Да се ​​вратиме на она што е квантната механика и како можеме да ја користиме.

Невидлива глетка

Добро, па мирисате на кафе, скоро сте будни. Очите се подготвени за дневна рутина, трепкаат и пуштаат малку светлина. Додека размислувате за тоа, честичките на светлината што влегуваат во вашето лице и очи се формираа пред милион години во центарот на сонцето, во време кога нашите предци започнаа да користат оган. Сонцето не би испраќало ниту честички наречени фотони ако не беа потребни за истиот феномен што може да биде основа на нашето чувство за мирис, квантно тунелирање.

Околу 150 милиони километри ги одделуваат Сонцето и Земјата, на фотоните им требаат само осум минути за да ја поминат оваа далечина. Сепак, поголемиот дел од нивното патување се одвива внатре во сонцето, каде што еден типичен фотон минува милион години обидувајќи се да избега. Така материјата се чува во средината на нашата starвезда, каде што водородот е околу 13 пати погуст од оловото, а фотоните можат да патуваат за бесконечно мал дел од секундата пред да бидат апсорбирани од јони на водород, кои потоа испуштаат фотон за да патуваат од Сонцето итн од ваквите интеракции, конечно се појавува фотон на површината на Сонцето, кое сјае овде со милиони години.

Квантна механика (© Џеј Смит)

Фотоните никогаш немаше да се формираат и Сонцето немаше да заблеска без квантно тунелирање. Сонцето и сите други starsвезди создаваат светлина со нуклеарна фузија, распаѓаат јони на водород и создаваат хелиум во процес што ослободува енергија. Секоја секунда, сонцето претвора околу 4 милиони тони материја во енергија. Само водородните јони, како индивидуалните протони, имаат позитивни електрични полнежи и се одбиваат едни од други. Па, како можат да се спојат едни со други?
При квантно тунелирање, брановата природа на протоните понекогаш им овозможува лесно да се преклопуваат како бранови што се спојуваат на површината на езерцето. Фактот дека тие се преклопуваат, ги носи протонските бранови доволно близу, така што друга сила, како што е силна нуклеарна сила што дејствува само на многу кратки растојанија, може да го надмине електричното одбивање на честичките. Протоните потоа се распаѓаат и ослободуваат еден фотон.

Нашите очи се многу чувствителни на фотоните

Нашите очи еволуираа да бидат многу чувствителни на овие фотони. Некои неодамнешни експерименти покажаа дека можеме дури и да откриеме индивидуални фотони, што отвора интересна можност: дали луѓето можат да откријат некои посебни случаи на квантната механика? Дали ова значи дека некое лице, како фотон или електрон или несреќната мачка на Шридингер, е мртво и живо во исто време, ако е директно вклучено во квантниот свет? Како може да изгледа такво искуство?

Човечко око

„Не знаеме затоа што никој не се обиде“, рече Ребека Холмс, физичар во Националната лабораторија Лос Аламос во Ново Мексико. Пред три години, кога дипломираше на Универзитетот во Илиноис во Урбан-Шампањ, Холмс беше дел од тим предводен од Пол Квјат, кој покажа дека луѓето можат да детектираат кратки светлосни трепкања кои се состојат од три фотони. Во 2016 година, таа открила дека натпреварувачка група научници, предводени од физичарот Алипаша Вазири од Универзитетот Рокфелер во Newујорк, откриле дека луѓето навистина гледаат поединечни фотони. Сепак, гледаме дека искуството не мора прецизно да се опише. Вазири, таа се обиде да види како фотонот трепка, изјави за списанието „Природа“, „Не е како да гледате светлина. Тоа е скоро чувство на прагот на фантазијата “.

Квантна механика - експерименти

Во блиска иднина, Холмс и Вазири очекуваат да тестираат што луѓето перципираат кога фотоните се вметнуваат во посебни квантни состојби. На пример, физичарите можат да поврзат еден фотон со она што тие го нарекуваат суперпозиција, каде што фотоните постојат истовремено на две различни места. Холмс и нејзините колеги дизајнираа експеримент со две сценарија за да тестираат дали луѓето можат директно да ја согледаат суперпозицијата на фотоните. Во првото сценарио, еден фотон би достигнал или на левата или на десната страна на човечката мрежница, а некој ќе забележи на која страна од мрежницата го чувствува фотонот. Во второто сценарио, фотонот би бил ставен во квантна суперпозиција што ќе му овозможи да го направи навидум невозможното - истовремено да лета на десната и левата страна на мрежницата.

Дали некој ќе открие светлина од двете страни на мрежницата? Или, дали интеракцијата на фотонот во окото би предизвикала суперпозиција да се „сруши“? Ако е така, дали тоа ќе се случува толку често и од десната и од левата страна, како што сугерира теоријата?

Ребека Холмс вели:

„Врз основа на стандардната квантна механика, фотонот во суперпозиција веројатно нема да изгледа различно од реално случајно пренесениот фотон лево или десно“.

Ако се покаже дека некои учесници во експериментот всушност го перцепирале фотонот на двете места истовремено, дали тоа значи дека и самото лице било во квантна состојба?

