Palataan takaisin kvanttimekaniikkaan ja miten voimme käyttää sitä.

Näkymätön näkymä

Okei, joten tunnet kahvia, olet melkein hereillä. Silmäsi ovat valmiina päivänvaloon, he treppuvat ja antavat jonkin verran valoa. Kun ajattelet sitä, kasvot ja silmäsi tulevat valon hiukkaset nousivat miljoonien vuosien ajaksi auringon keskelle, kun esi-isämme alkoivat käyttää tulta. Aurinko ei edes lähettäisi partikkeleita, joita kutsuttiin fotoneiksi, ellei niitä tarvita samaan ilmiöön, joka voisi olla hajuomme, kvanttitunneloinnin perusta.

Tietoja 150 miljoonista kilometreistä erottaa auringon ja maan, fotonit kestää vain kahdeksan minuuttia tämän etäisyyden voittamiseksi. Suurin osa heidän matkastaan ​​tapahtuu auringon sisällä, jossa tyypillinen fotoni kuluttaa miljoonia vuosia yrittäen paeta. Massa pidetään sitten keskellä meidän tähdet, jossa vety on noin 13 kertaa tiheämpää kuin lyijy, ja fotonit voivat matkustaa vain äärettömän pieni murto-osa toisen ennen imeytyy vetyioneja, joka sitten tulipalot fotoni matkustaa auringon, jne .. Kun miljardia tällaiset vuorovaikutukset tuovat lopulta fotonin Aurinko-pinnalle, joka on loistanut miljoonia vuosia.

Quantum Mechanics (© Jay Smith)

Fotonit eivät koskaan syntyisi, ja aurinko ei loistaisi, jos kvanttitunnelointi ei olisi. Aurinko ja kaikki muut tähdet luovat valoa ydinfuusiosta, rikkovat vetyioneja ja luo heliumia prosessilla, joka vapauttaa energiaa. Joka sekunti, aurinko muuttuu noin miljoonaan tonniin 4. Vain vetyioneja, kuten yksittäisillä protoneilla, ovat positiivisia sähkövarauksia ja heiluttavat toisiaan. Joten miten ne voidaan yhdistää keskenään?
Kvanttunnelingissa protonien aallon luonne sallii niiden toisinaan päällekkäin helposti kuin aallot, jotka yhdistävät lampun pinnalle. Että päällekkäisyys protoni aallot syötetään riittävän lähellä, jotta ylimääräinen voima, kuten vahva ydin- voima, joka vaikuttaa vain hyvin pieniä matkoja, se voi voittaa sähköinen hylkiminen hiukkasten. Protonit sitten romahtavat ja vapauttavat yhden fotonin.

Silmämme ovat hyvin herkkiä fotoneille

Silmämme ovat kehittyneet hyvin herkiksi näille fotoneille. Jotkut viimeaikaiset kokeet ovat osoittaneet, että voimme jopa havaita yksittäisiä fotoneja, mikä antaa mielenkiintoisen vaihtoehdon: voisiko ihmiset havaita eräitä kvanttimekaniikan erikoistapauksia? Tarkoittaako tämä, että mies, kuten fotoni tai elektroni tai Schrödingerin valitettava kissa, on kuollut ja elossa samanaikaisesti, jos hän harjoittaa suoraan kvanttimaailmassa? Kuinka tällainen kokemus voisi näyttää?

Ihmissilmä

"Emme tiedä, koska kukaan ei ole yrittänyt sitä", sanoo Rebecca Holmes, fyysikko Los Alamos National Laboratoryissa New Mexicossa. Kolme vuotta sitten hän valmistui University of Illinois at Urbana-Holmes oli osa johtama Paul Kwiat, joka osoitti, että ihmiset voivat havaita lyhyen valon välähdykset, joka koostuu kolmesta fotonien. Vuonna 2016 todettiin, että kilpailevat ryhmä tiedemiehiä johtama fyysikko Alipas Vaziriovou Rockefeller yliopistossa New Yorkissa todettiin, että ihmiset itse nähdä jopa yksittäisten fotonien. Näemme kuitenkin, että kokemusta ei voida tarkasti kuvata. Vaziri, hän oli yrittänyt nähdä fotonin vilkkua ja kertoi Nature-lehdelle: "Se ei ole kuin nähdä valoa. Se on melkein tunne fantasian kynnyksellä. "

