การกำเนิดของฟิสิกส์ควอนตัม บทเรียน-บรรยาย กำเนิดฟิสิกส์ควอนตัม เอฟเฟกต์ภาพถ่าย ดูเนื้อหาของการนำเสนอ “ปัจจุบัน”

การเกิดขึ้นและการพัฒนาของทฤษฎีควอนตัมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในแนวคิดคลาสสิกเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร การเคลื่อนไหว ความเป็นเหตุเป็นผล อวกาศ เวลา ธรรมชาติของการรับรู้ ฯลฯ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของภาพของโลก ความเข้าใจแบบคลาสสิกเกี่ยวกับอนุภาควัสดุนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการแยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างชัดเจน การครอบครองการเคลื่อนไหวของตัวเอง และตำแหน่งในอวกาศ ในทฤษฎีควอนตัม อนุภาคเริ่มถูกมองว่าเป็นส่วนเชิงหน้าที่ของระบบซึ่งรวมอนุภาคนั้นเข้าไปด้วย โดยไม่มีทั้งพิกัดและโมเมนตัม ในทฤษฎีคลาสสิก การเคลื่อนไหวถือเป็นการถ่ายโอนอนุภาคซึ่งยังคงเหมือนเดิมกับตัวมันเองในวิถีที่แน่นอน ลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคแบบคู่ทำให้จำเป็นต้องละทิ้งการแสดงการเคลื่อนที่ดังกล่าว การกำหนดระดับคลาสสิก (ไดนามิก) ให้วิธีการกำหนดความน่าจะเป็น (ทางสถิติ) หากก่อนหน้านี้เข้าใจว่าผลรวมของส่วนประกอบทั้งหมดเป็นผลรวม ทฤษฎีควอนตัมจะเปิดเผยการพึ่งพาคุณสมบัติของอนุภาคในระบบที่รวมอนุภาคนั้นไว้ด้วย ความเข้าใจแบบดั้งเดิมของกระบวนการรับรู้มีความเกี่ยวข้องกับความรู้เกี่ยวกับวัตถุทางวัตถุที่มีอยู่ในตัวมันเอง ทฤษฎีควอนตัมแสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาความรู้เกี่ยวกับวัตถุในกระบวนการวิจัย หากทฤษฎีคลาสสิกอ้างว่าเสร็จสมบูรณ์ ทฤษฎีควอนตัมตั้งแต่แรกเริ่มก็เผยว่าไม่สมบูรณ์โดยอิงตามสมมติฐานจำนวนหนึ่ง ซึ่งในตอนแรกความหมายยังห่างไกลจากความชัดเจน ดังนั้นบทบัญญัติหลักของมันจึงได้รับการตีความที่แตกต่างกัน การตีความที่แตกต่างกัน .
ความขัดแย้งเกิดขึ้นโดยหลักเกี่ยวกับความหมายทางกายภาพของความเป็นคู่ของอนุภาคขนาดเล็ก เดอ บรอกลีหยิบยกแนวคิดเรื่องคลื่นนำร่องขึ้นมาเป็นครั้งแรก โดยคลื่นและอนุภาคอยู่ร่วมกัน นั่นคือคลื่นที่นำอนุภาค การก่อตัวของวัสดุที่แท้จริงซึ่งรักษาเสถียรภาพของมันคืออนุภาค เนื่องจากมีพลังงานและโมเมนตัม คลื่นที่พาอนุภาคไปควบคุมลักษณะของการเคลื่อนที่ของอนุภาค แอมพลิจูดของคลื่นในแต่ละจุดในอวกาศจะกำหนดความน่าจะเป็นในการแปลอนุภาคใกล้จุดนี้ ชโรดิงเงอร์แก้ปัญหาความเป็นคู่ของอนุภาคได้โดยการนำอนุภาคออก สำหรับเขา อนุภาคทำหน้าที่เป็นการก่อตัวของคลื่นล้วนๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง อนุภาคคือตำแหน่งของคลื่นซึ่งมีพลังงานมากที่สุดของคลื่นเข้มข้น การตีความของเดอ บรอกลี และชโรดิงเงอร์เป็นความพยายามที่จะสร้างแบบจำลองทางสายตาตามจิตวิญญาณของฟิสิกส์คลาสสิก อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้กลับกลายเป็นว่าเป็นไปไม่ได้
ไฮเซนเบิร์กเสนอการตีความทฤษฎีควอนตัมโดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าฟิสิกส์ควรใช้เฉพาะแนวคิดและปริมาณที่อิงจากการวัดเท่านั้น ดังนั้นไฮเซนเบิร์กจึงละทิ้งการแสดงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอมด้วยการมองเห็น Macrodevices ไม่สามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคในขณะที่บันทึกโมเมนตัมและพิกัดไปพร้อมๆ กัน (เช่น ในแง่คลาสสิก) เนื่องจากความสามารถในการควบคุมอันตรกิริยาระหว่างอุปกรณ์กับอนุภาคโดยพื้นฐานไม่สมบูรณ์ - เนื่องจากความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน การวัดโมเมนตัมจึงไม่สามารถทำได้ สามารถกำหนดพิกัดและในทางกลับกันได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เนื่องจากความไม่ถูกต้องพื้นฐานของการวัด การพยากรณ์ของทฤษฎีจึงเป็นเพียงความน่าจะเป็นเท่านั้น และความน่าจะเป็นเป็นผลมาจากความไม่สมบูรณ์พื้นฐานของข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาค เหตุการณ์นี้นำไปสู่ข้อสรุปเกี่ยวกับการล่มสลายของหลักการของสาเหตุในความหมายคลาสสิกซึ่งสันนิษฐานว่าการทำนายค่าที่แน่นอนของโมเมนตัมและพิกัด ภายในกรอบของทฤษฎีควอนตัม เราไม่ได้พูดถึงข้อผิดพลาดในการสังเกตหรือการทดลอง แต่เกี่ยวกับการขาดความรู้พื้นฐาน ซึ่งแสดงโดยใช้ฟังก์ชันความน่าจะเป็น
การตีความทฤษฎีควอนตัมของไฮเซนเบิร์กได้รับการพัฒนาโดยบอร์ และกลายเป็นที่รู้จักในชื่อการตีความโคเปนเฮเกน ภายในกรอบของการตีความนี้ ตำแหน่งหลักของทฤษฎีควอนตัมคือหลักการของการเกื้อกูลกัน ซึ่งหมายถึงข้อกำหนดในการใช้คลาสแนวคิด เครื่องมือ และขั้นตอนการวิจัยที่ไม่เกิดร่วมกันซึ่งใช้ในเงื่อนไขเฉพาะและเสริมซึ่งกันและกัน เพื่อให้ได้ ภาพองค์รวมของวัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ในกระบวนการรับรู้ หลักการนี้คล้ายคลึงกับความสัมพันธ์ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก หากเรากำลังพูดถึงการกำหนดโมเมนตัมและประสานงานเป็นขั้นตอนการวิจัยที่แยกจากกันและเสริมกัน ก็มีเหตุผลในการระบุหลักการเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ความหมายของหลักการเสริมกันนั้นกว้างกว่าความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน เพื่ออธิบายความเสถียรของอะตอม บอร์ได้รวมแนวคิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแบบคลาสสิกและควอนตัมไว้ในแบบจำลองเดียว หลักการของการเกื้อกูลกันจึงทำให้แนวคิดคลาสสิกสามารถเสริมด้วยแนวคิดควอนตัมได้ เมื่อระบุความขัดแย้งระหว่างคลื่นและคุณสมบัติทางร่างกายของแสงและไม่พบเอกภาพ บอร์จึงมีแนวโน้มที่จะคิดถึงวิธีการอธิบายสองวิธีที่เทียบเท่ากัน - คลื่นและทางร่างกาย - ด้วยการรวมกันในภายหลัง ดังนั้นจึงแม่นยำกว่าที่จะกล่าวว่าหลักการของการเสริมกันคือการพัฒนาความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างพิกัดและโมเมนตัม
นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งได้ตีความการละเมิดหลักการของลัทธิกำหนดระดับคลาสสิกภายในกรอบของทฤษฎีควอนตัมเพื่อสนับสนุนลัทธิไม่กำหนด ในความเป็นจริงแล้ว หลักการของลัทธิกำหนดระดับได้เปลี่ยนแปลงรูปแบบไปแล้ว ภายในกรอบของฟิสิกส์คลาสสิก หากทราบตำแหน่งและสถานะการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบของระบบ ณ ช่วงเวลาเริ่มต้น ก็เป็นไปได้ที่จะทำนายตำแหน่งของมันได้อย่างสมบูรณ์ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งในอนาคต ระบบที่มองเห็นด้วยตาเปล่าทั้งหมดอยู่ภายใต้หลักการนี้ แม้ในกรณีที่จำเป็นต้องแนะนำความน่าจะเป็น ก็มักจะสันนิษฐานว่ากระบวนการพื้นฐานทั้งหมดถูกกำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และมีเพียงพฤติกรรมจำนวนมากและที่ไม่เป็นระเบียบเท่านั้นที่บังคับให้เราหันไปใช้วิธีการทางสถิติ ในทฤษฎีควอนตัม สถานการณ์มีความแตกต่างโดยพื้นฐาน ในการใช้หลักการของการป้องปราม จำเป็นต้องรู้พิกัดและโมเมนต้า และสิ่งนี้ถูกห้ามโดยความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน การใช้ความน่าจะเป็นในที่นี้มีความหมายแตกต่างไปจากกลศาสตร์ทางสถิติ: หากความน่าจะเป็นในกลศาสตร์ทางสถิติถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน ในทฤษฎีควอนตัม ความน่าจะเป็นจะถูกนำเสนอเพื่ออธิบายกระบวนการเบื้องต้นด้วยตัวมันเอง ทั้งหมดนี้หมายความว่าในโลกของร่างกายขนาดใหญ่หลักการแบบไดนามิกของความเป็นเหตุเป็นผลดำเนินไปและในโลกใบเล็ก - หลักการความน่าจะเป็นของความเป็นเหตุเป็นผล
