Ағаштардың алтын күзгі жапырақтары жарқырап тұрды. Кешкі күннің сәулелері жұқарған шыңдарға тиді. Жарық бұтақтарды жарып өтіп, университет қабырғасында «каптерка» жыпылықтаған оғаш фигуралар көрінісін қойды.
Сэр Гамильтонның ойлы көзқарасы хиароскюроның ойынына қарап баяу сырғып кетті. Ирландиялық математиктің басында ойлардың, идеялардың және қорытындылардың нағыз балқыған қазаны болды. Ол көптеген құбылыстарды Ньютон механикасының көмегімен түсіндіру қабырғадағы көлеңкелердің ойынындай фигураларды алдамшы түрде бір-бірімен қиюластырып, көптеген сұрақтарды жауапсыз қалдыратынын жақсы түсінді. «Мүмкін бұл толқын шығар… немесе бұл бөлшектер ағыны шығар», - деп ойлады ғалым, «немесе жарық екі құбылыстың да көрінісі. Көлеңке мен жарықтан тоқылған фигуралар сияқты."
Кванттық физиканың басталуы
Ұлы адамдарды көру және бүкіл адамзат эволюциясының бағытын өзгертетін ұлы идеялардың қалай дүниеге келгенін түсінуге тырысу қызықты. Гамильтон кванттық физиканың бастауында тұрғандардың бірі. Елу жылдан кейін, ХХ ғасырдың басында көптеген ғалымдар элементар бөлшектерді зерттеумен айналысты. Алған білімдері біркелкі және жинақталмаған. Дегенмен, алғашқы бұлдыр қадамдар жасалды.
20 ғасырдың басындағы микроәлемді түсіну
1901 жылы атомның алғашқы моделі ұсынылып, кәдімгі электродинамика тұрғысынан оның істен шығуы көрсетілді. Дәл осы кезеңде Макс Планк пен Нильс Бор атомның табиғаты туралы көптеген еңбектер жариялады. Олардың тынымсыз еңбектеріне қарамастан, атомның құрылымы туралы толық түсінік болмады.
Бірнеше жылдан кейін, 1905 жылы белгілі неміс ғалымы Альберт Эйнштейн жарық квантының екі күйде – толқындық және корпускулалық (бөлшектерде) болу мүмкіндігі туралы баяндамасын жариялады. Оның жұмысында үлгінің сәтсіздігінің себебін түсіндіретін дәлелдер келтірілді. Алайда Эйнштейннің көзқарасы атом моделі туралы ескі түсінікпен шектелді.
1925 жылы Нильс Бор мен оның әріптестерінің көптеген жұмыстарынан кейін жаңа бағыт – кванттық механиканың бір түрі дүниеге келді. Жалпы өрнек - "кванттық механика" отыз жылдан кейін пайда болды.
Кванттар және олардың қиялдары туралы не білеміз?
Бүгінгі таңда кванттық физика жеткілікті деңгейде өтті. Көптеген әртүрлі құбылыстар ашылды. Бірақ біз шынымен не білеміз? Жауапты бір заманауи ғалым ұсынады. Ричард Фейнманның анықтамасы: «Кванттық физикаға не сенуге болады, не оны түсінбеуге болады». Өзіңіз ойланыңыз. Бөлшектердің кванттық шиеленісуі сияқты құбылысты айтсақ та жеткілікті. Бұл құбылыс ғылыми әлемді толығымен таң қалдырды. Одан да шокнәтижесінде пайда болған парадокс Ньютон және Эйнштейн заңдарымен үйлеспейді.
Алғаш рет фотондардың кванттық шиеленісуінің әсері 1927 жылы бесінші Солвей конгресінде талқыланды. Нильс Бор мен Эйнштейн арасында қызу пікірталас туды. Кванттық шиеленістің парадоксы материалдық дүниенің мәнін түсінуді толығымен өзгертті.
Барлық денелер элементар бөлшектерден тұратыны белгілі. Осыған сәйкес кванттық механиканың барлық құбылыстары кәдімгі дүниеде көрініс табады. Нильс Бор егер біз айға қарамасақ, онда ол жоқ деген. Эйнштейн мұны негізсіз деп санады және объект бақылаушыдан тәуелсіз өмір сүреді деп есептеді.
Кванттық механика мәселелерін зерттегенде оның механизмдері мен заңдары өзара байланысты және классикалық физикаға бағынбайтынын түсіну керек. Ең даулы аймақты - бөлшектердің кванттық түйісуін түсінуге тырысайық.