Kvanttimekaniikka - kokeet

Lähitulevaisuudessa Holmes ja Vaziri odottavat kokeiluja testaamaan, mitä ihmiset havaitsevat, kun fotoneja lisätään erityisiin kvantti-tiloihin. Esimerkiksi fyysikot voivat yhdistää yhden fotonin siihen, mitä he kutsuvat superpositioon, jossa fotonit ovat samanaikaisesti kahdessa eri paikassa. Holmes ja hänen kollegansa ehdottivat kokeilua, jossa oli kaksi skenaariota, jotta voitaisiin testata, voisivatko ihmiset havaita fotonien superposition suoraan. Ensimmäisessä skenaariossa yksi fotoni saavuttaisi joko ihmisen verkkokalvon vasemman tai oikean puolen ja huomaisi, mikä verkkokalvon puoli tuntui fotonista. Toisessa skenaariossa fotoni sijoitettaisiin kvantti-superpositioon, joka antaisi sen näyttävän näennäisesti mahdottomalta - lentää samanaikaisesti silmän verkkokalvon oikealle ja vasemmalle puolelle.

Voisiko löytää valoa verkkokalvon molemmilta puolilta? Vai olisiko fotonin vuorovaikutus silmään aiheuttamaan supistumisen romahtamiseen? Jos näin on, olisiko se niin usein oikealla kuin vasemmalla, kuten teoria ehdottaa?

Rebecca Holmes sanoo:

"Tavallisen kvanttimekaniikan perusteella superposition fotoni ei luultavasti näyttäisikään erilaiselta kuin oikeastaan ​​satunnaisesti lähetetty fotoni vasemmalle tai oikealle."

Jos käy ilmi, että osa kokeilusta osallistujista todella ymmärsi fotonin molemmissa kohteissa samanaikaisesti, tarkoittaako se henkilö itse kvanttitilassa?

Rebecca Holmes Hän lisää:

"Voisi sanoa, että tarkkailija oli yksin kvanttimahdollisuuksissa hieman vähäpätöisenä, mutta kukaan ei ole vielä kokeillut sitä, joten emme todellakaan tiedä. Siksi voimme tehdä tällaisen kokeilun. "

Näet oman tien

Palatkaamme nyt kahvijauheeseen. Sinusta tuntuu muki kiinteäksi materiaalikappaleeksi, joka on tiiviisti kosketuksissa käsiisi. Mutta se on vain harhaa. Emme koskaan kosketa mitään, ainakaan ei kahden kiinteän aineen kannalta. Yli 99,9999999999 prosenttia atomista koostuu tyhjästä tilasta, lähes koko massa keskittynyt ydin.

Quantum Mechanics (© Jay Smith)

Kun pidät kupin kädet, näyttää siltä, ​​että hänen vahvuus tulee kupin ja käden elektronien vastuksesta. Elektronilla ei ole lainkaan äänenvoimakkuutta, vaan ne ovat vain negatiivisen sähköisen latauskentän nollamitat, jotka ympäröivät atomien ja molekyylien, kuten pilvi. Kvanttimekaniikan lait rajoittuvat tiettyihin energiatasoksi atomien ja molekyylien ympärillä. Kun käsi tarttuu kupille, se työntää elektroneja tasolta toiselle, ja se vaatii lihasten energiaa, jota aivot tulkitsee vastustukseksi koskettaessaan jotain kiinteää.

Kosketuksemme tunne perustuu äärimmäisen monimutkaiseen vuorovaikutukseen kehomomolekyylien ympärillä olevien elektronien ja kohteiden molekyylien kanssa. Näistä tiedoista aivoni luo illuusion, että meillä on vankka elin, joka liikkuu ympäri maailmaa täynnä muita kiinteitä esineitä. Yhteys heihin ei anna meille tarkkaa tunnetta todellisuudesta. On mahdollista, että mikään käsityksistämme ei vastaa sitä, mitä todella tapahtuu. Kalifornian yliopiston Irvinen kognitiivinen neurologi Donald Hoffman uskoo, että aistimme ja aivomme ovat kehittyneet peittämään todellisuuden todellista luonnetta, eivät paljastamaan sitä.