การตีความแบบโคเปนเฮเกน ในด้านหนึ่งเป็นการสันนิษฐานถึงคำอธิบายของการทดลองในแง่ของฟิสิกส์คลาสสิก และอีกด้านหนึ่ง การยอมรับแนวคิดเหล่านี้ว่าไม่สอดคล้องกับสถานการณ์ที่เกิดขึ้นจริงอย่างแน่นอน ความไม่สอดคล้องกันนี้เองที่กำหนดความน่าจะเป็นของทฤษฎีควอนตัม แนวคิดของฟิสิกส์คลาสสิกเป็นส่วนสำคัญของภาษาธรรมชาติ ถ้าเราไม่ใช้แนวคิดเหล่านี้เพื่ออธิบายการทดลองที่เรากำลังทำอยู่ เราก็จะไม่สามารถเข้าใจซึ่งกันและกันได้
อุดมคติของฟิสิกส์คลาสสิกคือความเที่ยงธรรมที่สมบูรณ์ของความรู้ แต่ในการรับรู้เราใช้เครื่องมือ และด้วยเหตุนี้ ดังที่ไฮน์เซอร์เบิร์กกล่าวว่า องค์ประกอบเชิงอัตวิสัยได้ถูกนำมาใช้ในการอธิบายกระบวนการอะตอม เนื่องจากเครื่องมือนั้นถูกสร้างขึ้นโดยผู้สังเกตการณ์ “เราต้องจำไว้ว่าสิ่งที่เราสังเกตเห็นไม่ใช่ธรรมชาติ แต่เป็นธรรมชาติที่ปรากฏผ่านการถามคำถาม งานทางวิทยาศาสตร์ในฟิสิกส์คือการตั้งคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติกับภาษาที่เราใช้และพยายามหาคำตอบในการทดลอง ดำเนินการโดยใช้วิธีการที่เราจัดการ ขณะเดียวกัน เราก็นึกถึงคำพูดของ Bohr เกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัม: ถ้าเรากำลังมองหาความสามัคคีในชีวิต เราต้องไม่ลืมว่าในเกมแห่งชีวิตเราอยู่ที่ ในเวลาเดียวกัน ผู้ชมและผู้เข้าร่วม เป็นที่ชัดเจนว่าในความสัมพันธ์ทางวิทยาศาสตร์ของเรากับธรรมชาติ กิจกรรมของเรามีความสำคัญเมื่อเราต้องจัดการกับพื้นที่ทางธรรมชาติที่สามารถเจาะทะลุได้ด้วยวิธีทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดเท่านั้น"
นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้เลยที่จะใช้แนวคิดคลาสสิกเกี่ยวกับอวกาศและเวลาเพื่ออธิบายปรากฏการณ์อะตอม นี่คือสิ่งที่ผู้สร้างทฤษฎีควอนตัมอีกคนเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้: "การมีอยู่ของควอนตัมของการกระทำได้เผยให้เห็นถึงความเชื่อมโยงที่ไม่คาดคิดระหว่างเรขาคณิตและไดนามิก: ปรากฎว่าความเป็นไปได้ในการแปลกระบวนการทางกายภาพในพื้นที่ทางเรขาคณิตนั้นขึ้นอยู่กับสถานะไดนามิกของพวกมัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้สอนให้เราพิจารณาคุณสมบัติเฉพาะของกาลอวกาศโดยขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของสสารในจักรวาล อย่างไรก็ตาม การดำรงอยู่ของควอนตัมจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และไม่อนุญาตให้เราเป็นตัวแทนของการเคลื่อนที่ของก วัตถุทางกายภาพตามเส้นบางเส้นในอวกาศ-เวลา (เส้นโลก) ไม่สามารถกำหนดสถานะของการเคลื่อนที่ตามเส้นโค้งที่แสดงตำแหน่งต่อเนื่องของวัตถุในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไปได้ สถานะไดนามิกไม่ได้เป็นผลมาจากการแปลเชิงพื้นที่และชั่วคราว แต่เป็นแง่มุมที่เป็นอิสระและเพิ่มเติมของความเป็นจริงทางกายภาพ”
การอภิปรายเกี่ยวกับปัญหาการตีความทฤษฎีควอนตัมเผยให้เห็นคำถามเกี่ยวกับสถานะของทฤษฎีควอนตัม ไม่ว่าจะเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์ของการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กหรือไม่ คำถามนี้ตั้งขึ้นครั้งแรกในลักษณะนี้โดยไอน์สไตน์ ตำแหน่งของเขาแสดงออกมาในแนวคิดเรื่องพารามิเตอร์ที่ซ่อนอยู่ ไอน์สไตน์เริ่มต้นจากความเข้าใจในทฤษฎีควอนตัมในฐานะทฤษฎีทางสถิติที่อธิบายรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมซึ่งไม่ใช่พฤติกรรมของอนุภาคแต่ละตัว แต่เป็นของมวลรวมของพวกมัน แต่ละอนุภาคจะถูกแปลอย่างเคร่งครัดเสมอและมีค่าโมเมนตัมและพิกัดที่แน่นอนพร้อมกัน ความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนไม่ได้สะท้อนถึงโครงสร้างที่แท้จริงของความเป็นจริงในระดับไมโครโพรเซส แต่เป็นความไม่สมบูรณ์ของทฤษฎีควอนตัม เพียงแต่ในระดับนั้น เราไม่สามารถวัดโมเมนตัมและการประสานงานไปพร้อมๆ กัน แม้ว่าจะมีอยู่จริงก็ตาม แต่ในฐานะ พารามิเตอร์ที่ซ่อนอยู่ (ซ่อนอยู่ภายในกรอบของทฤษฎีควอนตัม) ไอน์สไตน์ถือว่าคำอธิบายสถานะของอนุภาคโดยใช้ฟังก์ชันคลื่นไม่สมบูรณ์ จึงนำเสนอทฤษฎีควอนตัมในรูปแบบของทฤษฎีการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่สมบูรณ์
บอร์ในการอภิปรายครั้งนี้มีจุดยืนตรงกันข้าม โดยอาศัยการรับรู้ถึงความไม่แน่นอนเชิงวัตถุประสงค์ของพารามิเตอร์ไดนามิกของอนุภาคขนาดเล็ก ซึ่งเป็นเหตุผลของธรรมชาติทางสถิติของทฤษฎีควอนตัม ในความเห็นของเขา การปฏิเสธของไอน์สไตน์ต่อการมีอยู่ของปริมาณที่ไม่แน่นอนอย่างเป็นกลาง ทำให้ลักษณะคลื่นที่มีอยู่ในอนุภาคขนาดเล็กไม่สามารถอธิบายได้ บอร์ถือว่าการกลับไปสู่แนวคิดคลาสสิกเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กเป็นไปไม่ได้
ในช่วงทศวรรษที่ 50 ในศตวรรษที่ 20 ดี. โบห์มกลับไปสู่แนวคิดเรื่องคลื่นนำร่องของเดอ บรอกลี โดยนำเสนอคลื่น psi เป็นสนามจริงที่เกี่ยวข้องกับอนุภาค ผู้สนับสนุนการตีความทฤษฎีควอนตัมแบบโคเปนเฮเกนและแม้แต่ฝ่ายตรงข้ามบางคนไม่สนับสนุนจุดยืนของโบห์ม แต่มันมีส่วนทำให้แนวคิดของเดอ บรอกลีมีรายละเอียดเชิงลึกมากขึ้น กล่าวคือ อนุภาคเริ่มถูกพิจารณาว่าเป็นรูปแบบพิเศษที่เกิดขึ้นและเคลื่อนที่เข้ามา สนาม psi แต่ยังคงความเป็นเอกลักษณ์เอาไว้ ผลงานของ P. Vigier และ L. Janosi ผู้พัฒนาแนวคิดนี้ได้รับการประเมินโดยนักฟิสิกส์หลายคนว่า "คลาสสิก" เช่นกัน
ในวรรณกรรมปรัชญาในประเทศในยุคโซเวียต การตีความทฤษฎีควอนตัมในโคเปนเฮเกนถูกวิพากษ์วิจารณ์ถึง "ความมุ่งมั่นต่อทัศนคติเชิงบวก" ในการตีความกระบวนการรับรู้ อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนจำนวนหนึ่งได้ปกป้องความถูกต้องของการตีความทฤษฎีควอนตัมของโคเปนเฮเกน การแทนที่อุดมคติคลาสสิกของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ด้วยความรู้ที่ไม่ใช่แบบคลาสสิกนั้นมาพร้อมกับความเข้าใจที่ว่าผู้สังเกตการณ์ที่พยายามสร้างภาพของวัตถุนั้นไม่สามารถถูกเบี่ยงเบนความสนใจไปจากขั้นตอนการวัดได้เช่น ผู้วิจัยไม่สามารถวัดค่าพารามิเตอร์ของวัตถุที่กำลังศึกษาได้เหมือนก่อนขั้นตอนการวัด W. Heisenberg, E. Schrödinger และ P. Dirac วางหลักการความไม่แน่นอนเป็นพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัม ภายในกรอบที่อนุภาคไม่มีโมเมนตัมและพิกัดที่แน่นอนและเป็นอิสระอีกต่อไป ทฤษฎีควอนตัมจึงนำองค์ประกอบของความคาดเดาไม่ได้และการสุ่มมาสู่วิทยาศาสตร์ แม้ว่าไอน์สไตน์จะไม่เห็นด้วยกับเรื่องนี้ แต่กลศาสตร์ควอนตัมก็สอดคล้องกับการทดลอง และดังนั้นจึงกลายเป็นพื้นฐานของความรู้หลายแขนง

