Kvant chalkashligi yanada chalkash bo'lib bormoqda. Kvant bog'lanish mexanizmini sinash uchun yangi tajribalar o'tkazildi

Kvant chigalligi - kvant mexanik hodisa bo'lib, u amalda nisbatan yaqinda - 1970-yillarda o'rganila boshlandi. Bu quyidagicha. Tasavvur qilaylik, qandaydir hodisa natijasida bir vaqtning o'zida ikkita foton tug'ildi. Bir juft kvant chigal fotonlarni, masalan, chiziqli bo'lmagan kristall ustida ma'lum xususiyatlarga ega lazerni porlash orqali olish mumkin. Juftlikdagi hosil bo'lgan fotonlar turli chastotalarga (va to'lqin uzunliklariga) ega bo'lishi mumkin, ammo ularning chastotalari yig'indisi dastlabki qo'zg'alish chastotasiga teng. Ular kristall panjara negizida ortogonal qutblanishlarga ham ega bo'lib, bu ularning fazoviy ajralishini osonlashtiradi. Bir juft zarracha tug'ilganda, saqlanish qonunlari bajarilishi kerak, ya'ni ikki zarraning umumiy xarakteristikalari (qutblanish, chastota) oldindan ma'lum, qat'iy belgilangan qiymatga ega. Bundan kelib chiqadiki, biz bir fotonning xususiyatlarini bilib, boshqasining xususiyatlarini mutlaqo aniq bilishimiz mumkin. Kvant mexanikasi tamoyillariga ko'ra, o'lchash momentigacha zarracha bir nechta mumkin bo'lgan holatlarning superpozitsiyasida bo'ladi va o'lchash vaqtida superpozitsiya olib tashlanadi va zarracha bir holatda tugaydi. Agar siz ko'plab zarralarni tahlil qilsangiz, unda har bir holatda superpozitsiyada ushbu holatning ehtimoliga mos keladigan zarralarning ma'lum bir foizi bo'ladi.

Lekin ulardan birining holatini o'lchash paytida chigallashgan zarralar holatining superpozitsiyasi bilan nima sodir bo'ladi? Kvant chalkashligining paradoksal va qarama-qarshi tabiati shundaki, ikkinchi fotonning xarakteristikasi biz birinchisining xarakteristikasini o'lchagan paytda aniq aniqlanadi. Yo'q, bu nazariy qurilish emas, bu atrofimizdagi dunyoning eksperimental tarzda tasdiqlangan qattiq haqiqati. Ha, bu cheksiz yuqori tezlikda sodir bo'ladigan, hatto yorug'lik tezligidan ham oshib ketadigan o'zaro ta'sirning mavjudligini nazarda tutadi. Buni insoniyat manfaati uchun qanday ishlatish hali juda aniq emas. Kvant hisoblash, kriptografiya va aloqa sohalarida ilovalar uchun g'oyalar mavjud.

Venalik olimlar yorug'likning kvant tabiatiga asoslangan mutlaqo yangi va juda ziddiyatli tasvirlash texnikasini ishlab chiqishga muvaffaq bo'lishdi. Ularning tizimida tasvir hech qachon ob'ekt bilan o'zaro ta'sir qilmagan yorug'likdan hosil bo'ladi. Texnologiya kvant chalkashlik tamoyiliga asoslangan. Bu haqda maqola Nature jurnalida chop etildi. Tadqiqotda Kvant optikasi va kvant axboroti instituti (IQOQI), Vena kvant fanlari va texnologiyalari markazi (VCQ) va Vena universiteti tadqiqotchilari ishtirok etdi.

Venalik olimlarning tajribasida, chalkash fotonlarning bir jufti spektrning infraqizil qismida to'lqin uzunligiga ega bo'lgan va aynan shu namunadan o'tgan. Uning akasi qizil nurga to'g'ri keladigan to'lqin uzunligiga ega edi va uni kamera orqali aniqlash mumkin edi. Lazer tomonidan yaratilgan yorug'lik nurlari ikki yarmiga bo'lingan va yarmi ikkita chiziqli bo'lmagan kristallarga yo'naltirilgan. Ob'ekt ikkita kristall orasiga joylashtirilgan. Bu mushukning o'yilgan silueti edi - Ervin Shredingerning folklorga allaqachon ko'chib o'tgan spekulyativ eksperimenti xarakteri sharafiga. Birinchi kristalldan fotonlarning infraqizil nurlari unga yo'naltirilgan. Keyin bu fotonlar ikkinchi kristall orqali o'tdi, bu erda mushukning tasviridan o'tgan fotonlar yangi tug'ilgan infraqizil fotonlar bilan aralashib ketdi, shuning uchun ular ikkita kristalning qaysi birida tug'ilganligini tushunish mutlaqo mumkin emas edi. Bundan tashqari, kamera infraqizil fotonlarni umuman aniqlamadi. Qizil fotonlarning ikkala nurlari birlashtirilib, qabul qiluvchi qurilmaga yuborildi. Ma'lum bo'lishicha, kvant chalkashliklari ta'siri tufayli ular tasvirni yaratish uchun zarur bo'lgan ob'ekt haqidagi barcha ma'lumotlarni saqlab qolishgan.

Shunga o'xshash natijalar eksperiment natijasida olingan bo'lib, unda tasvir kesilgan konturli shaffof bo'lmagan plastinka emas, balki yorug'likni yutmaydigan, lekin infraqizil fotonning o'tishini sekinlashtiradigan va fotonlar o'rtasida fazalar farqini yaratadigan hajmli silikon tasvir edi. tasvirning turli qismlaridan o'tish. Ma’lum bo‘lishicha, bunday plastiklik qizil fotonlar fazasiga ham ta’sir qilgan, ular infraqizil fotonlar bilan kvant chigallashgan holatda bo‘lgan, lekin tasvirdan hech qachon o‘tmagan.

Kvant chalkashliklari haqida ko'plab mashhur maqolalar mavjud. Kvant chalkashliklari bilan o'tkazilgan tajribalar juda ta'sirli, ammo hech qanday sovrin olmagan. Nega bunday tajribalar oddiy odam uchun qiziq, olimlarni qiziqtirmaydi? Ommabop maqolalar chigallashgan zarrachalarning ajoyib xususiyatlari haqida gapiradi - biriga ta'sir qilish ikkinchisining holatini bir zumda o'zgartirishga olib keladi. Va "kvant teleportatsiyasi" atamasi orqasida nima yashiringan bo'lsa, u allaqachon superlyuminal tezlikda sodir bo'ladi deb aytila ​​boshlandi. Keling, bularning barchasini oddiy kvant mexanikasi nuqtai nazaridan ko'rib chiqaylik.

