Квантын онолын төрөлт. Фото эффект

Дэлхий дээр хэн ч квант механикийг ойлгодоггүй - энэ бол таны мэдэх ёстой гол зүйл юм. Тийм ээ, олон физикчид түүний хуулиудыг ашиглаж сурсан, тэр ч байтугай квант тооцоог ашиглан үзэгдлийг урьдчилан таамаглаж сурсан. Гэвч яагаад ажиглагч байгаа нь тогтолцооны хувь заяаг тодорхойлж, нэг улсын талд сонголт хийхэд хүргэж байгаа нь тодорхойгүй хэвээр байна. "Онол ба практик" нь үр дүнд нь ажиглагч зайлшгүй нөлөөлдөг туршилтын жишээнүүдийг сонгож, материаллаг бодит байдалд ухамсрын ийм хөндлөнгийн оролцоотойгоор квант механик юу хийхийг олохыг хичээсэн.

Shroedinger-ийн муур

Өнөөдөр квант механикийн олон тайлбар байдаг бөгөөд тэдгээрийн хамгийн алдартай нь Копенгагеных хэвээр байна. Үүний гол зарчмуудыг 1920-иод онд Нилс Бор, Вернер Хайзенберг нар томъёолсон. Копенгагены тайлбарын гол нэр томъёо нь долгионы функц байсан - нэгэн зэрэг оршин сууж буй квант системийн бүх боломжит төлөв байдлын талаархи мэдээллийг агуулсан математик функц юм.

Копенгагены тайлбарын дагуу зөвхөн ажиглалт нь системийн төлөвийг найдвартай тодорхойлж, бусад хэсгээс ялгаж чаддаг (долгионы функц нь зөвхөн тодорхой төлөвт байгаа системийг илрүүлэх магадлалыг математикийн аргаар тооцоолоход тусалдаг). Ажиглалтын дараа квант систем нь сонгодог болж хувирдаг гэж бид хэлж чадна: энэ нь олон муж улсад нэг дор зэрэгцэн оршихоо больж, тэдгээрийн аль нэгийг нь дэмжинэ.

Энэ хандлага үргэлж өрсөлдөгчидтэй байсаар ирсэн (жишээлбэл, Альберт Эйнштейний бичсэн "Бурхан шоо тоглодоггүй" гэдгийг санаарай), гэхдээ тооцоолол, таамаглалын үнэн зөв нь ихээхэн хохирол учруулсан. Гэсэн хэдий ч сүүлийн үед Копенгагены тайлбарыг дэмжигчид улам бүр цөөрсөөр байгаа бөгөөд үүний хамгийн бага шалтгаан нь хэмжилт хийх явцад долгионы функцийн маш нууцлаг агшин зуурын уналт биш юм. Эрвин Шрөдингерийн хөөрхий мууртай хийсэн алдартай сэтгэхүйн туршилт нь энэ үзэгдлийн утгагүй байдлыг харуулах зорилготой байв.

Тиймээс туршилтын агуулгыг эргэн санацгаая. Хар хайрцагт амьд муур, хортой ампул, хорыг санамсаргүй байдлаар ажиллуулж чадах тодорхой механизмыг хийдэг. Жишээлбэл, нэг цацраг идэвхт атом, түүний задрал нь ампулыг эвддэг. Атомын задрал яг тодорхойгүй байна. Зөвхөн хагас задралын хугацаа л мэдэгдэж байна: 50% магадлалтайгаар ялзрал үүсэх хугацаа.

Гадны ажиглагчийн хувьд хайрцагны доторх муур нэгэн зэрэг хоёр төлөвт оршдог: хэрэв бүх зүйл хэвийн болвол тэр амьд, эсвэл үхсэн, ялзарч, ампул нь эвдэрсэн бол үхсэн байна. Эдгээр хоёр төлөвийг муурны долгионы функцээр тодорхойлдог бөгөөд энэ нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг: хол байх тусам цацраг идэвхт задрал аль хэдийн үүссэн байх магадлал өндөр байдаг. Гэхдээ хайрцгийг онгойлгосны дараа долгионы функц унадаг бөгөөд бид зуучийн туршилтын үр дүнг шууд хардаг.

Ажиглагч хайрцгийг онгойлгох хүртэл муур амьдрал ба үхлийн зааг дээр үүрд тэнцвэртэй байх бөгөөд зөвхөн ажиглагчийн үйлдэл түүний хувь заяаг тодорхойлох болно. Энэ бол Шредингерийн онцолсон утгагүй явдал юм.

Электрон дифракц

The New York Times сонины тэргүүлэх физикчдийн дунд явуулсан санал асуулгаар 1961 онд Клаус Женсоны хийсэн электрон дифракцийн туршилт шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн үзэсгэлэнтэй туршилтуудын нэг болжээ. Түүний мөн чанар юу вэ?

Гэрэл зургийн хавтангийн дэлгэц рүү электрон урсгалыг ялгаруулж буй эх үүсвэр байдаг. Мөн эдгээр электронуудын замд саад тотгор байдаг - хоёр ангархайтай зэс хавтан. Хэрэв та электроныг зүгээр л жижиг цэнэгтэй бөмбөлөг гэж үзвэл дэлгэцэн дээр ямар зураг гарч ирэх вэ? Хагарлын эсрэг талд хоёр гэрэлтсэн судлууд.

Бодит байдал дээр хар ба цагаан судал солих илүү төвөгтэй загвар дэлгэц дээр гарч ирдэг. Баримт нь ан цаваар дамжин өнгөрөх үед электронууд бөөмс шиг биш, харин долгион шиг (гэрлийн бөөмс болох фотонууд нэгэн зэрэг долгион байж чаддаг шиг) ажиллаж эхэлдэг. Дараа нь эдгээр долгионууд орон зайд харилцан үйлчилж, зарим газарт бие биенээ сулруулж, хүчирхэгжүүлж, улмаар гэрэл ба бараан судалтай ээлжлэн солигдох нарийн төвөгтэй зураг дэлгэц дээр гарч ирдэг.

Энэ тохиолдолд туршилтын үр дүн өөрчлөгдөхгүй бөгөөд хэрэв электронуудыг тасралтгүй урсгалаар биш, харин тус тусад нь дамжуулж байвал нэг бөөмс нэгэн зэрэг долгион байж болно. Нэг электрон ч гэсэн хоёр цоорхойг нэгэн зэрэг дамжуулж чаддаг (мөн энэ нь квант механикийн Копенгагены тайлбарын өөр нэг чухал байр суурь юм - объектууд "ердийн" материаллаг шинж чанар, чамин долгионы шинж чанаруудыг нэгэн зэрэг харуулж чаддаг).

Харин ажиглагч үүнд ямар хамаатай юм бэ? Хэдийгээр түүний аль хэдийн ээдрээтэй түүх бүр ч төвөгтэй болсон. Үүнтэй төстэй туршилтын үеэр физикчид электроныг огтолж буй багажийн тусламжтайгаар бодитоор дамжин өнгөрснийг илрүүлэхийг оролдох үед дэлгэц дээрх зураг эрс өөрчлөгдөж, "сонгодог" болсон: ангарлын эсрэг талд гэрэлтсэн хоёр хэсэг, ээлжлэн судалгүй байв.

Ажиглагчийн харц дор электронууд долгионы шинж чанараа харуулахыг хүсээгүй мэт. Бид түүний энгийн бөгөөд ойлгомжтой дүр зургийг харах гэсэн зөн совингийн хүсэлд нь тохируулсан. Мистик? Илүү энгийн тайлбар бий: системд бие махбодийн нөлөө үзүүлэхгүйгээр ямар ч ажиглалт хийх боломжгүй. Гэхдээ бид энэ талаар хэсэг хугацааны дараа эргэн ирэх болно.

Халаасан фуллерен

Бөөмийн дифракцийн туршилтыг зөвхөн электронууд дээр төдийгүй илүү том биетүүд дээр хийсэн. Жишээлбэл, фуллерен нь хэдэн арван нүүрстөрөгчийн атомаас тогтсон том, битүү молекулууд юм (жишээлбэл, жаран нүүрстөрөгчийн атом бүхий фуллерен нь хөл бөмбөгийн бөмбөгтэй маш төстэй: таван өнцөгт ба зургаан өнцөгтийг хооронд нь холбосон хөндий бөмбөрцөг).

Саяхан Венийн их сургуулийн профессор Зейлингерээр ахлуулсан хэсэг ийм туршилтанд ажиглалтын элемент оруулахыг оролдсон байна. Үүнийг хийхийн тулд тэд лазер туяагаар хөдөлгөөнт фуллерений молекулуудыг цацрагаар цацруулсан. Дараа нь гадны нөлөөнд халсан молекулууд гэрэлтэж эхэлсэн бөгөөд ингэснээр ажиглагчдад сансар огторгуй дахь байр сууриа илчлэх нь гарцаагүй.

Энэхүү шинэчлэлийн зэрэгцээ молекулуудын зан байдал ч өөрчлөгдсөн. Нийт тандалт эхлэхээс өмнө фуллерен нь тунгалаг дэлгэцээр дамжин өнгөрөх өмнөх жишээний электронууд шиг саад тотгорыг (долгионы шинж чанарыг харуулсан) амжилттай даван туулсан. Гэвч хожим нь ажиглагч гарч ирснээр фуллеренүүд тайвширч, бүрэн хуулийг дагаж мөрддөг материйн бөөмс шиг аашилж эхлэв.

Хөргөх хэмжээ

Квантын ертөнцийн хамгийн алдартай хуулиудын нэг бол Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим юм: квант объектын байрлал, хурдыг нэгэн зэрэг тодорхойлох боломжгүй юм. Бид бөөмийн импульсийг илүү нарийвчлалтай хэмжих тусам түүний байрлалыг бага нарийвчлалтай хэмжих боломжтой. Гэвч жижиг хэсгүүдийн түвшинд үйлчилдэг квант хуулийн үр нөлөө нь манай том макро объектуудын ертөнцөд ихэвчлэн анзаарагддаггүй.

Тиймээс АНУ-ын профессор Швабын бүлгийн сүүлийн үеийн туршилтууд нь квант нөлөөллийг ижил электронууд эсвэл фуллерен молекулуудын түвшинд биш (тэдгээрийн шинж чанарын диаметр нь 1 нм орчим), харин арай илүү бодитойгоор харуулсан нь илүү үнэ цэнэтэй юм. объект - жижигхэн хөнгөн цагаан тууз.

Энэ туузыг хоёр талдаа бэхэлсэн бөгөөд дунд хэсэг нь дүүжлэгдэж, гадны нөлөөгөөр чичирч болно. Нэмж дурдахад туузны хажууд түүний байрлалыг өндөр нарийвчлалтайгаар бүртгэх чадвартай төхөөрөмж байсан.

Үүний үр дүнд туршилтчид хоёр сонирхолтой эффектийг олж илрүүлсэн. Нэгдүгээрт, объектын байрлалыг хэмжих аливаа хэмжилт, туузыг ажиглах нь түүнд ул мөр үлдээлгүй өнгөрөөгүй - хэмжилт бүрийн дараа туузны байрлал өөрчлөгдсөн. Товчоор хэлбэл, туршилтчид туузны координатыг маш нарийвчлалтай тодорхойлж, улмаар Гейзенбергийн зарчмын дагуу хурдыг нь өөрчилж, улмаар дараагийн байрлалыг нь өөрчилсөн.