นี่เป็นสมมุติฐานที่ได้รับการพิสูจน์แล้วโดยนักฟิสิกส์ในห้องปฏิบัติการหลายแห่งทั่วโลก ไม่ว่ามันจะฟังดูแปลกแค่ไหนก็ตามอาจฟังดูผิดปกติในขณะนี้ แต่ฟิสิกส์ควอนตัมได้เริ่มพิสูจน์ความจริงของสมัยโบราณที่น่าเบื่อ: “ชีวิตของคุณเป็นที่ที่ความสนใจของคุณ” โดยเฉพาะอย่างยิ่งการที่บุคคลมีอิทธิพลต่อโลกวัตถุโดยรอบด้วยความสนใจของเขาจะกำหนดล่วงหน้าถึงความเป็นจริงที่เขารับรู้

ตั้งแต่เริ่มก่อตั้ง ฟิสิกส์ควอนตัมเริ่มเปลี่ยนแปลงความคิดของโลกใบเล็กและของมนุษย์อย่างรุนแรง เริ่มในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 ด้วยคำกล่าวของวิลเลียม แฮมิลตัน เกี่ยวกับธรรมชาติของแสงที่มีลักษณะคล้ายคลื่น และดำเนินการต่อด้วยขั้นสูง การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ฟิสิกส์ควอนตัมมีหลักฐานมากมายแล้วว่าโลกไมโคร "มีชีวิตอยู่" ตามกฎของฟิสิกส์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ว่าคุณสมบัติของอนุภาคนาโนแตกต่างจากโลกที่มนุษย์คุ้นเคย อนุภาคมูลฐานมีปฏิกิริยากับอนุภาคในลักษณะพิเศษ
ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 Klaus Jenson ได้รับผลลัพธ์ที่น่าสนใจระหว่างการทดลอง: ในระหว่างการทดลองทางกายภาพ อนุภาคย่อยของอะตอมและโฟตอนตอบสนองต่อความสนใจของมนุษย์อย่างแม่นยำ ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์สุดท้ายที่แตกต่างกัน นั่นคืออนุภาคนาโนตอบสนองต่อสิ่งที่นักวิจัยมุ่งความสนใจไปที่ในขณะนั้น ทุกครั้งที่การทดลองนี้ซึ่งกลายเป็นเรื่องคลาสสิกไปแล้วทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจ มีการดำเนินการซ้ำหลายครั้งในห้องปฏิบัติการหลายแห่งทั่วโลก และแต่ละครั้งผลลัพธ์ของการทดลองนี้เหมือนกัน ซึ่งเป็นการยืนยันคุณค่าทางวิทยาศาสตร์และความน่าเชื่อถือ
ดังนั้นสำหรับการทดลองนี้ จึงได้เตรียมแหล่งกำเนิดแสงและตัวกรอง (แผ่นที่โฟตอนไม่สามารถทะลุเข้าไปได้) ซึ่งมีรอยกรีดสองช่อง อุปกรณ์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงจะ "ยิง" โฟตอนเป็นจังหวะเดียว

รูปภาพที่ 1
หน้าจอพิเศษที่มีช่องสองช่องวางอยู่ด้านหน้ากระดาษภาพถ่ายพิเศษ ตามที่คาดไว้ มีแถบแนวตั้งสองแถบปรากฏบนกระดาษภาพถ่าย ซึ่งเป็นร่องรอยของโฟตอนที่ทำให้กระดาษสว่างขึ้นขณะที่พวกมันเคลื่อนผ่านรอยแยกเหล่านี้ แน่นอนว่ามีการติดตามความคืบหน้าของการทดลอง

รูปภาพที่ 2
เมื่อนักวิจัยเปิดอุปกรณ์และออกไปครู่หนึ่งแล้วกลับไปที่ห้องปฏิบัติการ เขาก็ประหลาดใจอย่างไม่น่าเชื่อ: โฟตอนทิ้งภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงไว้บนกระดาษภาพถ่าย - แทนที่จะเป็นแถบแนวตั้งสองแถบ แต่มีจำนวนมาก

รูปภาพที่ 3
สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? รอยที่ทิ้งไว้บนกระดาษมีลักษณะเป็นคลื่นที่ทะลุผ่านรอยแตกร้าว กล่าวอีกนัยหนึ่ง สังเกตรูปแบบการรบกวน

รูปที่ 4.
การทดลองง่ายๆ กับโฟตอนแสดงให้เห็นว่าเมื่อสังเกต (เมื่อมีอุปกรณ์ตรวจจับหรือผู้สังเกต) คลื่นจะเปลี่ยนเป็นสถานะอนุภาคและมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค แต่เมื่อไม่มีผู้สังเกต คลื่นจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น ปรากฎว่าถ้าคุณไม่สังเกตในการทดลองนี้ กระดาษภาพถ่ายจะแสดงร่องรอยของคลื่น นั่นคือมองเห็นรูปแบบการรบกวนได้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ถูกเรียกว่า “ปรากฏการณ์ผู้สังเกตการณ์”

การทดลองอนุภาคที่อธิบายไว้ข้างต้นใช้กับคำถามที่ว่า "มีพระเจ้าอยู่หรือไม่" เพราะหากผู้สังเกตการณ์ให้ความสนใจอย่างระมัดระวัง สิ่งที่มีลักษณะเป็นคลื่นสามารถคงอยู่ในสถานะของสสาร ทำปฏิกิริยาและเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมัน แล้วใครจะเป็นผู้สังเกตการณ์จักรวาลทั้งหมดอย่างระมัดระวัง? ใครเป็นผู้รักษาทุกสิ่งให้อยู่ในสถานะที่มั่นคงด้วยความสนใจของพวกเขา ทันทีที่บุคคลในการรับรู้ของเขามีข้อสันนิษฐานว่าเขาสามารถอยู่ในโลกที่แตกต่างในเชิงคุณภาพ (เช่น ในโลกของพระเจ้า) จากนั้นเขาก็เท่านั้น เริ่มเปลี่ยนเวกเตอร์การพัฒนาของเขาในด้านนี้ และโอกาสในการรอดชีวิตจากประสบการณ์นี้เพิ่มขึ้นหลายเท่า นั่นคือเพียงพอที่จะยอมรับความเป็นไปได้ของความเป็นจริงดังกล่าวสำหรับตัวคุณเอง ดังนั้น ทันทีที่บุคคลยอมรับความเป็นไปได้ของการได้รับประสบการณ์ดังกล่าว เขาก็จะเริ่มได้รับประสบการณ์นั้นจริงๆ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันในหนังสือ“ AllatRa” โดย Anastasia Novykh:

“ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับผู้สังเกตการณ์เอง: หากบุคคลรับรู้ว่าตัวเองเป็นอนุภาค (วัตถุวัตถุที่ดำเนินชีวิตตามกฎของโลกวัตถุ) เขาจะเห็นและรับรู้โลกแห่งสสาร หากบุคคลรับรู้ว่าตัวเองเป็นคลื่น (ประสบการณ์ทางประสาทสัมผัส สภาวะจิตสำนึกที่ขยายออกไป) จากนั้นเขาก็รับรู้โลกแห่งพระเจ้าและเริ่มเข้าใจมันเพื่อดำเนินชีวิตตามมัน”
ในการทดลองที่อธิบายไว้ข้างต้น ผู้สังเกตการณ์จะมีอิทธิพลต่อทิศทางและผลลัพธ์ของการทดลองอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นั่นคือหลักการที่สำคัญมากเกิดขึ้น: เป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกต วัด และวิเคราะห์ระบบโดยไม่ต้องโต้ตอบกับมัน เมื่อมีการโต้ตอบจะมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ
ปราชญ์บอกว่าพระเจ้าอยู่ทุกหนทุกแห่ง การสังเกตอนุภาคนาโนยืนยันข้อความนี้หรือไม่ การทดลองเหล่านี้ไม่ได้ยืนยันว่าจักรวาลวัตถุทั้งหมดมีปฏิสัมพันธ์กับพระองค์ในลักษณะเดียวกับที่ผู้สังเกตการณ์มีปฏิสัมพันธ์กับโฟตอนหรือไม่ ประสบการณ์นี้แสดงให้เห็นแล้วไม่ใช่หรือว่าทุกสิ่งที่ผู้สังเกตการณ์มุ่งความสนใจไปที่เขานั้นแทรกซึมเข้าไปเอง? แท้จริงแล้ว จากมุมมองของฟิสิกส์ควอนตัมและหลักการของ "เอฟเฟกต์ของผู้สังเกตการณ์" สิ่งนี้เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากในระหว่างการโต้ตอบ ระบบควอนตัมจะสูญเสียคุณสมบัติดั้งเดิมของมันไป โดยเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของระบบที่ใหญ่กว่า นั่นคือทั้งสองระบบแลกเปลี่ยนพลังงานและข้อมูลร่วมกันปรับเปลี่ยนซึ่งกันและกัน

หากเราพัฒนาคำถามนี้ต่อไป ปรากฎว่าผู้สังเกตการณ์กำหนดล่วงหน้าถึงความเป็นจริงที่เขามีชีวิตอยู่ สิ่งนี้แสดงออกมาเป็นผลจากการเลือกของเขา ในฟิสิกส์ควอนตัม มีแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นจริงหลายประการ เมื่อผู้สังเกตการณ์เผชิญกับความเป็นจริงที่เป็นไปได้หลายพันรายการ จนกระทั่งเขาตัดสินใจเลือกขั้นสุดท้าย โดยเลือกความเป็นจริงเพียงอันเดียว และเมื่อเขาเลือกความเป็นจริงของตัวเองเพื่อตัวเขาเอง เขาก็มุ่งความสนใจไปที่มัน และมันก็ปรากฏให้เห็นเพื่อเขา (หรือเขาเพื่อเธอ?)
และอีกครั้งเมื่อคำนึงถึงความจริงที่ว่าคน ๆ หนึ่งอาศัยอยู่ในความเป็นจริงที่เขาเองก็สนับสนุนด้วยความสนใจของเขา เราก็มาถึงคำถามเดียวกัน: หากสสารทั้งหมดในจักรวาลขึ้นอยู่กับความสนใจแล้วใครเป็นผู้ยึดจักรวาลด้วยความสนใจของเขา? สมมุติฐานนี้พิสูจน์การมีอยู่ของพระเจ้าผู้ทรงสามารถพิจารณาภาพรวมทั้งหมดมิใช่หรือ?

สิ่งนี้บ่งชี้ว่าจิตใจของเราเกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำงานของโลกแห่งวัตถุไม่ใช่หรือ? Wolfgang Pauli หนึ่งในผู้ก่อตั้งกลศาสตร์ควอนตัมเคยกล่าวไว้ว่า: กฎแห่งฟิสิกส์และจิตสำนึกจะต้องถูกมองว่าเป็นส่วนเสริม- พูดได้เลยว่านายเพาลีพูดถูก สิ่งนี้ใกล้จะได้รับการยอมรับจากทั่วโลกแล้ว: โลกวัตถุเป็นภาพสะท้อนของจิตใจของเราและสิ่งที่เราเห็นด้วยตาไม่ใช่ความจริง แล้วความจริงคืออะไร? มันอยู่ที่ไหนและจะหามันได้อย่างไร?
นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าการคิดของมนุษย์นั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการของผลกระทบทางควอนตัมที่ฉาวโฉ่เช่นกัน การมีชีวิตอยู่ในภาพลวงตาที่จิตใจถูกดึงมา หรือการค้นพบความจริงเพื่อตนเอง - นี่คือสิ่งที่ทุกคนเลือกเอง เราขอแนะนำให้คุณอ่านหนังสือ AllatRa ซึ่งยกมาข้างต้นเท่านั้น หนังสือเล่มนี้ไม่เพียงแต่พิสูจน์การดำรงอยู่ของพระเจ้าทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับความเป็นจริง มิติที่มีอยู่ทั้งหมด และแม้แต่เผยให้เห็นโครงสร้างของโครงสร้างพลังงานของมนุษย์ คุณสามารถดาวน์โหลดหนังสือเล่มนี้ได้ฟรีจากเว็บไซต์ของเราโดยคลิกที่ใบเสนอราคาด้านล่าง หรือไปที่ส่วนที่เหมาะสมของเว็บไซต์

“ใครก็ตามที่ไม่ตกใจเมื่อพบทฤษฎีควอนตัมครั้งแรกอาจจะไม่เข้าใจ” นีลส์ บอร์

หลักการของทฤษฎีควอนตัมนั้นน่าทึ่งมากจนดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์มากกว่า

อนุภาคของไมโครเวิลด์สามารถอยู่ในสองแห่งขึ้นไปในเวลาเดียวกันได้!

