Cztery fakty dotyczące fizyki kwantowej, o których profesorowie nie mówią

Często mówimy o fizyce kwantowej, a wielu z nas, jeśli nie wszyscy, nadwerężyło swoje mózgi w swoim czasie, próbując zrozumieć, co się dzieje. Ale co może być jeszcze bardziej dziwne niż te dziwne i nieskończone całki, wraz z najbardziej skomplikowaną matematyką, która rozwija się od dziesięcioleci?

Odkrycie równania Schrödingera

Równanie różniczkowe Schrödingera jest dobrze znane młodym chemikom i fizykom na całym świecie. W skrócie, równanie opisało ruch elektronów wokół jądra w rewolucyjny sposób i radykalnie zmieniło pogląd społeczności naukowej na model atomu, a sam Schrödinger zdobył Nagrodę Nobla za odkrycie.

Ale historia tego odkrycia jest nieco dziwna. W Boże Narodzenie 1925 roku Schrödinger udał się na małe wakacje do miejsca zwanego Arosa. Jego związek z żoną był na niskim poziomie, więc postanowił zaprosić do niego starą dziewczynę z Wiednia. Zabrał też ze sobą kilka płyt de Broglie. Kiedy wrócił z urlopu 8 stycznia 1926 r., Ogłosił odkrycie mechaniki fal, teorii opisującej elektron jako falę..

Zapytany: „jak ci poszło, profesorze?”, Odpowiedział: „Rozpraszały mnie pewne obliczenia”.

Okazuje się, że masa wcale nie jest tym, o czym myśleliście.
Wszyscy myśleliśmy, że masa jest ilością substancji, którą przedmiot posiada. Cóż, to częściowo prawda. Niestety, mechanizm Higgsa ma inne przemyślenia na ten temat. On w rzeczywistości odwraca naszą logikę. Mechanizm Higgsa interpretuje masę cząstki w zależności od tego, jak silnie oddziałuje ona z określonym polem (oczywiście pole Higgsa). Technicznie wszystko na tym świecie nie ma masy, dopóki nie wchodzi w interakcję z tym dziwnym polem. Z tego powodu (a nie z powodu długiej nieobecności na monitorach) naukowcy nazywają bozon Higgsa „cząstką Boga”.

Aby lepiej wyjaśnić tę teorię, David Miller zwrócił się do tłumu polityków w bardzo prostej analogii:

„Wyobraź sobie przyjęcie koktajlowe dla pracowników partii politycznych, którzy są równomiernie rozmieszczeni w pokoju i rozmawiają z najbliższymi kolegami. Były premier wchodzi do pokoju i porusza się po pokoju. Wszyscy pracownicy obok niego przyciągają się do niego i gromadzą się wokół niego. ona przybiera na wadze więcej niż zwykle, to znaczy ma większy rozmach i tę samą szybkość ruchu. Podczas gdy ona się porusza, trudniej jest jej przestać, a kiedy przestaje, trudniej jest jej zacząć się ruszać, ponieważ ezapuskat Proces akumulacji. W trzech wymiarach, skomplikowanej teorii wzgl, to mechanizm Higgs ".

Mechanika kwantowa pozwala ci być w dwóch miejscach jednocześnie.
Z jednym zastrzeżeniem: jeśli jesteś cząstką kwantową. Zasada niepewności Heisenberga i eksperyment podwójnej szczeliny Junga sugerują, że prezentujemy nowy świat; te prawa pokazały, że zamiast być w jednym miejscu, coś byłoby w pewnym (x, y, z) położeniu z pewnym „prawdopodobieństwem”. Niestety, niepewność w takich pomiarach ma niewielki wpływ na przedmioty codziennego użytku, ale na przykład w przypadku elektronów naukowcy mogą zidentyfikować obszary, w których można wykryć elektrony, ale nie wskazywać dokładnej pozycji elektronu. Zasada ta znana jest również jako superpozycja kwantowa..

Schrödinger i jego słynny kot

Erwin Schrödinger może być znany wśród chemików kwantowych ze swojego rewolucyjnego równania, ale jego imię wśród zwykłych śmiertelników jest często kojarzone z kotem. W odpowiedzi na tak zwany problem kopenhaskiej interpretacji mechaniki kwantowej, Schrödinger doszedł do dziwnego, ale bardzo interesującego eksperymentu umysłowego..

Zaprezentował pudełko zawierające żywego kota, materiał radioaktywny, młotek i kwas kaustyczny. Jeśli materiał radioaktywny rozpadnie się, spowoduje to upadek młota na pojemnik z kwasem i jego rozbicie, co z kolei doprowadzi do śmierci kota. Ale Schrödinger powiedział, że szanse na rozpad materiału radioaktywnego po dokładnie godzinie wynoszą 50%. Logiczne jest założenie, że za godzinę kot będzie żywy lub martwy, a my nie będziemy w stanie tego określić, dopóki nie otworzymy pudełka. Sam Schrödinger doszedł do wniosku, że zgodnie z mechaniką kwantową, kot jest zarówno żywy, jak i martwy, dopóki nie otworzymy pudełka i nie dowiemy się, jaki jest jego obecny stan..

Mechanika kwantowa stała się najbardziej niesamowitym obszarem nauki, który dosłownie zmienia nasz pogląd na rzeczy codzienne. Chociaż cztery powyższe przykłady wydają się interesujące i zrozumiałe, jeden mały cytat Richarda Feynmana podsumowuje wszystko, co musisz wiedzieć o tej nauce: „Myślę, że mogę spokojnie powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”.