Çocuklar için ateş düşürücüler bir çocuk doktoru tarafından reçete edilir. Ancak çocuğa derhal ilaç verilmesi gereken ateşli acil durumlar vardır. Daha sonra ebeveynler sorumluluğu üstlenir ve ateş düşürücü ilaçlar kullanır. Bebeklere ne verilmesine izin verilir? Daha büyük çocuklarda ateşi nasıl düşürebilirsiniz? Hangi ilaçlar en güvenlidir?
Kuantum teorisinin ortaya çıkışı ve gelişimi, maddenin yapısı, hareket, nedensellik, uzay, zaman, bilişin doğası vb. Hakkında klasik fikirlerde bir değişikliğe yol açtı ve bu, dünya resminin radikal bir dönüşümüne katkıda bulundu. Maddi bir parçacığın klasik anlayışı, onun çevreden keskin bir şekilde ayrılması, kendi hareketine ve uzaydaki konumuna sahip olmasıyla karakterize edildi. Kuantum teorisinde parçacık, hem koordinatları hem de momentumu olmayan, dahil olduğu sistemin işlevsel bir parçası olarak temsil edilmeye başlandı. Klasik teoride hareket, kendisiyle aynı kalan bir parçacığın belirli bir yörünge boyunca transferi olarak kabul ediliyordu. Parçacık hareketinin ikili doğası, böyle bir hareket temsilinin terk edilmesini gerektirdi. Klasik (dinamik) determinizm yerini olasılıksal (istatistiksel) determinizme bıraktı. Daha önce bütün, onu oluşturan parçaların toplamı olarak anlaşıldıysa, o zaman kuantum teorisi, bir parçacığın özelliklerinin dahil edildiği sisteme bağımlılığını ortaya çıkardı. Bilişsel sürecin klasik anlayışı, maddi bir nesnenin kendi içinde var olduğu bilgisiyle ilişkilendirildi. Kuantum teorisi, bir nesne hakkındaki bilginin araştırma prosedürlerine bağlı olduğunu gösterdi. Klasik teorinin tam olduğu iddia ediliyorsa, kuantum teorisi en başından beri, anlamı ilk başta açık olmaktan uzak olan bir dizi hipoteze dayanarak eksik olarak ortaya çıktı ve bu nedenle ana hükümleri farklı yorumlar, farklı yorumlar aldı. .
Anlaşmazlıklar öncelikle mikropartiküllerin dualitesinin fiziksel anlamı konusunda ortaya çıktı. De Broglie ilk olarak bir dalga ve parçacığın bir arada var olduğu ve dalganın parçacığa öncülük ettiği pilot dalga kavramını ortaya attı. Kararlılığını koruyan gerçek bir malzeme oluşumu, enerjiye ve momentuma sahip olduğu için parçacıktır. Parçacığı taşıyan dalga, parçacığın hareketinin doğasını kontrol eder. Dalganın uzaydaki her noktadaki genliği, bir parçacığın bu noktaya yakın lokalizasyon olasılığını belirler. Schrödinger esasen parçacık ikiliği sorununu ortadan kaldırarak çözüyor. Ona göre parçacık tamamen dalga oluşumu gibi davranıyor. Başka bir deyişle parçacık, dalganın en büyük enerjisinin yoğunlaştığı yerdir. De Broglie ve Schrödinger'in yorumları esasen klasik fiziğin ruhuna uygun görsel modeller yaratma girişimleriydi. Ancak bunun imkansız olduğu ortaya çıktı.
Heisenberg, fiziğin yalnızca ölçümlere dayalı kavramları ve nicelikleri kullanması gerektiği gerçeğine dayanan (daha önce gösterildiği gibi) kuantum teorisinin bir yorumunu önerdi. Bu nedenle Heisenberg, bir atomdaki elektronun hareketinin görsel temsilini terk etti. Makro cihazlar, cihazın parçacıkla etkileşiminin temelde eksik kontrol edilebilirliği nedeniyle eşzamanlı olarak momentum ve koordinatları (yani klasik anlamda) kaydederken bir parçacığın hareketini tanımlayamaz - belirsizlik ilişkisi nedeniyle, momentum ölçümü bunu yapmaz Koordinatları belirlemek mümkündür ve bunun tersi de mümkündür. Başka bir deyişle, ölçümlerin temel yanlışlığı nedeniyle, teorinin tahminleri doğası gereği yalnızca olasılıksal olabilir ve olasılık, parçacığın hareketi hakkındaki bilgilerin temel eksikliğinin bir sonucudur. Bu durum, momentum ve koordinatların kesin değerlerinin tahmin edilmesini öngören klasik anlamda nedensellik ilkesinin çöktüğü sonucuna varılmasına yol açmıştır. Dolayısıyla kuantum teorisi çerçevesinde gözlem veya deneydeki hatalardan değil, olasılık fonksiyonu kullanılarak ifade edilen temel bilgi eksikliğinden bahsediyoruz.
Heisenberg'in kuantum teorisi yorumu Bohr tarafından geliştirildi ve Kopenhag yorumu olarak tanındı. Bu yorum çerçevesinde kuantum teorisinin temel konumu, tamamlayıcılık ilkesidir; bu, kendi özel koşullarında kullanılan ve birbirini tamamlayan, birbirini dışlayan kavram sınıflarının, araçların ve araştırma prosedürlerinin kullanılması gerekliliği anlamına gelir. biliş sürecinde incelenen nesnenin bütünsel bir resmi. Bu prensip Heisenberg belirsizlik ilişkisine benzemektedir. Momentum ve koordinatların birbirini dışlayan ve tamamlayıcı araştırma prosedürleri olarak tanımlanmasından bahsediyorsak, bu ilkelerin tanımlanması için gerekçeler vardır. Ancak tamamlayıcılık ilkesinin anlamı belirsizlik ilişkilerinden daha geniştir. Bohr, atomun kararlılığını açıklamak için elektron hareketinin klasik ve kuantum kavramlarını tek bir modelde birleştirdi. Dolayısıyla tamamlayıcılık ilkesi, klasik fikirlerin kuantum fikirlerle desteklenmesine izin verdi. Işığın dalga ve parçacık özellikleri arasındaki karşıtlığı tespit eden ve bunların birliğini bulamayan Bohr, sonraki kombinasyonlarıyla birbirine eşdeğer olan iki tanımlama yöntemini - dalga ve parçacık - düşünme eğilimindeydi. Dolayısıyla tamamlayıcılık ilkesinin koordinat ve momentum arasındaki ilişkiyi ifade eden belirsizlik ilişkisinin bir gelişimi olduğunu söylemek daha doğru olur.
Pek çok bilim adamı, kuantum teorisi çerçevesinde klasik determinizm ilkesinin ihlal edilmesini indeternizm lehine yorumladı. Gerçekte burada determinizm ilkesi şekil değiştirmiştir. Klasik fizik çerçevesinde, eğer sistemin elemanlarının zamanın başlangıç anında konumları ve hareket durumları biliniyorsa, sistemin gelecekte herhangi bir andaki konumunu tam olarak tahmin etmek mümkündür. Tüm makroskopik sistemler bu prensibe tabiydi. Olasılıkların dahil edilmesinin gerekli olduğu durumlarda bile, her zaman tüm temel süreçlerin kesinlikle deterministik olduğu ve yalnızca çok sayıda ve düzensiz davranışlarının kişiyi istatistiksel yöntemlere yönelmeye zorladığı varsayıldı. Kuantum teorisinde durum temelde farklıdır. Belirsizlik ilkelerinin uygulanabilmesi için koordinatların ve momentumların bilinmesi gerekir ve bu belirsizlik ilişkisi tarafından engellenir. Olasılığın burada kullanılması, istatistiksel mekanikle karşılaştırıldığında farklı bir anlama sahiptir: İstatistiksel mekanikte olasılıklar büyük ölçekli olayları tanımlamak için kullanıldıysa, o zaman kuantum teorisinde, tam tersine, temel süreçlerin kendisini tanımlamak için olasılıklar tanıtılır. Bütün bunlar, büyük ölçekli cisimlerin dünyasında dinamik nedensellik ilkesinin, mikro dünyada ise olasılıksal nedensellik ilkesinin işlediği anlamına gelir.