Хоёрдугаарт, гэнэтийн байдлаар зарим хэмжилтүүд нь туузыг хөргөхөд хүргэсэн. Ажиглагч зөвхөн өөрийн оршихуйд л объектын физик шинж чанарыг өөрчилж чаддаг болох нь харагдаж байна. Энэ нь үнэхээр гайхалтай сонсогдож байна, гэхдээ физикчдийн итгэлээр тэд алдагдалд ороогүй гэж бодъё - одоо профессор Швабын бүлэг илэрсэн эффектийг электрон чипийг хөргөхөд хэрхэн ашиглах талаар бодож байна.

Хөлдөөх хэсгүүд

Та бүхний мэдэж байгаагаар тогтворгүй цацраг идэвхт тоосонцор дэлхий дээр муур дээр туршилт хийхээс гадна өөрөө бүрэн ялзардаг. Түүгээр ч зогсохгүй бөөмс бүр нь дундаж наслалтаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь ажиглагчийн ажиглалтын дор нэмэгдэх боломжтой юм.

Энэхүү квант эффектийг анх 1960-аад онд урьдчилан таамаглаж байсан бөгөөд түүний гайхалтай туршилтын баталгаа нь 2006 онд Массачусетсийн Технологийн дээд сургуулийн Нобелийн шагналт физикч Вольфганг Кеттерлегийн хэвлэгдсэн нийтлэлд гарчээ.

Энэ ажилд бид тогтворгүй өдөөгдсөн рубиди атомын задралыг судалсан (үндсэн төлөвт рубиди атом болон фотонуудын задрал). Системийг бэлтгэж, атомуудыг өдөөсөн даруйд тэдгээрийг ажиглаж эхлэв - тэдгээрийг лазер туяагаар гэрэлтүүлэв. Энэ тохиолдолд ажиглалтыг хоёр горимд явуулсан: тасралтгүй (жижиг гэрлийн импульс системд байнга нийлүүлдэг) ба импульс (системийг илүү хүчтэй импульсээр үе үе цацруулдаг).

Хүлээн авсан үр дүн нь онолын таамаглалтай маш сайн тохирч байв. Гадны гэрлийн нөлөөлөл нь бөөмсийн задралыг удаашруулж, ялзрахаас хол анхны байдалд нь буцааж өгдөг. Түүнчлэн судалсан хоёр дэглэмийн нөлөөллийн хэмжээ нь таамаглалтай давхцаж байна. Мөн тогтворгүй өдөөгдсөн рубиди атомын хамгийн их ашиглалтын хугацаа 30 дахин нэмэгджээ.

Квант механик ба ухамсар

Электрон ба фуллеренүүд долгионы шинж чанараа харуулахаа больж, хөнгөн цагаан ялтсууд хөргөж, тогтворгүй тоосонцор задралдаа хөлддөг: ажиглагчийн бүхнийг чадагч харцаар дэлхий өөрчлөгдөж байна. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийн ажилд бидний оюун санааны оролцоог нотлох баримт биш юу вэ? Тэгэхээр магадгүй Карл Юнг, Вольфганг Паули (Австрийн физикч, Нобелийн шагналт, квант механикийн анхдагчдын нэг) физик, ухамсрын хуулиудыг бие биенээ нөхдөг гэж үзэх нь зөв байсан болов уу?

Гэхдээ энэ нь ердийн хүлээн зөвшөөрөхөөс ердөө ганцхан алхам л үлдлээ: бидний эргэн тойрон дахь бүх ертөнц бол бидний оюун санааны мөн чанар юм. Аймшигтай юу? ("Чи үнэхээр Сарыг хараад л байдаг гэж бодож байна уу?" Эйнштейн квант механикийн зарчмуудыг тайлбарлав). Дараа нь дахин физикчдэд хандахыг хичээцгээе. Түүгээр ч барахгүй, сүүлийн жилүүдэд тэд функциональ долгионы нууцлаг нуралт бүхий квант механикийн Копенгагены тайлбарт улам бүр багасч, түүнийг өөр, нэлээн энгийн бөгөөд найдвартай нэр томьёо - декогерентизмээр сольж байна.

Гол нь: тайлбарласан бүх ажиглалтын туршилтанд туршилт хийгчид системд зайлшгүй нөлөөлсөн. Тэд үүнийг лазераар гэрэлтүүлж, хэмжих хэрэгсэл суурилуулсан. Энэ бол ерөнхий, маш чухал зарчим юм: та системтэй харьцахгүйгээр түүнийг ажиглаж, шинж чанарыг нь хэмжиж чадахгүй. Мөн харилцан үйлчлэл байгаа газарт шинж чанар нь өөрчлөгддөг. Түүгээр ч зогсохгүй квант объектуудын аварга том биетүүд нь өчүүхэн квант системтэй харилцан үйлчилдэг. Тиймээс ажиглагчийн мөнхийн, буддист төвийг сахих нь боломжгүй юм.

Энэ нь "декогерент" гэсэн нэр томъёог яг тодорхой тайлбарлаж байгаа зүйл юм - өөр том системтэй харилцах явцад системийн квант шинж чанарыг зөрчих эргэлт буцалтгүй үйл явц. Ийм харилцан үйлчлэлийн явцад квант систем нь анхны шинж чанараа алдаж, сонгодог болж, том системд "дагарах" болно. Энэ нь Шредингерийн мууртай холбоотой парадоксыг тайлбарлаж байна: муур бол маш том систем бөгөөд үүнийг ертөнцөөс тусгаарлах боломжгүй юм. Бодлын туршилт нь өөрөө бүрэн зөв биш юм.

Ямар ч тохиолдолд ухамсрын бүтээн байгуулалтын үйлдэл болох бодит байдалтай харьцуулахад уялдаа холбоогүй байдал нь илүү тайван сонсогддог. Магадгүй хэтэрхий тайван ч байж магадгүй. Эцсийн эцэст, энэ хандлагын тусламжтайгаар сонгодог ертөнц бүхэлдээ нэг том задралын нөлөө болж хувирдаг. Мөн энэ салбарын хамгийн ноцтой номын зохиогчдын үзэж байгаагаар "дэлхий дээр бөөмс байхгүй" эсвэл "үндсэн түвшинд цаг хугацаа байхгүй" гэх мэт үгс нь ийм хандлагаас логикийн дагуу урган гардаг.

Бүтээлч ажиглагч уу, эсвэл бүх хүч чадлыг тайлах уу? Та хоёр муу муухайгийн нэгийг сонгох хэрэгтэй. Гэхдээ санаж байгаарай - одоо эрдэмтэд бидний сэтгэн бодох үйл явцын үндэс нь мөн л ижил нэртэй квант эффектүүд гэдэгт улам бүр итгэлтэй болж байна. Тиймээс ажиглалт хаана дуусч, бодит байдал эхэлдэг вэ - бидний хүн нэг бүрийг сонгох ёстой.

1935 онд квант механик болон Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол маш залуу байхад Зөвлөлтийн нэрд гараагүй физикч Матвей Бронштейн 28 настайдаа квант онолд эдгээр хоёр онолыг нэгтгэх талаар анхны нарийвчилсан судалгаа хийжээ. хүндийн хүч. Бронштейн бичсэнээр энэ "магадгүй бүх ертөнцийн онол" нь Эйнштейний таталцлын тухай сонгодог тайлбарыг орлож, түүнийг орон зай-цаг хугацааны тасралтгүйд муруй гэж үздэг бөгөөд бусад физикийн нэгэн адил квант хэлээр дахин бичиж болно.

Бронштейн таталцлыг одоо гравитон гэж нэрлэдэг тоосонцор тоосонцороор хэрхэн дүрслэхийг олж мэдсэн, гэхдээ таталцлын хүч сул байх үед буюу (харьцангуйн ерөнхийд) орон зай нь үндсэндээ хавтгай байх тул бага зэрэг муруй байх үед л. Таталцал хүчтэй байх үед "нөхцөл байдал огт өөр" гэж эрдэмтэн бичжээ. "Сонгодог үзэл баримтлалыг гүнзгийрүүлэн судлахгүйгээр энэ чиглэлээр таталцлын квант онолыг төсөөлөх бараг боломжгүй юм шиг санагддаг."

Түүний үгс эш үзүүллэг байсан. Наян гурван жилийн дараа физикчид таталцлын илүү суурь, магадгүй квант дүр төрхөөс үүдэлтэй сансрын цаг хугацааны муруйлт макроскопийн масштабаар хэрхэн илэрдэгийг ойлгохыг хичээсээр байна; Энэ бол физикийн хамгийн гүнзгий асуулт байж магадгүй юм. Магадгүй боломж байсан бол Бронштейн гэгээлэг оюун ухаан энэ эрэл хайгуулын явцыг хурдасгах байсан болов уу. Квантын таталцлаас гадна тэрээр астрофизик, сансар судлал, хагас дамжуулагчийн онол, квант электродинамик зэрэгт хувь нэмэр оруулж, хүүхдүүдэд зориулсан хэд хэдэн ном бичсэн. 1938 онд Сталины хэлмэгдүүлэлтэд өртөж, 31 настайдаа цаазлуулсан.

Таталцлын квант шинж чанарууд бодит туршлага дээр хэзээ ч илэрдэггүй тул квант таталцлын бүрэн онолыг эрэлхийлэх нь төвөгтэй байдаг. Физикчид Эйнштейний гөлгөр орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлын тухай тодорхойлолт эсвэл Бронштейн бага зэрэг муруй төлөвт байгаа квантын ойролцооллыг хэрхэн зөрчиж байгааг олж харахгүй байна.

Асуудал нь таталцлын хүчний хэт сул дорой байдал юм. Хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон хүчийг дамжуулдаг тоосонцор тоосонцор нь бодисыг атомуудад нягт холбож, томруулдаг шилний дор шууд утгаараа шалгаж болохуйц хүчтэй байдаг бол бие даасан гравитонууд нь маш сул тул лабораторид тэдгээрийг илрүүлэх боломж байдаггүй. Гравитоныг барьж авах магадлал өндөр байхын тулд бөөмийн детектор нь хар нүх болж сүйрдэг тийм том бөгөөд масстай байх ёстой. Энэхүү сул тал нь таталцлын хүчээр бусад том биетүүдэд нөлөөлөхийн тулд одон орны массын хуримтлал яагаад хэрэгтэйг тайлбарлаж байгаа бөгөөд бид яагаад таталцлын нөлөөг асар том масштабаар хардаг болохыг тайлбарладаг.

Энэ бүгд биш. Орчлон ертөнц ямар нэгэн сансар огторгуйн цензурд өртөж байгаа юм шиг санагддаг: хүчтэй таталцлын бүсүүд - сансрын цаг хугацааны муруйнууд маш хурц тул Эйнштейний тэгшитгэл эвдэрч, таталцлын болон орон зайн цаг хугацааны квант мөн чанарыг илчлэх ёстой - хар нүхний тэнгэрийн хаяанд үргэлж нуугдаж байдаг.

Харвардын их сургуулийн онолын физикч Игорь Пиковский хэлэхдээ: "Хэдэн жилийн өмнө ч гэсэн таталцлын талбайн квантжилтыг ямар нэгэн байдлаар хэмжих боломжгүй гэсэн ерөнхий санал нэгтэй байсан."