(การทดลองล่าสุดครั้งหนึ่งแสดงให้เห็นว่าหนึ่งในอนุภาคเหล่านี้สามารถอยู่ใน 3,000 ตำแหน่งในเวลาเดียวกัน!)

“วัตถุ” เดียวกันสามารถเป็นได้ทั้งอนุภาคที่มีการแปลและคลื่นพลังงานที่แพร่กระจายในอวกาศ

ไอน์สไตน์ตั้งสมมติฐานว่า ไม่มีสิ่งใดสามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสง แต่ฟิสิกส์ควอนตัมได้พิสูจน์แล้ว: อนุภาคมูลฐานสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้ทันที โดยอยู่ที่ระยะห่างจากกันเท่าใดก็ได้

ฟิสิกส์คลาสสิกเป็นสิ่งที่กำหนดได้: เมื่อพิจารณาจากเงื่อนไขเริ่มต้น เช่น ตำแหน่งและความเร็วของวัตถุ เราสามารถคำนวณได้ว่าวัตถุจะไปที่ไหน ฟิสิกส์ควอนตัมมีความน่าจะเป็น เราไม่สามารถพูดได้อย่างแน่ชัดว่าวัตถุที่กำลังศึกษาจะมีพฤติกรรมอย่างไร

ฟิสิกส์คลาสสิกเป็นกลไก มีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานที่ว่าการรู้ส่วนต่างๆ ของวัตถุเท่านั้นที่เราจะสามารถเข้าใจได้ในที่สุดว่ามันคืออะไร

ฟิสิกส์ควอนตัมเป็นแบบองค์รวม โดยวาดภาพจักรวาลโดยรวม โดยส่วนต่างๆ เชื่อมโยงกันและมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน

และบางทีที่สำคัญที่สุด ฟิสิกส์ควอนตัมทำลายแนวคิดเรื่องความแตกต่างพื้นฐานระหว่างวัตถุหรือวัตถุ ผู้สังเกตการณ์ และผู้สังเกต ซึ่งครอบงำจิตใจทางวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลา 400 ปี!

ในฟิสิกส์ควอต ผู้สังเกตมีอิทธิพลต่อวัตถุที่สังเกตได้ ไม่มีผู้สังเกตการณ์จักรวาลจักรกลที่โดดเดี่ยว - ทุกสิ่งมีส่วนร่วมในการดำรงอยู่ของมัน

ช็อต #1 - พื้นที่ว่าง

รอยแตกแรกๆ ในโครงสร้างแข็งของฟิสิกส์ของนิวตันเกิดขึ้นจากการค้นพบต่อไปนี้: อะตอมคือหน่วยการสร้างที่มั่นคงของจักรวาลทางกายภาพ! - ประกอบด้วยพื้นที่ว่างเป็นส่วนใหญ่ ว่างแค่ไหน? ถ้าคุณขยายนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนให้มีขนาดเท่าบาสเก็ตบอล อิเล็กตรอนตัวเดียวที่โคจรรอบมันจะอยู่ห่างออกไป 30 กิโลเมตร โดยไม่มีสิ่งใดอยู่ระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอน ดังนั้น เมื่อคุณมองไปรอบ ๆ จำไว้ว่า ความจริงคือจุดที่เล็กที่สุดของสสารที่ล้อมรอบด้วยความว่างเปล่า

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่เป็นความจริงทั้งหมด "ความว่างเปล่า" ที่ถูกสันนิษฐานนี้ไม่ได้ว่างเปล่าจริงๆ เนื่องจากมีพลังงานอันทรงพลังมหาศาลจำนวนมหาศาล เรารู้ว่าพลังงานจะมีความหนาแน่นมากขึ้นเมื่อมันเคลื่อนไปยังสสารในระดับที่ต่ำกว่า (เช่น พลังงานนิวเคลียร์มีพลังมากกว่าพลังงานเคมีถึงล้านเท่า) ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าพื้นที่ว่างหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรมีพลังงานมากกว่าสสารทั้งหมดในจักรวาลที่เรารู้จัก แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถวัดได้ แต่พวกเขาก็เห็นผลของทะเลแห่งพลังงานนี้

SHOCK #2 - อนุภาค คลื่น หรืออนุภาคคลื่น?

ไม่เพียงแต่อะตอมเกือบทั้งหมดประกอบด้วย "อวกาศ" แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์สำรวจมันอย่างลึกซึ้งมากขึ้น พวกเขาค้นพบว่าอนุภาคที่ต่ำกว่าอะตอม (ซึ่งประกอบเป็นอะตอม) ก็ไม่แข็งเช่นกัน และดูเหมือนพวกเขาจะมีลักษณะเป็นสองขั้ว ขึ้นอยู่กับว่าเราสังเกตพวกมันอย่างไร พวกมันอาจมีพฤติกรรมเหมือนไมโครบอดี้ที่เป็นของแข็งหรือเหมือนคลื่น

อนุภาคเป็นวัตถุของแข็งแต่ละชิ้นที่อยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศ แต่คลื่นไม่มี "ร่างกาย" แต่จะไม่ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นและแพร่กระจายในอวกาศ

ในฐานะที่เป็นคลื่น อิเล็กตรอนหรือโฟตอน (อนุภาคของแสง) ไม่มีตำแหน่งที่แม่นยำ แต่มีอยู่เป็น "สนามความน่าจะเป็น" ในสถานะของอนุภาค ช่องความน่าจะเป็นจะ "ยุบ" (ยุบ) กลายเป็นวัตถุทึบ สามารถกำหนดพิกัดในอวกาศ-เวลาสี่มิติได้แล้ว

เรื่องนี้น่าประหลาดใจ แต่สถานะของอนุภาค (คลื่นหรือวัตถุแข็ง) ถูกกำหนดโดยการสังเกตและการวัด อิเล็กตรอนที่ไม่ได้วัดและสังเกตไม่ได้จะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น ทันทีที่เราให้พวกมันสังเกตในระหว่างการทดลอง พวกมันจะ "ยุบ" กลายเป็นอนุภาคของแข็งและสามารถบันทึกในอวกาศได้

แต่อะไรสักอย่างจะเป็นทั้งอนุภาคของแข็งและคลื่นของเหลวในเวลาเดียวกันได้อย่างไร บางทีความขัดแย้งอาจจะได้รับการแก้ไขถ้าเราจำสิ่งที่เราพูดเมื่อเร็ว ๆ นี้: อนุภาคมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นหรือเหมือนวัตถุของแข็ง แต่แนวคิดเรื่อง "คลื่น" และ "อนุภาค" เป็นเพียงการเปรียบเทียบที่นำมาจากโลกในชีวิตประจำวันของเรา แนวคิดเรื่องคลื่นถูกนำมาใช้ในทฤษฎีควอนตัมโดย Erwin Schrödinger เขาเป็นผู้เขียน "สมการคลื่น" อันโด่งดัง ซึ่งยืนยันการมีอยู่ของคุณสมบัติของคลื่นในอนุภาคของแข็งทางคณิตศาสตร์ก่อนการสังเกต นักฟิสิกส์บางคนพยายามอธิบายสิ่งที่พวกเขาไม่เคยพบและไม่สามารถเข้าใจได้ถ่องแท้ ให้เรียกอนุภาคมูลฐานว่า "อนุภาคคลื่น"

SHOCK #3 - การก้าวกระโดดควอนตัมและความน่าจะเป็น

ขณะศึกษาอะตอม นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าเมื่ออิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปอีกวงโคจร พวกมันจะไม่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศเหมือนวัตถุธรรมดา ไม่ มันครอบคลุมระยะทางทันที นั่นคือพวกมันหายไปในที่หนึ่งและปรากฏที่อื่น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการก้าวกระโดดควอนตัม

ยิ่งกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าพวกเขาไม่สามารถระบุได้อย่างแน่ชัดว่าอิเล็กตรอนที่หายไปจะปรากฏที่ใดในวงโคจรใหม่หรือจะกระโดดในเวลาใด สิ่งที่พวกเขาทำได้มากที่สุดคือคำนวณความน่าจะเป็น (ตามสมการคลื่นชโรดิงเงอร์) ของตำแหน่งใหม่ของอิเล็กตรอน

“ในขณะที่เราสัมผัสความเป็นจริงนั้น ความเป็นจริงถูกสร้างขึ้นในแต่ละช่วงเวลาด้วยความเป็นไปได้ทั้งหมดนับไม่ถ้วน” ดร. ซาตินโอเวอร์กล่าว “แต่ความลับที่แท้จริงก็คือ ไม่มีสิ่งใดในจักรวาลทางกายภาพที่กำหนดความเป็นไปได้จากจำนวนทั้งสิ้นนี้ที่จะเกิดขึ้นจริง ไม่มีกระบวนการใดที่กำหนดสิ่งนั้น”

ดังนั้นการกระโดดควอนตัมจึงเป็นเหตุการณ์สุ่มเพียงเหตุการณ์เดียวในจักรวาล

SHOCK #4 - หลักการของความไม่แน่นอน

ในฟิสิกส์คลาสสิก พารามิเตอร์ทั้งหมดของวัตถุ รวมถึงพิกัดเชิงพื้นที่และความเร็ว สามารถวัดได้ด้วยความแม่นยำที่ถูกจำกัดโดยความสามารถของเทคโนโลยีการทดลองเท่านั้น แต่ในระดับควอนตัม เมื่อใดก็ตามที่คุณกำหนดคุณลักษณะเชิงปริมาณหนึ่งของวัตถุ เช่น ความเร็ว คุณจะไม่สามารถรับค่าที่แม่นยำสำหรับพารามิเตอร์อื่นๆ ของมัน เช่น พิกัด ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ถ้าคุณรู้ว่าวัตถุเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน คุณจะไม่สามารถรู้ได้ว่าวัตถุนั้นอยู่ที่ไหน และในทางกลับกัน ถ้าคุณรู้ว่ามันอยู่ที่ไหน คุณจะไม่รู้ว่ามันเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน

ไม่ว่าผู้ทดลองจะซับซ้อนแค่ไหน ไม่ว่าพวกเขาจะใช้เทคโนโลยีการวัดขั้นสูงแค่ไหนก็ตาม พวกเขาไม่สามารถมองข้ามม่านนี้ไปได้

เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก หนึ่งในผู้บุกเบิกฟิสิกส์ควอนตัม เป็นผู้กำหนดหลักการความไม่แน่นอน สาระสำคัญมีดังนี้: ไม่ว่าคุณจะพยายามแค่ไหนก็เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับค่าที่แน่นอนของพิกัดและความเร็วของวัตถุควอนตัมในเวลาเดียวกัน ยิ่งเราวัดค่าพารามิเตอร์ตัวหนึ่งได้แม่นยำมากเท่าใด อีกตัวก็จะมีความไม่แน่นอนมากขึ้นเท่านั้น

SHOCK #5 - ความไม่มีขอบเขต, EPR PARADOX และทฤษฎีบทของเบลล์

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ไม่ชอบฟิสิกส์ควอนตัม เมื่อประเมินธรรมชาติความน่าจะเป็นของกระบวนการย่อยของอะตอมตามที่ระบุไว้ในฟิสิกส์ควอนตัม เขากล่าวว่า "พระเจ้าไม่ได้เล่นลูกเต๋ากับจักรวาล" แต่นีลส์ โบร์ตอบเขาว่า “หยุดสอนพระเจ้าว่าต้องทำอะไร!”

ในปี 1935 ไอน์สไตน์และเพื่อนร่วมงานของเขา โพโดลสกี และโรเซน (EPR) พยายามเอาชนะทฤษฎีควอนตัม นักวิทยาศาสตร์ตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัมได้ทำการทดลองทางความคิดและได้ข้อสรุปที่ขัดแย้งกัน (เขาควรจะแสดงให้เห็นถึงความด้อยกว่าของทฤษฎีควอนตัม) แก่นแท้ของความคิดของพวกเขาคือสิ่งนี้ หากเรามีอนุภาคสองตัวที่เกิดขึ้นพร้อมกัน นั่นหมายความว่าพวกมันเชื่อมต่อกันหรืออยู่ในสถานะซ้อนทับกัน เราจะส่งพวกเขาไปยังอีกฟากหนึ่งของจักรวาล จากนั้นเราก็เปลี่ยนสถานะของอนุภาคตัวใดตัวหนึ่ง จากนั้น ตามทฤษฎีควอนตัม อนุภาคอีกอันจะเข้าสู่สถานะเดียวกันทันที ทันที! อีกด้านหนึ่งของจักรวาล!

แนวคิดดังกล่าวไร้สาระมากจนไอน์สไตน์เรียกมันอย่างเสียดสีว่า "การกระทำเหนือธรรมชาติในระยะไกล" ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา ไม่มีสิ่งใดสามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสง และในการทดลอง EPR ปรากฎว่าความเร็วของการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอนุภาคนั้นไม่มีที่สิ้นสุด! นอกจากนี้ ความคิดที่ว่าอิเล็กตรอนสามารถ "ติดตาม" สถานะของอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งบนขอบตรงข้ามของจักรวาลนั้นขัดแย้งอย่างสิ้นเชิงกับแนวคิดที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเกี่ยวกับความเป็นจริง และจริงๆ แล้วสามัญสำนึกโดยทั่วไป

แต่ในปี 1964 นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวไอริช จอห์น เบลล์ ได้สร้างและพิสูจน์ทฤษฎีบทที่ตามมา: ข้อสรุปที่ "ไร้สาระ" จากการทดลองทางความคิดของ EPR นั้นเป็นจริง!

อนุภาคมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดในระดับที่อยู่เหนือเวลาและสถานที่ จึงสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้ทันที

ความคิดที่ว่าวัตถุใด ๆ ในจักรวาลนั้นเป็นของท้องถิ่น - เช่น มีอยู่ในที่เดียว (จุด) ในอวกาศ - ไม่จริง ทุกสิ่งในโลกนี้ไม่ใช่ของท้องถิ่น

อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เป็นกฎที่ถูกต้องของจักรวาล ชโรดิงเงอร์กล่าวว่าความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุไม่ใช่เพียงแง่มุมที่น่าสนใจของทฤษฎีควอนตัมเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดอีกด้วย ในปี 1975 นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Henry Stapp เรียกทฤษฎีบทของ Bell ว่า "การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุด" โปรดทราบว่าเขากำลังพูดถึงวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่แค่ฟิสิกส์

(บทความนี้จัดทำขึ้นจากเนื้อหาในหนังสือโดย W. Arntz, B. Chace, M. Vicente “The Rabbit Hole หรือสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับตัวเราและจักรวาล?”, บทที่ “ฟิสิกส์ควอนตัม”)

ในปี 1935 เมื่อกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ยังเด็กมาก มัตเว บรอนสไตน์ นักฟิสิกส์ชาวโซเวียตผู้มีชื่อเสียงไม่โด่งดังในวัย 28 ปี ได้ทำการศึกษารายละเอียดเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการกระทบยอดของทฤษฎีทั้งสองนี้ในทฤษฎีควอนตัมของ แรงโน้มถ่วง. “อาจเป็นทฤษฎีของโลกทั้งใบ” ตามที่บรอนสไตน์เขียนไว้ อาจแทนที่คำอธิบายแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิกของไอน์สไตน์ ซึ่งมองว่าเป็นเส้นโค้งในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศ และเขียนใหม่ในภาษาควอนตัม เช่นเดียวกับฟิสิกส์ส่วนที่เหลือ

บรอนสไตน์ค้นพบวิธีอธิบายแรงโน้มถ่วงในรูปของอนุภาคเชิงปริมาณ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่ากราวิตอน แต่เมื่อแรงโน้มถ่วงอ่อนลงเท่านั้น (ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) เมื่อกาลอวกาศโค้งเล็กน้อยจนแบนราบ เมื่อแรงโน้มถ่วงมีความเข้มข้น “สถานการณ์จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง” นักวิทยาศาสตร์เขียน “หากไม่มีการแก้ไขแนวคิดคลาสสิกอย่างลึกซึ้ง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการถึงทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมในพื้นที่นี้”

คำพูดของเขาเป็นคำทำนาย แปดสิบสามปีต่อมา นักฟิสิกส์ยังคงพยายามทำความเข้าใจว่าความโค้งของกาลอวกาศแสดงออกมาอย่างไรในระดับมหภาค ซึ่งเกิดขึ้นจากภาพแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่เป็นพื้นฐานและสันนิษฐานได้มากกว่านี้ นี่อาจเป็นคำถามที่ลึกที่สุดในวิชาฟิสิกส์ บางที หากมีโอกาส จิตใจที่สดใสของ Bronstein อาจเร่งกระบวนการค้นหานี้ให้เร็วขึ้น นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงของควอนตัมแล้ว เขายังมีส่วนร่วมในดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา ทฤษฎีเซมิคอนดักเตอร์ พลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม และเขียนหนังสือสำหรับเด็กหลายเล่ม ในปี 1938 เขาตกอยู่ใต้การกดขี่ของสตาลิน และถูกประหารชีวิตเมื่ออายุ 31 ปี

การค้นหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สมบูรณ์มีความซับซ้อนเนื่องจากคุณสมบัติควอนตัมของแรงโน้มถ่วงไม่เคยปรากฏให้เห็นในประสบการณ์จริง นักฟิสิกส์ไม่เห็นว่าคำอธิบายของไอน์สไตน์เกี่ยวกับความต่อเนื่องของกาล-อวกาศที่ราบรื่น หรือการประมาณควอนตัมของบรอนสไตน์ในสภาวะโค้งเล็กน้อย ถูกละเมิดอย่างไร

ปัญหาคือจุดอ่อนสุดขีดของแรงโน้มถ่วง แม้ว่าอนุภาคเชิงปริมาณที่ส่งแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรง อ่อน และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะแรงมากจนจับสสารให้แน่นเป็นอะตอม และสามารถตรวจสอบได้อย่างแท้จริงด้วยแว่นขยาย แต่กราวิตอนแต่ละตัวนั้นอ่อนแอมากจนห้องปฏิบัติการไม่มีโอกาสตรวจจับพวกมันได้ เพื่อให้มีโอกาสสูงที่จะจับกราวิตัน เครื่องตรวจจับอนุภาคจะต้องมีขนาดใหญ่และใหญ่มากจนยุบตัวเป็นหลุมดำ จุดอ่อนนี้อธิบายว่าทำไมจึงต้องมีการสะสมมวลทางดาราศาสตร์เพื่อมีอิทธิพลต่อวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ผ่านแรงโน้มถ่วง และเหตุใดเราจึงเห็นผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงในระดับมหาศาล

นั่นไม่ใช่ทั้งหมด. จักรวาลดูเหมือนจะอยู่ภายใต้การเซ็นเซอร์จักรวาลบางประเภท: บริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงสูง - ซึ่งเส้นโค้งกาลอวกาศนั้นคมมากจนสมการของไอน์สไตน์พังทลายลงและต้องเปิดเผยธรรมชาติควอนตัมของแรงโน้มถ่วงและกาลอวกาศ - มักจะซ่อนตัวอยู่หลังขอบฟ้าของหลุมดำเสมอ

“เมื่อไม่กี่ปีก่อน มีความเห็นพ้องต้องกันโดยทั่วไปว่าเป็นไปไม่ได้เลยที่จะวัดปริมาณของสนามโน้มถ่วงไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม” Igor Pikovsky นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว

ขณะนี้ เอกสารล่าสุดหลายฉบับที่ตีพิมพ์ใน Physical Review Letters ได้เปลี่ยนแปลงสิ่งนั้นไปแล้ว เอกสารเหล่านี้อ้างว่าอาจเป็นไปได้ที่จะไปถึงแรงโน้มถ่วงควอนตัม แม้ว่าจะไม่รู้อะไรเลยก็ตาม บทความที่เขียนโดย Sugato Bose จาก University College London และ Chiara Marletto และ Vlatko Vedral จาก University of Oxford เสนอการทดลองที่ท้าทายทางเทคนิคแต่เป็นไปได้ ซึ่งสามารถยืนยันได้ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นพลังควอนตัมเหมือนกับคนอื่นๆ โดยไม่จำเป็นต้องตรวจจับ Graviton . Miles Blencowe นักฟิสิกส์ควอนตัมจากวิทยาลัย Dartmouth ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้ กล่าวว่าการทดลองดังกล่าวอาจเผยให้เห็นลายเซ็นที่ชัดเจนของแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่มองไม่เห็น นั่นคือ "รอยยิ้มของแมวเชสเชียร์"

การทดลองที่นำเสนอจะพิจารณาว่าวัตถุสองชิ้น - กลุ่มของ Bose วางแผนที่จะใช้เพชรขนาดเล็กหนึ่งคู่ - สามารถกลายเป็นควอนตัมที่พันกันด้วยกลไกผ่านแรงดึงดูดระหว่างกันได้หรือไม่ ความพัวพันเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมที่อนุภาคพันกันอย่างแยกไม่ออก โดยมีคำอธิบายทางกายภาพเดียวที่กำหนดสถานะที่เป็นไปได้ของการรวมกัน (การอยู่ร่วมกันของสถานะที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันเรียกว่า "การซ้อน" และกำหนดระบบควอนตัม) ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่พันกันคู่หนึ่งอาจมีอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับ โดยที่อนุภาค A มีความน่าจะเป็น 50% ที่จะหมุนจากล่างขึ้นบน และอนุภาค B จะหมุนจากบนลงล่าง และมีความน่าจะเป็น 50% ในทางกลับกัน ไม่มีใครรู้ล่วงหน้าว่าคุณจะได้ผลลัพธ์อะไรเมื่อวัดทิศทางการหมุนของอนุภาค แต่คุณมั่นใจได้เลยว่ามันจะเหมือนกันสำหรับพวกมัน

ผู้เขียนยืนยันว่าวัตถุทั้งสองในการทดลองที่เสนอสามารถพันกันด้วยวิธีนี้ได้ก็ต่อเมื่อแรงที่กระทำระหว่างวัตถุเหล่านั้น ซึ่งในกรณีนี้คือแรงโน้มถ่วง เป็นปฏิกิริยาระหว่างควอนตัมที่อาศัยแรงโน้มถ่วงเป็นสื่อกลาง ซึ่งสามารถรองรับการซ้อนทับของควอนตัมได้ “หากทำการทดลองและเกิดการพัวพัน จากงานดังกล่าว เราสามารถสรุปได้ว่าแรงโน้มถ่วงนั้นถูกหาปริมาณ” เบลนโคว์อธิบาย

ทำให้เพชรสับสน

แรงโน้มถ่วงควอนตัมนั้นบอบบางมากจนนักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่ามันมีอยู่จริง ฟรีแมน ไดสัน นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชื่อดัง วัย 94 ปี โต้แย้งมาตั้งแต่ปี 2544 ว่าจักรวาลสามารถรองรับคำอธิบายแบบ "ทวินิยม" ซึ่ง "สนามโน้มถ่วงที่บรรยายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์จะเป็นสนามคลาสสิกล้วนๆ โดยไม่มีพฤติกรรมควอนตัมใดๆ" ในขณะที่สสารทั้งหมดในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศที่ราบรื่นนี้จะถูกวัดปริมาณด้วยอนุภาคที่เป็นไปตามกฎความน่าจะเป็น

Dyson ผู้ช่วยพัฒนาไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม (ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและแสง) และเป็นศาสตราจารย์กิตติคุณที่สถาบันการศึกษาขั้นสูงในเมืองพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซีย์ ไม่เชื่อว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมเป็นสิ่งจำเป็นในการอธิบายการตกแต่งภายในของหลุมดำที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ . และเขายังเชื่อด้วยว่าการตรวจจับแรงโน้มถ่วงสมมุตินั้นอาจเป็นไปไม่ได้ในหลักการ ในกรณีนั้น เขากล่าวว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะเป็นอภิปรัชญา ไม่ใช่ทางกายภาพ

เขาไม่ใช่คนเดียวที่ขี้ระแวง นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อดัง Sir Roger Penrose และนักวิทยาศาสตร์ชาวฮังการี Lajos Diosi เสนออย่างอิสระว่ากาลอวกาศไม่สามารถรองรับการซ้อนทับได้ พวกเขาเชื่อว่าธรรมชาติดั้งเดิมที่ราบรื่น แข็งกระด้างของมันป้องกันไม่ให้โค้งงอเป็นสองเส้นทางที่เป็นไปได้ในคราวเดียว และความแข็งแกร่งนี้เองที่นำไปสู่การล่มสลายของการซ้อนทับของระบบควอนตัม เช่น อิเล็กตรอนและโฟตอน “การลดความสอดคล้องของแรงโน้มถ่วง” ในความเห็นของพวกเขา ทำให้เกิดความเป็นจริงคลาสสิกเดี่ยวๆ ที่มั่นคงและคลาสสิกเกิดขึ้นซึ่งสามารถรู้สึกได้ในระดับมหภาค

ความสามารถในการค้นหา "รอยยิ้ม" ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมดูเหมือนจะหักล้างข้อโต้แย้งของ Dyson นอกจากนี้ยังทำลายทฤษฎีการลดความโน้มถ่วงด้วยการแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงและกาลอวกาศสนับสนุนการซ้อนทับของควอนตัมจริงๆ

ข้อเสนอของ Bose และ Marletto ปรากฏขึ้นพร้อมๆ กันและโดยบังเอิญ แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญจะสังเกตเห็นว่าข้อเสนอเหล่านี้สะท้อนถึงจิตวิญญาณแห่งกาลเวลาก็ตาม ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ควอนตัมเชิงทดลองทั่วโลกกำลังวางวัตถุขนาดเล็กที่มีขนาดจุลทรรศน์ขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ลงในตำแหน่งซ้อนทับของควอนตัม และเพิ่มประสิทธิภาพโปรโตคอลสำหรับการทดสอบการพัวพันของระบบควอนตัมสองระบบ การทดลองที่นำเสนอจะต้องรวมขั้นตอนเหล่านี้เข้าด้วยกัน ในขณะที่ต้องมีการปรับปรุงขนาดและความไวเพิ่มเติม บางทีอาจจะต้องใช้เวลาสิบปี “แต่ไม่มีทางตันทางกายภาพ” พิคอฟสกี้ ผู้ซึ่งกำลังสำรวจว่าการทดลองในห้องปฏิบัติการสามารถตรวจสอบปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงได้อย่างไร “ฉันคิดว่ามันยาก แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้”

แผนนี้มีรายละเอียดเพิ่มเติมในงานของ Bose และคณะ - ผู้เชี่ยวชาญ 11 คนของ Ocean สำหรับขั้นตอนต่างๆ ของข้อเสนอ ตัวอย่างเช่น ในห้องทดลองของเขาที่มหาวิทยาลัย Warwick ผู้ร่วมเขียน Gavin Morley กำลังทำงานในขั้นตอนแรก โดยพยายามใส่เพชรขนาดเล็กลงในตำแหน่งซ้อนทับของควอนตัมในสองแห่ง ในการทำเช่นนี้ เขาจะจำกัดอะตอมไนโตรเจนไว้ในไมโครไดมอนด์ ถัดจากตำแหน่งที่ว่างในโครงสร้างเพชร (ที่เรียกว่าศูนย์กลาง NV หรือตำแหน่งว่างที่แทนที่ไนโตรเจนในเพชร) และชาร์จด้วยพัลส์ไมโครเวฟ อิเล็กตรอนที่หมุนรอบศูนย์กลาง NV พร้อมๆ กันจะดูดซับแสง แต่ดูดซับแสงไม่ได้ และระบบจะเข้าสู่ตำแหน่งซ้อนทับของควอนตัมของทิศทางการหมุนสองทิศทาง ขึ้นและลง เหมือนด้านบนที่หมุนตามเข็มนาฬิกาด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอน และทวนเข็มนาฬิกาด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอน ไมโครไดมอนด์ที่โหลดด้วยการหมุนแบบซ้อนทับนี้อยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กที่ทำให้การหมุนด้านบนเลื่อนไปทางซ้าย และการหมุนด้านล่างเลื่อนไปทางขวา ตัวเพชรเองก็แยกออกเป็นสองวิถีซ้อนทับกัน

ในการทดลองเต็มรูปแบบ นักวิทยาศาสตร์จะทำทั้งหมดนี้ด้วยเพชรสองเม็ด เช่น สีแดงและสีน้ำเงิน วางเรียงกันในสุญญากาศที่เย็นจัด เมื่อปิดกับดักที่ยึดไว้ ไมโครไดมอนด์ทั้งสองอันซึ่งแต่ละอันวางซ้อนกันสองตำแหน่งจะตกลงในแนวตั้งในสุญญากาศ เมื่อเพชรร่วงลงมา พวกเขาจะรู้สึกถึงแรงดึงดูดของเพชรแต่ละเม็ด แรงดึงโน้มถ่วงของพวกมันจะแรงแค่ไหน?