Кванттық түйісу теориясы
Бастау үшін, кванттық физика кез келген нәрсені табуға болатын түбі жоқ құдық сияқты екенін түсінген жөн. Өткен ғасырдың басындағы кванттық шиеленіс құбылысын Эйнштейн, Бор, Максвелл, Бойл, Белл, Планк және басқа да көптеген физиктер зерттеді. Бүкіл ХХ ғасырда дүние жүзіндегі мыңдаған ғалымдар оны белсенді түрде зерттеп, тәжірибе жасады.
Әлем физиканың қатаң заңдарына бағынады
Неге кванттық механиканың парадокстарына қызығушылық бар? Барлығы өте қарапайым: біз физикалық әлемнің белгілі бір заңдарына бағынып өмір сүреміз. Тағдырды «айнап өту» мүмкіндігі одан тыс сиқырлы есікті ашадыбәрі мүмкін болатын жерде. Мысалы, «Шредингер мысығы» концепциясы материяны басқаруға әкеледі. Сондай-ақ кванттық шиеленісті тудыратын ақпаратты телепортациялау мүмкін болады. Ақпаратты жіберу қашықтығына қарамастан лезде болады. Бұл мәселе әлі зерттелуде, бірақ оң үрдіс бар.
Аналогия және түсіну
Кванттық шиеленістің ерекшелігі неде, оны қалай түсінуге болады және онымен не болады? Оны анықтауға тырысайық. Бұл ойлау тәжірибесін қажет етеді. Сіздің қолыңызда екі қорап бар деп елестетіңіз. Олардың әрқайсысында жолағы бар бір шар бар. Енді бір қорапты ғарышкерге береміз, ол Марсқа ұшады. Сіз қорапты ашып, доптағы жолақ көлденең екенін көргенде, басқа қорапта доп автоматты түрде тік жолаққа ие болады. Бұл қарапайым сөздермен көрсетілген кванттық шиеленіс болады: бір нысан екіншісінің орнын алдын ала анықтайды.
Алайда бұл тек үстірт түсініктеме деп түсіну керек. Кванттық шиеленісті алу үшін бөлшектердің егіздер сияқты шығу тегі бірдей болуы керек.
Егер сізден бұрын біреудің кем дегенде біреуін қарау мүмкіндігі болса, эксперимент бұзылатынын түсіну өте маңызды.
Кванттық шатасуды қайда қолдануға болады?
Кванттық түйісу принципі ақпаратты алыс қашықтыққа жіберу үшін пайдаланылуы мүмкінбірден. Мұндай тұжырым Эйнштейннің салыстырмалылық теориясына қайшы келеді. Онда қозғалыстың максималды жылдамдығы тек жарыққа тән - секундына үш жүз мың шақырым. Бұл ақпаратты тасымалдау физикалық телепортацияның болуын мүмкін етеді.
Әлемдегі барлық нәрсе, соның ішінде материя да ақпарат. Кванттық физиктер осындай қорытындыға келді. 2008 жылы теориялық деректер базасына сүйене отырып, кванттық шиеленісті қарапайым көзбен көруге болады.
Бұл тағы да біздің үлкен жаңалықтардың қарсаңында екенімізді білдіреді - кеңістік пен уақытта қозғалу. Ғаламдағы уақыт дискретті, сондықтан үлкен қашықтықтағы лезде қозғалыс әртүрлі уақыт тығыздығына өтуге мүмкіндік береді (Эйнштейн, Бор гипотезаларына негізделген). Мүмкін болашақта бұл бүгінгі ұялы телефон сияқты шындыққа айналуы мүмкін.
Этердинамика және кванттық түйісу
Кейбір жетекші ғалымдардың пікірінше, кванттық шиеленіс кеңістіктің эфир түрі – қара затпен толтырылуымен түсіндіріледі. Кез келген элементар бөлшек, біз білетіндей, толқын және корпускула (бөлшек) түрінде болады. Кейбір ғалымдар барлық бөлшектер қараңғы энергияның «кенепінде» деп санайды. Мұны түсіну оңай емес. Оны басқа жолмен – ассоциация әдісімен анықтауға тырысайық.
Өзіңізді жағажайда елестетіңіз. Жеңіл жел және шамалы жел. Толқындарды көрдің бе? Ал алыста, күн сәулелерінің шағылыстарында желкенді қайық көрінеді.
Кеме біздің қарапайым бөлшек, ал теңіз эфир болады (қараңғылық).энергия). Теңіз көрінетін толқындар мен су тамшылары түрінде қозғалыста болуы мүмкін. Сол сияқты барлық элементар бөлшектер жай ғана теңіз (оның ажырамас бөлігі) немесе жеке бөлшек - тамшы болуы мүмкін.
