ხეების შემოდგომის ოქროსფერი ფოთლები კაშკაშა ბრწყინავდა. საღამოს მზის სხივები გათხელებულ მწვერვალებს შეეხო. სინათლემ ტოტები გაარღვია და უნივერსიტეტის „კაპტერკას“კედელზე მოციმციმე უცნაური ფიგურების სპექტაკლი დადგა.
სერ ჰამილტონის დაფიქრებული მზერა ნელ-ნელა სრიალებდა და უყურებდა კიაროსკუროს თამაშს. ირლანდიელი მათემატიკოსის თავში იყო აზრების, იდეებისა და დასკვნების ნამდვილი დნობის ქვაბი. მან კარგად იცოდა, რომ ნიუტონის მექანიკის დახმარებით მრავალი ფენომენის ახსნა ჰგავს ჩრდილების თამაშს კედელზე, მოტყუებით ერთმანეთში ირევა ფიგურები და ტოვებს ბევრ კითხვას პასუხგაუცემელი. "შეიძლება ეს ტალღაა… ან შესაძლოა ნაწილაკების ნაკადი", - ფიქრობდა მეცნიერი, "ან სინათლე ორივე ფენომენის გამოვლინებაა. ჩრდილისა და სინათლისგან ნაქსოვი ფიგურებივით.”
კვანტური ფიზიკის დასაწყისი
საინტერესოა დიდი ადამიანების ყურება და იმის გაგება, თუ როგორ იბადება დიდი იდეები, რომლებიც ცვლის მთელი კაცობრიობის ევოლუციის კურსს. ჰამილტონი არის ერთ-ერთი მათგანი, ვინც კვანტური ფიზიკის საწყისებზე იდგა. ორმოცდაათი წლის შემდეგ, მეოცე საუკუნის დასაწყისში, მრავალი მეცნიერი იყო დაკავებული ელემენტარული ნაწილაკების შესწავლით.მიღებული ცოდნა იყო არათანმიმდევრული და შეუგროვებელი. თუმცა, პირველი ურყევი ნაბიჯები გადაიდგა.
მიკროსამყაროს გაგება მე-20 საუკუნის დასაწყისში
1901 წელს წარმოადგინეს ატომის პირველი მოდელი და აჩვენეს მისი უკმარისობა, ჩვეულებრივი ელექტროდინამიკის თვალსაზრისით. ამავე პერიოდში მაქს პლანკმა და ნილს ბორმა გამოაქვეყნეს მრავალი ნაშრომი ატომის ბუნებაზე. მიუხედავად მათი შრომატევადი მუშაობისა, არ იყო ატომის სტრუქტურის სრული გაგება.
რამდენიმე წლის შემდეგ, 1905 წელს, ნაკლებად ცნობილმა გერმანელმა მეცნიერმა ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა მოხსენება სინათლის კვანტის არსებობის შესაძლებლობის შესახებ ორ მდგომარეობაში - ტალღასა და კორპუსკულარულ (ნაწილაკებში). მის ნაშრომში მოყვანილი იყო არგუმენტები, რომლებიც ხსნიდნენ მოდელის წარუმატებლობის მიზეზს. თუმცა, აინშტაინის ხედვა შეზღუდული იყო ატომის მოდელის ძველი გაგებით.
1925 წელს ნილს ბორის და მისი კოლეგების მრავალი ნაშრომის შემდეგ დაიბადა ახალი მიმართულება - ერთგვარი კვანტური მექანიკა. გავრცელებული გამოთქმა - "კვანტური მექანიკა" ოცდაათი წლის შემდეგ გამოჩნდა.
რა ვიცით კვანტებისა და მათი უცნაურობების შესახებ?
დღეს კვანტური ფიზიკა საკმარისად შორს წავიდა. აღმოჩენილია მრავალი განსხვავებული ფენომენი. მაგრამ რა ვიცით სინამდვილეში? პასუხს წარმოგიდგენთ ერთ-ერთი თანამედროვე მეცნიერის მიერ. „შეიძლება კვანტური ფიზიკის სჯეროდეს, ან არ გაიგოს“- ეს არის რიჩარდ ფეინმანის განმარტება. თავად იფიქრე ამაზე. საკმარისი იქნება ისეთი ფენომენის აღნიშვნა, როგორიცაა ნაწილაკების კვანტური ჩახლართული. ამ ფენომენმა მეცნიერული სამყარო სრულ გაურკვევლობაში ჩააგდო. კიდევ უფრო შოკიიყო ის, რომ შედეგად მიღებული პარადოქსი შეუთავსებელია ნიუტონისა და აინშტაინის კანონებთან.