Одоо Physical Review Letters-д хэвлэгдсэн сүүлийн үеийн хэд хэдэн нийтлэл үүнийг өөрчилсөн. Эдгээр баримтууд нь квант таталцлын талаар юу ч мэдэхгүй ч гэсэн хүрэх боломжтой гэж мэдэгджээ. Лондонгийн Их Сургуулийн Коллежийн Сугато Босе, Оксфордын Их Сургуулийн Чиара Марлетто, Влатко Ведрал нарын бичсэн бүтээлүүд нь таталцал нь бусад бүхний адил квант хүч гэдгийг батлах техникийн хувьд хэцүү боловч боломжтой туршилтыг санал болгож, таталцлыг илрүүлэх шаардлагагүй. . Энэ ажилд оролцоогүй Дартмут коллежийн квантын физикч Майлс Бленкоу хэлэхдээ, ийм туршилт нь үл үзэгдэх квант таталцлын тод тэмдэг болох "Чешир муурны инээмсэглэл"-ийг илрүүлж чадна гэжээ.

Санал болгож буй туршилт нь хоёр биет буюу Босегийн бүлэг хос микро алмаз ашиглахаар төлөвлөж байгаа нь харилцан таталцлын нөлөөгөөр квант механикаар орооцолдож болох эсэхийг тодорхойлох болно. Орооол гэдэг нь бөөмсүүд хоорондоо салшгүй холбоотой болж, тэдгээрийн боломжит хосолсон төлөвийг тодорхойлсон нэг физик тодорхойлолтыг хуваалцдаг квант үзэгдэл юм. (Янз бүрийн боломжит төлөвүүдийн зэрэгцэн оршихыг "суперпозиция" гэж нэрлэдэг бөгөөд квант системийг тодорхойлдог.) Жишээлбэл, орооцолдсон хос бөөмс нь А бөөм нь доороос дээш эргэлдэх 50%, В бөөм дээрээс доош эргэлдэх магадлал 50%, эсрэгээр 50% байх магадлалтай суперпозицияд байж болно. Бөөмийн эргэлтийн чиглэлийг хэмжихэд ямар үр дүнд хүрэхийг хэн ч урьдчилан мэдэхгүй, гэхдээ энэ нь тэдний хувьд ижил байх болно гэдэгт итгэлтэй байж болно.

Зохиогчид санал болгож буй туршилтын хоёр объект нь зөвхөн ийм байдлаар орооцолдож болно гэж маргадаг бөгөөд хэрэв тэдгээрийн хооронд үйлчилж буй хүч - энэ тохиолдолд таталцал нь квантын суперпозицийг дэмжих боломжтой гравитоноор зуучлагдсан квант харилцан үйлчлэл юм. "Хэрэв туршилтыг хийж, орооцолдсон бол ажлын дагуу бид таталцлыг квантчилсан гэж дүгнэж болно" гэж Бленкоу тайлбарлав.

Алмазыг төөрөлдүүлээрэй

Квантын таталцал нь маш нарийн байдаг тул зарим эрдэмтэд түүний оршин тогтнолд эргэлздэг. Алдарт математикч, физикч 94 настай Фриман Дайсон 2001 оноос хойш орчлон ертөнц нэг төрлийн "хоёрдмол" тайлбарыг дэмжиж чадна гэж нотолж, "Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолоор тодорхойлсон таталцлын талбар нь ямар ч квант үйлдэлгүй цэвэр сонгодог талбар байх болно" гэж үзэж байна. , харин энэ гөлгөр орон зай-цаг хугацааны үргэлжлэл дэх бүх бодис магадлалын дүрэмд захирагдах бөөмсөөр хэмжигдэх болно.

Квантын электродинамикийг (матери ба гэрлийн харилцан үйлчлэлийн онол) хөгжүүлэхэд тусалсан, Нью Жерси мужийн Принстон дахь Нарийвчилсан судалгааны хүрээлэнгийн гавьяат профессор Дайсон хар нүхний хүрч болохгүй дотоод хэсгийг дүрслэхийн тулд квантын таталцал шаардлагатай гэдэгт итгэдэггүй. . Мөн тэрээр таамагласан гравитоныг илрүүлэх нь зарчмын хувьд боломжгүй байж магадгүй гэж тэр үзэж байна. Энэ тохиолдолд квант таталцал физик биш метафизик байх болно гэж тэр хэлэв.

Тэр цорын ганц эргэлздэг хүн биш. Английн нэрт физикч Сэр Рожер Пенроуз, Унгарын эрдэмтэн Лайош Диоси нар сансар огторгуйн хэт байрлалыг дэмжих боломжгүй гэдгийг бие даан дэвшүүлсэн. Түүний гөлгөр, хатуу, үндсэн сонгодог шинж чанар нь түүнийг нэгэн зэрэг хоёр боломжит зам руу гулзайлгахаас сэргийлдэг гэж тэд үздэг бөгөөд энэ нь электрон, фотон зэрэг квант системийн суперпозицияуудыг сүйрэхэд хүргэдэг. Тэдний үзэж байгаагаар "Таталцлын эвдрэл" нь макроскопийн хэмжээнд мэдрэгдэх цорын ганц, хатуу, сонгодог бодит байдлыг бий болгох боломжийг олгодог.

Квантын таталцлын "инээмсэглэл"-ийг олох чадвар нь Дайсоны аргументыг үгүйсгэж байх шиг байна. Энэ нь мөн таталцлын декогерентийн онолыг устгаж, таталцал ба орон зай цаг хугацаа нь квантын суперпозицийг үнэхээр дэмждэг болохыг харуулж байна.

Бозе, Марлетто нарын саналууд нэгэн зэрэг, бүрэн санамсаргүй байдлаар гарч ирсэн боловч шинжээчид тухайн үеийн сүнсийг тусгасан гэж тэмдэглэжээ. Дэлхий даяарх квант физикийн туршилтын лабораториуд улам бүр том хэмжээтэй бичил биетүүдийг квант суперпозицияд оруулж, хоёр квант системийн орооцолдолтыг шалгах протоколуудыг оновчтой болгож байна. Санал болгож буй туршилт нь эдгээр процедурыг хослуулах шаардлагатай бөгөөд үүний зэрэгцээ цар хүрээ, мэдрэмжийг цаашид сайжруулах шаардлагатай болно; магадгүй арван жил шаардагдана. Лабораторийн туршилтууд таталцлын үзэгдлийг хэрхэн шалгаж болохыг судалж байгаа Пиковский "Гэхдээ физикийн мухардалд байхгүй" гэж хэлэв. "Би үүнийг хэцүү гэж бодож байна, гэхдээ боломжгүй зүйл биш."

Энэхүү төлөвлөгөөг Bose et al-Ocean's арван нэгэн шинжээчийн саналын янз бүрийн үе шатуудын ажилд илүү дэлгэрэнгүй тайлбарласан болно. Жишээлбэл, Уорвикийн их сургуулийн лабораторид хамтран зохиолч Гэвин Морли эхний алхам дээр ажиллаж, микро алмазыг хоёр газарт квантын суперпозиция болгохыг оролдож байна. Үүнийг хийхийн тулд тэрээр алмазан бүтцийн сул орон зайн (NV төв гэж нэрлэгддэг, эсвэл алмааз дахь азотоор орлуулсан хоосон орон зай) хажууд бичил алмазан дахь азотын атомыг хязгаарлаж, богино долгионы импульсээр цэнэглэнэ. NV төвийн эргэн тойронд эргэлдэж буй электрон нь гэрлийг нэгэн зэрэг шингээж авдаггүй бөгөөд систем нь тодорхой магадлалтайгаар цагийн зүүний дагуу, тодорхой магадлалтайгаар цагийн зүүний эсрэг эргэдэг орой шиг дээш доош гэсэн хоёр эргэх чиглэлтэй квант суперпозиция руу ордог. Энэхүү суперпозицийн эргэлтээр ачаалагдсан микро алмаз нь соронзон орны нөлөөнд автдаг бөгөөд энэ нь дээд эргэлтийг зүүн тийш, доод эргэлтийг баруун тийш шилжүүлэхэд хүргэдэг. Алмаз өөрөө хоёр чиглэлийн суперпозиция болж хуваагддаг.

Бүрэн туршилтаар эрдэмтэд энэ бүгдийг улаан, цэнхэр гэх мэт хоёр очир алмаазыг хэт хүйтэн вакуумд зэрэгцүүлэн байрлуулна. Тэднийг барьж буй урхи унтрах үед тус бүр нь хоёр байрлалтай байгаа хоёр микро алмаз вакуумд босоо тэнхлэгт унах болно. Алмаз унах үед тэд тус бүрийн таталцлыг мэдрэх болно. Тэдний татах хүч хэр хүчтэй байх вэ?

Хэрэв таталцал бол квант хүч бол хариулт нь: энэ нь хамаарна. Цэнхэр алмазын суперпозиция бүрдэл хэсэг бүр нь улаан алмаз руу чиглэсэн хүчтэй эсвэл сул таталтыг мэдрэх бөгөөд энэ нь илүү ойр эсвэл хол байгаа суперпозицияны салаанд байгаа эсэхээс хамаарна. Мөн улаан алмазын суперпозицияны бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн мэдрэх таталцал нь цэнхэр алмазын төлөв байдлаас мөн адил хамаарна.

Аль ч тохиолдолд таталцлын янз бүрийн зэрэг нь алмаазын суперпозицияуудын хувьсан өөрчлөгдөж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нөлөөлдөг. Хоёр очир алмааз бие биенээсээ хамааралтай болдог, учир нь тэдгээрийн төлөвийг зөвхөн хосолсон байдлаар тодорхойлох боломжтой - хэрэв энэ нь тийм гэсэн үг бол - эцэст нь NV төвийн хоёр системийн эргэлтийн чиглэлүүд харилцан хамааралтай болно.

Микро алмаазууд гурван секундын турш зэрэгцэн унасны дараа буюу таталцлын хүчинд орооцолдох хангалттай урт - тэд өөр соронзон орон дундуур өнгөрөх бөгөөд энэ нь суперпозиция бүрийн мөчрүүдийг нэгтгэх болно. Туршилтын эцсийн алхам бол Данийн физикч Барбара Терал болон бусад хүмүүсийн боловсруулсан орооцолдох гэрчийн протокол юм: цэнхэр, улаан алмаз нь NV төвийн системийн эргэлтийн чиглэлийг хэмждэг өөр өөр төхөөрөмжид ордог. (Хэмжилт нь суперпозицияуудыг тодорхой төлөвт буулгахад хүргэдэг.) Дараа нь хоёр үр дүнг харьцуулна. Эрдэмтэд туршилтыг дахин дахин хийж, олон хос спин хэмжилтийг харьцуулснаар хоёр квант системийн спин нь квант механикаар орооцолдохгүй объектуудын дээд хязгаараас илүү олон удаа хамааралтай эсэхийг тодорхойлж чадна. Хэрэв тийм бол таталцал нь очир алмаазыг орооцолдуулж, суперпозицийг дэмждэг.

"Энэ туршилтын сонирхолтой зүйл бол квант онол гэж юу болохыг мэдэх шаардлагагүй юм" гэж Бленков хэлэв. "Хэрэгтэй зүйл бол энэ бүс нутагт хоёр бөөмийн хоорондох хүчээр зуучлагдсан квант тал бий гэдгийг хэлэх явдал юм."