ถ้าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงควอนตัม คำตอบก็คือ ขึ้นอยู่กับว่า แต่ละองค์ประกอบของการซ้อนทับของเพชรสีน้ำเงินจะได้รับแรงดึงดูดที่แรงกว่าหรืออ่อนกว่าต่อเพชรสีแดง ขึ้นอยู่กับว่าองค์ประกอบหลังนั้นอยู่ในกิ่งก้านของการทับซ้อนซึ่งอยู่ใกล้หรือไกลออกไป และแรงโน้มถ่วงที่แต่ละองค์ประกอบของการซ้อนทับของเพชรสีแดงจะรู้สึกนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของเพชรสีน้ำเงินในลักษณะเดียวกัน

ในแต่ละกรณี ระดับแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อส่วนประกอบที่เปลี่ยนแปลงไปของการซ้อนทับของเพชร เพชรทั้งสองจะพึ่งพาซึ่งกันและกันเพราะสถานะของพวกมันสามารถกำหนดร่วมกันได้เท่านั้น หากนั่นหมายความว่า ดังนั้นในที่สุดทิศทางการหมุนของทั้งสองระบบของศูนย์กลาง NV ก็จะมีความสัมพันธ์กัน

หลังจากที่เพชรขนาดเล็กตกลงเคียงข้างกันเป็นเวลาสามวินาที ซึ่งนานพอที่จะเข้าไปพัวพันกับแรงโน้มถ่วง พวกมันก็จะผ่านสนามแม่เหล็กอีกสนามหนึ่ง ซึ่งจะนำกิ่งก้านของแต่ละตำแหน่งที่ทับซ้อนกันกลับมารวมกัน ขั้นตอนสุดท้ายของการทดลองคือเกณฑ์วิธีพยานในการพัวพันซึ่งพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก บาร์บารา เธราล และคนอื่นๆ โดยเพชรสีน้ำเงินและสีแดงจะเข้าสู่อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อวัดทิศทางการหมุนของระบบศูนย์กลาง NV (การวัดทำให้การซ้อนทับยุบลงในบางสถานะ) จากนั้นนำผลลัพธ์ทั้งสองมาเปรียบเทียบกัน ด้วยการทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีกและเปรียบเทียบการวัดการหมุนหลายคู่ นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้ว่าการหมุนของระบบควอนตัมทั้งสองระบบมีความสัมพันธ์กันบ่อยกว่าขีดจำกัดบนของวัตถุที่ไม่ได้พันกันด้วยกลไกของควอนตัมหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น แรงโน้มถ่วงจะเข้าไปพัวพันกับเพชรจริงๆ และอาจรองรับการซ้อนทับกัน

“สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการทดลองนี้คือคุณไม่จำเป็นต้องรู้ว่าทฤษฎีควอนตัมคืออะไร” เบลนคาวกล่าว “สิ่งเดียวที่จำเป็นก็คือต้องบอกว่ามีแง่มุมควอนตัมอยู่บ้างในภูมิภาคนี้ซึ่งถูกแรงกลางระหว่างอนุภาคทั้งสองเป็นสื่อกลาง”

มีปัญหาทางเทคนิคมากมาย วัตถุที่ใหญ่ที่สุดที่เคยวางซ้อนทับกันสองแห่งก่อนหน้านี้คือโมเลกุลขนาด 800 อะตอม ไมโครไดมอนด์แต่ละอันมีอะตอมของคาร์บอนมากกว่า 100 พันล้านอะตอม ซึ่งเพียงพอที่จะสะสมแรงโน้มถ่วงที่เห็นได้ชัดเจน การแกะบรรจุภัณฑ์โดยธรรมชาติของกลไกควอนตัมจะต้องใช้อุณหภูมิต่ำ สุญญากาศลึก และการควบคุมที่แม่นยำ Peter Barker ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมทดลองที่กำลังปรับแต่งการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และเทคนิคการจับไมโครเพชรกล่าวว่า "การทำงานเป็นงานหนักมากในการเริ่มต้นการซ้อนตำแหน่งเริ่มแรก" หากสามารถทำได้ด้วยเพชรเม็ดเดียว Bose กล่าวเสริมว่า “เพชรเม็ดที่สองก็คงไม่มีปัญหา”

แรงโน้มถ่วงมีความพิเศษอย่างไร?

นักวิจัยแรงโน้มถ่วงควอนตัมไม่ต้องสงสัยเลยว่าแรงโน้มถ่วงเป็นปฏิกิริยาควอนตัมที่สามารถทำให้เกิดการพัวพันได้ แน่นอนว่าแรงโน้มถ่วงนั้นค่อนข้างพิเศษ และยังมีอะไรอีกมากมายที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับต้นกำเนิดของอวกาศและเวลา แต่กลศาสตร์ควอนตัมควรมีส่วนร่วมอย่างแน่นอน นักวิทยาศาสตร์กล่าว “จริงๆ แล้ว อะไรคือประเด็นของทฤษฎีที่ฟิสิกส์ส่วนใหญ่เป็นควอนตัม และแรงโน้มถ่วงเป็นแบบคลาสสิก” Daniel Harlow นักวิจัยแรงโน้มถ่วงควอนตัมจาก MIT กล่าว ข้อโต้แย้งทางทฤษฎีกับแบบจำลองควอนตัมคลาสสิกแบบผสมมีความแข็งแกร่งมาก (แม้ว่าจะไม่ได้ข้อสรุป)

ในทางกลับกัน นักทฤษฎีเคยผิดพลาดมาก่อน “ถ้าคุณสามารถตรวจสอบได้ ทำไมจะไม่ได้ล่ะ? หากสิ่งนี้ทำให้คนเหล่านี้ที่ตั้งคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้ก็คงจะดีมาก” ฮาร์โลว์กล่าว

หลังจากอ่านเอกสารดังกล่าวแล้ว Dyson เขียนว่า "การทดลองที่เสนอนี้น่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง และจำเป็นต้องดำเนินการภายใต้เงื่อนไขของระบบควอนตัมจริง" อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าแนวความคิดของผู้เขียนเกี่ยวกับสนามควอนตัมแตกต่างจากของเขา “ฉันไม่ชัดเจนว่าการทดลองนี้สามารถตอบคำถามเรื่องการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้หรือไม่ คำถามที่ฉันถามไม่ว่าจะสังเกตกราวิตันตัวเดียวหรือไม่นั้นเป็นคำถามที่แตกต่างและอาจมีคำตอบที่แตกต่างออกไป”

แนวความคิดของ Bose, Marletto และเพื่อนร่วมงานเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเชิงปริมาณมีต้นกำเนิดมาจากงานของ Bronstein ในช่วงต้นปี 1935 (ไดสันเรียกผลงานของบรอนสไตน์ว่า "ผลงานที่สวยงาม" ที่เขาไม่เคยเห็นมาก่อน) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บรอนสไตน์แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงแบบอ่อนที่เกิดจากมวลขนาดเล็กสามารถประมาณได้ตามกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน (นี่คือแรงที่กระทำระหว่างการซ้อนทับของเพชรขนาดเล็ก) จากข้อมูลของเบลนคาว การคำนวณแรงโน้มถ่วงเชิงปริมาณแบบอ่อนไม่ได้ถูกดำเนินการเป็นพิเศษ แม้ว่าพวกมันจะมีความเกี่ยวข้องมากกว่าฟิสิกส์ของหลุมดำหรือบิกแบงก็ตาม เขาหวังว่าข้อเสนอการทดลองใหม่จะกระตุ้นให้นักทฤษฎีแสวงหาการปรับแต่งอย่างละเอียดเพื่อการประมาณค่าของนิวตัน ซึ่งการทดลองบนโต๊ะในอนาคตสามารถลองทดสอบได้

Leonard Susskind นักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมและทฤษฎีสตริงที่มีชื่อเสียงแห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด มองเห็นคุณค่าของการทดลองที่เสนอเพราะ "ให้การสังเกตแรงโน้มถ่วงในช่วงมวลและระยะทางใหม่" แต่เขาและนักวิจัยคนอื่นๆ เน้นย้ำว่าเพชรขนาดเล็กไม่สามารถเปิดเผยอะไรเกี่ยวกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมหรือกาลอวกาศได้ เขาและเพื่อนร่วมงานต้องการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นที่ใจกลางหลุมดำและในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบง

บางทีเบาะแสหนึ่งว่าทำไมการหาปริมาณแรงโน้มถ่วงจึงยากกว่าสิ่งอื่นใดก็คือพลังธรรมชาติอื่นๆ มีสิ่งที่เรียกว่า "ตำแหน่ง": อนุภาคควอนตัมในบริเวณหนึ่งของสนาม (เช่น โฟตอนในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) "เป็นอิสระจาก วัตถุทางกายภาพอื่นๆ ในภูมิภาคอื่นของอวกาศ" Mark van Raamsdonk นักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมจากมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียกล่าว “แต่มีหลักฐานทางทฤษฎีมากมายที่แสดงว่าแรงโน้มถ่วงไม่ทำงานเช่นนั้น”

ในแบบจำลองแซนด์บ็อกซ์ที่ดีที่สุดของแรงโน้มถ่วงควอนตัม (ด้วยเรขาคณิตของกาล-อวกาศแบบง่าย) เป็นไปไม่ได้ที่จะสรุปได้ว่าริบบิ้นของผืนผ้ากาล-อวกาศถูกแบ่งออกเป็นชิ้นสามมิติที่เป็นอิสระกัน Van Raamsdonk กล่าว ทฤษฏีสมัยใหม่กลับเสนอว่าองค์ประกอบพื้นฐานของอวกาศนั้น "ถูกจัดวางในลักษณะสองมิติ" โครงสร้างแห่งกาลอวกาศอาจเป็นเหมือนโฮโลแกรมหรือวิดีโอเกม “แม้ว่าภาพจะเป็นสามมิติ แต่ข้อมูลก็ถูกจัดเก็บไว้ในชิปคอมพิวเตอร์สองมิติ” ในกรณีนี้ โลกสามมิติคงเป็นภาพลวงตาในแง่ที่ว่าส่วนต่างๆ ของมันไม่ได้เป็นอิสระจากกันมากนัก ในการเปรียบเทียบวิดีโอเกม ชิ้นส่วนเล็กๆ น้อยๆ บนชิปสองมิติสามารถเข้ารหัสฟังก์ชันทั่วโลกของจักรวาลเกมทั้งหมดได้

และความแตกต่างนี้สำคัญเมื่อคุณพยายามสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม วิธีปกติในการหาปริมาณของสิ่งใดสิ่งหนึ่งคือการระบุชิ้นส่วนที่เป็นอิสระ เช่น อนุภาค จากนั้นจึงนำกลศาสตร์ควอนตัมไปใช้กับชิ้นส่วนเหล่านั้น แต่ถ้าคุณไม่กำหนดองค์ประกอบที่ถูกต้อง คุณจะจบลงด้วยสมการที่ผิด การหาปริมาณโดยตรงของอวกาศสามมิติที่บรอนสไตน์ต้องการทำนั้นใช้ได้ในระดับหนึ่งด้วยแรงโน้มถ่วงต่ำ แต่กลายเป็นว่าไร้ประโยชน์เมื่อกาลอวกาศมีความโค้งสูง

ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าการได้เห็น "รอยยิ้ม" ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมอาจนำไปสู่แรงจูงใจในการให้เหตุผลเชิงนามธรรมประเภทนี้ ท้ายที่สุดแล้ว แม้แต่ข้อโต้แย้งทางทฤษฎีที่ดังที่สุดเกี่ยวกับการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงควอนตัมก็ไม่ได้รับการสนับสนุนจากข้อเท็จจริงเชิงทดลอง เมื่อ van Raamsdonk อธิบายงานวิจัยของเขาที่งานสัมนาทางวิทยาศาสตร์ เขากล่าวว่า มันมักจะเริ่มต้นด้วยเรื่องราวเกี่ยวกับวิธีการคิดแรงโน้มถ่วงด้วยกลศาสตร์ควอนตัม เนื่องจากคำอธิบายคลาสสิกของกาลอวกาศพังทลายลงด้วยหลุมดำและบิ๊กแบง

