superposisi kuantum Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. Superposisi kuantum Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. Superposisi kuantum

Formula yang paling terkenal dari relativiti am ialah undang-undang pemuliharaan jisim tenaga

Ini adalah draf artikel mengenai fizik. Anda boleh membantu projek dengan menambahkannya.

Petikan yang mencirikan superposisi Kuantum

Hati saya tiba-tiba sakit dan pedih... Ini bermakna bahawa pada setiap masa ada orang yang cerah dan kuat yang berani, tetapi tanpa harapan berjuang untuk kebahagiaan dan masa depan manusia! Dan mereka semua, sebagai peraturan, mati... Apakah sebab ketidakadilan yang begitu kejam?.. Apakah sebab kematian berulang itu?
– Beritahu saya, Sever, mengapa orang yang paling murni dan paling kuat sentiasa mati?.. Saya tahu bahawa saya telah bertanya soalan ini kepada anda... Tetapi saya masih tidak faham, adakah orang benar-benar tidak melihat betapa indah dan gembiranya dia akan hidup, adakah mereka akan mendengar sekurang-kurangnya salah seorang daripada mereka yang berjuang dengan bersungguh-sungguh untuk mereka?! Betulkah anda, dan Bumi terlalu buta sehingga terlalu awal untuk mengakarnya?!.. Adakah terlalu awal untuk bertarung?..
Menggelengkan kepalanya sedih, Sever tersenyum mesra.
– Anda sendiri tahu jawapan kepada soalan ini, Isidora... Tetapi anda tidak akan berputus asa, walaupun kebenaran yang kejam itu menakutkan anda? Anda seorang Pahlawan dan anda akan kekal sebagai seorang. Jika tidak, anda akan mengkhianati diri sendiri, dan makna kehidupan akan hilang selama-lamanya kepada anda. Kita adalah apa yang kita ADA. Dan tidak kira betapa kerasnya kita cuba untuk berubah, teras kita (atau asas kita) akan tetap sama seperti ESSENCE kita sebenarnya. Lagipun, jika seseorang itu masih "buta", dia masih mempunyai harapan untuk mendapatkan semula penglihatannya suatu hari nanti, bukan? Atau jika otaknya masih tidur, dia mungkin masih bangun suatu hari nanti. Tetapi jika seseorang itu pada dasarnya "busuk", maka tidak kira betapa baiknya dia cuba untuk menjadi, jiwa busuknya masih merayap keluar satu hari yang baik... dan membunuh sebarang percubaan yang dia lakukan untuk kelihatan lebih baik. Tetapi jika seorang lelaki benar-benar jujur dan berani, tidak ada rasa takut akan kesakitan atau ancaman yang paling jahat akan mematahkannya, kerana jiwanya, DIRInya, akan selama-lamanya kekal sebagai berani dan suci, tidak kira betapa tanpa belas kasihan dan kejamnya dia menderita. Tetapi seluruh masalah dan kelemahannya ialah kerana Lelaki ini benar-benar Murni, dia tidak dapat melihat pengkhianatan dan kezaliman walaupun sebelum ia menjadi jelas, dan apabila masih belum terlambat untuk melakukan apa-apa... Dia tidak boleh melakukan ini, kerana mereka rendah. perasaan langsung tiada dalam dirinya. Oleh itu, orang yang paling terang dan paling berani di Bumi akan sentiasa mati, Isidora. Dan ini akan berterusan sehingga SETIAP orang duniawi melihat cahaya dan memahami bahawa kehidupan tidak diberikan dengan sia-sia, bahawa kita mesti berjuang untuk keindahan, dan bahawa Bumi tidak akan menjadi lebih baik sehingga dia mengisinya dengan kebaikannya dan menghiasinya dengan kerjanya, tidak kira betapa kecil atau tidak pentingnya.

Tetapi seperti yang telah saya katakan kepada anda, Isidora, anda perlu menunggu ini untuk masa yang lama, kerana buat masa ini seseorang hanya berfikir tentang kesejahteraan peribadinya, tanpa memikirkan mengapa dia datang ke Bumi, mengapa dia dilahirkan. di atasnya... Untuk setiap KEHIDUPAN , tidak kira betapa kecilnya ia kelihatan, datang ke Bumi untuk tujuan tertentu. Untuk sebahagian besar - untuk menjadikan RUMAH bersama kita lebih baik dan lebih bahagia, lebih berkuasa dan lebih bijak.
"Adakah anda fikir orang biasa akan berminat dengan kebaikan bersama?" Lagipun, ramai orang benar-benar kekurangan konsep ini. Bagaimana hendak mengajar mereka, Utara?..
– Ini tidak boleh diajar, Isidora. Orang mesti mempunyai keperluan untuk Cahaya, keperluan untuk Kebaikan. Mereka sendiri mesti mahukan perubahan. Untuk apa yang diberikan secara paksa, seseorang secara naluriah cuba menolak dengan cepat, tanpa cuba memahami apa-apa. Tetapi kami menyimpang, Isidora. Awak nak saya sambung cerita Radomir dan Magdalena?
Saya mengangguk mengiyakan, sangat menyesal di dalam hati saya kerana saya tidak dapat bercakap dengannya dengan begitu ringkas dan tenang, tanpa bimbang tentang minit terakhir kehidupan saya yang lumpuh yang diperuntukkan kepada saya oleh takdir dan tanpa memikirkan dengan seram tentang nasib malang yang menimpa Anna. ...
– Alkitab banyak menulis tentang Yohanes Pembaptis. Adakah dia benar-benar bersama Radomir dan Knights of the Temple? Imejnya sangat bagus sehingga kadangkala membuat orang ragu-ragu sama ada John adalah tokoh sebenar? Bolehkah anda menjawab, Utara?
Utara tersenyum mesra, nampaknya teringat sesuatu yang sangat menyenangkan dan sayang kepadanya...
– John bijak dan baik, seperti matahari yang hangat... Dia adalah bapa kepada semua orang yang berjalan bersamanya, guru dan rakan mereka... Dia dihargai, dipatuhi dan disayangi. Tetapi dia tidak pernah menjadi pemuda yang sangat muda dan sangat kacak seperti yang biasanya dilukis oleh artis. John pada masa itu sudah menjadi ahli sihir tua, tetapi masih sangat kuat dan gigih. Berambut kelabu dan tinggi, dia kelihatan lebih seperti seorang pahlawan epik yang perkasa daripada seorang lelaki muda yang sangat tampan dan lembut. Dia memakai rambut yang sangat panjang, begitu juga dengan orang lain yang bersama Radomir.