Техникийн хүндрэл их байна. Өмнө нь хоёр газарт суперпозиция байрлуулсан байсан хамгийн том объект бол 800 атомын молекул байв. Микро алмаз бүр нь 100 тэрбум гаруй нүүрстөрөгчийн атом агуулдаг бөгөөд энэ нь мэдэгдэхүйц таталцлын хүчийг хуримтлуулахад хангалттай юм. Түүний квант механик шинж чанарыг задлахад бага температур, гүн вакуум, нарийн хяналт шаардагдана. Лазер хөргөх болон бичил алмаазыг барих арга техникийг сайжруулж буй туршилтын багийн нэг хэсэг Питер Баркер "Эхний суперпозицийг эхлүүлэх нь маш их ажил юм" гэж хэлэв. Хэрэв үүнийг нэг алмаазаар хийх боломжтой байсан бол "хоёр дахь алмааз нь асуудал үүсгэхгүй" гэж Босе нэмж хэлэв.

Таталцал юугаараа онцлог вэ?

Квантын таталцлыг судлаачид таталцал нь орооцолдол үүсгэж болох квант харилцан үйлчлэл гэдэгт эргэлздэггүй. Мэдээжийн хэрэг, таталцал нь зарим талаараа өвөрмөц бөгөөд орон зай, цаг хугацааны гарал үүслийн талаар сурах зүйл их байгаа ч квант механик зайлшгүй оролцох ёстой гэж эрдэмтэд хэлэв. MIT-ийн квант таталцлын судлаач Даниел Харлоу "Үнэхээр физикийн ихэнх нь квант, таталцал нь сонгодог байдаг онолын утга учир юу вэ" гэж хэлэв. Холимог квант-сонгодог загваруудын эсрэг онолын аргументууд маш хүчтэй (хэдийгээр эцсийн дүгнэлт биш).

Нөгөөтэйгүүр, онолчид өмнө нь буруу байсан. "Хэрвээ чи шалгаж чадвал яагаад болохгүй гэж? Хэрэв энэ нь таталцлын квант мөн чанарыг эргэлздэг эдгээр хүмүүсийн амыг хаавал энэ нь маш сайн байх болно" гэж Харлоу хэлэв.

Баримт бичгүүдийг уншсаны дараа Дайсон: "Санал болгож буй туршилт нь маш их сонирхол татаж байгаа бөгөөд бодит квант системийн нөхцөлд хийхийг шаарддаг" гэж бичжээ. Гэсэн хэдий ч тэрээр квант талбайн талаархи зохиогчдын үзэл бодлын шугам нь түүнийхээс ялгаатай болохыг тэмдэглэжээ. "Энэ туршилт нь квант таталцлын тухай асуудлыг шийдэж чадах эсэх нь надад тодорхойгүй байна. Миний асууж байсан асуулт буюу ганц гравитон ажиглагдаж байгаа эсэх нь өөр асуулт бөгөөд өөр хариулттай байж магадгүй юм."

Бозе, Марлетто болон тэдний хамтран ажиллагсдын тоосонцорсон таталцлын талаархи үзэл бодлын шугам нь Бронштейн 1935 оны эхэн үеийн бүтээлээс үүдэлтэй. (Дайсон Бронштейн бүтээлийг урьд өмнө нь харж байгаагүй "сайхан бүтээл" гэж нэрлэсэн). Ялангуяа, Бронштейн жижиг массаас үүссэн сул таталцлыг Ньютоны таталцлын хуулиар ойртуулж болохыг харуулсан. (Энэ бол микро алмазын суперпозиция хооронд үйлчилдэг хүч юм). Бленкоугийн хэлснээр, хар нүхний физик эсвэл Big Bang-аас илүү хамааралтай хэдий ч сул квантлагдсан таталцлын тооцоог төдийлөн хийгээгүй байна. Туршилтын шинэ санал нь онолчдыг Ньютоны ойролцоох нарийн ширийн зүйлийг эрэлхийлэхэд түлхэц болно гэж тэр найдаж байгаа бөгөөд ирээдүйн ширээний туршилтууд үүнийг туршиж үзэх болно.

Стэнфордын их сургуулийн нэрт квант таталцлын онолч Леонард Сусскинд санал болгож буй туршилтын үнэ цэнийг олж харсан бөгөөд учир нь "энэ нь масс болон зайны шинэ муж дахь таталцлын ажиглалтыг хангадаг" юм. Гэвч тэрээр болон бусад судлаачид микро алмаз нь квант таталцлын онол болон орон зай-цаг хугацааны бүрэн онолын талаар юу ч хэлж чадахгүй гэдгийг онцолсон. Тэрээр болон түүний хамтрагчид хар нүхний төвд болон Их тэсрэлтийн үед юу болдгийг ойлгохыг хүсч байна.

Таталцлын хэмжээг тодорхойлох нь яагаад бусад бүхнээс хамаагүй хэцүү байдгийн нэг сэжүүр бол байгалийн бусад хүчнүүд "орон нутаг" гэж нэрлэгддэг зүйлтэй байдаг: талбайн нэг муж дахь квант бөөмс (жишээлбэл цахилгаан соронзон орон дахь фотонууд) "бие даасан" байдаг. Сансар огторгуйн өөр бүс нутаг дахь бусад биетүүд" гэж Бритиш Колумбийн их сургуулийн квант таталцлын онолч Марк ван Раамсдонк хэлэв. "Гэхдээ таталцал ийм байдлаар ажилладаггүй гэсэн онолын олон баримт бий."

Квантын таталцлын хамгийн сайн хамгаалагдсан хязгаарлагдмал орчинд (орон зай-цаг хугацааны геометрийн хялбаршуулсан загварт) орон зай-цаг хугацааны даавууны туузыг бие даасан гурван хэмжээст хэсгүүдэд хуваасан гэж үзэх боломжгүй гэж ван Раамсдонк хэлэв. Үүний оронд орчин үеийн онол сансар огторгуйн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг "хоёр хэмжээст байдлаар зохион байгуулдаг" гэж үздэг. Сансрын цаг хугацааны даавуу нь голограмм эсвэл видео тоглоом шиг байж болно. "Хэдийгээр зураг гурван хэмжээст боловч мэдээлэл нь хоёр хэмжээст компьютерийн чип дээр хадгалагддаг." Энэ тохиолдолд гурван хэмжээст ертөнц нь түүний өөр өөр хэсгүүд нь тийм ч бие даасан биш гэсэн утгаараа хуурмаг байх болно. Видео тоглоомын зүйрлэлд хоёр хэмжээст чип дээрх цөөн хэдэн бит нь тоглоомын бүх ертөнцийн глобал функцийг кодлох боломжтой.

Энэ ялгаа нь таталцлын квант онолыг бүтээх гэж оролдож байх үед чухал юм. Аливаа зүйлийг тоолох ердийн арга бол түүний бие даасан хэсгүүдийг, тухайлбал бөөмсийг тодорхойлж, дараа нь тэдгээрт квант механикыг ашиглах явдал юм. Гэхдээ та зөв бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тодорхойлохгүй бол та буруу тэгшитгэлтэй болно. Бронштейн хийх гэж байсан гурван хэмжээст орон зайн шууд квантчлал нь таталцлын хүчээр тодорхой хэмжээгээр ажилладаг боловч огторгуйн цаг их муруйсан үед ашиггүй болж хувирдаг.

Зарим шинжээчид квант таталцлын "инээмсэглэл"-ийг гэрчлэх нь ийм хийсвэр үндэслэл гаргах сэдэл төрүүлдэг гэж хэлдэг. Эцсийн эцэст, квант таталцлын тухай хамгийн чанга онолын аргументууд ч туршилтын баримтаар нотлогддоггүй. Ван Раамсдонк шинжлэх ухааны коллоквиум дээр судалгаагаа тайлбарлахдаа энэ нь ихэвчлэн сансар огторгуйн цаг хугацааны сонгодог тайлбар нь хар нүх болон Их тэсрэлтийн үед задардаг тул таталцлыг квант механикаар хэрхэн дахин эргэцүүлэн бодох хэрэгтэй тухай түүхээс эхэлдэг гэжээ.

"Гэхдээ та энэ энгийн туршилтыг хийж, таталцлын орон хэт байрлалд байгааг харуулбал сонгодог тайлбарын бүтэлгүйтэл тодорхой болно. Учир нь таталцлыг квант гэдгийг илтгэх туршилт хийгдэх болно."

Quanta сэтгүүлийн материал дээр үндэслэсэн

E.S.,
, Хотын боловсролын байгууллага UIOP-тэй 16-р дунд сургууль, Лисва, Пермь муж.

Квантын физикийн төрөлт

Бүх зүйлийн эхлэлийг ол, тэгвэл та маш их зүйлийг ойлгох болно!
Козьма Прутков

Хичээлийн боловсролын зорилго:Материйн салангид байдлын тухай ойлголтыг танилцуулах, материйн квант долгионы хоёрдмол байдлын тухай ойлголтыг томъёолох, Планкийн томьёо болон де Бройль долгионы уртыг нэвтрүүлэх үндэслэлийг тайлбарлах.

Хичээлийн хөгжлийн зорилго:логик сэтгэлгээг хөгжүүлэх, нөхцөл байдлыг харьцуулах, дүн шинжилгээ хийх, салбар хоорондын уялдаа холбоог олж харах.

Хичээлийн боловсролын зорилго:диалектик-материалист сэтгэлгээг бүрдүүлэх.

Физик нь шинжлэх ухааны хувьд хүн төрөлхтний нийтлэг үнэт зүйлс, хүмүүнлэгийн асар их чадамжтай байдаг. Үүнийг судлах явцад шинжлэх ухааны үндсэн аргуудыг (шинжлэх ухааны туршилт, загварчлал, сэтгэлгээний туршилт, шинжлэх ухааны онолын бүтээл, бүтэц) илрүүлдэг. Асар том бөгөөд өчүүхэн жижиг, маш хурдан бөгөөд ер бусын удаан байдаг ертөнцийн мөнх байдал, байнгын өөрчлөлтийг ойлгохын тулд оюутнуудад ертөнцийг физикчийн нүдээр харах боломжийг олгох ёстой. , энгийн бөгөөд ойлгоход хэцүү - хүний гүн гүнзгий сэтгэл ханамжийг өгдөг мэдлэгийг байнга хүсдэгийг мэдрэх, "шинжлэх ухааны эргэлзээ" гүнзгий туршлага, дэгжин, товч бөгөөд тодорхой байдлыг эрэлхийлэх танил бус замаар зоригтой хөдөлж буй жишээнүүдтэй танилцах. .

I. Багш аа.Биднийг оптик судалж эхлэхэд би "Гэрэл гэж юу вэ?" Та одоо яаж хариулах вэ? Өөрийн бодлоо нэг өгүүлбэрээр илэрхийлэхийг хичээ. "Гэрэл бол ..." гэсэн үгээр эхэл F.I. Тютчев "Дахин шуналтай нүдээр // Би амьдрал өгөх гэрлийг ууж байна" гэсэн мөрүүдийг бичсэн. Эдгээр мөрүүдийг физикийн үүднээс тайлбарлахыг хичээгээрэй. Яруу найрагт - Гомероос өнөөг хүртэл гэрлээр бий болсон мэдрэмжүүд үргэлж онцгой байр суурь эзэлсээр ирсэн. Ихэнхдээ яруу найрагчид гэрлийг онцгой гэрэлтдэг, гялалзсан шингэн гэж үздэг байв.