Ребека Холмс додава:

„Може да кажете дека набудувачот беше сам во квантна суперпозиција за незначително кратко време, но сè уште никој не го пробал, така што навистина не знаеме. Затоа правите таков експеримент “.

Вие перцепирате на свој начин

Сега да се вратиме на шолјата кафе. Чушата ја чувствувате како цврсто парче материјал, цврсто во контакт со кожата на вашата рака. Но, тоа е само илузија. Ние никогаш не допираме ништо, барем не во смисла на двете цврсти парчиња материја што се допираат. Повеќе од 99,9999999999 проценти од атомот се состои од празен простор, скоро целата материја е концентрирана во јадрото.

Квантна механика (© Џеј Смит)

Кога ја држите чашата со рацете, се чини дека е негова јачината доаѓа од отпорот на електроните во чашата и во раката. Самите електрони немаат волумен воопшто, само очигледните нула димензии на полето на негативен електричен полнеж ги опкружуваат атомите и молекулите како облак. Законите на квантната механика ги ограничуваат на специфични нивоа на енергија околу атомите и молекулите. Додека раката ја зграпчува чашата, таа турка електрони од едно на друго ниво, а за тоа е потребна мускулна енергија, што мозокот ја толкува како отпор кога ќе допреме нешто цврсто.

Нашето чувство за допир произлегува од исклучително сложената интеракција помеѓу електроните околу молекулите на нашето тело и молекулите на предметите што ги допираме. Од оваа информација, нашиот мозок создава илузија дека имаме цврсто тело кое се движи низ свет полн со други цврсти предмети. Контактот со нив не ни дава точно чувство за реалноста. Можно е ниту една од нашите согледувања да не одговара на она што навистина се случува. Доналд Хофман, когнитивен невролог од Универзитетот во Калифорнија, Ирвин, верува дека нашите сетила и мозоци еволуирале за да ја прикријат вистинската природа на реалноста, а не да ја откриваат.

„Мојата идеја е дека фактот, каков и да е, е премногу комплициран и ќе ни одземе премногу време и енергија за обработка.

Споредба на сликата на светот во мозокот со графичкиот интерфејс во компјутерот

Хофман ја споредува сликата за конструкцијата на светот во нашиот мозок, со графичкиот интерфејс на екранот на компјутерот. Сите разнобојни икони на екранот, како што се Корпата за отпадоци, покажувачот на глувчето и папките со датотеките, немаат никаква врска со она што навистина се случува внатре во компјутерот. Само апстракции, поедноставувања ни овозможуваат да комуницираме со сложената електроника.

Според Хофман, еволуцијата го смени нашиот мозок да работи исто како графички интерфејс кој не го репродуцира светот верно. Еволуцијата не поддржува развој на точна перцепција, таа го користи само она што овозможува преживување.

Како што вели Хофман:

„Формирајте правила над реалноста“.

Хофман и неговите дипломирани студенти тестираа стотици илјади компјутерски модели во последниве години за да ги тестираат своите идеи во симулации на вештачки форми на живот кои се натпреваруваат за ограничени ресурси. Во секој случај, организмите се програмирани да даваат приоритет на физичката подготвеност кога фактите не се совпаѓаат со оние направени за точна перцепција.

На пример, ако еден организам е дизајниран точно да ја согледа, на пример, вкупната количина на вода присутна во животната средина и се сретне со организам кој е наместен да согледа нешто поедноставно, на пример, оптималното количество вода потребно за да остане жив. Значи, додека еден организам може да создаде поточна форма на реалност, овој имот не ја зголемува неговата способност да преживее. Студиите на Хофман го доведоа до извонреден заклучок:

„До степен до кој сме прилагодени на одржување на животот, нема да бидеме во согласност со реалноста. Не можеме да го сториме тоа “.

Квантна теорија

Неговите мисли се совпаѓаат со она што некои физичари го сметаат за централна идеја на квантната теорија - перцепцијата на реалноста не е целосно објективна, не можеме да се одделиме од светот што го набудуваме.

Хофман целосно го доловува овој став:

„Просторот е само структура на податоци, а физичките објекти се самите структури на податоци што ги создаваме во лет. Кога гледам на рид, ја создавам оваа структура на податоци. Потоа, погледнам настрана и ја кршам оваа структура на податоци, бидејќи не ми треба повеќе “.

Како што покажува работата на Хофман, ние сè уште не сме го разгледале целосното значење на квантната теорија и што вели таа за природата на реалноста. Поголемиот дел од својот живот, самиот Планк се обидуваше да ја разбере теоријата за која тој помагаше да се создаде, и секогаш веруваше во објективна перцепција на универзумот што постоеше независно од нас.

Тој еднаш напишал зошто решил да се занимава со физика, наспроти советот на неговиот учител:

„Надворешниот свет е нешто независно од човекот, тоа е нешто апсолутно и потрагата по закони што важат за ова апсолутно ми се чинеше како најблагородното научно искуство во животот“.

Можеби ќе треба уште еден век за уште една револуција во физиката да докаже дали е во право или не, како неговиот професор Филип фон olоли.