"Ajatukseni on, että se, mikä se onkin, on liian monimutkainen, ja siihen kuluu liian paljon aikaa ja energiaa käsittelemään sitä."

Maailmankuvan vertailu aivoihin graafisella käyttöliittymällä tietokoneessa

Hoffman vertailee aivojen maailmankuvaa graafisella käyttöliittymällä tietokoneen näytöllä. Kaikki näytöllä olevat värikuvakkeet, kuten kori, hiiren osoitin ja tiedostokansio, eivät ole lainkaan riippuvaisia ​​siitä, mikä todella tapahtuu tietokoneen sisällä. Ne ovat pelkkiä abstrakteja, yksinkertaistuksia, joiden avulla voimme kommunikoida monimutkaisen elektroniikan kanssa.

Hoffmanin mielestä evoluutio on muuttanut aivojamme toimimaan aivan kuten graafinen käyttöliittymä, joka ei tuota maailmaa täysin uskollisesti. Evoluutio ei tue tarkkaa käsitystä, vaan käyttää vain selviytymismahdollisuuksia.

Kuten Hoffman sanoo:

"Muoto hallitsee todellisuutta."

Hoffman ja hänen jatko-opiskelijat ovat viime vuosina testanneet satoja tuhansia tietokonemalleja testatakseen ideoitaan simuloimalla keinotekoisia elämänmuotoja, jotka kiistelevät rajallisia resursseja. Joka tapauksessa organismit on ohjelmoitu antamaan mieluummin fyysiselle kuntokyvylle, kun todellisuudet eivät ole samat kuin ne, jotka on tehty tarkkaan havaintoon.

Esimerkiksi, jos organismi on rakennettu tarkasti havaita, esimerkiksi veden kokonaismäärä läsnä ympäristössä, ja törmää organismista, joka on viritetty havaitsemaan jotain yksinkertaisempaa, esimerkiksi optimaalinen määrä vettä tarvitaan pysyä hengissä. Joten vaikka yksi eliö voisi luoda entistä tarkemman todellisuuden muodon, tämä ominaisuus ei lisää eloonjäämiskykyään. Hoffmanin tutkimus johti hänelle merkittävän johtopäätöksen:

"Sikäli kuin olemme virittyneet ylläpitämään elämää, meitä ei ole sovitettu todellisuuteen. Emme voi tehdä sitä. "

Kvanttiteoria

Hänen ideansa ovat samat kuin mitä jotkut fyysikot pitävät kvanttiteorian keskeisenä ajatuksena - todellisuuden käsitys ei ole täysin objektiivinen, emme voi erottaa siitä maailmasta, jota noudatamme.

Hoffman täysin tarkastelee tätä näkemystä:

"Avaruus on vain tietorakenne, ja fyysiset kohteet ovat itse sellaisia ​​tietorakenteita, joita luomme lennolla. Kun katson mäkeä, luon tämän tietorakenteen. Sitten katson muualta ja rikkoa tätä tietorakennetta, koska en enää tarvitse sitä. "

Kuten Hoffmanin työ osoittaa, emme ole vielä ottaneet huomioon kvanttiteorian täyttä merkitystä ja sitä, mitä se sanoo todellisuuden luonteesta. Suurimman osan elämästään Planck itse yritti ymmärtää teoriaa, jonka luomisessa hän auttoi, ja uskoi aina objektiiviseen käsitykseen maailmankaikkeudesta, joka oli meistä riippumatta.

Hän kirjoitti kerran siitä, miksi hän päätti omistaa itsensä fysiikalle opettajansa neuvoten:

"Ulkomainen maailma on jotain ihmisestä riippumatonta, se on jotain ehdottomasti, ja tämän lain mukaisten lakien etsiminen tuntuu minusta olevan elämän ylivoimaisin tieteellinen kokemus."

Ehkä se kestää toisen vuosisadan ennen kuin toinen fysiikan vallankumous osoittaa, onko hän oikeassa tai väärässä, kuten hänen professori Philip von Jolly.