Гэрлийн тухай өнөөдрийн яриаг бүрэн дүүрэн болгохын тулд би С.И. Вавилова: "Хэзээ ч эцэс төгсгөлгүй, үнэний төлөөх тасралтгүй, ялалтын дайн нь маргаангүй үндэслэлтэй юм. Гэрлийн мөн чанарыг ойлгох замд хүн микроскоп, телескоп, зай хэмжигч, радио, рентген туяаг хүлээн авсан; Энэхүү судалгаа нь атомын цөмийн энергийг эзэмшихэд тусалсан. Үнэнийг эрэлхийлэхдээ хүн байгалийг эзэмших талбараа хязгааргүй өргөжүүлдэг. Энэ бол шинжлэх ухааны жинхэнэ даалгавар биш гэж үү? (минийхийг онцолж байна. – Э.У.)»

II. Багш аа.Физикийг судлах явцад бид олон онолуудтай танилцсан, тухайлбал, MCT, термодинамик, Максвеллийн цахилгаан соронзон орны онол гэх мэт. Өнөөдөр бид долгионы оптикийн судалгааг дуусгаж байна. Бид сэдвийн судалгааг нэгтгэн дүгнэж, магадгүй "Гэрэл гэж юу вэ?" Гэсэн асуултын эцсийн цэгийг тавих ёстой. Байгалийг ойлгох үйл явцад онолын гүйцэтгэх үүргийг харуулахын тулд долгионы оптикийн жишээг ашиглаж болох уу?

Онолын ач холбогдол нь олон үзэгдлийг тайлбарлах боломжийг олгодог төдийгүй шинэ, хараахан мэдэгдээгүй физик үзэгдлүүд, биетүүдийн шинж чанар, хэв маягийг урьдчилан таамаглах боломжийг олгодог гэдгийг санацгаая. Ийнхүү долгионы онол нь гэрлийн интерференц, дифракц, туйлшрал, хугарал, тархалт зэрэг үзэгдлүүдийг тайлбарлаж, "үзэгний үзүүрт нээлт" хийх боломжтой болсон. 1815 онд үл мэдэгдэх тэтгэвэрт гарсан инженер Августин Френел Парисын Шинжлэх Ухааны Академид дифракцийн үзэгдлийг тайлбарласан илтгэл тавьжээ. Ажлын дүн шинжилгээг алдартай эрдэмтэд - физикч Д.Араго, математикч С.Пуассон нарт даатгасан. Пуассон энэхүү бүтээлийг хүсэл тэмүүлэлтэйгээр уншиж байхдаа Френелийн дүгнэлтээс илт утгагүй зүйлийг олж мэдэв: хэрэв жижиг дугуй байг гэрлийн урсгалд байрлуулсан бол сүүдрийн голд гэрэл толбо гарч ирэх ёстой! Дараа нь юу болсон гэж та бодож байна вэ? Хэдэн өдрийн дараа Араго туршилт хийж Френелийн зөв болохыг олж мэдэв! Тиймээс 19-р зуун бол долгионы оптикийн ялалтын зуун юм.

Гэрэл гэж юу вэ? Гэрэл бол цахилгаан соронзон хөндлөн долгион юм.

Гэрлийн болон цахилгаан соронзон долгионы шинж чанартай холбоотой физикийн томоохон хэсгийг судалж дуусгасны дараа би "Цахилгаан соронзон долгион" туршилтын даалгаврыг бие даан гүйцэтгэхийг санал болгож байна (Хавсралт 1-ийг үзнэ үү). Бид гүйцэтгэлийг урд талаас нь шалгадаг.

III. Багш аа. 1900 оны өмнөхөн Лондонгийн сонинууд ингэж бичжээ: "Лондонгийн гудамжинд бүдэгхэн тосон аяганы оронд тод гэрлийн чийдэнгийн баярын гэрэлтүүлгийг асаахад таксинууд Флит гудамжинд байрлах эртний барилга руу ар араасаа цувж байв. Өргөн, тод гэрэлтэй шатаар дээл өмссөн нэр хүндтэй ноёд танхим руу гарав. Дараа нь Лондонгийн Хатан хааны нийгэмлэгийн гишүүд дараагийн уулзалтаа хийхээр цугларав. Өндөр, буурал үстэй, өтгөн сахалтай, сэр Уильям Томсон (та түүний физикийн салбарт гаргасан амжилтын талаар мэдэх үү? - Э.У.), найман жилийн өмнө хатан хаан Викториягийн гараас үе тэнгийн болон Лорд Келвин цол олгосон (энэ нэр танд танил уу? - Э.У.), одоо тус нийгэмлэгийн ерөнхийлөгч шинэ жилийн үгээ эхлэв. 19-р зууны агуу физикч өнгөрсөн зуунд олсон амжилтыг тэмдэглэж, одоо байгаа хүмүүсийн гавьяаг жагсаан...

Цугларсан хүмүүс сайшаан толгой дохив. Даруу байхын тулд тэд сайн ажилласан. Сэр Уильям физикийн том барилга баригдсан, зөвхөн жижигхэн өнгөлгөөний ажил л үлдсэн гэж хэлэх нь зөв байсан.

Үнэн (Лорд Келвин яриагаа хэсэг зуур таслав), физикийн үүлгүй тэнгэрийн хаяанд хоёр жижиг үүл, сонгодог физикийн үүднээс тайлбараа хараахан олоогүй хоёр асуудал бий... Гэвч эдгээр үзэгдлүүд түр зуурын бөгөөд түр зуурынх юм. Өндөр нуруутай эртний сандал дээр тайван суусан ноёд инээмсэглэв. Бидний юу ярьж байгааг бүгд мэдэж байсан:

1) сонгодог физик нь дэлхийн хөдөлгөөний гэрлийн хурдад үзүүлэх нөлөөг тодорхойлоогүй Мишельсоны туршилтыг тайлбарлаж чадаагүй юм. Бүх лавлагааны системд (дэлхийтэй харьцуулахад хөдөлж, тайван байдалд байгаа) гэрлийн хурд ижил байна - 300,000 км / с;

2) сонгодог физик нь туршилтаар олж авсан хар биеийн цацрагийн графикийг тайлбарлаж чадаагүй юм.

Удалгүй эдгээр үүлнээс ямар аянга буухыг сэр Уильям төсөөлж ч чадахгүй байв! Урагшаа хараад би хэлэх болно: эхний асуудлын шийдэл нь орон зай, цаг хугацааны талаархи сонгодог санааг дахин хянаж, харьцангуйн онолыг бий болгоход хүргэнэ; хоёр дахь асуудлын шийдэл нь шинэ онолыг бий болгоход хүргэнэ. - квант. Энэ бол өнөөдрийн хичээлээр хэлэлцэх хоёр дахь асуудлын шийдэл юм!

IV. (Оюутнууд дэвтэртээ тэмдэглэл хийдэг: Огноо Хичээлийн дугаар Хичээлийн сэдэв: “Квантын физикийн үүсэл”.) 19-20-р зууны зааг дээр. Физикт нэн даруй шийдвэрлэх шаардлагатай нэгэн асуудал гарч ирэв: туйлын хар биеийн цацрагийн графикийн онолын тайлбар. Төгс хар бие гэж юу вэ? ( Оюутнуудын таамаглал. “Дулааны цацраг” видео клипийн үзүүлбэр .)

Багш аа."Бүрэн хар бие гэдэг нь цацрагийн урсгалыг бүхэлд нь, ямар ч долгионы урттай (ямар ч давтамж) цахилгаан соронзон долгионыг тусгалгүйгээр шингээх чадвартай бие юм" гэж бич.

Гэхдээ туйлын хар бие нь өөр нэг онцлогтой. Хар арьстай хүмүүс яагаад экваторын бүс нутагт амьдардагийг санаж байна уу? "Хар бие нь халсан тохиолдолд бусад биеэс илүү гэрэлтэх болно, өөрөөр хэлбэл бүх давтамжийн мужид энерги ялгаруулдаг" гэж тэмдэглэлийн дэвтэртээ бич.

Эрдэмтэд бүрэн хар биетийн цацрагийн спектрийг туршилтаар тогтоожээ. ( График зурдаг.) Рν - эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягт - нэгж давтамжийн интервал дахь биеийн нэгж гадаргуугаас нэгж хугацаанд ялгарах цахилгаан соронзон цацрагийн энерги. Максвеллийн цахилгаан соронзон орны онол нь цахилгаан соронзон долгион оршин тогтнохыг урьдчилан таамаглаж байсан боловч энэ онолын үндсэн дээр байгуулагдсан онолын хар биеийн цацрагийн муруй нь өндөр давтамжийн муж дахь туршилтын муруйтай зөрж байсан. Тухайн үеийн шилдэг оюун ухаантнууд энэ асуудал дээр ажиллаж байсан: Английн лорд Рэйли, Ж.Жинс, германчууд П.Кирхгоф, В.Виен, Москвагийн профессор В.А. Михельсон. Юу ч болсонгүй!

Одоогийн нөхцөл байдлаас гарах арга замыг санал болго. Онолын муруй нь туршилтын муруйгаас ялгаатай. Хэрхэн байх, юу хийх вэ? ( Оюутнууд таамаглал дэвшүүлдэг: туршилтыг илүү болгоомжтой хийх - тэд хийсэн, үр дүн нь адилхан; онолыг өөрчлөх - гэхдээ энэ бол гамшиг, олон мянган жилийн туршид бий болсон сонгодог физикийн суурь бүхэлдээ сүйрсэн!) Физикт үүссэн нөхцөл байдлыг нэрлэсэн хэт ягаан туяаны гамшиг.

Бичнэ үү: "Сонгодог физикийн аргууд нь өндөр давтамжийн бүсэд бүрэн хар биетийн цацрагийг тайлбарлахад хангалтгүй байсан - энэ нь "хэт ягаан туяаны сүйрэл" байсан.

Яагаад энэ хямралыг нэрлэснийг хэн тааж чадах вэ хэт ягаан туяаны сүйрэл,мөн хэт улаан туяа эсвэл ягаан биш үү? Физикт хямрал үүсэв! Грек үг κρίση [ хямрал] нь нэг тогтвортой төлөвөөс нөгөөд шилжих хүнд хэцүү үеийг илэрхийлнэ. Асуудлыг шийдэх ёстой байсан бөгөөд яаралтай шийдэх хэрэгтэй!

В.Багш аа.Гэх мэтчилэн 1900 оны 10-р сарын 19-нд Физик нийгэмлэгийн хурал дээр Германы эрдэмтэн М.Планк үнэмлэхүй хар биеийн цацрагийг тооцоолох томъёог ашиглахыг санал болгов. E = hν. Планкийн найз, хамтран зүтгэгч Хайнрих Рубенс шөнөжин ширээнийхээ ард суугаад өөрийн хэмжилтийг Планкийн томъёогоор өгсөн үр дүнтэй харьцуулж, гайхсан: түүний найзын томъёо нь туйлын хар биений цацрагийн спектрийг хамгийн жижиг нарийн ширийн зүйл хүртэл дүрсэлсэн! Тиймээс, Планкийн томъёолол нь "хэт ягаан туяаны сүйрлийг" арилгасан, гэхдээ ямар үнээр! Планк тогтсон үзэл бодлын эсрэгээр бодисын атомуудын цацрагийн энерги ялгарах нь салангид, өөрөөр хэлбэл хэсэгчлэн квантаар явагддаг гэж үзэхийг санал болгов. "Квант" ( тоо хэмжээ) Латин хэлнээс орчуулбал зүгээр л гэсэн үг тоо хэмжээ .

"Дискрет" гэж юу гэсэн үг вэ? Бодлын туршилт хийцгээе. Таны гарт сав дүүрэн ус байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Хагасыг нь цутгах боломжтой юу? Нэг балгавал ямар вэ? Тэгээд бүр бага уу? Зарчмын хувьд усны массыг дур мэдэн бага хэмжээгээр багасгах эсвэл нэмэгдүүлэх боломжтой. Одоо бидний гарт тус бүр нь 100 гр хэмжээтэй хүүхдийн шоо хайрцагтай байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Жишээлбэл, 370 г-ыг багасгах боломжтой юу? Үгүй! Та кубыг эвдэж чадахгүй! Тиймээс хайрцагны масс нь зөвхөн 100 граммаар үржсэн хэсгүүдэд салангид байдлаар өөрчлөгдөж болно! Хайрцагны массыг өөрчлөх боломжтой хамгийн бага хэмжээг дуудаж болно хэсэг,эсвэл массын квант.

Ийнхүү халсан хар биеэс эрчим хүчний тасралтгүй урсгал нь тусдаа хэсгүүдийн "пулемётын тэсрэлт" - энергийн квант болж хувирав. Энэ нь онцгой зүйл биш юм шиг санагдах болно. Гэвч үнэн хэрэгтээ энэ нь сонгодог физикийн маш сайн баригдсан барилгыг бүхэлд нь устгах гэсэн үг юм, учир нь тасралтгүй байх зарчим дээр суурилсан үндсэн суурь хуулиудын оронд Планк салангид байдлын зарчмыг санал болгосон. Планк өөрөө салангид байх санаанд дургүй байв. Тэрээр онолыг сонгодог физикийн хүрээнд бүхэлд нь багтаахаар томъёолохыг эрэлхийлсэн.

Харин ч эсрэгээрээ сонгодог үзэл бодлын хил хязгаараас илүү шийдэмгий гарсан хүн байсан. Энэ хүн бол А.Эйнштейн байв. Эйнштейний үзэл бодлын хувьсгалт мөн чанарыг ойлгохын тулд би зөвхөн Планкийн санааг ашиглан лазерын онол (квант генератор) болон атомын энергийг ашиглах зарчмыг бий болгосон гэдгийг л хэлье.

Академич С.И. Удаан хугацааны турш Вавилов гэрлийг квант бодис гэж үзэхэд дасаж чадаагүй ч тэрээр энэхүү таамаглалыг шүтэн бишрэгч болж, квантыг ажиглах аргыг хүртэл гаргаж ирэв. Тэрээр нүд нь ногоон гэрлийн 52 квантаас үүссэн гэрэлтүүлгийг ялгах чадвартай гэж тооцоолжээ.

Тиймээс, Планкийн хэлснээр гэрэл бол ... ( оюутны мэдэгдэл).

VI. Багш аа.Планкийн таамаглал нь гэрлийн мөн чанарын тухай аль хэдийн мэдэгдэж байсан таамаглалыг танд сануулахгүй байна гэж үү? Сэр Исаак Ньютон гэрлийг өчүүхэн жижиг хэсгүүд буюу корпускулуудаас тогтдог гэж үзэхийг санал болгов. Аливаа гэрэлтэгч бие нь тэдгээрийг бүх чиглэлд цацруулдаг. Тэд шулуун шугамаар нисдэг бөгөөд хэрэв тэд бидний нүдийг цохивол бид тэдний эх үүсвэрийг хардаг. Өнгө бүр нь өөрийн биетэй тохирч байдаг бөгөөд тэдгээр нь өөр өөр масстай байдгаараа ялгаатай байдаг. Корпускулын хосолсон урсгал нь цагаан гэрлийг үүсгэдэг.

Исаак Ньютоны үед физикийг байгалийн философи гэж нэрлэдэг байв. Яагаад? Диалектикийн үндсэн хуулиудын нэг болох үгүйсгэхийг үгүйсгэх хуулийг уншина уу (Хавсралт 2-ыг үзнэ үү). Гэрлийн мөн чанарын тухай асуултанд үүнийг хэрэглэж үзээрэй. ( Оюутнуудын үндэслэл.)

Тиймээс М.Планкийн таамаглалаар гэрэл нь бөөмс, корпускул, квантуудын урсгал бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь энергитэй байдаг. E = hν. Энэ томъёонд дүн шинжилгээ хийнэ үү: ν гэж юу вэ? юу болов h (Сурагчдын нэг нь үүнийг Планкийн нэрээр нэрлэгдсэн тогтмол зүйл гэж хэлэх нь гарцаагүй)? Планкийн тогтмолын нэгж хэд вэ? тогтмолын утга хэд вэ ( физик тогтмолуудын хүснэгттэй ажиллах)? Планкийн тогтмолыг юу гэж нэрлэдэг вэ? Планкийн тогтмолын физик утга нь юу вэ?

Планкийн томъёоны гоо үзэсгэлэнг үнэлэхийн тулд асуудалд хандъя ... биологи. Би оюутнуудыг биологийн салбарын асуултуудад хариулахыг урьж байна (Хавсралт 3).

Харааны механизм.Алсын хараагаар дамжуулан бид дэлхийн талаарх мэдээллийн 90 орчим хувийг хүлээн авдаг. Тиймээс алсын харааны механизмын тухай асуулт үргэлж хүмүүсийн сонирхлыг татсаар ирсэн. Яагаад хүний нүд, үнэндээ дэлхийн ихэнх оршин суугчид байгальд байдаг цахилгаан соронзон цацрагийн спектрээс зөвхөн бага хэмжээний долгионыг мэдэрдэг вэ? Хэрэв хүн хэт улаан туяаны хараатай бол, жишээлбэл, нүхэн могой шиг байвал яах вэ?

Шөнөдөө бид өдрийн адил бүх органик биетүүдийг харах болно, учир нь тэдгээрийн температур нь амьгүй биетүүдийн температураас ялгаатай байдаг. Гэхдээ бидний хувьд ийм цацрагийн хамгийн хүчирхэг эх үүсвэр нь бидний бие байх болно. Хэрэв нүд хэт улаан туяанд мэдрэмтгий бол нарны гэрэл бидний хувьд өөрийн цацрагийн дэвсгэр дээр зүгээр л алга болно. Бид юу ч харахгүй, нүд нь ашиггүй болно.

Яагаад бидний нүд хэт улаан туяанд хариу үйлдэл үзүүлэхгүй байна вэ? Хэт улаан туяаны болон үзэгдэх гэрлийн квантуудын энергийг томъёогоор тооцоолъё.

IR квантуудын энерги нь харагдах гэрлийн квантуудын энергиээс бага байна. Хэд хэдэн квантууд нэг квантаас давсан үйлдлийг үүсгэхийн тулд "нийлж" чадахгүй - бичил ертөнцөд квант ба бөөмсийн хооронд ганцаарчилсан харилцан үйлчлэл байдаг. Зөвхөн хэт улаан туяанаас их энергитэй харагдахуйц гэрлийн квант нь родопсины молекул, өөрөөр хэлбэл торлог бүрхэвчинд урвал үүсгэж болно. Нүдний торлог бүрхэвчинд харагдахуйц гэрлийн квант нөлөөг теннисний бөмбөгний цохилттой харьцуулж болох бөгөөд энэ нь олон давхар байшинг хөдөлгөжээ. (Нүдний торлог бүрхэвчийн мэдрэмж маш өндөр байна!)

Нүд яагаад хэт ягаан туяанд хариу үйлдэл үзүүлэхгүй байна вэ? Хэт ягаан туяаны цацраг нь нүдэнд үл үзэгдэх боловч хэт ягаан туяаны квантуудын энерги нь харагдах гэрлийн квантуудаас хамаагүй их байдаг. Нүдний торлог бүрхэвч нь хэт ягаан туяанд мэдрэмтгий байдаг, гэхдээ тэдгээр нь линзээр шингэдэг, эс тэгвээс тэдгээр нь хор хөнөөлтэй нөлөө үзүүлэх болно.

Хувьслын явцад амьд организмын нүд нь дэлхий дээрх хамгийн хүчирхэг эх үүсвэр болох нарны цацрагийн энергийг, мөн дэлхий дээр туссан нарны цацрагийн хамгийн их энергийг бүрдүүлдэг долгионыг мэдрэхэд дасан зохицсон.

Фотосинтез.Ногоон ургамалд бүх амьд биетүүд амьсгалах, хооллох хүчилтөрөгч авах үйл явц нэг секунд ч зогсдоггүй. Энэ бол фотосинтез юм. Навч нь түүний эсэд хлорофилл агуулагддаг тул ногоон өнгөтэй байдаг. Фотосинтезийн урвал нь спектрийн улаан-ягаан хэсэгт цацрагийн нөлөөн дор явагддаг бөгөөд спектрийн ногоон хэсэгт тохирох давтамжтай долгионууд тусдаг тул навчнууд нь ногоон өнгөтэй байдаг.

Хлорофилл молекулууд нь гэрлийн энергийг органик бодисын энерги болгон хувиргах өвөрмөц үйл явцыг хариуцдаг. Энэ нь хлорофилл молекулын квант гэрлийг шингээхээс эхэлдэг. Квантын гэрлийг шингээх нь олон нэгжийг багтаасан фотосинтезийн химийн урвалд хүргэдэг.

Өдөржингөө хлорофилийн молекулууд квант хүлээн авсны дараа түүний энергийг ашиглаж, электроны боломжит энерги болгон хувиргадаг тул "завгүй" байдаг. Тэдний үйлдлийг бөмбөгийг шатаар дээш өргөх механизмын үйлдэлтэй харьцуулж болно. Алхам доошоо өнхрөхөд бөмбөг эрчим хүчээ алддаг боловч алга болохгүй, харин фотосинтезийн явцад үүссэн бодисын дотоод энерги болж хувирдаг.

Хлорофилл молекулууд зөвхөн өдрийн цагаар, харагдахуйц гэрэл тусах үед л "ажилладаг". Шөнийн цагаар тэд цахилгаан соронзон цацрагийн хомсдол байхгүй ч "амарч" байдаг: дэлхий болон ургамал нь хэт улаан туяаны гэрлийг ялгаруулдаг боловч энэ муж дахь квантуудын энерги нь фотосинтезд шаардагдах хэмжээнээс бага байдаг. Хувьслын явцад ургамал дэлхий дээрх хамгийн хүчирхэг эрчим хүчний эх үүсвэр болох Нарны энергийг хуримтлуулахад дасан зохицсон.

Удамшил.(Оюутнууд Хавсралт 3-ын “Удамшил” картын 1-3 асуултанд хариулна.). Организмын удамшлын шинж чанарууд нь ДНХ-ийн молекулуудад кодлогдсон байдаг ба матриц хэлбэрээр үеэс үед дамждаг. Мутаци хэрхэн үүсгэх вэ? Ямар цацрагийн нөлөөн дор мутацийн процесс явагддаг вэ?