Kopenhag yorumu, bir yandan deneylerin klasik fizik açısından tanımlanmasını, diğer yandan da bu kavramların gerçek durumla tam olarak örtüşmediğinin kabul edilmesini gerektirir. Kuantum teorisinin olasılığını belirleyen şey bu tutarsızlıktır. Klasik fizik kavramları doğal dilin önemli bir bölümünü oluşturur. Yaptığımız deneyleri anlatmak için bu kavramları kullanmazsak birbirimizi anlayamayız.
Klasik fiziğin ideali bilginin tam nesnelliğidir. Ancak bilişte aletler kullanırız ve böylece, Heinserberg'in dediği gibi, alet gözlemci tarafından yaratıldığı için atomik süreçlerin tanımına öznel bir unsur dahil edilir. “Gözlemlediğimiz şeyin doğanın kendisi değil, soru sorma şeklimiz aracılığıyla ortaya çıkan doğa olduğunu unutmamalıyız. Fizikteki bilimsel çalışma, doğa hakkında kullandığımız dile sorular sormak ve bir deneyle yanıt almaya çalışmaktır. Aynı zamanda Bohr'un kuantum teorisi ile ilgili sözlerini de hatırlıyoruz: Eğer yaşamda uyum arıyorsak, yaşam oyununda olduğumuzu asla unutmamalıyız. Aynı zamanda seyirciler ve katılımcılar için de açık ki, doğayla olan bilimsel ilişkimizde, doğanın yalnızca en önemli teknik araçlarla nüfuz edilebilecek alanlarıyla uğraşmak zorunda kaldığımızda kendi faaliyetimiz önem kazanıyor."
Atom olayını tanımlamak için klasik uzay ve zaman kavramlarını kullanmanın da imkansız olduğu ortaya çıktı. Kuantum teorisinin başka bir yaratıcısı bu konuda şöyle yazmıştı: “Eylemin kuantumunun varlığı, geometri ve dinamikler arasında tamamen beklenmedik bir bağlantıyı ortaya çıkardı: Fiziksel süreçleri geometrik uzayda lokalize etme olasılığının onların dinamik durumlarına bağlı olduğu ortaya çıktı. Genel görelilik teorisi bize zaten maddenin Evrendeki dağılımına bağlı olarak uzay-zamanın yerel özelliklerini dikkate almayı öğretmişti. Ancak kuantumun varlığı çok daha derin bir dönüşüm gerektiriyor ve artık bir cismin hareketini temsil etmemize izin vermiyor. Fiziksel nesnenin uzay-zamanda belirli bir çizgi (dünya çizgisi) boyunca hareket durumunu, onu gösteren eğriye dayanarak belirlemek artık mümkün değildir. dinamik durum, uzay-zamansal lokalizasyonun bir sonucu olarak değil, fiziksel gerçekliğin bağımsız ve ilave bir yönü olarak ortaya çıkar."
Kuantum teorisini yorumlama sorunu üzerine yapılan tartışmalar, kuantum teorisinin tam bir mikropartikül hareketi teorisi olup olmadığı sorusunu ortaya çıkardı. Soru ilk kez Einstein tarafından bu şekilde formüle edildi. Onun konumu gizli parametreler kavramıyla ifade edildi. Einstein, kuantum teorisini, tek bir parçacığın değil, onların topluluğunun davranışıyla ilgili kalıpları tanımlayan istatistiksel bir teori olarak anlayarak ilerledi. Her parçacık her zaman kesin olarak yerelleştirilmiştir ve aynı anda belirli momentum ve koordinat değerlerine sahiptir. Belirsizlik ilişkisi, mikro süreçler düzeyinde gerçekliğin gerçek yapısını yansıtmaz, ancak kuantum teorisinin eksikliğini yansıtır - sadece onun düzeyinde, gerçekte var olmalarına rağmen momentumu ve koordinasyonu aynı anda ölçme yeteneğine sahip değiliz, ancak gizli parametreler (kuantum teorisi çerçevesinde gizli). Einstein, dalga fonksiyonunu kullanan bir parçacığın durumunun açıklamasının eksik olduğunu düşündü ve bu nedenle kuantum teorisini, bir mikro parçacığın hareketinin tamamlanmamış bir teorisi biçiminde sundu.
Bu tartışmada Bohr, kuantum teorisinin istatistiksel doğasının nedeni olarak bir mikropartikülün dinamik parametrelerinin nesnel belirsizliğinin tanınmasına dayanarak zıt bir pozisyon aldı. Onun görüşüne göre, Einstein'ın nesnel olarak belirsiz niceliklerin varlığını reddetmesi, mikroparçacığın doğasında bulunan dalga özelliklerini açıklanamayan bırakıyor. Bohr, mikropartikül hareketi ile ilgili klasik kavramlara dönüşün imkansız olduğunu düşünüyordu.
50'li yıllarda 20. yüzyılda D. Bohm, psi dalgasını bir parçacıkla ilişkili gerçek bir alan olarak sunarak de Broglie'nin pilot dalgası kavramına geri döndü. Kuantum teorisinin Kopenhag yorumunu destekleyenler ve hatta bazı muhalifleri Bohm'un pozisyonunu desteklemediler, ancak bu, de Broglie'nin konseptinin daha derinlemesine detaylandırılmasına katkıda bulundu: Parçacık, kendi içinde ortaya çıkan ve hareket eden özel bir oluşum olarak görülmeye başlandı. psi alanı, ancak bireyselliğini korur. Bu kavramı geliştiren P. Vigier ve L. Janosi'nin çalışmaları birçok fizikçi tarafından fazla "klasik" olarak değerlendirildi.
Sovyet döneminin yerli felsefi literatüründe kuantum teorisinin Kopenhag yorumu, biliş sürecinin yorumlanmasında “pozitivist tutumlara bağlılığı” nedeniyle eleştirildi. Ancak bazı yazarlar kuantum teorisinin Kopenhag yorumunun geçerliliğini savundu. Klasik bilimsel bilgi idealinin klasik olmayan bir bilgiyle değiştirilmesine, bir nesnenin resmini oluşturmaya çalışan gözlemcinin dikkatinin ölçüm prosedüründen uzaklaştırılamayacağı anlayışı eşlik etti; araştırmacı, incelenen nesnenin parametrelerini ölçüm prosedüründen önceki haliyle ölçemiyor. W. Heisenberg, E. Schrödinger ve P. Dirac, parçacıkların artık belirli ve bağımsız momentuma ve koordinatlara sahip olmadığı çerçevede belirsizlik ilkesini kuantum teorisinin temeli olarak ortaya koydular. Kuantum teorisi böylece bilime öngörülemezlik ve rastlantısallık unsurunu kattı. Einstein buna katılmasa da kuantum mekaniği deneyle tutarlıydı ve bu nedenle birçok bilgi alanının temeli haline geldi.
Aşağıda bir “gözlemci etkisi” olduğuna dair hafif bir hatırlatma ve bilincin önceliği ilkesini kuantum fiziğinden tezahür etmiş düzleme aktaran kitaptan bir alıntı bulunmaktadır.
“Hayatınız, dikkatinizin olduğu yerdir.”
Kulağa ne kadar tuhaf gelse de, dünya çapında birçok laboratuvardaki fizikçiler tarafından deneysel olarak kanıtlanmış olan bu varsayımdır.Şimdi alışılmadık gelebilir ama kuantum fiziği kadim antik çağın gerçeğini kanıtlamaya başladı: "Hayatınız, dikkatinizin olduğu yerdir." Özellikle kişinin dikkatini çevreleyen maddi dünyayı etkilemesi, algıladığı gerçekliği önceden belirler.
Kuantum fiziği, başlangıcından bu yana, 19. yüzyılın ikinci yarısından itibaren William Hamilton'un ışığın dalga benzeri doğası hakkındaki açıklamasıyla mikro dünya ve insan fikrini kökten değiştirmeye başladı ve ileri teknoloji ile devam etti. modern bilim adamlarının keşifleri. Kuantum fiziği, mikro dünyanın tamamen farklı fizik yasalarına göre "yaşadığına", nanopartiküllerin özelliklerinin insanlara tanıdık gelen dünyadan farklı olduğuna, temel parçacıkların onunla özel bir şekilde etkileşime girdiğine dair zaten birçok kanıta sahip.