Бұл жеңілдетілген мысал, бәрі біршама күрделірек. Бақылаушының қатысуынсыз бөлшектер толқын түрінде болады және олардың тұрақты орны жоқ.
Ақ желкенді қайық теңіз суының беті мен құрылымынан ерекшеленетін ерекше нысан. Сол сияқты, энергия мұхитында біз әлемнің материалдық бөлігін қалыптастырған бізге белгілі күштердің көрінісі ретінде қабылдай алатын «шыңдар» бар.
Микроәлем өз заңдарымен өмір сүреді
Егер элементар бөлшектердің толқын түрінде болатынын ескерсек, кванттық түйісу принципін түсінуге болады. Белгілі бір орны мен сипаттамалары болмаса, екі бөлшек те энергия мұхитында болады. Бақылаушы пайда болған сәтте толқын қол тиюге болатын нысанға «айнайды». Екінші бөлшек тепе-теңдік жүйесін бақылай отырып, қарама-қарсы қасиеттерге ие болады.
Сипатталған мақала кванттық әлемді кең көлемде ғылыми сипаттауға арналмаған. Қарапайым адамның түсіну қабілеті ұсынылған материалды түсінуге негізделген.
Бөлшектер физикасы элементар бөлшектің спиніне (айналуына) негізделген кванттық күйлердің түйісуін зерттейді.
Ғылыми тіл (жеңілдетілген) - кванттық шиеленіс әртүрлі айналулармен анықталады. ATОбъектілерді бақылау процесінде ғалымдар тек екі айналу болуы мүмкін екенін көрді - бойымен және көлденеңінен. Бір таңқаларлығы, басқа позицияларда бөлшектер бақылаушыға «тұрмайды».
Жаңа гипотеза - әлемге жаңа көзқарас
Микрокосмосты - элементар бөлшектер кеңістігін зерттеу көптеген гипотезалар мен болжамдарды тудырды. Кванттық шиеленістің әсері ғалымдарды кванттық микроторлардың қандай да бір түрі бар екендігі туралы ойлауға итермеледі. Олардың пікірінше, әрбір түйінде – қиылысу нүктесінде – кванттық болады. Барлық энергия интегралдық тор болып табылады және бөлшектердің көрінісі мен қозғалысы тек тордың түйіндері арқылы мүмкін болады.
Мұндай тордың «терезесінің» өлшемі өте кішкентай, ал заманауи жабдықты өлшеу мүмкін емес. Дегенмен, бұл гипотезаны растау немесе жоққа шығару үшін ғалымдар фотондардың кеңістіктік кванттық тордағы қозғалысын зерттеуге шешім қабылдады. Қорытындысы мынада: фотон түзу немесе зигзаг түрінде қозғала алады - тордың диагоналы бойымен. Екінші жағдайда, үлкен қашықтықты еңсеріп, ол көбірек энергия жұмсайды. Сәйкесінше, ол түзу сызықта қозғалатын фотоннан өзгеше болады.
Мүмкін, уақыт өте келе біз кеңістіктік кванттық торда өмір сүретінімізді білетін шығармыз. Немесе бұл болжам қате болуы мүмкін. Дегенмен, бұл тордың бар болу мүмкіндігін көрсететін кванттық шиеленіс принципі.
Қарапайым тілмен айтқанда, гипотетикалық кеңістіктік «текшеде» бір тұлғаның анықтамасы екіншісіне айқын қарама-қарсы мағынаны білдіреді. Бұл кеңістік құрылымын сақтау принципі -уақыт.
Эпилог
Кванттық физиканың сиқырлы және жұмбақ әлемін түсіну үшін соңғы бес жүз жылдағы ғылым барысын мұқият қарастырған жөн. Бұрын Жер шар тәрізді емес, жалпақ болатын. Оның себебі түсінікті: оның пішінін дөңгелек етіп алсаңыз, су мен адамдар төтеп бере алмайды.
Көріп отырғанымыздай, мәселе барлық әрекет етуші күштердің толық көрінісі болмаған кезде болды. Қазіргі ғылымда кванттық физиканы түсіну үшін барлық әрекет етуші күштердің көзқарасы жоқ болуы мүмкін. Көру алшақтықтары қарама-қайшылықтар мен парадокстар жүйесін тудырады. Бәлкім, кванттық механиканың сиқырлы әлемінде бұл сұрақтарға жауап бар.