Нэг мутаци үүсгэхийн тулд ДНХ-ийн генийн зарим хэсгийн бүтцийг өөрчлөхөд хангалттай хэмжээний энергийг ДНХ молекулд өгөх шаардлагатай. Биологичдын хэлснээр γ-квант ба рентген туяа нь өндөр мутаген- тэдгээрийн квантууд нь ДНХ-ийн хэсгийн бүтцийг өөрчлөхөд хангалттай энергийг агуулдаг. IR цацраг, ийм үйлдэл хийх боломжгүй юм шиг байна, тэдний давтамж, тиймээс эрчим хүч нь хэтэрхий бага байна. Хэрэв цахилгаан соронзон орны энергийг хэсэгчлэн биш, харин тасралтгүй шингээж авбал эдгээр цацрагууд нь ДНХ-д нөлөөлөх боломжтой болно, учир нь түүний нөхөн үржихүйн эсүүдтэй холбоотойгоор организм өөрөө хамгийн ойр, хамгийн хүчирхэг, байнгын үйл ажиллагаатай байдаг. цацраг.

30-аад оны эхээр. XX зуун Квант механикийн амжилтын ачаар физикчид ийм хүчийг мэдэрч, амьдрал өөрөө эргэж ирэв. Генетикийн хувьд ижил төстэй зүйл олон байсан. Биологичид нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих боломжтой салангид хуваагдашгүй бөөмс буюу генийг олж илрүүлжээ. Генийн тохиргооны өөрчлөлт нь мутаци үүсгэдэг хромосомын өөрчлөлттэй холбоотой бөгөөд үүнийг квант ойлголтын үндсэн дээр тайлбарлах боломжтой болсон. Молекул биологийг үндэслэгчдийн нэг нь нян ба бактериофагийн мутацийн үйл явцын чиглэлээр судалгаа хийж Нобелийн шагнал хүртсэн Германы онолын физикч М.Делбрюк юм. 1944 онд физикч Э.Шредингерийн “Амьдрал гэж юу вэ?” хэмээх богино хэмжээний ном хэвлэгджээ. Энэ нь генетикийн үндсийг тодорхой бөгөөд товч танилцуулж, генетик ба квант механикийн хоорондын холбоог илчилсэн. Энэхүү ном нь физикчдийн ген рүү дайрахад түлхэц өгсөн юм. Америкийн физикч Ж.Уотсон, Ф.Крик, М.Уилкинс нарын ажлын ачаар биологичид хамгийн үндсэн “амьд” молекул болох ДНХ хэрхэн “бүтэцтэй” болохыг олж мэдсэн. Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээ нь үүнийг харах боломжтой болгосон.

VII. Багш аа.Би асуулт руу буцаж байна: гэрэл гэж юу вэ? ( Оюутны хариулт.) Физик нь гэрлийн долгион гэсэн санааг үгүйсгэж, Ньютоны гэрлийн бөөмс - корпускул руу буцаж очсон юм болов уу? Үгүй! Гэрлийн долгионы онолын өвийг бүхэлд нь арилгах боломжгүй юм! Эцсийн эцэст дифракц, интерференц болон бусад олон үзэгдлүүд эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан бөгөөд энэ нь гэрлийг долгион гэдгийг туршилтаар баталж байна. Би юу хийх хэрэгтэй вэ? ( Оюутнуудын таамаглал.)

Зөвхөн нэг л зүйл үлдлээ: долгионыг бөөмстэй ямар нэгэн байдлаар нэгтгэх. Гэрэл нь долгионы шинж чанарыг харуулдаг үзэгдлийн нэг тойрог, гэрлийн корпускуляр мөн чанар нь нэгдүгээрт ордог өөр нэг тойрог байдгийг хүлээн зөвшөөр. Өөрөөр хэлбэл - үүнийг бичээрэй! - гэрэлтэй квант долгионы хоёрдмол байдал! Энэ бол гэрлийн хоёрдмол шинж чанар юм. Физикчдэд өнөөг хүртэл нийцэхгүй байсан хоёр санааг нэгтгэх нь маш хэцүү байсан. Бөөм бол хатуу, өөрчлөгддөггүй, тодорхой хэмжээтэй, орон зайд хязгаарлагдмал зүйл юм. Долгион гэдэг нь тодорхой хил хязгааргүй, тогтворгүй, шингэн зүйл юм. Эдгээр санаанууд нь долгионы багц гэсэн ойлголтыг ашиглан холбогдсон нь тодорхой юм. Энэ бол хоёр төгсгөлд нь "таслагдсан" давалгаа, эс тэгвээс сансар огторгуйг бүхэлд нь туулж буй бөөн долгионтой адил зүйл юм. Нэвчилт нь орж ирж буй орчноос хамаарч агшиж, сунах боломжтой. Энэ нь нисдэг рашаантай төстэй юм.

Гэрэл нэг орчноос нөгөөд шилжихэд долгионы багцын ямар шинж чанар өөрчлөгдөх вэ? ( Оюутны хариулт.)

1927 онд Америкийн физикч Льюис энэ долгионы пакет гэж нэрлэхийг санал болгов фотон(Грек хэлнээс φωτóς [phos, photos] - ). Фотон гэж юу вэ? ( Сурагчид сурах бичигтэй ажиллаж, дүгнэлт гаргадаг.)

Дүгнэлт.Фотон гэдэг нь: цахилгаан соронзон цацрагийн квант; массгүй бөөмс; амарч байгаа фотон байхгүй; гэрлийн хурдаар вакуумд хөдөлж буй бөөмс. в= 3 10 8 м/с нь нэг бүхэл бөгөөд хуваагдашгүй, фотоны бутархай хэсэг байх боломжгүй; энергитэй бөөмс E = hν, хаана h= 6.63 · 10 -34 J · s; ν нь гэрлийн давтамж, импульс бүхий бөөмс нь цахилгаан саармаг бөөмс юм.

Дэлхий ертөнц нь материтай харилцан үйлчлэлцэхийг авч үзэх хүртэл гэрэл ихэвчлэн долгионы шинж чанарыг харуулдаг байдлаар бүтэцлэгдсэн байдаг. Мөн атом хоорондын холбоо, дамжуулах үйл явц, цахилгаан эсэргүүцэл гэх мэт шинж чанарыг авч үзэх хүртэл матери бидний өмнө корпускуляр хэлбэрээр гарч ирдэг. Гэвч бидний цаг мөч бүрт ямар байр суурьтай байгаагаас үл хамааран микро бөөм нь хоёулаа шинж чанартай байдаг.

Квантын онол, ялангуяа гэрлийн квант онолыг бий болгох үйл явц нь гүн гүнзгий диалектик юм. Хуучин, сонгодог механик, оптикийн санаа, дүр төрх, шинэ санаануудаар баяжуулж, физик бодит байдалд бүтээлчээр хэрэглэгдэж байсан нь эцсийн дүндээ цоо шинэ физик онолыг бий болгосон.

Дасгал хийх: Эсрэг талуудын нэгдэл, тэмцлийн философийн хуулийг уншиж, гэрлийн хоёр онол болох гэрлийн долгион ба квант онолын талаар дүгнэлт гарга.

VIII. Багш аа. 1924 онд Францын физикч Луи де Бройль (цэргийн радиотелеграфын оператор асан) атомын бөөмсийн хөдөлгөөний мөн чанарын тухай тэр үеийн зоригтой физикчдийн хувьд ч гэсэн туйлын парадоксик санааг илэрхийлжээ. Де Бройль электрон болон бусад бөөмсийн шинж чанар нь зарчмын хувьд квантуудын шинж чанараас ялгаагүй гэж үзсэн! Үүнээс үзэхэд электронууд болон бусад хэсгүүд нь долгионы шинж чанартай байх ёстой бөгөөд жишээлбэл, электрон дифракцийг ажиглах ёстой. 1927 онд бие биенээсээ үл хамааран Америкийн физикчид К.-Ж. Дэвиссон ба Л.Гермер, Зөвлөлтийн физикч П.С. Тартаковский, Английн физикч Ж.-П. Томсон. Де Бройлийн долгионы уртыг дараах томъёогоор тооцоолно.

Де Бройль долгионы уртыг тооцоолох асуудлыг шийдье (Хавсралт 4).

Тооцооллын дагуу валентийн электрон атомын дотор 0.01 хурдтайгаар хөдөлдөг -тай, ионы болор торонд ~10 -10 м долгионы урттай долгион хэлбэрээр дифракц хийх ба 500 м/с орчим хурдтай нисч буй сумны долгионы урт 10 -34 м орчим байдаг.Ийм жижиг долгионы уртыг бүртгэх боломжгүй. ямар ч байдлаар, тиймээс сум нь жинхэнэ бөөмс шиг ажилладаг.

Шинжлэх ухааны эхэн үеэс эхэлж байсан материйн салангид байдал ба тасралтгүй байдлын үзэл санааны хоорондох тэмцэл нь анхан шатны бөөмсийн хос шинж чанарын талаархи үзэл баримтлалд хоёр санааг нэгтгэснээр дууссан. Электронуудын долгионы шинж чанарыг ашигласнаар микроскопын нарийвчлалыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой болсон. Электроны долгионы урт нь хурд, улмаар электронуудыг хурдасгах хүчдэлээс хамаарна (Хавсралт 4 дэх 5-р асуудлыг үзнэ үү). Ихэнх электрон микроскопуудад де Бройлийн долгионы урт нь гэрлийн долгионы уртаас хэдэн зуу дахин бага байдаг. Нэг молекул хүртэл жижиг биетүүдийг харах боломжтой болсон.

Квантын физикийн агуу байгууламжийн үндэс болсон долгионы механик үүссэн. Де Бройль гэрлийн интерференц ба дифракцийн онолын үндэс суурийг тавьж, Планкийн томьёоны шинэ гарал үүслийг гаргаж, бөөмсийн хөдөлгөөн ба тэдгээртэй холбоотой долгионы хооронд гүн уялдаа холбоог тогтоожээ.

Аливаа онолыг судлахдаа бид энэ онолын хэрэглээний хязгаарыг үргэлж тэмдэглэдэг. Квантын онолын хэрэглээний хязгаар хараахан тогтоогдоогүй байгаа боловч хэмжих хэрэгслээр бие даасан квантуудыг (энерги) бүртгэх боломжтой болгох үед орон зайн жижиг бүс нутаг, цахилгаан соронзон долгионы өндөр давтамж дахь бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөнийг тодорхойлохын тулд түүний хуулиудыг ашиглах ёстой. ~10 -16 J). Иймд квантуудын энерги нь дээр тогтоосон хязгаараас хоёр дахин их байдаг бодис ба рентген цацрагийн харилцан үйлчлэлийг тайлбарлахын тулд квант физикийн хуулиудыг хэрэглэх, мөн шинж чанарыг тодорхойлох шаардлагатай. радио долгион, сонгодог электродинамикийн хуулиуд хангалттай. Квантын онолын гол “турших газар” нь атом ба атомын цөмийн физик гэдгийг санах хэрэгтэй.

Өнөөдрийн хичээлээ дуусгаад би танаас дахин нэг асуулт асууж байна: гэрэл гэж юу вэ? ( Оюутны хариулт.)