20. yüzyılın ortalarında Klaus Jenson deneyler sırasında ilginç bir sonuç elde etti: Fiziksel deneyler sırasında atom altı parçacıklar ve fotonlar insanın dikkatine tam olarak yanıt verdi ve bu da farklı nihai sonuçlara yol açtı. Yani nanopartiküller, araştırmacıların o anda odaklandıkları şeye tepki gösterdi. Artık bir klasik haline gelen bu deney, her seferinde bilim adamlarını şaşırtıyor. Dünya çapında birçok laboratuvarda defalarca tekrarlanan bu deneyin sonuçları her seferinde aynı olup, bu da deneyin bilimsel değerini ve güvenilirliğini doğrulamaktadır.
Bu nedenle, bu deney için bir ışık kaynağı ve iki yarığı olan bir ekran (fotonlara nüfuz etmeyen bir plaka) hazırlayın. Işık kaynağı olan cihaz, tek atımlarda foton “vuruyor”.
Fotoğraf 1.
Özel fotoğraf kağıdının önüne iki yarıklı özel bir ekran yerleştirildi. Beklendiği gibi, fotoğraf kağıdı üzerinde iki dikey şerit belirdi; bu yarıklardan geçerken kağıdı aydınlatan fotonların izleri. Doğal olarak deneyin ilerleyişi izlendi.
Fotoğraf 2.
Araştırmacı cihazı açıp bir süreliğine ayrılıp laboratuvara döndüğünde inanılmaz derecede şaşırdı: fotoğraf kağıdı üzerinde fotonlar tamamen farklı bir görüntü bıraktı - iki dikey şerit yerine çok sayıda foton vardı.
Fotoğraf 3.
Bu nasıl olabilir? Kağıt üzerinde kalan izler, çatlaklardan geçen bir dalganın karakteristiğiydi. Başka bir deyişle, bir girişim deseni gözlemlendi.
Fotoğraf 4.
Fotonlarla yapılan basit bir deney, gözlemlendiğinde (bir dedektör cihazı veya gözlemcinin varlığında) dalganın parçacık durumuna dönüştüğünü ve parçacık gibi davrandığını, ancak bir gözlemcinin yokluğunda dalga gibi davrandığını gösterdi. Bu deneyde gözlem yapmazsanız fotoğraf kağıdının dalga izleri gösterdiği, yani girişim deseninin görülebildiği ortaya çıktı. Bu fiziksel olaya “Gözlemci Etkisi” adı verildi.
Yukarıda anlatılan parçacık deneyi aynı zamanda “Tanrı var mı?” sorusu için de geçerlidir. Çünkü eğer Gözlemcinin dikkatli dikkatiyle, dalga doğasına sahip bir şey madde halinde kalabiliyor, tepki veriyor ve özelliklerini değiştirebiliyorsa, o zaman tüm Evreni kim dikkatle gözlemliyor? Kim dikkatiyle tüm maddeyi sabit bir durumda tutar? Bir kişi, algısında niteliksel olarak farklı bir dünyada (örneğin Tanrı'nın dünyasında) yaşayabileceği varsayımına sahip olur olmaz, ancak o zaman o kişi olur. , bu taraftaki gelişim vektörünü değiştirmeye başlar ve bu deneyimden sağ çıkma şansı kat kat artar. Yani böyle bir gerçekliğin olasılığını kendinize kabul etmeniz yeterlidir. Sonuç olarak, kişi böyle bir deneyimi edinme olasılığını kabul ettiği anda, onu gerçekten edinmeye başlar. Bu, Anastasia Novykh'in "AllatRa" kitabında doğrulanmıştır:
“Her şey Gözlemcinin kendisine bağlıdır: Eğer bir kişi kendisini bir parçacık (maddi dünyanın kanunlarına göre yaşayan maddi bir nesne) olarak algılarsa, madde dünyasını görecek ve algılayacaktır; Eğer kişi kendisini bir dalga (duyusal deneyimler, genişlemiş bir bilinç durumu) olarak algılıyorsa, o zaman Tanrı'nın dünyasını da algılar ve onu anlamaya, onunla yaşamaya başlar.
Yukarıda anlatılan deneyde gözlemci kaçınılmaz olarak deneyin gidişatını ve sonuçlarını etkilemektedir. Yani çok önemli bir prensip ortaya çıkıyor: Bir sistemi onunla etkileşime girmeden gözlemlemek, ölçmek ve analiz etmek mümkün değil. Etkileşimin olduğu yerde özelliklerde bir değişiklik olur.
Bilgeler Tanrı'nın her yerde olduğunu söylüyor. Nanopartiküllerin gözlemleri bu ifadeyi doğruluyor mu? Bu deneyler, tüm maddi Evrenin, örneğin Gözlemcinin fotonlarla etkileşime girdiği gibi, O'nunla aynı şekilde etkileşime girdiğinin doğrulanması değil mi? Bu deneyim, Gözlemcinin dikkatinin yönlendirildiği her şeye onun tarafından nüfuz edildiğini göstermiyor mu? Nitekim kuantum fiziği ve “Gözlemci Etkisi” ilkesi açısından bu kaçınılmazdır, çünkü etkileşim sırasında kuantum sistemi orijinal özelliklerini kaybeder ve daha büyük bir sistemin etkisi altında değişir. Yani karşılıklı olarak enerji ve bilgi alışverişinde bulunan her iki sistem de birbirini değiştirir.
Bu soruyu daha da geliştirirsek, Gözlemcinin daha sonra içinde yaşayacağı gerçekliği önceden belirlediği ortaya çıkar. Bu onun seçiminin bir sonucu olarak kendini gösterir. Kuantum fiziğinde, Gözlemcinin nihai seçimini yapana kadar binlerce olası gerçeklikle karşı karşıya kaldığı ve dolayısıyla gerçekliklerden yalnızca birini seçtiği çoklu gerçeklik kavramı vardır. Ve kendisi için kendi gerçekliğini seçtiğinde, ona odaklanır ve bu onun için (ya da kendisi onun için?) kendini gösterir.
Ve yine, kişinin dikkatiyle desteklediği gerçeklikte yaşadığı gerçeğini hesaba katarsak, aynı soruya geliyoruz: Eğer Evrendeki tüm maddeler dikkat üzerine kuruluysa, o zaman Evreni kendi dikkatiyle kim tutuyor? Bu önerme, resmin tamamını görebilen Allah'ın varlığını ispatlamıyor mu?
Bu, zihnimizin maddi dünyanın işleyişine doğrudan dahil olduğunu göstermiyor mu? Kuantum mekaniğinin kurucularından Wolfgang Pauli bir keresinde şöyle demişti: " Fizik ve bilinç yasaları tamamlayıcı olarak görülmelidir" Bay Pauli'nin haklı olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bu zaten dünya çapında tanınmaya çok yakın: Maddi dünya zihnimizin yanıltıcı bir yansımasıdır ve gözlerimizle gördüklerimiz aslında gerçeklik değildir. O halde gerçeklik nedir? Nerede bulunur ve nasıl bulabilirim?
Gittikçe daha fazla bilim insanı, insan düşüncesinin aynı zamanda kötü şöhretli kuantum etkileri süreçlerine de bağlı olduğuna inanma eğiliminde. Zihnin çizdiği bir yanılsama içinde yaşamak ya da gerçeği kendi başına keşfetmek - herkesin kendisi için seçtiği şey budur. Sadece yukarıda alıntılanan AllatRa kitabını okumanızı tavsiye edebiliriz. Bu kitap, bilimsel olarak Allah'ın varlığını ispatlamakla kalmayıp, aynı zamanda var olan tüm gerçekleri, boyutları detaylı bir şekilde açıklamakta, hatta insanın enerji yapısının yapısını ortaya koymaktadır. Aşağıdaki alıntıya tıklayarak veya sitenin uygun bölümüne giderek bu kitabı web sitemizden tamamen ücretsiz olarak indirebilirsiniz.
"Kuantum teorisiyle ilk karşılaştıklarında şok olmayan herkes muhtemelen anlamamıştır." Niels Bohr
Kuantum teorisinin öncülleri o kadar çarpıcı ki daha çok bilim kurguya benziyor.