პირველად ფოტონების კვანტური ჩახლართულობის ეფექტი განიხილეს 1927 წელს სოლვეის მეხუთე კონგრესზე. ცხარე კამათი წარმოიშვა ნილს ბორსა და აინშტაინს შორის. კვანტური ჩახლართულობის პარადოქსმა მთლიანად შეცვალა მატერიალური სამყაროს არსის გაგება.
ცნობილია, რომ ყველა სხეული ელემენტარული ნაწილაკებისგან შედგება. შესაბამისად, კვანტური მექანიკის ყველა ფენომენი აისახება ჩვეულებრივ სამყაროში. ნილს ბორმა თქვა, რომ თუ მთვარეს არ ვუყურებთ, მაშინ ის არ არსებობს. აინშტაინი ამას არაგონივრულად თვლიდა და თვლიდა, რომ ობიექტი დამკვირვებლისგან დამოუკიდებლად არსებობს.
კვანტური მექანიკის ამოცანების შესწავლისას უნდა გვესმოდეს, რომ მისი მექანიზმები და კანონები ურთიერთდაკავშირებულია და არ ემორჩილება კლასიკურ ფიზიკას. შევეცადოთ გავიგოთ ყველაზე საკამათო სფერო - ნაწილაკების კვანტური ჩახლართულობა.
კვანტური ჩახლართული თეორია
დასაწყისად, ღირს იმის გაგება, რომ კვანტური ფიზიკა ჰგავს უძირო ჭას, რომელშიც ყველაფერი შეიძლება მოიძებნოს. კვანტური ჩახლართულობის ფენომენი გასული საუკუნის დასაწყისში შეისწავლეს აინშტაინმა, ბორმა, მაქსველმა, ბოილმა, ბელმა, პლანკმა და სხვა ბევრმა ფიზიკოსმა. მეოცე საუკუნის განმავლობაში ათასობით მეცნიერი მთელ მსოფლიოში აქტიურად სწავლობდა მას და ატარებდა ექსპერიმენტებს.
მსოფლიო ექვემდებარება ფიზიკის მკაცრ კანონებს
რატომ არის ასეთი ინტერესი კვანტური მექანიკის პარადოქსების მიმართ? ყველაფერი ძალიან მარტივია: ჩვენ ვცხოვრობთ, ვემორჩილებით ფიზიკური სამყაროს გარკვეულ კანონებს. წინასწარგანზრახვის „გვერდის ავლით“უნარი ხსნის ჯადოსნურ კარს, მიღმასადაც ყველაფერი შესაძლებელი ხდება. მაგალითად, „შროდინგერის კატის“კონცეფცია იწვევს მატერიის კონტროლს. ასევე შესაძლებელი გახდება ინფორმაციის ტელეპორტირება, რაც იწვევს კვანტურ ჩახლართვას. ინფორმაციის გადაცემა მყისიერი გახდება, განურჩევლად მანძილისა.ეს საკითხი ჯერ კიდევ შესწავლის პროცესშია, მაგრამ აქვს დადებითი ტენდენცია.
ანალოგია და გაგება
რა არის კვანტური ჩახლართულის უნიკალურობა, როგორ გავიგოთ იგი და რა ხდება მასთან? შევეცადოთ გავერკვეთ. ამას დასჭირდება გარკვეული სააზროვნო ექსპერიმენტი. წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ გაქვთ ორი ყუთი თქვენს ხელში. თითოეული მათგანი შეიცავს თითო ბურთულას ზოლებით. ახლა ჩვენ ვაძლევთ ასტრონავტს ერთ ყუთს და ის მარსზე გაფრინდება. როგორც კი გახსნით ყუთს და დაინახავთ, რომ ბურთზე ზოლი ჰორიზონტალურია, მაშინ მეორე ყუთში ბურთულას ავტომატურად ექნება ვერტიკალური ზოლი. ეს იქნება კვანტური ჩახლართულობა, გამოხატული მარტივი სიტყვებით: ერთი ობიექტი წინასწარ განსაზღვრავს მეორის პოზიციას.
თუმცა, უნდა გვესმოდეს, რომ ეს მხოლოდ ზედაპირული ახსნაა. იმისათვის, რომ მივიღოთ კვანტური ჩახლართულობა, აუცილებელია, რომ ნაწილაკებს ერთი და იგივე წარმოშობა ჰქონდეთ, როგორც ტყუპები.