“แต่หากคุณทำการทดลองง่ายๆ นี้และแสดงให้เห็นว่าสนามโน้มถ่วงอยู่ในตำแหน่งทับซ้อน ความล้มเหลวของคำอธิบายแบบคลาสสิกก็จะชัดเจนขึ้น เพราะจะมีการทดลองที่บอกเป็นนัยว่าแรงโน้มถ่วงคือควอนตัม”

อ้างอิงจากวัสดุจากนิตยสาร Quanta

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

ทางการศึกษา: เพื่อสร้างแนวคิดเกี่ยวกับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกในนักเรียนและศึกษากฎหมายที่มันปฏิบัติตาม ทดสอบกฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้การทดลองเสมือนจริง

พัฒนาการ: พัฒนาการคิดเชิงตรรกะ

ทางการศึกษา: ส่งเสริมความเป็นกันเอง (ความสามารถในการสื่อสาร), ความสนใจ, กิจกรรม, ความรู้สึกรับผิดชอบ, ปลูกฝังความสนใจในเรื่องนั้น

ในระหว่างเรียน

I. ช่วงเวลาขององค์กร

– หัวข้อของบทเรียนวันนี้คือ “เอฟเฟกต์ภาพถ่าย”

เมื่อพิจารณาหัวข้อที่น่าสนใจนี้ เราจะศึกษาหัวข้อ "ฟิสิกส์ควอนตัม" ต่อไป เราจะพยายามค้นหาว่าแสงมีผลกระทบต่อสสารอย่างไรและผลกระทบนี้ขึ้นอยู่กับอะไร แต่ก่อนอื่น เราจะทบทวนเนื้อหาที่กล่าวถึงในบทเรียนที่แล้ว หากไม่มีสิ่งนี้ ก็จะเป็นการยากที่จะเข้าใจความซับซ้อนของเอฟเฟกต์ภาพถ่าย ในบทเรียนสุดท้าย เราดูสมมติฐานของพลังค์

ปริมาณพลังงานขั้นต่ำที่ระบบสามารถปล่อยและดูดซับได้เรียกว่าอะไร? (ควอนตัม)

ใครเป็นคนแรกที่แนะนำแนวคิดเรื่อง "ควอนตัมพลังงาน" สู่วิทยาศาสตร์ (เอ็ม. พลังค์)

คำอธิบายว่าการพึ่งพาการทดลองใดมีส่วนทำให้เกิดการเกิดขึ้นของฟิสิกส์ควอนตัม? (กฎการแผ่รังสีของของแข็งที่ได้รับความร้อน)

เราเห็นสีอะไรในตัวสีดำสนิท? (สีใดก็ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ)

สาม. การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิดขึ้น - ทฤษฎีการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคและระบบเบื้องต้นที่ประกอบด้วยพวกมัน

เพื่ออธิบายกฎของการแผ่รังสีความร้อน M. Planck แนะนำว่าอะตอมปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ต่อเนื่อง แต่แยกส่วน - ควอนตัม พลังงานของแต่ละส่วนนั้นถูกกำหนดโดยสูตร อี = ชม., ที่ไหน
-ค่าคงตัวของพลังค์; v คือความถี่ของคลื่นแสง

การยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีควอนตัมอีกประการหนึ่งคือการอธิบายของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี 1905 ปรากฏการณ์ เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

เอฟเฟกต์ภาพถ่าย– ปรากฏการณ์อิเล็กตรอนถูกขับออกจากสสารที่เป็นของแข็งและของเหลวภายใต้อิทธิพลของแสง

ประเภทของเอฟเฟ็กต์ภาพถ่าย:

1. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอกคือการปล่อยอิเล็กตรอนโดยสารภายใต้อิทธิพลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ผลกระทบจากโฟโตอิเล็กทริคภายนอกพบได้ในของแข็งและในก๊าซด้วย

2. ผลกระทบโฟโตอิเล็กทริกภายในคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนภายในตัวนำหรือไดอิเล็กทริกจากสถานะที่ถูกผูกไว้เป็นสถานะอิสระโดยไม่ต้องหลบหนีออกไปข้างนอก

3. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคของวาล์ว - ลักษณะของภาพถ่าย - แรงเคลื่อนไฟฟ้า เมื่อส่องสว่างหน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์สองตัวหรือเซมิคอนดักเตอร์และโลหะ

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2430 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน กรัม เฮิรตซ์และในปี พ.ศ. 2431-2433 ได้ทำการศึกษาเชิงทดลองโดย A.G. Stoletov การศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกที่สมบูรณ์ที่สุดดำเนินการโดย F. Lenard ในปี 1900 มาถึงตอนนี้อิเล็กตรอนได้ถูกค้นพบแล้ว (1897, เจ. ทอมสัน) และเห็นได้ชัดว่าเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก (หรืออย่างแม่นยำกว่านั้นคือเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก) ประกอบด้วยการขับอิเล็กตรอนออกจากสสารภายใต้อิทธิพลของแสงที่ตกกระทบ

ศึกษาผลของโฟโตอิเล็กทริค

การทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเริ่มต้นโดย Stoletov ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2431

การทดลองนี้ใช้ขวดแก้วสุญญากาศที่มีอิเล็กโทรดโลหะ 2 อิเล็กโทรด ซึ่งทำความสะอาดพื้นผิวอย่างทั่วถึงแล้ว แรงดันไฟฟ้าบางส่วนถูกจ่ายให้กับอิเล็กโทรด ยูซึ่งขั้วสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้คีย์คู่ อิเล็กโทรดตัวหนึ่ง (แคโทด K) ถูกส่องสว่างผ่านหน้าต่างควอตซ์โดยมีแสงสีเดียวที่มีความยาวคลื่นที่แน่นอน ที่ฟลักซ์การส่องสว่างคงที่ จะทำการพึ่งพาความแรงของโฟโตกระแส ฉันจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

กฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

โฟโตกระแสความอิ่มตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับฟลักซ์แสงที่ตกกระทบ

พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงกับความถี่ของแสงและไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของมัน

สำหรับสารแต่ละชนิดจะมีความถี่ที่ตั้งไว้ขั้นต่ำ เรียกว่าขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟ็กต์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งต่ำกว่านี้จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเอฟเฟ็กต์โฟโตอิเล็กทริก

ตามสมมติฐานของ M. Planck คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยโฟตอนแต่ละตัวและการแผ่รังสีเกิดขึ้นไม่ต่อเนื่องในหน่วยควอนตาหรือโฟตอน ดังนั้นการดูดกลืนแสงจะต้องเกิดขึ้นไม่ต่อเนื่อง - โฟตอนถ่ายโอนพลังงานไปยังอะตอมและโมเลกุลของสสารทั้งหมด

– สมการของไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค

mv 2 /2 = eU 0 – ค่าสูงสุดของพลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอน

- ความถี่ต่ำสุดของแสงที่สามารถเกิดโฟโตอิเล็กทริคได้

V max = hc/ Aout – ความถี่แสงสูงสุดที่สามารถเกิดโฟโตอิเล็กทริคได้

- ขอบเอฟเฟกต์ภาพสีแดง

- โมเมนตัมโฟตอน

การสนทนาพร้อมการชี้แจงคำศัพท์และแนวคิด

ปรากฏการณ์ของสารที่ปล่อยอิเล็กตรอนออกมาภายใต้อิทธิพลของแสง เรียกว่า...

จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแสงจากพื้นผิวของสารใน 1 วินาทีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ...

พลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงกับ ... และไม่ขึ้นอยู่กับ ...

สำหรับสารแต่ละชนิดจะมีความถี่แสงขั้นต่ำที่ยังคงสามารถเกิดโฟโตอิเล็กทริคได้ ความถี่นี้เรียกว่า...

งานที่ต้องทำเพื่อเอาอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวของสารเรียกว่า...

สมการของไอน์สไตน์สำหรับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค (สูตร)...

IV. การรวมและการสรุปความรู้

ปัญหาที่ 1. ความถี่ต่ำสุดของแสงที่ยังคงสังเกตผลของโฟโตอิเล็กทริกคืออะไรหากฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะคือ 3.3 * 10 -19 J

ภารกิจที่ 2 กำหนดพลังงาน มวล และโมเมนตัมของโฟตอนที่สอดคล้องกับคลื่นที่ยาวที่สุดและสั้นที่สุดของสเปกตรัมที่มองเห็นได้หรือไม่

สารละลาย:

ปัญหา 3. ค้นหาเกณฑ์เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกสำหรับโพแทสเซียมหากฟังก์ชันการทำงาน A = 1.32 EV?

สารละลาย:

ในสมการของไอน์สไตน์

ใช้สูตรที่คุณจดไว้ เพื่อแก้ไขปัญหาต่อไปนี้ ด้วยตัวเอง

ฟังก์ชั่นการทำงานของวัสดุแผ่นคือ 4 eV จานสว่างด้วยแสงสีเดียว พลังงานของโฟตอนของแสงตกกระทบจะเป็นเท่าใด หากพลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนคือ 2.5 eV

แผ่นนิกเกิลสัมผัสกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยพลังงานโฟตอน 8 eV ในกรณีนี้ ผลจากโฟโตอิเล็กทริคจะปล่อยอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุด 3 eV ออกจากจาน อิเล็กตรอนจากนิกเกิลมีหน้าที่อย่างไร?

กระแสโฟตอนที่มีพลังงาน 12 eV จะทำให้โฟโตอิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ ซึ่งเป็นพลังงานจลน์สูงสุดซึ่งน้อยกว่าฟังก์ชันการทำงาน 2 เท่า กำหนดฟังก์ชันการทำงานของโลหะที่กำหนด

หน้าที่การทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะ- ค้นหาความยาวคลื่นสูงสุดของรังสีที่สามารถขับอิเล็กตรอนออกมาได้

กำหนดฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะ หากขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคคือ 0.255 µm

สำหรับโลหะบางชนิด ขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคคือแสงที่มีความถี่ - กำหนดพลังงานจลน์ที่อิเล็กตรอนจะได้รับภายใต้อิทธิพลของรังสีที่มีความยาวคลื่น

เตรียมการนำเสนอในหัวข้อ “การประยุกต์ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค”