Основи квантової фізики: поняття, закони, зв'язок з свідомістю
Опубликованно 25.11.2018 04:58
Класична фізика, що існувала до винаходу квантової механіки, що описує природу в звичайному (макроскопічному) масштабі. Більшість теорій у класичній фізиці можна вивести, як наближення, чинне у звичних для нас масштабах. Квантова фізика (вона ж і квантова механіка) відрізняється від класичної науки тим, що енергія, імпульс, кутовий момент і інші величини пов'язаної системи обмежені дискретними значеннями (квантуванням). Об'єкти мають особливі характеристики як у вигляді частинок, так і у вигляді хвиль (дуальність хвильових частинок). Також в цій науці є межі точності, з якою можна виміряти величини (принцип невизначеності).
Можна сказати, що після виникнення квантової фізики в точних науках відбулася своєрідна революція, яка дозволила заново переглянути і проаналізувати всі старі закони, які раніше вважалися непорушними істинами. Добре це чи погано? Мабуть, добре, адже справжня наука ніколи не повинна стояти на місці.
Однак "квантова революція" стала своєрідним ударом для фізиків старої школи, яким довелося змиритися з тим, що те, у що вони вірили раніше, виявилося лише набором помилкових і архаїчних теорій, які потребують термінового перегляду та адаптації до нової реальності. Більшість фізиків з захопленням прийняли ці нові уявлення про добре знайомої науці, внісши свою лепту у її вивчення, розвиток і втілення в життя. Сьогодні квантова фізика визначає динаміку всієї науки в цілому. Передові експериментальні проекти (зразок Великого адронного коллайдера) виникли саме завдяки ній.
Відкриття
Що можна сказати про основи квантової фізики? Вона поступово виникала з різних теорій, покликаних пояснити явища, які не могли бути узгоджені з класичною фізикою, наприклад, рішення Макса Планка в 1900 році і його підхід до проблеми випромінювання багатьох наукових проблем, а також відповідність між енергією і частотою у статті 1905 Альберта Ейнштейна, в якій пояснювалися фотоелектричні ефекти. Рання теорія квантової фізики була грунтовно перероблена в середині 1920-х років Ервіном Шредінгер, Вернером Гейзенбергом, Максом Борном та іншими. Сучасна теорія сформульована в різних спеціально розроблених математичних концепціях. В одній з них арифметична функція (або хвильова функція) дає нам вичерпну інформацію про амплітуду ймовірності розташування імпульсу.
Основи квантової фізики для чайників
Наукове дослідження хвильовий сутності світу почалося більше 200 років тому, коли великі і визнані вчені того часу запропонували, розробили і довели теорію світла на основі своїх власних експериментальних спостережень. Вони назвали її хвильовий.
У 1803 році відомий англійський вчений Томас Янг провів свій знаменитий подвійний експеримент, в результаті якого написав прославлену роботу «Про природу світла і кольорів», зіграла величезну роль у формуванні сучасних уявлень про цих знайомих нам всім явищах. Цей експеримент зіграв найважливішу роль у загальному визнанні цієї теорії.
Подібні досліди часто описуються в різних книгах, наприклад, "Основи квантової фізики для чайників". Сучасні експерименти з розгоном елементарних частинок, наприклад, пошук бозона Хіггса у Великому адронному колайдері (скорочено БАК) проводиться як раз для того, щоб знайти практичне підтвердження багатьох суто теоретичних квантових теорій. Історія
У 1838 році Майкл Фарадей на радість всьому світу відкрив катодні промені. Слідом за цими гучними дослідженнями надійшла заява про проблему випромінювання, так званого, "чорного тіла" (1859 рік), зроблене Густавом Кирхгофом, а також знамените припущення Людвіга Больцмана про те, що енергетичні стани будь-якої фізичної системи можуть бути дискретними (1877 рік). Вже потім з'явилася квантова гіпотеза, розроблена Максом Планком (1900 рік). Вона вважається однією з основ квантової фізики. Смілива гіпотеза Планка про те, що енергія може випромінюватися, так і поглинатися в дискретних «квантах» (або енергетичних пакетах), в точності відповідає спостережуваним закономірностям випромінювання чорного тіла.