ძალიან მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ექსპერიმენტი ჩაიშლება, თუ ვინმეს თქვენამდე ექნება შესაძლებლობა დახედოს ერთ-ერთ ობიექტს.
სად შეიძლება გამოვიყენოთ კვანტური ჩახლართული?
კვანტური ჩახლართულობის პრინციპი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინფორმაციის გადასაცემად დიდ დისტანციებზემყისიერად. ასეთი დასკვნა ეწინააღმდეგება აინშტაინის ფარდობითობის თეორიას. ნათქვამია, რომ მოძრაობის მაქსიმალური სიჩქარე თანდაყოლილია მხოლოდ სინათლეში - სამასი ათასი კილომეტრი წამში. ინფორმაციის ეს გადაცემა შესაძლებელს ხდის ფიზიკური ტელეპორტაციის არსებობას.
მსოფლიოში ყველაფერი არის ინფორმაცია, მათ შორის მატერია. ამ დასკვნამდე მივიდნენ კვანტური ფიზიკოსები. 2008 წელს, თეორიული მონაცემთა ბაზის საფუძველზე, შესაძლებელი გახდა კვანტური ჩახლართულობის დანახვა შეუიარაღებელი თვალით.
ეს კიდევ ერთხელ მეტყველებს იმაზე, რომ ჩვენ ვართ დიდი აღმოჩენების ზღვარზე - სივრცეში და დროში მოძრაობა. სამყაროში დრო დისკრეტულია, ამიტომ უზარმაზარ დისტანციებზე მყისიერი მოძრაობა შესაძლებელს ხდის დროის სხვადასხვა სიმკვრივეში მოხვედრას (აინშტაინის, ბორის ჰიპოთეზებზე დაყრდნობით). შესაძლოა, მომავალში ის რეალობად იქცეს, როგორც დღეს მობილური ტელეფონია.
ეთერდინამიკა და კვანტური ჩახლართულობა
ზოგიერთი წამყვანი მეცნიერის აზრით, კვანტური ჩახლართულობა აიხსნება იმით, რომ სივრცე ივსება ერთგვარი ეთერით - შავი მატერიით. ნებისმიერი ელემენტარული ნაწილაკი, როგორც ვიცით, არსებობს ტალღის და კორპუსკულის (ნაწილაკის) სახით. ზოგიერთი მეცნიერი თვლის, რომ ყველა ნაწილაკი ბნელი ენერგიის „ტილოზეა“. ამის გაგება ადვილი არ არის. ვცადოთ ამის გარკვევა სხვა გზით - ასოციაციის მეთოდით.
წარმოიდგინეთ თავი სანაპიროზე. მსუბუქი ნიავი და მსუბუქი ნიავი. ხედავ ტალღებს? და სადღაც შორს, მზის სხივების ანარეკლში ჩანს იალქანი.
გემი იქნება ჩვენი ელემენტარული ნაწილაკი, ზღვა კი ეთერი (ბნელიენერგია).ზღვა შეიძლება მოძრაობდეს ხილული ტალღების და წყლის წვეთების სახით. ანალოგიურად, ყველა ელემენტარული ნაწილაკი შეიძლება იყოს მხოლოდ ზღვა (მისი განუყოფელი ნაწილი) ან ცალკე ნაწილაკი - წვეთი.
ეს გამარტივებული მაგალითია, ყველაფერი ცოტა უფრო რთულია. ნაწილაკები დამკვირვებლის გარეშე არიან ტალღის სახით და არ აქვთ ფიქსირებული მდებარეობა.
თეთრი იალქნიანი გამორჩეული ობიექტია, ის განსხვავდება ზღვის წყლის ზედაპირისა და აგებულებისგან. ანალოგიურად, არის „მწვერვალები“ენერგიის ოკეანეში, რომლებიც ჩვენ შეგვიძლია აღვიქვათ, როგორც ჩვენთვის ცნობილი ძალების გამოვლინებები, რომლებმაც ჩამოაყალიბეს სამყაროს მატერიალური ნაწილი.
მიკროსამყარო ცხოვრობს თავისი კანონებით
კვანტური ჩახლართულობის პრინციპის გაგება შეიძლება, თუ გავითვალისწინებთ იმ ფაქტს, რომ ელემენტარული ნაწილაკები ტალღების სახითაა. კონკრეტული მდებარეობისა და მახასიათებლების გარეშე, ორივე ნაწილაკი ენერგიის ოკეანეშია. დამკვირვებლის გამოჩენის მომენტში ტალღა „იქცევა“შეხებისთვის ხელმისაწვდომ ობიექტად. მეორე ნაწილაკი, რომელიც აკვირდება წონასწორობის სისტემას, იძენს საპირისპირო თვისებებს.
აღწერილი სტატია არ არის გამიზნული კვანტური სამყაროს ტევადი მეცნიერული აღწერისთვის. ჩვეულებრივი ადამიანის გაგების უნარი ემყარება წარმოდგენილი მასალის გაგების ხელმისაწვდომობას.
ნაწილაკების ფიზიკა სწავლობს კვანტური მდგომარეობების ჩახლართვას ელემენტარული ნაწილაკების სპინის (როტაციის) საფუძველზე.
სამეცნიერო ენა (გამარტივებული) - კვანტური ჩახლართულობა განისაზღვრება სხვადასხვა სპინებით. ATობიექტებზე დაკვირვების პროცესში მეცნიერებმა დაინახეს, რომ შეიძლება იყოს მხოლოდ ორი ბრუნი - გასწვრივ და გასწვრივ. უცნაურად საკმარისია, რომ სხვა პოზიციებზე ნაწილაკები დამკვირვებელს არ „პოზობენ“.
ახალი ჰიპოთეზა - ახალი ხედვა სამყაროზე
მიკროკოსმოსის - ელემენტარული ნაწილაკების სივრცის შესწავლამ წარმოშვა მრავალი ჰიპოთეზა და ვარაუდი. კვანტური ჩახლართულის ეფექტმა აიძულა მეცნიერები დაფიქრდნენ რაიმე სახის კვანტური მიკროლატის არსებობაზე. მათი აზრით, თითოეულ კვანძზე - გადაკვეთის წერტილში - არის კვანტური. მთელი ენერგია განუყოფელი გისოსია და ნაწილაკების გამოვლინება და მოძრაობა შესაძლებელია მხოლოდ გისოსების კვანძებით.
ასეთი გისოსის "ფანჯრის" ზომა საკმაოდ მცირეა, თანამედროვე ტექნიკის გაზომვა კი შეუძლებელია. თუმცა, ამ ჰიპოთეზის დასადასტურებლად ან უარყოფის მიზნით, მეცნიერებმა გადაწყვიტეს შეესწავლათ ფოტონების მოძრაობა სივრცულ კვანტურ ბადეში. დასკვნა ის არის, რომ ფოტონს შეუძლია გადაადგილება პირდაპირ ან ზიგზაგში - გისოსის დიაგონალის გასწვრივ. მეორე შემთხვევაში, უფრო დიდი მანძილის გადალახვით, ის მეტ ენერგიას დახარჯავს. შესაბამისად, ის განსხვავდება სწორი ხაზით მოძრავი ფოტონისგან.
შესაძლოა დროთა განმავლობაში გავიგოთ, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ სივრცულ კვანტურ ბადეში. ან ეს ვარაუდი შეიძლება მცდარი იყოს. თუმცა, სწორედ კვანტური ჩახლართულობის პრინციპი მიუთითებს გისოსის არსებობის შესაძლებლობაზე.
მარტივი სიტყვებით, ჰიპოთეტურ სივრცულ „კუბში“ერთი სახის განმარტება მეორის აშკარა საპირისპირო მნიშვნელობას ატარებს. ეს არის სივრცის სტრუქტურის შენარჩუნების პრინციპი -დრო.
ეპილოგი
კვანტური ფიზიკის ჯადოსნური და იდუმალი სამყაროს გასაგებად, ღირს ყურადღებით დავაკვირდეთ მეცნიერების კურსს ბოლო ხუთასი წლის განმავლობაში. ადრე დედამიწა ბრტყელი იყო და არა სფერული. მიზეზი აშკარაა: თუ მის ფორმას მრგვალ ფორმას მიიღებ, მაშინ წყალი და ხალხი წინააღმდეგობას ვერ გაუწევს.
როგორც ვხედავთ, პრობლემა არსებობდა ყველა მოქმედი ძალის სრული ხედვის არარსებობის პირობებში. შესაძლებელია, რომ თანამედროვე მეცნიერებას არ ჰქონდეს ხედვა ყველა მოქმედი ძალის შესახებ კვანტური ფიზიკის გასაგებად. ხედვის ხარვეზები წარმოშობს წინააღმდეგობებისა და პარადოქსების სისტემას. შესაძლოა, კვანტური მექანიკის ჯადოსნური სამყარო შეიცავს ამ კითხვებზე პასუხებს.