Kvant mexanikasidan kelib chiqadigan narsa

Landau va Lifshitsning klassik darsligiga ko'ra, kvant zarralari ikki xil holatda bo'lishi mumkin - sof va aralash. Agar zarracha boshqa kvant zarralari bilan o'zaro ta'sir qilmasa, u faqat uning koordinatalari yoki momentiga bog'liq bo'lgan to'lqin funktsiyasi bilan tavsiflanadi - bu holat sof deyiladi. Bu holda to'lqin funksiyasi Shredinger tenglamasiga bo'ysunadi. Boshqa variant ham mumkin - zarracha boshqa kvant zarralari bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bunday holda, to'lqin funksiyasi o'zaro ta'sir qiluvchi zarralarning butun tizimini anglatadi va ularning barcha dinamik o'zgaruvchilariga bog'liq. Agar bizni faqat bitta zarracha qiziqtirsa, uning holati, 90 yil oldin Landau ko'rsatganidek, matritsa yoki zichlik operatori orqali tasvirlanishi mumkin. Zichlik matritsasi Shredinger tenglamasiga o'xshash tenglamaga bo'ysunadi

Zichlik matritsasi qayerda, H Gamilton operatori bo'lib, qavslar kommutatorni bildiradi.

Landau uni tashqariga olib chiqdi. Berilgan zarrachaga tegishli har qanday jismoniy miqdorlarni zichlik matritsasi orqali ifodalash mumkin. Bu holat aralash deb ataladi. Agar bizda o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar tizimi mavjud bo'lsa, unda zarralarning har biri aralash holatda bo'ladi. Agar zarralar uzoq masofalarga tarqalib, o'zaro ta'sir yo'qolsa, ularning holati hali ham aralash bo'lib qoladi. Agar bir necha zarrachalarning har biri sof holatda bo‘lsa, unda bunday tizimning to‘lqin funksiyasi zarrachalarning har birining to‘lqin funksiyalarining hosilasi bo‘ladi (agar zarrachalar har xil bo‘lsa. Bir xil zarrachalar, bozonlar yoki fermionlar uchun . simmetrik yoki antisimmetrik birikma hosil qiling, qarang, lekin bu haqda keyinroq.. Zarrachalar, fermionlar va bozonlarning oʻziga xosligi allaqachon relyativistik kvant nazariyasidir.

Juft zarrachalarning chigallashgan holati - turli zarrachalarga tegishli fizik miqdorlar o'rtasida doimiy bog'liqlik mavjud bo'lgan holat. Oddiy va eng keng tarqalgan misol, ma'lum bir umumiy jismoniy miqdor, masalan, juftlikning umumiy spini yoki burchak momenti saqlanib qoladi. Bunda bir juft zarracha sof holatda, lekin zarrachalarning har biri aralash holatda bo'ladi. Bir zarraning holatining o'zgarishi darhol boshqa zarraning holatiga ta'sir qiladigandek tuyulishi mumkin. Agar ular uzoqqa tarqalib, o'zaro aloqa qilmasa ham, bu mashhur maqolalarda ifodalangan. Bu hodisa allaqachon kvant teleportatsiyasi deb atalgan.Ba'zi savodsiz jurnalistlar hattoki o'zgarish bir zumda sodir bo'ladi, ya'ni yorug'lik tezligidan tezroq tarqaladi, deb da'vo qilmoqda.

Buni kvant mexanikasi nuqtai nazaridan ko'rib chiqamiz.Birinchidan, faqat bitta zarrachaning spini yoki burchak momentini o'zgartiruvchi har qanday ta'sir yoki o'lchov darhol umumiy xarakteristikaning saqlanish qonunini buzadi. Tegishli operator to'liq aylanish yoki to'liq burchak momentum bilan ishlay olmaydi. Shunday qilib, bir juft zarrachalar holatining dastlabki chigallashishi buziladi. Ikkinchi zarraning spini yoki impulsi endi birinchisiniki bilan bir ma'noda bog'lanishi mumkin emas. Bu muammoga boshqa tomondan qarashimiz mumkin. Zarrachalar orasidagi o'zaro ta'sir yo'qolganidan so'ng, har bir zarrachaning zichlik matritsasi evolyutsiyasi boshqa zarrachaning dinamik o'zgaruvchilari kiritilmagan o'z tenglamasi bilan tavsiflanadi. Shuning uchun bir zarrachaga ta'sir qilish ikkinchisining zichlik matritsasi o'zgarmaydi.

Hatto Eberxard teoremasi ham mavjud bo'lib, u ikki zarrachaning o'zaro ta'sirini o'lchovlar bilan aniqlab bo'lmaydi. Zichlik matritsasi bilan tasvirlangan kvant sistemasi bo'lsin. Va bu tizim ikkita kichik tizim A va B dan iborat bo'lsin. Eberxard teoremasi faqat A quyi tizim bilan bog'liq kuzatiladigan ob'ektlarning hech qanday o'lchovi faqat B kichik tizim bilan bog'liq bo'lgan hech qanday kuzatiladiganlarni o'lchash natijasiga ta'sir qilmasligini ta'kidlaydi. Biroq, teoremaning isboti. nazariy yoki eksperimental jihatdan isbotlanmagan funktsiyani to'lqinni qisqartirish gipotezasidan foydalanadi. Ammo bu dalillarning barchasi relativistik bo'lmagan kvant mexanikasi doirasida qilingan va turli xil, bir xil bo'lmagan zarralar bilan bog'liq.

Bu argumentlar bir xil zarrachalar juftligida relativistik nazariyada ishlamaydi. Yana bir bor eslatib o'tamanki, zarralarning o'ziga xosligi yoki farqlanmasligi zarrachalar soni saqlanmagan relyativistik kvant mexanikasidan kelib chiqadi. Biroq, sekin zarralar uchun biz zarrachalarning farqlanmasligini ta'minlash orqali relativistik bo'lmagan kvant mexanikasining oddiy apparatlaridan foydalanishimiz mumkin. Keyin juftlikning to'lqin funksiyasi zarrachalarning almashinishiga nisbatan simmetrik (bozonlar uchun) yoki antisimmetrik (fermionlar uchun) bo'lishi kerak. Bunday talab zarracha tezligidan qat'i nazar, relyativistik nazariyada paydo bo'ladi. Aynan shu talab bir xil zarrachalar juftlari orasidagi uzoq masofali korrelyatsiyaga olib keladi. Aslida, proton va elektron ham chigal holatda bo'lishi mumkin. Biroq, agar ular bir necha o'nlab angstromlar bilan ajralib tursa, elektromagnit maydonlar va boshqa zarralar bilan o'zaro ta'sir qilish bu holatni yo'q qiladi. Eksperimentlar shuni ko'rsatadiki, almashinuv o'zaro ta'siri (bu hodisa shunday deyiladi) makroskopik masofalarda harakat qiladi. Bir juft zarracha, hatto metr bilan ajratilgan bo'lsa ham, farqlanmaydi. Agar siz o'lchov qilsangiz, unda o'lchangan qiymat qaysi zarrachaga tegishli ekanligini aniq bilmaysiz. Siz bir vaqtning o'zida bir nechta zarrachalar ustida o'lchov o'tkazyapsiz. Shuning uchun barcha ajoyib tajribalar aynan bir xil zarralar - elektronlar va fotonlar bilan o'tkazildi. To'g'risini aytganda, bu relativistik bo'lmagan kvant mexanikasi doirasida ko'rib chiqiladigan aynan chigal holat emas, balki shunga o'xshash narsa.

Keling, eng oddiy holatni ko'rib chiqaylik - bir xil o'zaro ta'sir qilmaydigan zarralar juftligi. Agar tezliklar kichik bo'lsa, biz zarrachalarning almashinishiga nisbatan to'lqin funksiyasining simmetriyasini hisobga olgan holda relativistik bo'lmagan kvant mexanikasidan foydalanishimiz mumkin. Birinchi zarrachaning to'lqin funksiyasi , ikkinchi zarracha - , bu erda va birinchi va ikkinchi zarrachalarning dinamik o'zgaruvchilari, eng oddiy holatda - faqat koordinatalar bo'lsin. Keyin juftlikning to'lqin funksiyasi

+ va - belgilari bozon va fermionlarga tegishli. Faraz qilaylik, zarralar bir-biridan uzoqda. Keyin ular mos ravishda 1 va 2-sonli uzoq hududlarda lokalizatsiya qilinadi, ya'ni bu hududlardan tashqarida ular kichikdir. Keling, birinchi zarrachaning ba'zi o'zgaruvchilarining o'rtacha qiymatini hisoblashga harakat qilaylik, masalan, koordinatalar. Oddiylik uchun biz to'lqin funktsiyalari faqat koordinatalarni o'z ichiga oladi, deb tasavvur qilishimiz mumkin. Ma'lum bo'lishicha, 1-zarracha koordinatalarining o'rtacha qiymati 1 va 2-hududlar O'rtasida yotadi va u 2-zarrachaning o'rtacha qiymatiga to'g'ri keladi. Bu aslida tabiiydir - zarrachalarni ajratib bo'lmaydi, biz qaysi zarrachaning koordinatalari o'lchanganini bilolmaymiz. . Umuman olganda, 1 va 2 zarralar uchun barcha o'rtacha qiymatlar bir xil bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, 1-zarrachaning lokalizatsiya mintaqasini siljitish orqali (masalan, zarracha kristall panjaradagi nuqson ichida lokalizatsiya qilinadi va biz butun kristalni harakatga keltiramiz), zarralar odatiy ma'noda o'zaro ta'sir qilmasa ham, biz 2-zarraga ta'sir qilamiz. - masalan, elektromagnit maydon orqali. Bu relativistik chalkashlikning oddiy misolidir.

Ikki zarracha o'rtasidagi bu korrelyatsiya tufayli ma'lumotni bir zumda uzatish yo'q. Relyativistik kvant nazariyasi apparati dastlab shunday qurilganki, fazo-vaqtda yorug'lik konusining qarama-qarshi tomonlarida joylashgan hodisalar bir-biriga ta'sir eta olmaydi. Oddiy qilib aytganda, hech qanday signal, hech qanday ta'sir yoki bezovtalik yorug'likdan tezroq harakat qila olmaydi. Ikkala zarracha ham bir xil maydonning holatidir, masalan, elektron-pozitron. Maydonga bir nuqtada (1-zarracha) ta'sir qilish orqali biz suvda to'lqinlar kabi tarqaladigan buzilish hosil qilamiz. Relyativistik bo'lmagan kvant mexanikasida yorug'lik tezligi cheksiz katta deb hisoblanadi, bu esa bir lahzali o'zgarish illyuziyasini keltirib chiqaradi.

Katta masofalar bilan ajratilgan zarralar juft-juft bo'lib qoladigan holat zarralar haqidagi klassik g'oyalar tufayli paradoksal ko'rinadi. Shuni yodda tutishimiz kerakki, zarrachalar emas, balki maydonlar mavjud. Biz zarralar deb o'ylagan narsamiz shunchaki bu maydonlarning holatidir. Zarrachalarning klassik g'oyasi mikrodunyoda mutlaqo mos emas. Elementar zarrachalarning o'lchami, shakli, materiali va tuzilishi haqida darhol savollar tug'iladi. Darhaqiqat, klassik fikrlash uchun paradoksal bo'lgan vaziyatlar ham bir zarra bilan yuzaga keladi. Misol uchun, Shtern-Gerlax tajribasida vodorod atomi tezlikka perpendikulyar yo'naltirilgan bir xil bo'lmagan magnit maydon orqali uchadi. Elektron spini dastlab tezlik bo'ylab yo'naltirilgan bo'lsa ham, yadro magnetonining kichikligi tufayli yadro spinini e'tiborsiz qoldirish mumkin.

Atomning to'lqin funktsiyasining evolyutsiyasini hisoblash qiyin emas. Dastlabki lokalizatsiya qilingan to'lqin paketi asl yo'nalishga burchak ostida nosimmetrik ravishda uchib, ikkita bir xilga bo'linadi. Ya'ni, odatda klassik traektoriyaga ega bo'lgan klassik hisoblangan og'ir zarracha atom, juda makroskopik masofalarga ucha oladigan ikkita to'lqin paketiga bo'linadi. Shu bilan birga, shuni ta'kidlaymanki, hisob-kitoblardan kelib chiqadiki, hatto ideal Shtern-Gerlax tajribasi ham zarrachaning spinini o'lchashga qodir emas.