Великий внесок у квантову фізику вніс відомий всьому світу Альберт Ейнштейн. Перебуваючи під враженням від квантових теорій, він розробив свою. Загальну теорію відносності - так вона називається. Відкриття квантової фізики вплинули і на розробку спеціальної теорії відносності. Багато вчених в першій половині минулого століття почали займатися цією наукою з подачі Ейнштейна. Вона в той час була передовою, всім подобалася, всі нею цікавилися. Не дивно, адже вона закривала стільки "дірок" в класичній фізичної науки (правда, нові теж створювала), пропонувала наукове обґрунтування подорожей у часі, телекінезу, телепатії і паралельних світів.
Роль спостерігача
Будь-яка подія або стан безпосередньо залежить від спостерігача. Зазвичай саме так основи квантової фізики стисло пояснюються людям, далеким від точних наук. Проте в реальності все набагато складніше.
Це чудово узгоджується з багатьма окультними і релігійними традиціями, які споконвіку наполягали на можливості людей впливати на оточуючі події. У деякому роді це ще і грунт для наукового пояснення екстрасенсорики, адже тепер твердження про те, що людина (спостерігач) здатний впливати силою думки на фізичні події, не здається абсурдною.
Кожне власний стан спостережуваного події або об'єкта відповідає власному вектору спостерігача. Якщо спектр оператора (спостерігача) дискретний, спостережуваний об'єкт може досягати лише дискретних власних значень. Тобто об'єкт спостереження, так само як і його характеристики, повністю визначається цим самим оператором. Основи квантової фізики складними словами
На відміну від загальноприйнятої класичної механіки (або фізики), тут не можна робити одночасні передбачення пов'язаних змінних, таких як положення і імпульс. Наприклад, електрони можуть (з певною ймовірністю) розташовуватися приблизно в певній області простору, але їх математично точне положення насправді невідомо.
Контури постійної щільності ймовірності, часто звані «хмарами», можуть бути проведені навколо ядра атома, щоб концептуалізації, де електрон може бути розташований з найбільшою ймовірністю. Принцип невизначеності Гейзенберга доводить нездатність точно виявити місцезнаходження частинки з урахуванням її спряженого імпульсу. Деякі моделі цієї теорії мають суто абстрактний обчислювальний характер і не передбачають прикладного значення. Втім, часто їх використовують для обчислення складних взаємодій на рівні субатомних частинок та інших тонких матерій. Крім того, цей розділ фізики дозволив вченим припустити можливість реального існування безлічі світів. Можливо, незабаром ми зможемо їх побачити.
Хвильові функції
Закони квантової фізики вельми об'ємні й різноманітні. Вони перетинаються з поданням про хвильових функціях. Деякі особливі хвильові функції створюють розкид ймовірностей, який за своєю суттю є постійним або незалежним від часу, наприклад, коли в стаціонарному положенні енергії час як би зникає по відношенню до хвильової функції. Це один з ефектів квантової фізики, який є для неї основним. Цікавий факт полягає в тому, що феномен часу був кардинально переглянутий у цій незвичайній науці. Теорія збурень
Однак існує кілька надійних способів розробки рішень, необхідних для роботи з формулами і теоріями в квантовій фізиці. В одному з таких методів, широко відомому як "теорія збурень", використовується аналітичний результат для елементарної квантово-механічної моделі. Вона була створена, щоб домогтися результатів експериментів для розробки ще більш складної моделі, яка пов'язана з більш простою моделлю. Ось така рекурсія виходить.
Цей підхід особливо важливий в теорії квантового хаосу, яка надзвичайно популярна для трактування різних подій в мікроскопічній реальності. Правила і закони
Правила квантової механіки фундаментальні. Вони стверджують, що простір розгортання системи є абсолютно фундаментальним (воно має скалярний добуток). Ще одне твердження полягає в тому, що спостережувані цією системою ефекти є водночас і своєрідними операторами, що впливають на вектори в цій самій середовищі. При цьому вони не говорять нам, яке гільбертів простір або які оператори існують у даний момент. Їх можна підібрати відповідним чином, щоб отримати кількісне опис квантової системи. Значення і вплив
З самого моменту виникнення цієї незвичайної науки багато антиинтуитивные аспекти і результати вивчення квантової механіки спровокували гучні філософські дебати і багато інтерпретації. Навіть фундаментальні питання, такі як правила на тему обчислення різних амплітуд і розподілу ймовірностей, заслуговують поваги з боку суспільства і багатьох провідних вчених.