Mikro dünyanın bir parçacığı aynı anda iki veya daha fazla yerde olabilir!
(Yakın zamanda yapılan bir deney, bu parçacıklardan birinin aynı anda 3000 yerde bulunabileceğini gösterdi!)
Aynı “nesne” hem lokalize bir parçacık hem de uzayda yayılan bir enerji dalgası olabilir.
Einstein hiçbir şeyin ışık hızından daha hızlı hareket edemeyeceğini öne sürdü. Ancak kuantum fiziği kanıtladı: atom altı parçacıklar, birbirlerinden herhangi bir mesafede bulunan, anında bilgi alışverişinde bulunabilirler.
Klasik fizik deterministti: Bir nesnenin konumu ve hızı gibi başlangıç koşulları göz önüne alındığında, onun nereye gideceğini hesaplayabiliriz. Kuantum fiziği olasılıksaldır: İncelenen nesnenin nasıl davranacağını hiçbir zaman mutlak bir kesinlikle söyleyemeyiz.
Klasik fizik mekanikti. Bir nesnenin yalnızca tek tek parçalarını bilerek onun ne olduğunu nihayetinde anlayabileceğimiz önermesine dayanmaktadır.
Kuantum fiziği bütünseldir: Evrenin, parçaları birbirine bağlı ve birbirini etkileyen tek bir bütün olarak resmini çizer.
Ve belki de en önemlisi, kuantum fiziği, 400 yıldır bilimsel zihinlere hakim olan özne veya nesne, gözlemci ve gözlenen arasındaki temel fark fikrini yok etti!
Quart fiziğinde gözlemci, gözlenen nesneyi etkiler. Mekanik Evrenin izole edilmiş gözlemcileri yoktur - her şey onun varlığında yer alır.
ŞOK #1 - BOŞ ALAN
Newton fiziğinin katı yapısındaki ilk çatlaklardan biri şu keşifle gerçekleşti: Atomlar fiziksel Evrenin katı yapı taşlarıdır! - esas olarak boş alandan oluşur. Ne kadar boş? Bir hidrojen atomunun çekirdeğini bir basketbol topu büyüklüğüne büyütürseniz, onun etrafında dönen tek elektron otuz kilometre uzakta olur ve çekirdek ile elektron arasında hiçbir şey kalmaz. Etrafınıza bakarken şunu unutmayın: gerçeklik, boşluklarla çevrili maddenin en küçük noktalarıdır.
Ancak bu tamamen doğru değil. Bu sözde "boşluk" aslında boş değildir: Muazzam miktarda inanılmaz derecede güçlü enerji içerir. Enerjinin, maddenin daha düşük bir düzeyine doğru ilerledikçe yoğunluğunun arttığını biliyoruz (örneğin, nükleer enerji, kimyasal enerjiden milyon kat daha güçlüdür). Bilim insanları artık boş uzayın bir santimetreküpünde, bilinen evrendeki tüm maddeden daha fazla enerji bulunduğunu söylüyor. Bilim insanları henüz ölçemese de bu enerji denizinin sonuçlarını görüyorlar.
ŞOK #2 – PARÇACIK MI, DALGA MI, DALGA PARÇACAĞI MI?
Atomun neredeyse tamamen "uzaydan" oluşmasının yanı sıra, bilim insanları atomu daha derinlemesine araştırdıklarında atom altı (atomu oluşturan) parçacıkların da katı olmadığını keşfettiler. Ve ikili bir doğaya sahip görünüyorlar. Onları nasıl gözlemlediğimize bağlı olarak katı mikro cisimler veya dalgalar gibi davranabilirler.
Parçacıklar, uzayda belirli bir konumu işgal eden bireysel katı nesnelerdir. Ancak dalgaların bir “bedeni” yoktur; lokalize değildirler ve uzayda yayılmazlar.
Bir elektron veya fotonun (ışık parçacığının) dalga olarak kesin bir konumu yoktur, bir “olasılıklar alanı” olarak var olur. Parçacık durumunda, olasılık alanı katı bir nesneye "çöker" (çöker). Dört boyutlu uzay-zamandaki koordinatları zaten belirlenebiliyor.
Bu şaşırtıcıdır, ancak bir parçacığın (dalga veya katı nesnenin) durumu gözlem ve ölçüm eylemleriyle belirlenir. Ölçülemeyen ve gözlemlenemeyen elektronlar dalga gibi davranır. Deney sırasında gözleme tabi tuttuğumuz anda, katı parçacıklara "çöküyorlar" ve uzayda kaydedilebiliyorlar.
Fakat bir şey nasıl aynı anda hem katı parçacık hem de akışkan dalga olabilir? Belki de yakın zamanda söylediklerimizi hatırlarsak paradoks çözülecektir: Parçacıklar dalga gibi veya katı nesneler gibi davranır. Ancak "dalga" ve "parçacık" kavramları sadece günlük hayatımızdan alınmış benzetmelerdir. Dalga kavramı kuantum teorisine Erwin Schrödinger tarafından dahil edildi. Gözlem eyleminden önce katı bir parçacıktaki dalga özelliklerinin varlığını matematiksel olarak doğrulayan ünlü "dalga denkleminin" yazarıdır. Bazı fizikçiler, daha önce hiç karşılaşmadıkları ve tam olarak anlayamadıkları bir şeyi açıklamak amacıyla atom altı parçacıklara "dalga parçacıkları" adını veriyorlar.
ŞOK #3 - KUANTUM Sıçrayışları ve Olasılık
Bilim adamları atomu incelerken, çekirdeğin etrafında dönen elektronların yörüngeden yörüngeye hareket ederken sıradan nesneler gibi uzayda hareket etmediklerini keşfettiler. Hayır, mesafeyi anında kat ediyorlar. Yani bir yerde kaybolup başka bir yerde ortaya çıkıyorlar. Bu olaya kuantum sıçraması adı verildi.
Üstelik bilim insanları, kayıp elektronun yeni yörüngenin neresinde ortaya çıkacağını veya ne zaman sıçrama yapacağını tam olarak belirleyemediklerini fark ettiler. Yapabilecekleri en fazla, elektronun yeni konumunun olasılığını (Schrödinger dalga denklemine dayanarak) hesaplamaktı.
Dr. Satinover, "Bizim deneyimlediğimiz gerçeklik, her an sayısız olasılıkların bütünü içinde yaratılıyor" diyor. “Fakat asıl sır, fiziksel Evrende bu bütünlükten hangi olasılığın gerçekleşeceğini belirleyen hiçbir şeyin olmamasıdır. Bunu belirleyen bir süreç yok."
Dolayısıyla kuantum sıçramaları Evrendeki tek gerçek rastgele olaylardır.
ŞOK #4 - BELİRSİZLİK İLKESİ
Klasik fizikte, bir nesnenin uzaysal koordinatları ve hızı da dahil olmak üzere tüm parametreleri, yalnızca deneysel teknolojilerin yetenekleriyle sınırlı bir doğrulukla ölçülebilir. Ancak kuantum düzeyinde, bir nesnenin hız gibi niceliksel bir özelliğini belirlediğinizde, koordinatlar gibi diğer parametreleri için kesin değerler elde edemezsiniz. Başka bir deyişle: Bir nesnenin ne kadar hızlı hareket ettiğini biliyorsanız, onun nerede olduğunu bilemezsiniz. Tam tersi: Nerede olduğunu biliyorsanız, ne kadar hızlı hareket ettiğini bilemezsiniz.
Deneyi yapanlar ne kadar bilgili olursa olsun, ne kadar ileri ölçüm teknolojileri kullanırsa kullansın bu perdenin arkasına bakamazlar.
Kuantum fiziğinin öncülerinden Werner Heisenberg belirsizlik ilkesini formüle etti. Özü şu şekildedir: Ne kadar uğraşırsanız uğraşın, bir kuantum nesnesinin koordinatlarının ve hızının kesin değerlerini elde etmek aynı anda imkansızdır. Bir parametreyi ölçerken ne kadar kesinlik elde edersek diğeri de o kadar belirsiz hale gelir.
ŞOK #5 – YERSİZLİK, EPR PARADOKSU VE BELL TEOREMİ
Albert Einstein kuantum fiziğini sevmiyordu. Kuantum fiziğinde ana hatları verilen atom altı süreçlerin olasılıksal doğasını değerlendiren şunları söyledi: "Tanrı Evrenle zar atmaz." Ancak Niels Bohr ona şu cevabı verdi: "Tanrıya ne yapması gerektiğini öğretmeyi bırakın!"
1935'te Einstein ve meslektaşları Podolsky ve Rosen (EPR), kuantum teorisini yenmeye çalıştı. Bilim insanları kuantum mekaniğinin ilkelerini temel alarak bir düşünce deneyi gerçekleştirdiler ve paradoksal bir sonuca vardılar. (Kuantum teorisinin aşağılığını göstermesi gerekiyordu). Düşüncelerinin özü şudur. Aynı anda ortaya çıkan iki parçacığımız varsa, bu onların birbirine bağlı olduğu veya süperpozisyon halinde olduğu anlamına gelir. Onları Evrenin farklı uçlarına gönderelim. Sonra parçacıklardan birinin durumunu değiştiririz. Daha sonra kuantum teorisine göre başka bir parçacık anında aynı duruma gelir. Aniden! Evrenin diğer ucunda!
Böyle bir fikir o kadar gülünçtü ki Einstein bundan alaycı bir şekilde "uzaktan doğaüstü eylem" olarak bahsetmişti. Görelilik teorisine göre hiçbir şey ışıktan daha hızlı gidemez. Ve EPR deneyinde parçacıklar arasındaki bilgi alışverişinin hızının sonsuz olduğu ortaya çıktı! Buna ek olarak, bir elektronun Evrenin diğer ucundaki başka bir elektronun durumunu "izleyebileceği" fikri, gerçeklik ve aslında genel olarak sağduyu hakkındaki genel kabul görmüş fikirlerle tamamen çelişiyordu.
Ancak 1964'te İrlandalı teorik fizikçi John Bell, buradan yola çıkan bir teoremi formüle etti ve kanıtladı: EPR düşünce deneyinden elde edilen "gülünç" sonuçlar doğrudur!
Parçacıklar zaman ve mekânı aşan bir seviyede yakından bağlantılıdır. Bu nedenle anlık olarak bilgi alışverişinde bulunabilmektedirler.
Evrendeki herhangi bir nesnenin yerel olduğu fikri; uzayda tek bir yerde (noktada) var - doğru değil. Bu dünyadaki her şey yerel değildir.
Ancak bu olay evrenin geçerli bir yasasıdır. Schrödinger, nesneler arasındaki ilişkinin kuantum teorisinin tek ilgi çekici yönü olmadığını ama en önemlisi olduğunu söyledi. 1975'te teorik fizikçi Henry Stapp, Bell'in teoremini "bilimin en önemli keşfi" olarak nitelendirdi. Sadece fizikten değil bilimden bahsettiğini unutmayın.
(Yazı, W. Arntz, B. Chace, M. Vicente'nin “Tavşan Deliği, Yoksa Kendimiz ve Evren Hakkında Ne Biliyoruz?” kitabının “Kuantum Fiziği” bölümündeki materyallerden yararlanılarak hazırlanmıştır.)
1935'te, kuantum mekaniği ve Einstein'ın genel görelilik teorisi çok gençken, pek ünlü olmayan Sovyet fizikçisi Matvei Bronstein, 28 yaşındayken, bu iki teorinin kuantum teorisindeki uzlaşmasına ilişkin ilk ayrıntılı çalışmayı yaptı. yer çekimi. Bronstein'ın yazdığı gibi, bu "belki de tüm dünyanın teorisi", Einstein'ın yerçekiminin uzay-zaman sürekliliğinde eğriler olarak görüldüğü klasik tanımının yerini alabilir ve onu fiziğin geri kalanı gibi kuantum dilinde yeniden yazabilir.
Bronstein, yerçekimini, şimdi graviton olarak adlandırılan kuantize parçacıklar açısından nasıl tanımlayacağını buldu, ancak bunu yalnızca yerçekimi kuvveti zayıf olduğunda, yani (genel görelilikte), uzay-zaman çok hafif kavisli olduğu ve aslında düz olduğu zaman yaptı. Bilim adamı, yerçekimi güçlü olduğunda "durum tamamen farklı" diye yazdı. "Klasik kavramları derinlemesine gözden geçirmeden, bu alanda kuantum kütleçekimi teorisini hayal etmek neredeyse imkansız görünüyor."
Sözleri kehanet niteliğindeydi. Seksen üç yıl sonra, fizikçiler hâlâ uzay-zaman eğriliğinin kendisini makroskobik ölçeklerde nasıl gösterdiğini, yerçekiminin daha temel ve muhtemelen kuantum bir resminden ortaya çıktığını anlamaya çalışıyorlar; Bu belki de fizikteki en derin sorudur. Belki eğer bir şans olsaydı Bronstein'ın parlak zekası bu arayış sürecini hızlandırabilirdi. Kuantum yerçekiminin yanı sıra astrofizik ve kozmolojiye, yarı iletken teorisine, kuantum elektrodinamiğine de katkılarda bulundu ve çocuklar için çeşitli kitaplar yazdı. 1938'de Stalin'in baskılarına maruz kaldı ve 31 yaşında idam edildi.
Kuantum kütleçekiminin eksiksiz bir teorisinin araştırılması, kütleçekimin kuantum özelliklerinin gerçek deneyimde hiçbir zaman kendini göstermemesi gerçeği nedeniyle karmaşıklaşmaktadır. Fizikçiler, Einstein'ın düzgün uzay-zaman sürekliliği tanımının ya da Bronstein'ın hafif kavisli bir duruma ilişkin kuantum yaklaşımının nasıl ihlal edildiğini göremiyorlar.
Sorun, yerçekimi kuvvetinin aşırı zayıflığıdır. Güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetleri ileten kuantize edilmiş parçacıklar, maddeyi atomlara sıkı bir şekilde bağlayacak ve bir büyüteç altında kelimenin tam anlamıyla incelenebilecek kadar güçlüyken, bireysel gravitonlar o kadar zayıftır ki laboratuvarların onları tespit etme şansı yoktur. Bir gravitonu yakalama olasılığının yüksek olması için, parçacık detektörünün kara deliğe çökecek kadar büyük ve kütleli olması gerekir. Bu zayıflık, diğer büyük cisimleri yerçekimi yoluyla etkilemek için neden astronomik kütle birikimlerine ihtiyaç duyulduğunu ve neden büyük ölçeklerde kütleçekim etkilerini gördüğümüzü açıklıyor.
Hepsi bu değil. Evren bir çeşit kozmik sansüre tabi görünüyor: Güçlü çekim bölgeleri (uzay-zaman eğrileri o kadar keskin ki Einstein'ın denklemleri bozuluyor ve çekim ile uzay-zamanın kuantum doğasının ortaya çıkarılması gerekiyor) kara deliklerin ufkunun arkasında her zaman gizleniyor.
Harvard Üniversitesi'nden teorik fizikçi Igor Pikovsky, "Birkaç yıl önce bile, yerçekimi alanının kuantizasyonunu herhangi bir şekilde ölçmenin büyük olasılıkla imkansız olduğu konusunda genel bir fikir birliği vardı" diyor.
Şimdi, Physical Review Letters'da yayınlanan birkaç yeni makale bu durumu değiştirdi. Bu makaleler, hakkında hiçbir şey bilmeden bile kuantum yerçekimine ulaşmanın mümkün olabileceği iddiasını ortaya koyuyor. University College London'dan Sugato Bose ve Oxford Üniversitesi'nden Chiara Marletto ve Vlatko Vedral tarafından yazılan makaleler, bir gravitonun tespit edilmesini gerektirmeden, yerçekiminin diğerleri gibi bir kuantum kuvveti olduğunu doğrulayabilecek, teknik açıdan zorlayıcı ancak uygulanabilir bir deney önermektedir. . Bu çalışmada yer almayan Dartmouth Üniversitesi'nden kuantum fizikçisi Miles Blencowe, böyle bir deneyin görünmez kuantum kütle çekiminin açık bir imzasını, yani "Cheshire Kedisi'nin gülümsemesini" ortaya çıkarabileceğini söylüyor.