Agar detektor vodorod atomini, masalan, kimyoviy jihatdan bog'lasa, u holda "yarmlar" - ikkita tarqalgan to'lqin paketlari bittaga to'planadi. Tuxumlangan zarrachaning bunday lokalizatsiyasi qanday sodir bo'lishi - bu men tushunmaydigan alohida nazariya. Qiziqqanlar ushbu mavzu bo'yicha keng qamrovli adabiyotlarni topishlari mumkin.

Xulosa

Savol tug'iladi: katta masofadagi zarralar o'rtasidagi korrelyatsiyani ko'rsatadigan ko'plab tajribalarning ma'nosi nima? Hech bir oddiy fizik uzoq vaqtdan beri shubha qilmagan kvant mexanikasini tasdiqlashdan tashqari, bu ilm-fanga mablag 'ajratadigan jamoatchilik va havaskor amaldorlarni hayratda qoldiradigan ajoyib namoyish (masalan, kvant aloqa liniyalarini rivojlantirish Gazprombank tomonidan homiylik qilinadi). Fizika uchun bu qimmat namoyishlar hech qanday natija bermaydi, garchi ular eksperimental texnikani ishlab chiqishga imkon beradi.

Adabiyot
1. Landau, L. D., Lifshits, E. M. Kvant mexanikasi (relyativistik bo'lmagan nazariya). - 3-nashr, qayta ko'rib chiqilgan va kengaytirilgan. - M.: Nauka, 1974. - 752 b. - (“Nazariy fizika”, III jild).
2. Eberhard, P.H., “Bell teoremasi va nolokallikning turli tushunchalari”, Nuovo Cimento 46B, 392-419 (1978)

Daraxtlarning oltin kuzgi barglari yarqirab turardi. Kechki quyosh nurlari yupqa cho'qqilarga tegdi. Yorug'lik shoxlarni yorib o'tdi va universitet "lageri" devorida miltillovchi g'alati figuralarning ko'rinishini yaratdi.

Ser Xemiltonning o'ychan nigohi chiaroskuro o'yinini tomosha qilib, sekin sirpandi. Irlandiyalik matematikning boshida haqiqiy fikrlar, g'oyalar va xulosalar qozoni bor edi. U Nyuton mexanikasidan foydalangan holda ko'plab hodisalarni tushuntirish devordagi soyalar o'yiniga o'xshab, raqamlarni aldamchi tarzda bir-biriga bog'lab qo'yishini va ko'plab savollarni javobsiz qoldirishini juda yaxshi tushundi. “Ehtimol, bu to‘lqin... yoki balki zarralar oqimidir”, deb o‘yladi olim, “yoki yorug‘lik ikkala hodisaning ham namoyonidir. Soya va yorug'likdan to'qilgan figuralar kabi."

Kvant fizikasining boshlanishi

Buyuk odamlarni kuzatish va butun insoniyat evolyutsiyasini o'zgartiradigan buyuk g'oyalar qanday tug'ilishini tushunishga harakat qilish qiziq. Hamilton kvant fizikasining kelib chiqishida turganlardan biri. Ellik yil o'tgach, 20-asrning boshlarida ko'plab olimlar elementar zarralarni o'rganishdi. Olingan bilimlar qarama-qarshi va tuzilmagan edi. Biroq, birinchi silkinish qadamlari qo'yildi.

Yigirmanchi asr boshlarida mikrodunyoni tushunish

1901 yilda atomning birinchi modeli taqdim etildi va uning nomuvofiqligi an'anaviy elektrodinamika pozitsiyasidan ko'rsatildi. Xuddi shu davrda Maks Plank va Nils Bor atomning tabiati bo'yicha ko'plab asarlar nashr etdilar. Atomning tuzilishini to'liq tushunishlariga qaramay, ular mavjud emas edi.

Bir necha yil o'tgach, 1905 yilda taniqli nemis olimi Albert Eynshteyn yorug'lik kvantining ikki holatda - to'lqinli va korpuskulyar (zarralar) mavjudligi haqida ma'ruza qildi. Uning ishida modelning muvaffaqiyatsizligi sababini tushuntirish uchun dalillar keltirildi. Biroq, Eynshteynning qarashlari atom modeli haqidagi eski tushuncha bilan cheklangan edi.

Niels Bor va uning hamkasblarining ko'plab ishlaridan so'ng 1925 yilda yangi yo'nalish - kvant mexanikasining bir turi paydo bo'ldi. Umumiy "kvant mexanikasi" iborasi o'ttiz yildan keyin paydo bo'ldi.

Kvantlar va ularning sirlari haqida nimalarni bilamiz?

Bugungi kunda kvant fizikasi juda uzoqqa bordi. Ko'p turli xil hodisalar kashf etilgan. Lekin biz aslida nimani bilamiz? Javobni bitta zamonaviy olim taqdim etadi. “Kvant fizikasiga ishonishingiz yoki tushunmasligingiz mumkin”, degan ta'rifni o'zingiz o'ylab ko'ring. Zarrachalarning kvant chigallashishi kabi hodisani eslatib o'tish kifoya. Bu hodisa ilm-fan olamini butunlay sarosimaga solib qo'ydi. Bundan ham katta zarba shundaki, paydo bo'lgan paradoks Eynshteyn bilan mos kelmaydi.

Fotonlarning kvant chalkashliklari ta'siri birinchi marta 1927 yilda Beshinchi Solvay Kongressida muhokama qilingan. Nils Bor va Eynshteyn o'rtasida qizg'in bahs paydo bo'ldi. Kvant chigalligi paradoksi moddiy olamning mohiyati haqidagi tushunchani butunlay o'zgartirdi.

Ma'lumki, barcha jismlar elementar zarralardan iborat. Shunga ko'ra, kvant mexanikasining barcha hodisalari oddiy dunyoda aks etadi. Niels Bor, agar biz Oyga qaramasak, u mavjud emasligini aytdi. Eynshteyn buni asossiz deb hisobladi va ob'ekt kuzatuvchidan mustaqil ravishda mavjud deb hisobladi.

