Ejja mmorru lura għal x'inhi l-mekkanika kwantistika u kif nistgħu nużawha.

Veduta inviżibbli

Tajjeb, mela riħa tal-kafè, int kważi mqajjem. Għajnejk huma lesti għar-rutina ta 'kuljum, iteptpu u jħallu ftit dawl. Meta taħseb dwarha, il-partiċelli tad-dawl li jidħlu f'wiċċek u f'għajnejk iffurmaw miljun sena ilu fiċ-ċentru tax-xemx, fi żmien meta l-antenati tagħna bdew jużaw in-nar. Ix-xemx lanqas biss tibgħat partiċelli msejħa fotoni kieku ma kinux meħtieġa għall-istess fenomenu li jista 'jkun il-bażi tas-sens tax-xamm tagħna, il-mini quantum.

Madwar 150 miljun kilometru jisseparaw ix-Xemx u d-Dinja, il-fotoni jieħdu biss tmien minuti biex ikopru dik id-distanza. Madankollu, ħafna mill-vjaġġ tagħhom iseħħ ġewwa x-xemx, fejn foton tipiku jqatta 'miljun sena jipprova jaħrab. Il-materja hija għalhekk maħżuna f'nofs l-istilla tagħna, fejn l-idroġenu huwa madwar 13-il darba iktar dens miċ-ċomb, u l-fotoni jistgħu jivvjaġġaw għal frazzjoni infinitesimali ta 'sekonda qabel ma jiġu assorbiti mill-joni ta' l-idroġenu, li mbagħad jisparaw foton biex jivvjaġġaw mix-Xemx, eċċ. Wara madwar biljun ta 'dawn l-interazzjonijiet, fl-aħħar jidher foton fuq il-wiċċ tax-Xemx, li ilu jiddi hawn għal miljuni ta' snin.

Mekkanika Kwantika (© Jay Smith)

Il-fotoni qatt ma kienu jiffurmaw, u x-Xemx ma kinitx tiddi mingħajr tunnellata kwantistika. Ix-xemx u l-istilel l-oħra kollha joħolqu d-dawl permezz tal-fużjoni nukleari, ikissru l-joni tal-idroġenu u joħolqu l-elju fi proċess li jirrilaxxa l-enerġija. Kull sekonda, ix-xemx tikkonverti madwar 4 miljun tunnellata ta 'materja f'enerġija. Joni tal-idroġenu biss, bħall-protoni individwali, għandhom ċarġijiet elettriċi pożittivi u jirripellaw lil xulxin. Allura kif jistgħu jingħaqdu ma 'xulxin?
Fil-mini quantum, in-natura tal-mewġ tal-protoni kultant tippermettilhom li jikkoinċidu faċilment bħal mewġ li jingħaqad fuq il-wiċċ ta 'għadira. Il-fatt li jikkoinċidu jġib il-mewġ tal-proton viċin biżżejjed li forza oħra, bħal forza nukleari qawwija li taġixxi biss f'distanzi qosra ħafna, tista 'tegħleb ir-repulsjoni elettrika tal-partiċelli. Il-protoni mbagħad jitmermru biex jirrilaxxaw foton wieħed.

Għajnejna huma sensittivi ħafna għall-fotoni

Għajnejna evolvew biex ikunu sensittivi ħafna għal dawn il-fotoni. Xi esperimenti reċenti wrew li nistgħu anke nindunaw fotoni individwali, u dan iqajjem possibbiltà interessanti: il-bnedmin jistgħu jindividwaw xi każijiet speċjali ta 'mekkanika kwantistika? Dan ifisser li persuna, bħal foton jew elettron jew il-qattus sfortunat ta 'Schrödinger, hija mejta u ħajja fl-istess ħin jekk tkun involuta direttament fid-dinja kwantistika? Kif tista 'tkun esperjenza bħal din?

Għajn umana

"Ma nafux għax ħadd ma pprova," qalet Rebecca Holmes, fiżika fil-Laboratorju Nazzjonali Los Alamos fi New Mexico. Tliet snin ilu, meta ggradwat mill-Università ta ’Illinois f’Urbane-Champaign, Holmes kienet parti minn tim immexxi minn Paul Kwiat, li wera li l-bnedmin jistgħu jindividwaw flashes qosra ta’ dawl li jikkonsistu fi tliet fotoni. Fl-2016, saret taf li grupp ta ’xjenzati li jikkompeti, immexxi mill-fiżiku Alipaša Vaziri fl-Università Rockefeller fi New York, sab li n-nies fil-fatt raw fotoni individwali. Madankollu, naraw li l-esperjenza m'għandhiex għalfejn tiġi deskritta b'mod preċiż. Vaziri, hija ppruvat tara l-foton itteptep hija stess u qalet lill-magażin 'Nature', "Mhux bħallikieku tara d-dawl. Huwa kważi sensazzjoni fuq il-limitu tal-fantasija. "