Річард Фейнман, наприклад, одного разу з сумом помітив, що він зовсім не впевнений в тому, що хтось із вчених взагалі розуміє квантову механіку. Згідно Стівену Вайнбергом, на даний момент немає тієї інтерпретації квантової механіки, яка влаштовувала б усіх. Це говорить про те, що вчені створили "монстра", повністю зрозуміти і пояснити існування якого вони самі не в силах. Однак це ніяк не шкодить актуальності і популярності даної науки, а залучає до неї молодих фахівців, що бажають вирішувати дійсно складні і незрозумілі завдання.
Крім того, квантова механіка змусила повністю переглянути об'єктивні фізичні закони Всесвіту, що не може не радувати. Копенгагенська інтерпретація
Згідно цієї інтерпретації, стандартне визначення причинності, відоме нам з класичної фізики, більше не потрібно. Згідно квантових теорій, причинності у звичному для нас розумінні не існує взагалі. Всі фізичні явища в них пояснюються з точки зору взаємодії найдрібніших елементарних частинок на субатомному рівні. Ця область, незважаючи на гадану неймовірність, надзвичайно перспективна. Квантова психологія
Що можна сказати про взаємозв'язок квантової фізики і свідомості людини? Про це добре написано в книзі, написаній Робертом Антоном Вілсоном у 1990 році, яка називається "Квантова психологія".
Згідно теорії, викладеної в книзі, всі процеси, що відбуваються у нашому мозку, обумовлені законами, описаними в цій статті. Тобто це своєрідна спроба адаптувати теорію квантової фізики під психологію. Ця теорія вважається паранаучной і не визнається академічною спільнотою.
Книга Вілсона примітна тим, що він приводить у ній набір різних технік і практик, в тій чи іншій мірі доводять його гіпотезу. Так чи інакше, але читач повинен самостійно вирішити, чи вірить він чи ні спроможність подібних спроб застосувати математичні та фізичні моделі до гуманітарних наук.
Деякі сприйняли книгу Вілсона як спробу виправдати містичне мислення і прив'язати його до науково доведеним новомодним фізичним формулювань. Цей вельми нетривіальний і яскравий праця залишається затребуваним вже більше 100 років. Книгу видають, перекладають і читають у всьому світі. Хто знає, можливо, з розвитком квантової механіки зміниться і ставлення наукової спільноти до квантової психології. Висновок
Завдяки цій чудовій теорії, яка незабаром стала окремою наукою, ми отримали можливість досліджувати навколишнє реальність на рівні субатомних частинок. Це дрібний рівень з усіх можливих, абсолютно недоступний нашому сприйняттю. Що фізики раніше знали про нашому світі, потребує термінового перегляду. З цим згодні абсолютно все. Стало очевидно, що різні частинки можуть взаємодіяти один з одним на абсолютно немислимих відстанях, які ми можемо вимірювати лише шляхом складних математичних формул.
Крім того, квантова механіка (і квантова фізика) довела можливість існування безлічі паралельних реальностей, подорожей у часі і інших речей, які протягом всієї історії вважалися лише долею наукової фантастики. Це, безсумнівно, величезний внесок не тільки в науку, але і в майбутнє людства.
Для любителів наукової картини світу ця наука може бути як другом, так і ворогом. Справа в тому, що квантова теорія відкриває широкі можливості для різних спекуляцій на паранаучную тему, як це вже було показано на прикладі однієї з альтернативних психологічних теорій. Деякі сучасні окультисти, езотерики і прихильники альтернативних релігійно-духовних течій (найчастіше - психокультов) звертаються до теоретичних побудов цієї науки для того, щоб обгрунтувати раціональність і істинність своїх містичних теорій, вірувань і практик.
Це безпрецедентний випадок, коли прості домисли теоретиків і абстрактні математичні формули призвели до справжньої наукової революції і створили нову науку, перечеркнувшую все, що було відомо раніше. В деякій мірі квантова фізика спростувала закони аристотелівської логіки, оскільки показала, що при виборі "або-або" є ще один (а, можливо, кілька) альтернативний варіант. Автор: Ольгерд Семенов 18 Листопада, 2018
Категория: Студентам