Kvant mexanikasi muammolarini o'rganayotganda, uning mexanizmlari va qonunlari o'zaro bog'liqligini va klassik fizikaga bo'ysunmasligini tushunish kerak. Keling, eng munozarali sohani - zarrachalarning kvant chigalligini tushunishga harakat qilaylik.

Kvant chalkashlik nazariyasi

Boshlash uchun, kvant fizikasi tubsiz quduqga o'xshashligini tushunish kerak, unda siz hamma narsani topishingiz mumkin. O'tgan asrning boshlarida kvant chalkashlik hodisasi Eynshteyn, Bor, Maksvell, Boyl, Bell, Plank va boshqa ko'plab fiziklar tomonidan o'rganilgan. Yigirmanchi asr davomida butun dunyo bo'ylab minglab olimlar buni faol o'rganishdi va tajriba o'tkazishdi.

Dunyo fizikaning qat'iy qonunlariga bo'ysunadi

Nega kvant mexanikasining paradokslariga bunday qiziqish bor? Hamma narsa juda oddiy: biz jismoniy dunyoning ma'lum qonunlariga bo'ysunamiz. Taqdirni "aylanib o'tish" qobiliyati sehrli eshikni ochadi, uning ortida hamma narsa mumkin bo'ladi. Masalan, "Shrodingerning mushuki" tushunchasi materiyani boshqarishga olib keladi. Kvant chigallashuvi natijasida paydo bo'lgan ma'lumotlarni teleportatsiya qilish ham mumkin bo'ladi. Ma'lumot uzatish masofadan qat'i nazar, bir zumda bo'ladi.
Bu masala hali ham o'rganilmoqda, ammo ijobiy tendentsiya mavjud.

Analogiya va tushunish

Kvant chigalligining o'ziga xos xususiyati nimada, uni qanday tushunish kerak va u sodir bo'lganda nima sodir bo'ladi? Keling, buni tushunishga harakat qilaylik. Buning uchun siz qandaydir fikrlash tajribasini o'tkazishingiz kerak bo'ladi. Tasavvur qiling-a, sizning qo'lingizda ikkita quti bor. Ularning har birida chiziqli bitta to'p mavjud. Endi biz kosmonavtga bitta quti beramiz va u Marsga uchadi. Bir qutini ochib, to'pdagi chiziq gorizontal ekanligini ko'rganingizdan so'ng, boshqa qutidagi to'p avtomatik ravishda vertikal chiziqqa ega bo'ladi. Bu oddiy so'zlar bilan ifodalangan kvant chalkashlik bo'ladi: bir ob'ekt boshqasining o'rnini oldindan belgilaydi.

Biroq, bu faqat yuzaki tushuntirish ekanligini tushunish kerak. Kvant chigalligini olish uchun zarralar egizaklar kabi kelib chiqishi bir xil bo'lishi kerak.

Agar sizdan oldin kimdir ob'ektlardan kamida bittasini ko'rish imkoniga ega bo'lsa, tajriba buzilishini tushunish juda muhimdir.

Kvant chigallashuvidan qayerda foydalanish mumkin?

Kvant chalkashlik printsipi ma'lumotni uzoq masofalarga bir zumda uzatish uchun ishlatilishi mumkin. Bunday xulosa Eynshteynning nisbiylik nazariyasiga ziddir. Unda aytilishicha, harakatning maksimal tezligi faqat yorug'likka xosdir - soniyasiga uch yuz ming kilometr. Bunday ma'lumot uzatish jismoniy teleportatsiyaning mavjudligini ta'minlaydi.

Dunyodagi hamma narsa ma'lumot, shu jumladan materiya. Kvant fiziklari shunday xulosaga kelishdi. 2008 yilda nazariy ma'lumotlar bazasiga asoslanib, oddiy ko'z bilan kvant chigalligini ko'rish mumkin edi.

Bu yana bir bor buyuk kashfiyotlar – makon va vaqt harakati ostonasida ekanligimizdan dalolat beradi. Koinotdagi vaqt diskretdir, shuning uchun katta masofalar bo'ylab bir zumda harakatlanish turli vaqt zichligiga kirishga imkon beradi (Eynshteyn va Bor gipotezalariga asoslanadi). Ehtimol, kelajakda bu xuddi mobil telefon kabi haqiqat bo'ladi.

Eterdinamika va kvant chigalligi

Ayrim yetakchi olimlarning fikricha, kvant chigallashuvi fazoning o‘ziga xos efir – qora materiya bilan to‘ldirilganligi bilan izohlanadi. Har qanday elementar zarracha, biz bilganimizdek, to'lqin va korpuskul (zarracha) shaklida mavjud. Ba'zi olimlarning fikricha, barcha zarralar qorong'u energiyaning "tuvalida" joylashgan. Buni tushunish oson emas. Keling, buni boshqa yo'l bilan - uyushma orqali aniqlashga harakat qilaylik.

O'zingizni dengiz qirg'og'ida tasavvur qiling. Yengil shabada va zaif shamol. To'lqinlarni ko'ryapsizmi? Va uzoqda, quyosh nurlari aks etgan joyda, yelkanli qayiq ko'rinadi.
Kema bizning elementar zarrachamiz, dengiz esa efir (qorong'u energiya) bo'ladi.
Dengiz ko'rinadigan to'lqinlar va suv tomchilari shaklida harakatda bo'lishi mumkin. Xuddi shu tarzda, barcha elementar zarralar oddiygina dengiz (uning ajralmas qismi) yoki alohida zarracha - tomchi bo'lishi mumkin.

Bu soddalashtirilgan misol, hamma narsa biroz murakkabroq. Kuzatuvchi ishtirokisiz zarralar to'lqin shaklida bo'lib, ma'lum bir joyga ega emas.

Oq yelkanli qayiq alohida ob'ekt bo'lib, u dengiz suvining yuzasi va tuzilishidan farq qiladi. Xuddi shu tarzda, energiya okeanida "cho'qqilar" mavjud bo'lib, biz ularni dunyoning moddiy qismini shakllantirgan bizga ma'lum bo'lgan kuchlarning namoyon bo'lishi sifatida qabul qilishimiz mumkin.

Mikrodunyo o'z qonunlari bilan yashaydi

Agar elementar zarrachalarning to'lqin shaklida bo'lishini hisobga olsak, kvant chigallik tamoyilini tushunish mumkin. Muayyan joylashuvi va xususiyatlariga ega bo'lmagan ikkala zarracha ham energiya okeanida yashaydi. Kuzatuvchi paydo bo'lganda, to'lqin teginish mumkin bo'lgan ob'ektga "aylanadi". Ikkinchi zarracha muvozanat tizimini kuzatar ekan, qarama-qarshi xususiyatlarga ega bo'ladi.