Mekkanika kwantistika - esperimenti

Fil-futur qarib, Holmes u Vaziri jistennew li jesperimentaw b'dak li l-bnedmin jipperċepixxu meta l-fotoni jiddaħħlu fi stati kwantistiċi speċjali. Pereżempju, il-fiżiċi jistgħu jgħaqqdu foton wieħed ma 'dak li jsejħu superpożizzjoni, fejn il-fotoni jeżistu simultanjament f'żewġ postijiet differenti. Holmes u l-kollegi tagħha ddisinjaw esperiment li jinvolvi żewġ xenarji biex jittestjaw jekk il-bnedmin jistgħux jipperċepixxu direttament is-superpożizzjoni tal-fotoni. Fl-ewwel xenarju, foton wieħed kien jilħaq jew in-naħa tax-xellug jew tal-lemin tar-retina umana, u wieħed jinduna fuq liema naħa tar-retina huwa ħass il-foton. Fit-tieni xenarju, il-foton jitqiegħed f'suposizzjoni quantum li jippermettilu jagħmel dak li jidher impossibbli - li jtir lejn il-lemin u x-xellug tar-retina fl-istess ħin.

Wieħed isib dawl fuq iż-żewġ naħat tar-retina? Jew l-interazzjoni ta 'foton fl-għajn tikkawża s-superpożizzjoni għal "kollass"? Jekk iva, jiġri kemm-il darba kemm fuq in-naħat tal-lemin kif ukoll tax-xellug, kif tissuġġerixxi t-teorija?

Rebecca Holmes tgħid:

"Ibbażat fuq il-mekkanika kwantistika standard, foton fis-superpożizzjoni probabbilment ma jidhirx differenti minn foton verament trasmess bl-addoċċ xellug jew lemin."

Jekk jirriżulta li xi parteċipanti fl-esperiment fil-fatt ipperċepew il-foton fiż-żewġ postijiet fl-istess ħin, dan ifisser li l-persuna nnifisha kienet fi stat quantum?

Rebecca Holmes iżid:

"Tista 'tgħid li l-osservatur kien waħdu fis-superpożizzjoni kwantistika fi żmien qasir negliġibbli, imma ħadd għadu ma pprovaha, allura aħna verament ma nafux. Huwa għalhekk li tagħmel esperiment bħal dan. "

Int tipperċepixxi bil-mod tiegħek

Issa ejja mmorru lura għat-tazza tal-kafè. Tħoss il-mug bħala biċċa solida ta 'materjal, f'kuntatt sod mal-ġilda ta' idejk. Imma hija biss illużjoni. Aħna qatt ma tmiss xejn, għallinqas mhux fis-sens taż-żewġ biċċiet solidi ta 'materja li jmissu. Aktar minn 99,9999999999 fil-mija ta 'atomu jikkonsisti fi spazju vojt, bi kważi l-materja kollha kkonċentrata fil-qalba.

Mekkanika Kwantika (© Jay Smith)

Meta żżomm it-tazza b’idejk, jidher li hu tiegħu is-saħħa ġejja mir-reżistenza tal-elettroni fit-tazza u fl-idejn. L-elettroni nfushom m'għandhom l-ebda volum, huma biss id-dimensjonijiet żero apparenti tal-kamp ta 'ċarġ elettriku negattiv li jdawru l-atomi u l-molekuli bħal sħaba. Il-liġijiet tal-mekkanika kwantistika jillimitawhom għal livelli ta 'enerġija speċifiċi madwar l-atomi u l-molekuli. Hekk kif l-id taqbad it-tazza, din timbotta l-elettroni minn livell għal ieħor, u dan jeħtieġ enerġija muskolari, li l-moħħ jinterpreta bħala reżistenza meta nmissu xi ħaġa solida.

Is-sens tal-mess tagħna ġej mill-interazzjoni estremament kumplessa bejn l-elettroni madwar il-molekuli ta 'ġisimna u l-molekuli ta' l-oġġetti li nmissu. Minn din l-informazzjoni, moħħna joħloq l-illużjoni li għandna korp solidu miexi madwar dinja mimlija oġġetti solidi oħra. Il-kuntatt magħhom ma jagħtix sens eżatt tar-realtà. Huwa possibbli li l-ebda perċezzjoni tagħna ma tikkorrispondi għal dak li verament qed jiġri. Donald Hoffman, newroloġista konjittiv fl-Università ta ’California, Irvine, jemmen li s-sensi u l-imħuħ tagħna evolvew biex joskuraw in-natura vera tar-realtà, mhux biex jiżvelawha.