Önerilen deney, iki nesnenin (Bose'un grubu bir çift mikroelmas kullanmayı planlıyor) karşılıklı yerçekimsel çekim yoluyla kuantum mekaniksel olarak birbirine dolanıp dolanamayacağını belirleyecek. Dolaşıklık, parçacıkların ayrılmaz biçimde iç içe geçtiği, olası birleşik durumlarını tanımlayan tek bir fiziksel tanımı paylaştığı bir kuantum olgusudur. (Farklı olası durumların bir arada bulunmasına "süperpozisyon" adı verilir ve bir kuantum sistemi tanımlanır.) Örneğin, A parçacığının %50 oranında aşağıdan yukarıya doğru dönme olasılığına sahip olduğu ve B parçacığının yukarıdan aşağıya doğru dönme olasılığına sahip olduğu ve %50 olasılıkla tam tersi bir süperpozisyonda bir çift dolaşık parçacık mevcut olabilir. Parçacıkların dönüş yönünü ölçerken nasıl bir sonuç alacağınızı kimse önceden bilemez, ancak onlar için de aynı olacağından emin olabilirsiniz.
Yazarlar, önerilen deneydeki iki nesnenin ancak aralarında etki eden kuvvetin (bu durumda yerçekimi), kuantum süperpozisyonlarını destekleyebilen gravitonların aracılık ettiği bir kuantum etkileşimi olması durumunda bu şekilde dolaşık hale gelebileceğini öne sürüyorlar. Blencowe, "Eğer deney yapılırsa ve çalışmaya göre dolaşıklık elde edilirse, yerçekiminin kuantize olduğu sonucuna varabiliriz." diye açıkladı.
Elması karıştır
Kuantum yerçekimi o kadar incelikli ki bazı bilim adamları onun varlığından şüphe ediyor. 94 yaşındaki ünlü matematikçi ve fizikçi Freeman Dyson, 2001'den bu yana evrenin, "Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından açıklanan kütleçekim alanının, herhangi bir kuantum davranışı olmayan tamamen klasik bir alan olacağı" şeklindeki bir tür "dualistik" tanımlamayı destekleyebileceğini savunuyor. Bu pürüzsüz uzay-zaman sürekliliğindeki tüm maddeler ise olasılık kurallarına uyan parçacıklar tarafından nicelendirilecek.
Kuantum elektrodinamiğinin (madde ve ışık arasındaki etkileşim teorisi) geliştirilmesine yardımcı olan ve New Jersey, Princeton'daki İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde fahri profesör olan Dyson, kara deliklerin ulaşılmaz iç kısımlarını tanımlamak için kuantum yerçekiminin gerekli olduğuna inanmıyor. . Ayrıca varsayımsal bir gravitonu tespit etmenin prensipte imkansız olabileceğine de inanıyor. Bu durumda kuantum çekiminin fiziksel değil metafiziksel olacağını söylüyor.
Tek şüpheci o değil. Ünlü İngiliz fizikçi Sir Roger Penrose ve Macar bilim adamı Lajos Diosi birbirlerinden bağımsız olarak uzay-zamanın süperpozisyonları destekleyemeyeceğini öne sürdüler. Pürüzsüz, katı ve temelde klasik doğasının, aynı anda iki olası yola bükülmesini engellediğine inanıyorlar ve elektronlar ve fotonlar gibi kuantum sistemlerinin süperpozisyonlarının çökmesine yol açan şeyin de bu katılık olduğunu düşünüyorlar. Onlara göre "kütleçekimsel eşevresizlik", makroskobik ölçekte hissedilebilen tek, katı, klasik bir gerçekliğin ortaya çıkmasına izin veriyor.
Kuantum yerçekiminin "gülümsemesini" bulma yeteneği, Dyson'ın iddiasını çürütüyor gibi görünüyor. Ayrıca, yerçekiminin ve uzay-zamanın aslında kuantum süperpozisyonlarını desteklediğini göstererek, kütleçekimsel eşevresizlik teorisini de ortadan kaldırıyor.
Bose ve Marletto'nun önerileri aynı anda ve tamamen tesadüfen ortaya çıktı, ancak uzmanlar bunların zamanın ruhunu yansıttığını belirtiyor. Dünyanın dört bir yanındaki deneysel kuantum fiziği laboratuvarları, giderek daha büyük mikroskobik nesneleri kuantum süperpozisyonlarına sokuyor ve iki kuantum sisteminin dolaşıklığını test etmek için protokolleri optimize ediyor. Önerilen deneyin bu prosedürleri birleştirmesi gerekecek, aynı zamanda ölçek ve hassasiyet açısından daha fazla iyileştirme gerektirecektir; belki on yıl sürecektir. Laboratuvar deneylerinin kütleçekim olayını nasıl inceleyebileceğini de araştıran Pikovsky, "Fakat fiziksel bir çıkmaz yok" diyor. "Bunun zor olduğunu düşünüyorum ama imkansız değil."
Bu plan, Teklifin Farklı Aşamaları için Bose ve arkadaşları - Ocean's Eleven Experts'in çalışmasında daha ayrıntılı olarak özetlenmiştir. Örneğin, ortak yazar Gavin Morley, Warwick Üniversitesi'ndeki laboratuvarında ilk adım üzerinde çalışıyor ve mikro elması iki yerde kuantum süperpozisyonuna yerleştirmeye çalışıyor. Bunu yapmak için, mikroelmastaki bir nitrojen atomunu, elmas yapısındaki bir boşluğun (NV merkezi veya elmastaki nitrojenle ikame edilmiş boşluk olarak adlandırılan) yanına yerleştirecek ve onu bir mikrodalga darbesiyle yükleyecek. NV merkezi etrafında dönen bir elektron aynı anda ışığı emer ve emer ve sistem, belirli bir olasılıkla saat yönünde ve belirli bir olasılıkla saat yönünün tersine dönen bir tepe gibi iki dönüş yönünün (yukarı ve aşağı) kuantum süperpozisyonuna girer. Bu süperpozisyon dönüşüyle yüklenen bir mikro elmas, üst dönüşün sola ve alt dönüşün sağa hareket etmesine neden olan bir manyetik alana maruz kalır. Elmasın kendisi iki yörüngenin süperpozisyonuna bölünür.
Tam bir deneyde, bilim adamları tüm bunları ultra soğuk bir vakumda yan yana yerleştirilen iki elmasla (örneğin kırmızı ve mavi) yapacaklardı. Onları tutan tuzak kapatıldığında, her biri iki konumun üst üste bindiği iki mikro elmas, boşlukta dikey olarak düşecek. Elmaslar düşerken her birinin yerçekimini hissedecekler. Yerçekimsel çekimleri ne kadar güçlü olacak?
Eğer yer çekimi kuantum kuvveti ise cevap şudur: bağlıdır. Mavi elmasın süperpozisyonundaki her bir bileşen, kırmızı pırlantanın süperpozisyonun daha yakın veya daha uzak bir dalında olmasına bağlı olarak, kırmızı pırlantaya karşı daha güçlü veya daha zayıf bir çekim yaşayacaktır. Ve kırmızı elmasın süperpozisyonunun her bir bileşeninin hissedeceği yerçekimi, aynı şekilde mavi elmasın durumuna da bağlıdır.
Her durumda, elmas süperpozisyonlarının gelişen bileşenleri üzerinde değişen derecelerde yerçekimsel çekim etki eder. İki elmas birbirine bağımlı hale gelir, çünkü durumları yalnızca kombinasyon halinde belirlenebilir - eğer bu bu anlama geliyorsa - böylece eninde sonunda NV merkezlerinin iki sisteminin dönüş yönleri birbiriyle ilişkili olacaktır.
Mikro elmaslar üç saniye boyunca (yerçekimine karışacak kadar uzun bir süre) yan yana düştükten sonra başka bir manyetik alandan geçecekler ve bu da her bir süperpozisyonun dallarını tekrar bir araya getirecek. Deneyin son adımı, Danimarkalı fizikçi Barbara Theral ve diğerleri tarafından geliştirilen dolaşıklık tanık protokolüdür: mavi ve kırmızı elmaslar, NV merkez sistemlerinin dönüş yönlerini ölçen farklı cihazlara girer. (Ölçüm, süperpozisyonların belirli durumlara çökmesine neden olur.) Daha sonra iki sonuç karşılaştırılır. Deneyi tekrar tekrar gerçekleştirerek ve birçok spin ölçümü çiftini karşılaştırarak bilim insanları, iki kuantum sisteminin spinlerinin aslında kuantum mekaniksel olarak dolaşık olmayan nesneler için üst sınırdan daha sık korelasyon gösterip göstermediğini belirleyebilirler. Eğer öyleyse, yerçekimi aslında elmasları dolaştırıyor ve süperpozisyonları destekleyebiliyor.