Ta'riflangan maqola kvant olamining qisqacha ilmiy tavsifiga qaratilgan emas. Oddiy odamning tushunish qobiliyati taqdim etilgan materialni tushunishning qulayligiga asoslanadi.

Zarrachalar fizikasi elementar zarrachaning spini (aylanishi) asosida kvant holatlarining chigallashishini o‘rganadi.

Ilmiy tilda (soddalashtirilgan) - kvant chigalligi turli spinlar bilan aniqlanadi. Ob'ektlarni kuzatish jarayonida olimlar faqat ikkita aylanish bo'lishi mumkinligini ko'rdilar - bo'ylab va bo'ylab. Ajablanarlisi shundaki, boshqa pozitsiyalarda zarralar kuzatuvchiga "pozis" bermaydi.

Yangi gipoteza - dunyoga yangi qarash

Mikrokosmos - elementar zarralar fazosini o'rganish ko'plab faraz va farazlarni keltirib chiqardi. Kvant chigalligining ta'siri olimlarni qandaydir kvant mikrolattasining mavjudligi haqida o'ylashga undadi. Ularning fikricha, har bir tugunda - kesishish nuqtasida - kvant mavjud. Barcha energiya integral panjara bo'lib, zarrachalarning namoyon bo'lishi va harakati faqat panjara tugunlari orqali mumkin.

Bunday panjaraning "oynasi" ning o'lchami juda kichik va zamonaviy asbob-uskunalar bilan o'lchash mumkin emas. Biroq, bu gipotezani tasdiqlash yoki rad etish uchun olimlar fotonlarning fazoviy kvant panjarasidagi harakatini o'rganishga qaror qilishdi. Gap shundaki, foton to'g'ri yoki zigzaglarda - panjara diagonali bo'ylab harakatlanishi mumkin. Ikkinchi holda, ko'proq masofani bosib o'tib, u ko'proq energiya sarflaydi. Shunga ko'ra, u to'g'ri chiziqda harakatlanadigan fotondan farq qiladi.

Ehtimol, vaqt o'tishi bilan biz fazoviy kvant panjarasida yashayotganimizni bilib olamiz. Yoki noto'g'ri bo'lib chiqishi mumkin. Biroq, aynan kvant chalkashlik printsipi panjaraning mavjudligini ko'rsatadi.

Oddiy so'zlar bilan aytganda, gipotetik fazoviy "kub"da bir yuzning ta'rifi ikkinchisining aniq qarama-qarshi ma'nosini o'z ichiga oladi. Bu makon - vaqtning tuzilishini saqlash tamoyilidir.

Epilog

Kvant fizikasining sehrli va sirli olamini tushunish uchun so'nggi besh yuz yil ichida ilm-fanning rivojlanishini diqqat bilan ko'rib chiqishga arziydi. Ilgari Yer sharsimon emas, tekis ekanligiga ishonishgan. Sababi ayon: agar siz uning shaklini dumaloq qilib olsangiz, suv ham, odamlar ham ushlab turolmaydi.

Ko'rib turganimizdek, muammo o'yindagi barcha kuchlarning to'liq tasavvurining yo'qligida mavjud edi. Ehtimol, zamonaviy fan kvant fizikasini tushunish uchun barcha ta'sir qiluvchi kuchlar haqida etarli tasavvurga ega emas. Ko'rishdagi bo'shliqlar qarama-qarshiliklar va paradokslar tizimini keltirib chiqaradi. Ehtimol, kvant mexanikasining sehrli dunyosi berilgan savollarga javoblarni o'z ichiga oladi.

Agar siz hali kvant fizikasining mo''jizalaridan hayratga tushmagan bo'lsangiz, unda ushbu maqoladan so'ng sizning fikringiz, albatta, ostin-ustun bo'ladi. Bugun men sizga kvant chalkashlik nima ekanligini, lekin oddiy so'zlar bilan aytaman, shunda har kim bu nima ekanligini tushunishi mumkin.

Bog'lanish sehrli aloqa sifatida

Mikrokosmosda yuzaga keladigan g'ayrioddiy effektlar aniqlangandan so'ng, olimlar qiziqarli nazariy taxminga kelishdi. U aynan kvant nazariyasi asoslaridan kelib chiqqan.

Ilgari men elektronning o'zini juda g'alati tutishi haqida gapirgan edim.

Ammo kvant, elementar zarrachalarning chigallashishi odatda har qanday sog'lom fikrga zid keladi va har qanday tushunchadan tashqariga chiqadi.

Agar ular bir-biri bilan o'zaro aloqada bo'lgan bo'lsa, ajralishdan keyin ular o'rtasida sehrli aloqa saqlanib qoladi, hatto ular qanchalik katta bo'lishidan qat'i nazar, har qanday masofaga ajratilgan bo'lsa ham.

Sehrli ma'noda ular orasidagi ma'lumotlar bir zumda uzatiladi.

Kvant mexanikasidan ma'lumki, o'lchashdan oldin zarracha superpozitsiyada bo'ladi, ya'ni u bir vaqtning o'zida bir nechta parametrlarga ega, fazoda xiralashgan va aniq spin qiymatiga ega emas. Agar o'lchov ilgari o'zaro ta'sir qiluvchi zarrachalarning birida amalga oshirilsa, ya'ni to'lqin funktsiyasining qulashi amalga oshirilsa, ikkinchisi darhol bu o'lchovga javob beradi. Va ular orasidagi masofa qanday bo'lishi muhim emas. Ajoyib, shunday emasmi?

Eynshteynning nisbiylik nazariyasidan ma'lumki, hech narsa yorug'lik tezligidan oshib keta olmaydi. Axborotning bir zarrachadan ikkinchisiga o'tishi uchun hech bo'lmaganda yorug'lik tarqalishi uchun zarur bo'lgan vaqtni sarflash kerak. Ammo bitta zarracha ikkinchisining o'lchamiga darhol reaksiyaga kirishadi. Yorug'lik tezligidagi ma'lumotlar unga keyinroq etib kelgan bo'lardi. Bularning barchasi sog'lom fikrga to'g'ri kelmaydi.