Ia adalah Radan, dia benar-benar luar biasa kacak. Dia, seperti Radomir, tinggal di Meteora sejak kecil, di sebelah ibunya, Sorceress Maria. Ingat, Isidora, berapa banyak lukisan yang terdapat di mana Mary dilukis dengan dua bayi, umur yang hampir sama. Atas sebab tertentu, semua artis terkenal melukis mereka, mungkin tanpa memahami SIAPA yang sebenarnya digambarkan oleh berus mereka... Dan apa yang paling menarik ialah Radan yang Maria lihat dalam semua lukisan ini. Rupa-rupanya ketika itu, semasa masih bayi, Radan sudah pun ceria dan menarik sepanjang hayatnya yang singkat...

Superposisi kuantum ialah superposisi keadaan saling eksklusif. Contoh teori superposisi sedemikian ialah eksperimen pemikiran kucing Schrödinger. Menurut istilahnya, kucing yang diletakkan di dalam kotak tertutup dengan bahan radioaktif, kebarangkalian pereputan yang tidak diketahui, dan asid hidrosianik, boleh kelihatan kepada pemerhati makroskopik sama ada hidup dan mati. Dalam amalan, superposisi kuantum dilaksanakan, sebagai contoh, dalam qubit - elemen penyimpanan data dalam komputer kuantum.

Dalam kajian baru, saintis menangkap superposisi kuantum molekul diatomik gas iodin menggunakan laser elektron bebas sinar-X LCLS. Berada dalam pergerakan bebas, molekul bahan terbahagi kepada atom teruja dan neutral disebabkan oleh penyerapan tenaga. Sinaran LCLS mengeluarkan sinaran kedua daripada satu sama lain dan menggabungkannya semula dalam bentuk corak sinar-x dalam kenaikan 30 femtosaat. Langkah minimum untuk pergerakan molekul dalam imej yang berbeza ialah 0.3 angstrom (0.03 nanometer) - kurang daripada lebar atom.

Ia ditekankan bahawa kesan elektron daripada nadi laser secara langsung menyentuh hanya 4-5 peratus daripada molekul, tetapi, dari sudut pandangan mekanik kuantum, teruja semua molekul bahan dengan analogi dengan "kucing Schrödinger." Fakta superposisi kuantum telah disahkan oleh pengesanan LCLS sinaran pantulan dari kedua-dua keadaan molekul secara serentak. Pada corak pembelauan sinar-X ia kelihatan seperti satu siri gelang sepusat, lebih cerah pada peringkat penyegerakan getaran antara molekul, dan lebih gelap pada peringkat nyahsegerak.

“Pertama, molekul bergetar, dan atomnya terpesong ke tepi dan menjauhi satu sama lain. Kemudian sambungan antara atom terputus, dan mereka jatuh ke dalam kekosongan. Walau bagaimanapun, sambungan masih dikekalkan. Atom kekal pada jarak antara satu sama lain untuk beberapa lama sebelum kembali ke keadaan asalnya. Secara beransur-ansur, getaran molekul diratakan, dan molekul kembali ke keadaan rehat. Keseluruhan proses berlangsung tidak lebih daripada trilion sesaat,” Profesor Phil Bucksbaum menggambarkan fenomena itu.

Beliau menambah bahawa jika terdapat pemecahan dalam ikatan interatomik, merekodkan superposisi kuantum adalah mustahil. Pasukan itu adalah yang pertama menggunakan denyutan sinaran koheren ultra pendek yang sengit untuk tujuan sedemikian. Sementara itu, teknik yang diterangkan boleh digunakan bukan sahaja pada masa hadapan, tetapi juga dalam kajian lepas, kata saintis. Mereka juga menyatakan kesediaan mereka untuk meneruskan penggambaran "pawagam molekul" di kawasan lain, contohnya, dalam biologi - untuk mengkaji mekanisme perlindungan DNA daripada sinaran ultraviolet.

"Molecular Cinema" yang dihasilkan oleh LCLS. Titik biru ialah atom teruja, titik merah ialah atom neutral yang wujud serentak. © J. M. Glownia et al