Blencowe, "Bu deneyin ilginç yanı, kuantum teorisinin ne olduğunu bilmenize gerek olmamasıdır" diyor. "Gerekli olan tek şey, bu bölgede iki parçacık arasındaki kuvvetin aracılık ettiği bir miktar kuantum yönünün olduğunu söylemektir."
Çok fazla teknik zorluk var. Daha önce iki yerde süperpozisyona yerleştirilen en büyük nesne 800 atomlu bir moleküldü. Her bir mikro elmas, gözle görülür bir çekim kuvveti biriktirmeye yetecek kadar 100 milyardan fazla karbon atomu içerir. Kuantum mekaniksel doğasını açığa çıkarmak, düşük sıcaklıklar, derin vakumlar ve hassas kontrol gerektirecektir. Lazer soğutma ve mikroelmas yakalama tekniklerini geliştiren deney ekibinin bir parçası olan Peter Barker, "İlk süperpozisyonu çalışır hale getirmek çok fazla iş gerektiriyor" diyor. Bose, eğer bu bir elmasla yapılabilseydi, "ikincisi sorun olmazdı" diye ekliyor.
Yerçekiminin benzersiz yanı nedir?
Kuantum yerçekimi araştırmacılarının, yerçekiminin dolaşmaya neden olabilecek bir kuantum etkileşimi olduğuna dair hiçbir şüphesi yok. Tabii ki, yerçekimi biraz benzersizdir ve uzay ve zamanın kökenleri hakkında hala öğrenilecek çok şey vardır, ancak bilim adamları, kuantum mekaniğinin kesinlikle dahil edilmesi gerektiğini söylüyorlar. MIT'den kuantum yerçekimi araştırmacısı Daniel Harlow, "Gerçekten, fiziğin çoğunun kuantum ve yerçekiminin klasik olduğu bir teorinin ne anlamı var" diyor. Karma kuantum-klasik modellere karşı teorik argümanlar çok güçlüdür (kesin olmasa da).
Öte yandan teorisyenler daha önce de yanılmıştı. “Kontrol edebiliyorsan neden olmasın? Eğer bu, yerçekiminin kuantum doğasını sorgulayan bu insanları susturursa harika olur," diyor Harlow.
Dyson, makaleleri okuduktan sonra şunları yazdı: "Önerilen deney kesinlikle büyük ilgi görüyor ve gerçek bir kuantum sistemi koşulları altında gerçekleştirilmesi gerekiyor." Ancak yazarların kuantum alanlarıyla ilgili düşünce çizgisinin kendisininkinden farklı olduğunu belirtiyor. "Bu deneyin kuantum kütle çekiminin varlığı sorusunu çözüp çözemeyeceği benim için açık değil. Benim sorduğum soru, tek bir gravitonun gözlenip gözlemlenmediği, farklı bir soru ve farklı bir cevabı olabilir.”
Bose, Marletto ve meslektaşlarının kuantumlaştırılmış kütleçekim hakkındaki düşünceleri Bronstein'ın 1935 gibi erken bir tarihteki çalışmalarından kaynaklanmaktadır. (Dyson, Bronstein'ın çalışmasını daha önce görmediği "güzel bir çalışma" olarak nitelendirdi). Özellikle Bronstein, düşük kütlenin oluşturduğu zayıf yerçekiminin Newton'un yerçekimi yasasıyla yaklaşık olarak tahmin edilebileceğini gösterdi. (Bu, mikroelmasların süperpozisyonları arasında etki eden kuvvettir). Blencowe'a göre, zayıf kuantize edilmiş yerçekimi hesaplamaları, kara deliklerin veya Büyük Patlama'nın fiziğinden kesinlikle daha alakalı olmasına rağmen, özellikle yapılmamıştır. Yeni deneysel önerinin, teorisyenleri Newton'un yaklaşımına incelikli iyileştirmeler aramaya teşvik edeceğini umuyor; gelecekteki masa üstü deneyleri bunu test etmeye çalışabilir.
Stanford Üniversitesi'nde ünlü bir kuantum yerçekimi ve sicim teorisyeni olan Leonard Susskind, önerilen deneyin değerini gördü çünkü "yeni bir kütle ve mesafe aralığında yerçekimi gözlemleri sağlıyor." Ancak kendisi ve diğer araştırmacılar, mikro elmasların kuantum yerçekimi veya uzay-zaman teorisinin tamamı hakkında hiçbir şeyi ortaya çıkaramayacağını vurguladı. Kendisi ve meslektaşları, bir kara deliğin merkezinde ve Büyük Patlama anında neler olduğunu anlamak istiyorlar.
Belki de yerçekimini nicelemenin neden her şeyden çok daha zor olduğuna dair bir ipucu, doğadaki diğer kuvvetlerin "yerellik" denilen şeye sahip olmasıdır: alanın bir bölgesindeki kuantum parçacıkları (örneğin, elektromanyetik alandaki fotonlar) "bağımsızdır". British Columbia Üniversitesi'nden kuantum yerçekimi teorisyeni Mark van Raamsdonk, "uzayda başka bir bölgedeki diğer fiziksel varlıklar" diyor. "Fakat yer çekiminin bu şekilde çalışmadığına dair pek çok teorik kanıt var."
Van Raamsdonk, kuantum yerçekiminin en iyi sanal alan modellerinde (basitleştirilmiş uzay-zaman geometrileriyle), uzay-zaman dokusunun şeridinin bağımsız üç boyutlu parçalara bölündüğünü varsaymanın imkansız olduğunu söylüyor. Bunun yerine modern teori, uzayın altında yatan temel bileşenlerin "daha ziyade iki boyutlu bir şekilde organize edildiğini" öne sürüyor. Uzay-zamanın dokusu bir holograma veya bir video oyununa benzeyebilir. "Resim üç boyutlu olmasına rağmen bilgi iki boyutlu bir bilgisayar çipinde saklanıyor." Bu durumda üç boyutlu dünya, farklı kısımlarının o kadar da bağımsız olmaması anlamında bir yanılsama olacaktır. Bir video oyunu benzetmesinde, iki boyutlu bir çip üzerindeki birkaç bit, tüm oyun evreninin küresel işlevlerini kodlayabilir.
Ve bu fark, yerçekiminin kuantum teorisini yaratmaya çalıştığınızda önemlidir. Bir şeyi nicelemeye yönelik olağan yaklaşım, onun bağımsız parçalarını (örneğin parçacıkları) tanımlamak ve sonra onlara kuantum mekaniğini uygulamaktır. Ancak doğru bileşenleri tanımlamazsanız yanlış denklemlerle karşılaşırsınız. Bronstein'ın yapmak istediği üç boyutlu uzayın doğrudan kuantizasyonu, zayıf yerçekimi ile bir dereceye kadar işe yarıyor, ancak uzay-zaman oldukça kavisli olduğunda işe yaramaz olduğu ortaya çıkıyor.
Bazı uzmanlar kuantum kütle çekiminin “gülümsemesine” tanık olmanın bu tür soyut muhakeme için motivasyona yol açabileceğini söylüyor. Sonuçta kuantum kütle çekiminin varlığına dair en gürültülü teorik argümanlar bile deneysel gerçeklerle desteklenmiyor. Van Raamsdonk araştırmasını bilimsel bir toplantıda açıkladığında, bunun genellikle yerçekiminin kuantum mekaniği ile nasıl yeniden düşünülmesi gerektiğine dair bir hikaye ile başladığını söylüyor çünkü uzay-zamanın klasik tanımı kara delikler ve Büyük Patlama ile çelişiyor.
"Fakat bu basit deneyi yaparsanız ve çekim alanının süperpozisyonda olduğunu gösterirseniz, klasik tanımlamanın başarısızlığı açıkça ortaya çıkar. Çünkü yerçekiminin kuantum olduğunu ima eden bir deney olacak.”