Agar bir juft elementar zarrachani umumiy spin parametri nolga teng bo‘lsa, birida manfiy spin, ikkinchisi esa ijobiy bo‘lishi kerak. Ammo o'lchovdan oldin spin qiymati superpozitsiyada. Birinchi zarrachaning spinini o'lchab, uning ijobiy qiymatga ega ekanligini ko'rganimizdan so'ng, ikkinchisi darhol manfiy spinga ega bo'ldi. Agar, aksincha, birinchi zarracha salbiy spin qiymatiga ega bo'lsa, ikkinchisi bir zumda ijobiy qiymatga ega bo'ladi.

Yoki bunday o'xshashlik.

Bizda ikkita to'p bor. Biri qora, ikkinchisi oq. Biz ularni shaffof ko'zoynak bilan qopladik, qaysi biri ekanligini ko'ra olmaymiz. Biz uni qo'lbola o'yinidagi kabi aralashtiramiz.

Agar siz bitta stakanni ochsangiz va oq shar borligini ko'rsangiz, ikkinchi stakanda qora shar bor. Lekin dastlab qaysi biri ekanligini bilmaymiz.

Elementar zarralar bilan ham shunday. Ammo ularga qarashdan oldin ular superpozitsiyada. O'lchovdan oldin, to'plar rangsiz ko'rinadi. Ammo bitta to'pning superpozitsiyasini yo'q qilib, uning oq ekanligini ko'rgandan so'ng, ikkinchisi darhol qora rangga aylanadi. Va bu bir zumda sodir bo'ladi, hatto bitta to'p er yuzida, ikkinchisi boshqa galaktikada bo'lsa ham. Bizning holatlarimizda yorug'lik bir to'pdan ikkinchisiga etib borishi uchun, aytaylik, yuzlab yillar kerak bo'ladi va ikkinchi to'p ikkinchisida o'lchov qilinganligini aniqlaydi, takrorlayman, bir zumda. Ular orasida chalkashlik bor.

Ko'rinib turibdiki, Eynshteyn va boshqa ko'plab fiziklar hodisalarning bunday natijasini, ya'ni kvant chigalligini qabul qilmaganlar. U kvant fizikasining xulosalarini noto'g'ri, to'liq emas deb hisobladi va ba'zi yashirin o'zgaruvchilar etishmayotgan deb taxmin qildi.

Aksincha, Eynshteyn kvant mexanikasining xulosalari toʻgʻri emasligini koʻrsatish uchun yuqorida taʼriflangan paradoksni oʻylab topdi, chunki chalkashlik sogʻlom fikrga ziddir.

Ushbu paradoks Eynshteyn-Podolskiy-Rozen paradoksi yoki qisqacha EPR paradoksi deb ataldi.

Ammo keyinchalik A. Aspect va boshqa olimlar tomonidan o'tkazilgan chalkashlik bo'yicha tajribalar Eynshteynning noto'g'ri ekanligini ko'rsatdi. Kvant chigalligi mavjud.

Va bular endi tenglamalardan kelib chiqadigan nazariy taxminlar emas, balki kvant chalkashliklari bo'yicha ko'plab tajribalarning haqiqiy faktlari edi. Olimlar buni jonli ko'rishdi va Eynshteyn haqiqatni bilmasdan vafot etdi.

Zarrachalar haqiqatan ham bir zumda o'zaro ta'sir qiladi, yorug'lik cheklovlarining tezligi ularga to'sqinlik qilmaydi. Dunyo yanada qiziqarli va murakkab bo'lib chiqdi.

Kvant chalkashlik bilan, takror aytaman, ma'lumotni bir zumda uzatish sodir bo'ladi, sehrli aloqa hosil bo'ladi.

Lekin bu qanday bo'lishi mumkin?

Bugungi kvant fizikasi bu savolga nafis tarzda javob beradi. Zarrachalar o'rtasida bir lahzali aloqa mavjud, chunki ma'lumot juda tez uzatiladi, balki chuqurroq darajada ular oddiygina ajratilmagan, lekin hali ham birgadir. Ular kvant chigalligi deb ataladigan narsada.

Ya'ni, chigallik holati - bu tizimning ba'zi parametrlari yoki qiymatlariga ko'ra, uni alohida, butunlay mustaqil qismlarga bo'linib bo'lmaydigan holati.

Masalan, o'zaro ta'sirdan keyin elektronlar kosmosda katta masofa bilan ajralib turishi mumkin, ammo ularning spinlari hali ham birga. Shuning uchun, tajribalar paytida, spinlar bir zumda bir-biriga mos keladi.

Bu qayerga olib borishini tushunyapsizmi?

Dekogerentlik nazariyasiga asoslangan zamonaviy kvant fizikasi haqidagi bugungi bilimlar bir narsaga borib taqaladi.

Chuqurroq, noaniq haqiqat bor. Va biz tanish klassik dunyo sifatida kuzatadigan narsamiz - bu juda muhim kvant haqiqatining kichik bir qismi, alohida holati.

Unda makon, vaqt yoki zarrachalarning har qanday parametrlari mavjud emas, faqat ular haqidagi ma'lumotlar, ularning namoyon bo'lish ehtimoli mavjud.

Bu avvalgi maqolada muhokama qilingan to'lqin funktsiyasining qulashi, kvant chigalligi va mikrodunyoning boshqa mo''jizalari nima uchun paydo bo'lishini nafis va sodda tarzda tushuntiradi.

Bugun, kvant chalkashliklari haqida gapirganda, biz boshqa dunyoni eslaymiz.

Ya'ni, asosiy darajada, elementar zarracha namoyon bo'lmaydi. U bir vaqtning o'zida kosmosning bir nechta nuqtalarida joylashgan va bir nechta aylanish qiymatiga ega.

Keyin, ba'zi parametrlarga ko'ra, o'lchash vaqtida klassik dunyomizda paydo bo'lishi mumkin. Yuqorida muhokama qilingan tajribada ikkita zarracha allaqachon fazo koordinatalarining o'ziga xos qiymatiga ega, ammo ularning spinlari hali ham kvant haqiqatida, namoyon bo'lmagan. Bo'sh joy va vaqt yo'q, shuning uchun zarrachalarning spinlari, ular orasidagi juda katta masofaga qaramay, bir-biriga qulflanadi.