"L-idea tiegħi hija li l-fatt, ikun x'ikun, huwa kkumplikat wisq u jieħu wisq ħin u enerġija biex nipproċessawh."

Tqabbil tal-immaġni tad-dinja fil-moħħ mal-interface grafika fil-kompjuter

Hoffman iqabbel l-immaġni tal-kostruzzjoni tad-dinja f'moħħna, ma 'l-interface grafika fuq skrin tal-kompjuter. L-ikoni mlewna kollha fuq l-iskrin, bħar-Riċiklaġġ, il-mouse pointer, u l-folders tal-fajls, m'għandhom x'jaqsmu xejn ma 'dak li verament qed jiġri ġewwa l-kompjuter. Huma biss estrazzjonijiet, simplifikazzjonijiet li jippermettulna nikkomunikaw ma 'elettronika kumplessa.

Fil-fehma ta 'Hoffman, l-evoluzzjoni biddlet imħuħna biex jaħdmu eżatt bħal interface grafiku li ma jirriproduċix id-dinja b'mod leali. L-evoluzzjoni ma tappoġġjax l-iżvilupp ta 'perċezzjoni preċiża, tuża biss dak li jippermetti s-sopravivenza.

Kif jgħid Hoffman:

"Formola regoli fuq ir-realtà."

Hoffman u l-istudenti gradwati tiegħu ttestjaw mijiet ta 'eluf ta' mudelli tal-kompjuter f'dawn l-aħħar snin biex jittestjaw l-ideat tagħhom f'simulazzjonijiet ta 'forom ta' ħajja artifiċjali li jikkompetu għal riżorsi limitati. Fi kwalunkwe każ, l-organiżmi huma pprogrammati biex jagħtu prijorità lill-kundizzjoni fiżika meta l-fatti ma jkunux imqabbla ma 'dawk magħmula għal perċezzjoni eżatta.

Pereżempju, jekk organiżmu wieħed huwa ddisinjat biex jipperċepixxi b'mod preċiż, pereżempju, l-ammont totali ta 'ilma preżenti fl-ambjent, u jiltaqa' ma 'organiżmu li huwa sintonizzat biex jipperċepixxi xi ħaġa aktar sempliċi, eż., L-ammont ottimali ta' ilma meħtieġ biex jibqa 'ħaj. Allura filwaqt li organiżmu wieħed jista 'joħloq forma aktar preċiża ta' realtà, din il-proprjetà ma żżidx il-kapaċità tagħha li tibqa 'ħajja. L-istudji ta 'Hoffman wassluh għal konklużjoni notevoli:

"Sal-punt li aħna sintonizzati biex insostnu l-ħajja, ma nkunux sintonizzati mar-realtà. Ma nistgħux nagħmlu dan. "

Teorija kwantistika

Il-ħsibijiet tiegħu jikkoinċidu ma 'dak li xi fiżiċi jikkunsidraw bħala l-idea ċentrali tat-teorija quantum - il-perċezzjoni tar-realtà mhix oġġettiva għal kollox, ma nistgħux inkunu separati mid-dinja li nosservaw.

Hoffman jaqbad bis-sħiħ din il-fehma:

"L-ispazju huwa biss struttura tad-dejta, u oġġetti fiżiċi huma huma stess strutturi tad-dejta li aħna noħolqu fit-titjira. Meta nħares lejn għoljiet, noħloq din l-istruttura tad-dejta. Imbagħad inħares 'il bogħod u nkisser din l-istruttura tad-dejta għax m'għadx għandi bżonnha. "

Kif juri x-xogħol ta 'Hoffman, għadna ma qisniex it-tifsira sħiħa tat-teorija kwantistika u dak li tgħid dwar in-natura tar-realtà. Għal ħafna minn ħajtu, Planck innifsu fittex jifhem it-teorija li għen biex tinħoloq, u dejjem emmen f'perċezzjoni oġġettiva tal-univers li kienet teżisti indipendentement minna.

Darba kiteb dwar għaliex iddeċieda li jsegwi l-fiżika, kontra l-parir tal-għalliem tiegħu:

"Id-dinja ta 'barra hija xi ħaġa indipendenti mill-bniedem, hija xi ħaġa assoluta, u t-tfittxija għal liġijiet li japplikaw għal dan assolutament deherli li kienet l-iktar esperjenza xjentifika nobbli tal-ħajja."

Jista 'jieħu seklu ieħor għal rivoluzzjoni oħra fil-fiżika biex tipprova jekk kienx tajjeb jew ħażin, bħall-professur tiegħu Philip von Jolly.