Quanta Magazine'deki materyallere dayanmaktadır
Dersin Hedefleri:
Eğitim: Öğrencilerde fotoelektrik etki hakkında bir fikir oluşturmak ve uyduğu yasalarını incelemek; sanal bir deney kullanarak fotoelektrik etkinin yasalarını test edin.
Gelişimsel: Mantıksal düşünmeyi geliştirin.
Eğitim: sosyalliği (iletişim kurma yeteneği), dikkati, aktiviteyi, sorumluluk duygusunu teşvik etmek, konuya ilgi uyandırmak.
Dersler sırasında
I. Organizasyon anı.
– Bugünkü dersin konusu “Fotoğraf efekti”.
Bu ilginç konuyu ele alırken “Kuantum Fiziği” bölümünü incelemeye devam edeceğiz, ışığın madde üzerinde ne gibi bir etkisi olduğunu ve bu etkinin neye bağlı olduğunu bulmaya çalışacağız. Ancak önce, son derste işlenen materyali gözden geçireceğiz; bunlar olmadan fotoğraf efektinin inceliklerini anlamak zor olacaktır. Son dersimizde Planck'ın hipotezine baktık.
Bir sistemin yayabileceği ve emebileceği minimum enerji miktarı nedir? (kuantum)
“Enerji kuantumu” kavramını bilime ilk kim tanıttı? (M.Planck)
Kuantum fiziğinin ortaya çıkmasına hangi deneysel bağımlılığın katkıda bulunduğuna dair bir açıklama? (ısıtılmış katıların radyasyon yasası)
Tamamen siyah bir cisimde hangi rengi görürüz? (sıcaklığa bağlı olarak herhangi bir renk)
III. Yeni materyal öğrenme
20. yüzyılın başında kuantum teorisi doğdu - temel parçacıkların ve bunlardan oluşan sistemlerin hareketi ve etkileşimi teorisi.
Termal radyasyon yasalarını açıklamak için M. Planck, atomların elektromanyetik enerjiyi sürekli olarak değil, ayrı bölümlerde - kuantum olarak yaydığını öne sürdü. Bu tür bölümlerin her birinin enerjisi formülle belirlenir. e = H, Nerede 
-Planck sabiti; v ışık dalgasının frekansıdır.
Kuantum teorisinin doğruluğunun bir başka doğrulaması da Albert Einstein'ın 1905'teki açıklamasıydı. fenomen fotoelektrik etki
Fotoğraf efekti– Işığın etkisi altında katı ve sıvı maddelerden elektronların fırlaması olgusu.
FOTOĞRAF EFEKTİ Türleri:
1. Dış fotoelektrik etki, elektromanyetik radyasyonun etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların emisyonudur. Dış fotoelektrik etki katılarda ve ayrıca gazlarda gözlenir.
2. İç fotoelektrik etki, bir iletken veya dielektrik içindeki elektronların dışarıya kaçmadan bağlı durumlardan serbest duruma geçişine neden olan elektromanyetik radyasyondur.
3. Valf fotoelektrik etkisi - fotoğrafın görünümü - emf. iki farklı yarı iletkenin veya bir yarı iletken ile bir metalin temasını aydınlatırken.
Fotoelektrik etki 1887'de Alman fizikçi tarafından keşfedildi G.Hertz ve 1888-1890'da A.G. Stoletov tarafından deneysel olarak incelenmiştir. Fotoelektrik etki olgusunun en kapsamlı çalışması 1900 yılında F. Lenard tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu zamana kadar elektron zaten keşfedilmişti (1897, J. Thomson) ve fotoelektrik etkinin (veya daha doğrusu harici fotoelektrik etkinin), üzerine gelen ışığın etkisi altında bir maddeden elektronların fırlatılmasından oluştuğu ortaya çıktı.
Fotoelektrik etkinin incelenmesi.
Fotoelektrik etkiyle ilgili ilk deneyler Şubat 1888'de Stoletov tarafından başlatıldı.
Deneylerde, yüzeyi iyice temizlenmiş, iki metal elektrotlu bir cam vakum şişesi kullanıldı. Elektrotlara bir miktar voltaj uygulandı sen, polaritesi çift anahtar kullanılarak değiştirilebilir. Elektrotlardan biri (katot K), belirli bir dalga boyundaki monokromatik ışıkla bir kuvars pencereden aydınlatıldı. Sabit bir ışık akısı durumunda, fotoakım kuvvetinin bağımlılığı alınmıştır. BEN uygulanan voltajdan.
Fotoelektrik etkinin yasaları
Doygunluk fotoakımı, gelen ışık akısı ile doğru orantılıdır.
fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi ışığın frekansıyla doğrusal olarak artar ve yoğunluğuna bağlı değildir.
Her madde için, fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı adı verilen, altında fotoelektrik etkinin mümkün olmadığı, ayarlanmış bir minimum frekans vardır.
M. Planck'ın hipotezine göre, bir elektromanyetik dalga bireysel fotonlardan oluşur ve radyasyon süreksiz olarak meydana gelir - kuantumda, fotonlarda. Bu nedenle, ışığın emiliminin de kesintili olarak gerçekleşmesi gerekir - fotonlar enerjilerini tüm maddenin atomlarına ve moleküllerine aktarır.
– Einstein’ın fotoelektrik etki denklemi
mv 2 /2 = eU 0 – fotoelektronun kinetik enerjisinin maksimum değeri;
– fotoelektrik etkinin mümkün olduğu minimum ışık frekansı;
V max = hc/ Aout – fotoelektrik etkinin mümkün olduğu maksimum ışık frekansı
- kırmızı fotoğraf efekti sınırı
- foton momentumu
Terim ve kavramların açıklandığı konuşma.
Işığın etkisi altında bir maddenin elektron yayması olayına... denir.
Işığın bir maddenin yüzeyinden 1 saniyede yaydığı elektronların sayısı...
Fotoelektronların kinetik enerjisi ... ile doğrusal olarak artar ve ...'ye bağlı değildir.
Her madde için fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu bir minimum ışık frekansı vardır. Bu frekansa denir...
Bir maddenin yüzeyinden elektronları uzaklaştırmak için yapılması gereken işe denir.
Einstein'ın fotoelektrik etki denklemi (formülasyon)…
IV. Bilginin pekiştirilmesi ve genelleştirilmesi.
Problem 1. Metalden gelen bir elektronun iş fonksiyonu 3,3 * 10 -19 J ise, fotoelektrik etkinin hala gözlendiği ışığın en düşük frekansı nedir?
Görev 2. Görünür spektrumun en uzun ve en kısa dalgalarına karşılık gelen fotonun enerjisini, kütlesini ve momentumunu belirleyin?
Çözüm:
Sorun 3. İş fonksiyonu A = 1,32 EV ise potasyum için fotoelektrik etki eşiğini bulun?
Çözüm:
Einstein'ın denkleminde 
Yazdığınız formülleri kullanarak aşağıdaki problemleri çözünüz. kendi başına.
Plaka malzemesinin iş fonksiyonu 4 eV'dir. Plaka tek renkli ışıkla aydınlatılmaktadır. Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi 2,5 eV ise, gelen ışığın fotonlarının enerjisi nedir?
Bir nikel plaka, 8 eV foton enerjisine sahip elektromanyetik radyasyona maruz bırakılır. Bu durumda fotoelektrik etki sonucunda plakadan maksimum enerjisi 3 eV olan elektronlar yayılır. Nikelden gelen elektronların iş fonksiyonu nedir?
12 eV enerjili bir foton akışı, maksimum kinetik enerjisi iş fonksiyonundan 2 kat daha az olan metalden fotoelektronları dışarı atar. Verilen metalin iş fonksiyonunu belirleyiniz.
Bir metalden elektronun iş fonksiyonu. Elektronları fırlatabilecek maksimum radyasyon dalga boyunu bulun.
Fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı 0,255 µm ise, metalden gelen elektronların iş fonksiyonunu belirleyin.
Bazı metaller için fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı, frekanslı ışıktır. . Dalga boyuna sahip radyasyonun etkisi altında elektronların kazanacağı kinetik enerjiyi belirleyin
“Fotoelektrik etkinin uygulanması” konulu bir sunum hazırlayın