Va biz zarrachaning qanday spinga ega ekanligini ko'rib chiqsak, ya'ni o'lchovni amalga oshiramiz, biz kvant haqiqatidan spinni oddiy dunyomizga tortib olganga o'xshaymiz. Ammo bizga zarrachalar bir zumda ma'lumot almashishga o'xshaydi. Shunchaki, ular bir-biridan uzoqda bo'lsa ham, ular hali ham bitta parametrda birga edilar. Ularning bir-biridan ajralib turishi aslida illyuziyadir.

Bularning barchasi g'alati va g'ayrioddiy ko'rinadi, ammo bu haqiqat allaqachon ko'plab tajribalar bilan tasdiqlangan. Kvant kompyuterlari sehrli chalkashlik asosida yaratilmoqda.

Haqiqat ancha murakkab va qiziqarli bo'lib chiqdi.

Kvant chalkashlik printsipi bizning dunyo haqidagi odatiy qarashimizga to'g'ri kelmaydi.

Fizik-olim D.Bom kvant chigalligini shunday tushuntiradi.

Aytaylik, biz akvariumda baliq tomosha qilyapmiz. Ammo ba'zi cheklovlar tufayli biz akvariumni avvalgidek ko'ra olmaymiz, faqat old va yon tomondan ikkita kamera tomonidan suratga olingan uning proektsiyalariga qaraymiz. Ya'ni, biz ikkita televizorni tomosha qilayotganda baliqni tomosha qilamiz. Baliqlar bizga boshqacha ko'rinadi, chunki biz ularni bir kamera bilan old tomondan, ikkinchisi esa profilda suratga olamiz. Ammo mo''jizaviy tarzda, ularning harakatlari aniq izchil. Birinchi ekrandagi baliq aylansa, ikkinchisi ham darhol aylanadi. Biz hayratda qoldik, bu bir xil baliq ekanligini tushunmayapmiz.

Demak, u ikkita zarracha bilan kvant tajribasida. Cheklanganligimiz tufayli, bizga ilgari oʻzaro taʼsirlashgan ikkita zarraning spinlari bir-biridan mustaqil boʻlib tuyuladi, chunki hozir zarralar bir-biridan uzoqda. Ammo aslida ular hali ham birga, lekin kvant haqiqatida, mahalliy bo'lmagan manbada. Biz voqelikka shunchaki bo'lgani kabi emas, balki klassik fizika doirasida buzilish bilan qaraymiz.

Oddiy so'zlar bilan kvant teleportatsiyasi

Olimlar kvant chalkashliklari va bir lahzali ma'lumot uzatish haqida bilishganida, ko'pchilik hayron bo'ldi: teleportatsiya mumkinmi?

Bu haqiqatan ham mumkin bo'lib chiqdi.

Teleportatsiya bo'yicha ko'plab tajribalar allaqachon o'tkazilgan.

Agar siz chalkashlikning umumiy tamoyilini tushunsangiz, usulning mohiyatini osongina tushunish mumkin.

Bir zarracha bor, masalan, elektron A va ikki juft chigallashgan elektronlar B va C. Elektron A va B, C juftligi qanchalik uzoq bo'lishidan qat'i nazar, kosmosning turli nuqtalarida. Endi A va B zarralarini kvant chigalligiga aylantiramiz, ya'ni ularni birlashtiramiz. Endi C ham A bilan aynan bir xil bo'ladi, chunki ularning umumiy holati o'zgarmaydi. Ya'ni, A zarrasi xuddi C zarrasiga teleportatsiya qilingan.

Bugungi kunda teleportatsiya bo'yicha yanada murakkab tajribalar o'tkazildi.

Albatta, hozirgacha barcha tajribalar faqat elementar zarrachalar bilan olib boriladi. Ammo tan olishingiz kerak, bu allaqachon aql bovar qilmaydigan narsa. Axir, biz hammamiz bir xil zarralardan iboratmiz, olimlarning ta'kidlashicha, makroob'ektlarning teleportatsiyasi nazariy jihatdan farq qilmaydi. Biz shunchaki ko'plab texnik muammolarni hal qilishimiz kerak va bu faqat vaqt masalasidir. Ehtimol, insoniyat o'z rivojlanishida katta ob'ektlarni va hatto odamning o'zini teleportatsiya qilish qobiliyatini rivojlantiradi.

Kvant haqiqati

Kvant chigalligi chuqurroq darajadagi yaxlitlik, uzluksizlik, birlikdir.

Agar ba'zi parametrlarga ko'ra zarralar kvant chalkashlikda bo'lsa, unda bu parametrlarga ko'ra ularni alohida qismlarga bo'lish mumkin emas. Ular o'zaro bog'liqdir. Bunday xususiyatlar tanish dunyo nuqtai nazaridan shunchaki hayoliydir, transsendental, boshqa dunyoviy va transsendental deyish mumkin. Ammo bu qochib bo'lmaydigan haqiqatdir. Buni tan olish vaqti keldi.

Ammo bularning barchasi qayerga olib keladi?

Ma'lum bo'lishicha, insoniyatning ko'plab ruhiy ta'limotlari bu holat haqida uzoq vaqtdan beri gapirgan.

Biz ko'rib turgan dunyo moddiy ob'ektlardan iborat bo'lib, voqelikning asosi emas, balki uning faqat kichik bir qismi va eng muhimi emas. Bizning dunyomiz va shuning uchun biz bilan sodir bo'ladigan hamma narsani belgilaydigan va belgilaydigan transsendental haqiqat mavjud.

Hayotning mazmuni, insonning haqiqiy rivojlanishi, baxt va salomatlikni topish haqidagi asriy savollarga haqiqiy javoblar shu yerda.

Va bu bo'sh so'zlar emas.

Bularning barchasi hayotiy qadriyatlarni qayta ko'rib chiqishga, moddiy boylik uchun ma'nosiz poygadan tashqari, muhimroq va yuqoriroq narsa borligini tushunishga olib keladi. Va bu haqiqat u erda biron bir joyda emas, u bizni hamma joyda o'rab oladi, bizni qamrab oladi, ular aytganidek, "barmoq uchida".

Ammo keling, bu haqda keyingi maqolalarda gaplashamiz.

Endi kvant chalkashliklari haqidagi videoni tomosha qiling.

Kvant chalkashliklaridan biz muammosiz nazariyaga o'tamiz. Bu haqda keyingi maqolada batafsil.