Уран зохиол

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физик. 11-р анги: боловсролын. ерөнхий боловсролын байгууллагуудад: үндсэн ба мэргэжлийн. түвшин. М.: Боловсрол, 2009 он.
Олон нийтийн боловсролын видео нэвтэрхий толь. Леннаучфильм. "Кварт" видео студи. [Цахим нөөц] Кассет No2 “Дулааны цацраг”.
Томилин А.Н. Гарал үүслийг хайхад: шинжлэх ухаан-поп. хэвлэл. Л .: Дет. уран зохиол, 1990.
Квант механик. Квант электродинамик // Нэвтрүүлэг. sl. залуу физикч / Comp. В.А. Чуянов. М .: Сурган хүмүүжүүлэх ухаан, 1984.
Koltun M. Физикийн ертөнц. М .: Дет. уран зохиол, 1984.
Солопов Е.Ф. Философи: сурах бичиг. оюутнуудад зориулсан тусламж илүү өндөр сурах бичиг байгууллагууд. М .: Владос, 2003 он.
Ильченко В.Р. Физик, хими, биологийн уулзвар: ном. оюутнуудад зориулсан. М.: Боловсрол, 1986 он.
Катз Ц.Б. Физикийн хичээл дэх биофизик: ном. багшийн хувьд. М.: Боловсрол, 1988 он.

Елена Степановна Увицкая- нэрэмжит Тула улсын сурган хүмүүжүүлэх дээд сургуулийг төгссөн дээд зэрэглэлийн физикийн багш. Л.Н. Толстой 1977 онд Уралын жижиг аж үйлдвэрийн Лысва хотод томилогдон ажиллаж байгаа юм. ОХУ-ын ерөнхий боловсролын гавьяат ажилтан, физик, математикийн багш нарын Бүх Оросын уралдааны ялагч (Династ сан). Төгсөгчид олон жилийн турш Улсын нэгдсэн шалгалтыг амжилттай өгч, Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Пермийн их дээд сургуульд элсэн суралцаж байна. Нэгэн удаа Маргад таблетын тухай уншсаны дараа би домогт Гермесийн санааны өнөөгийн хамаарлыг гайхшруулсан: манай орчлон ертөнц дэх бүх зүйл, объект, үйл явц нь бие биенийхээ онцлог шинж чанарыг агуулдаг. Тэр цагаас хойш тэрээр физик, биологи, физик-математик, физик ба уран зохиол, одоо физик, англи хэл гэсэн салбар хоорондын холбоо, аналоги судлалд ихээхэн анхаарал хандуулж байна. Тэрээр оюутнуудтай, ялангуяа бага сургуульд шинжлэх ухааны ажил эрхэлдэг: цахилгаан хаана амьдардаг вэ? Энгийн ус яагаад ийм ер бусын байдаг вэ? Оддын нууцлаг ертөнц гэж юу вэ? Энэ гэр бүл хоёр хүүтэй бөгөөд хоёулаа Пермийн улсын техникийн их сургуулийг төгссөн. Бага нь инженер, ахмад нь каратэ-догийн багш, хар бүстэй, хоёрдугаар дан, ОХУ-ын олон удаагийн аварга, Японд болсон дэлхийн аварга шалгаруулах тэмцээнд оролцсон. Цахилгааны инженер нөхрийнхөө тусламжгүйгээр туршилт хийх, хийх, шинэ төхөөрөмж бүтээх, амьдралын янз бүрийн нөхцөл байдалд туслах зөвлөгөө, дэмжлэггүйгээр багшийн амжилт боломжгүй байх байсан.

Бүх өргөдлийг өгөгдсөн. – Эд.

Максвеллийн онолын гүйцэтгэсэн үүргийг нэрт физикч Роберт Фейнман хамгийн сайн илэрхийлсэн байдаг: “Хүн төрөлхтний түүхэнд (хэрэв бид 10,000 жилийн дараа гэхэд) 19-р зууны хамгийн чухал үйл явдал бол Максвеллийн нээсэн явдал байх нь дамжиггүй. электродинамикийн хуулиуд. Шинжлэх ухааны энэхүү чухал нээлтийн цаана мөн л арван жилд болох Америкийн иргэний дайн нь мужийн жижиг үйл явдал шиг харагдах болно."

Планк хүмүүнлэгийн ухаан эсвэл физикийн мэргэжлийг сонгох уу гэж удаан эргэлзэв. Планкийн бүх бүтээлүүд нигүүлсэл, гоо үзэсгэлэнгээр ялгагдана. А.Эйнштейн тэдний тухай: “Түүний бүтээлүүдийг судлахад уран бүтээлчийн шаардлага бол түүний бүтээлч байдлын гол булгийн нэг юм шиг сэтгэгдэл төрдөг” гэж бичжээ.

Квантын онол үүсч хөгжсөнөөр материйн бүтэц, хөдөлгөөн, учир шалтгааны холбоо, орон зай, цаг хугацаа, танин мэдэхүйн шинж чанар гэх мэт сонгодог үзэл санааг өөрчлөхөд хүргэсэн нь дэлхийн дүр төрхийг эрс өөрчлөхөд хувь нэмэр оруулсан. Материаллаг бөөмийн тухай сонгодог ойлголт нь түүнийг хүрээлэн буй орчноос эрс салгах, өөрийн хөдөлгөөн, орон зай дахь байрлалыг эзэмшсэнээр тодорхойлогддог. Квантын онолд бөөмсийг координат, импульс хоёуланг нь агуулаагүй системийн функциональ хэсэг болгон төлөөлж эхэлсэн. Сонгодог онолд хөдөлгөөнийг тодорхой траекторийн дагуу өөртэйгөө ижил хэвээр байгаа бөөмсийг шилжүүлэх гэж үздэг. Бөөмийн хөдөлгөөний хоёрдмол шинж чанар нь хөдөлгөөний ийм дүрслэлээс татгалзах шаардлагатай болсон. Сонгодог (динамик) детерминизм нь магадлалын (статистик) детерминизмд байр сууриа тавьж өгсөн. Хэрэв өмнө нь бүхэл бүтэн нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлбэр гэж ойлгогддог байсан бол квант онол нь бөөмийн шинж чанар нь түүний орсон системээс хамааралтай болохыг илрүүлсэн. Танин мэдэхүйн үйл явцын сонгодог ойлголт нь материаллаг объектын тухай мэдлэгтэй холбоотой байв. Квантын онол нь объектын талаарх мэдлэг нь судалгааны процедураас хамааралтай болохыг харуулсан. Хэрэв сонгодог онол нь бүрэн бүтэн гэж мэдэгдэж байсан бол квант онол анхнаасаа бүрэн бус, олон тооны таамаглал дээр үндэслэсэн бөгөөд тэдгээрийн утга нь эхэндээ тодорхойгүй байсан тул түүний үндсэн заалтууд өөр өөр тайлбар, өөр тайлбарыг хүлээн авсан. .
Бичил бөөмсийн хоёрдмол байдлын физик утгын талаар санал зөрөлдөөн гарч ирэв. Де Бройль анх туршилтын долгионы тухай ойлголтыг дэвшүүлсэн бөгөөд үүний дагуу долгион ба бөөмс зэрэгцэн оршдог, долгион нь бөөмийг удирддаг. Тогтвортой байдлаа хадгалж байдаг бодит материаллаг тогтоц нь бөөмс юм, учир нь энэ нь энерги, эрч хүчтэй байдаг. Бөөмийг зөөх долгион нь бөөмийн хөдөлгөөний мөн чанарыг хянадаг. Орон зайн цэг бүрийн долгионы далайц нь энэ цэгийн ойролцоо бөөмсийг нутагшуулах магадлалыг тодорхойлдог. Шредингер бөөмийн хоёрдмол байдлын асуудлыг арилгах замаар үндсэндээ шийддэг. Түүний хувьд бөөмс нь цэвэр долгион үүсэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Өөрөөр хэлбэл, бөөмс нь долгионы хамгийн их энерги төвлөрсөн долгионы байрлал юм. Де Бройль, Шредингер нарын тайлбар нь үндсэндээ сонгодог физикийн үзэл санааны дагуу харааны загвар бүтээх оролдлого байв. Гэсэн хэдий ч энэ нь боломжгүй зүйл болж хувирав.
Хейзенберг физикт зөвхөн хэмжилт дээр үндэслэсэн ойлголт, хэмжигдэхүүнийг ашиглах ёстой гэсэн үндэслэлээр (өмнөхөд үзүүлсэн шиг) квант онолын тайлбарыг санал болгосон. Тиймээс Гейзенберг атом дахь электрон хөдөлгөөний дүрслэлийг орхисон. Макротөхөөрөмжүүд нь бөөмийн хөдөлгөөн, координатыг нэгэн зэрэг бүртгэж байх үед (жишээ нь сонгодог утгаараа) бөөмийн хөдөлгөөнийг дүрсэлж чадахгүй, учир нь төхөөрөмжийн бөөмстэй харьцах үйл ажиллагааг бүрэн хянах боломжгүй байдаг - тодорхойгүй байдлын хамаарлын улмаас импульс хэмжих нь үүнийг хийх боломжгүй юм. координатыг тодорхойлох боломжтой ба эсрэгээр. Өөрөөр хэлбэл, хэмжилтийн үндсэн алдаатай байдлаас шалтгаалан онолын таамаглал нь зөвхөн магадлалын шинж чанартай байж болох бөгөөд магадлал нь бөөмийн хөдөлгөөний талаархи мэдээллийн үндсэн бүрэн бус байдлын үр дагавар юм. Энэ нөхцөл байдал нь импульс ба координатын яг тодорхой утгыг урьдчилан таамаглах сонгодог утгаараа учир шалтгааны зарчим нуран унасан гэсэн дүгнэлтэд хүргэв. Тиймээс квант онолын хүрээнд бид ажиглалт, туршилтын алдааны тухай биш, харин магадлалын функцийг ашиглан илэрхийлсэн суурь мэдлэгийн дутагдлын тухай ярьж байна.
Хейзенбергийн квант онолын тайлбарыг Бор боловсруулсан бөгөөд Копенгагены тайлбар гэж нэрлэгдэх болсон. Энэхүү тайлбарын хүрээнд квант онолын үндсэн байр суурь нь нөхөх зарчим бөгөөд энэ нь тодорхой нөхцөлд ашиглагдаж, бие биенээ нөхөж буй ойлголт, арга хэрэгсэл, судалгааны процедурын харилцан үл хамаарах ангиллыг ашиглах шаардлагыг илэрхийлдэг. танин мэдэхүйн үйл явцад судалж буй объектын цогц дүр зураг. Энэ зарчим нь Хейзенбергийн тодорхойгүй байдлын харьцаатай төстэй юм. Хэрэв бид импульс ба координатыг бие биенээ үгүйсгэх, бие биенээ нөхөх судалгааны процедур гэж тодорхойлох тухай ярьж байгаа бол эдгээр зарчмуудыг тодорхойлох үндэслэл бий. Гэхдээ нэмэлт байх зарчмын утга нь тодорхойгүй байдлын харилцаанаас илүү өргөн хүрээтэй байдаг. Бор атомын тогтвортой байдлыг тайлбарлахын тулд электрон хөдөлгөөний сонгодог болон квант ойлголтуудыг нэг загварт нэгтгэсэн. Ийнхүү нэг нэгнээ нөхөх зарчим нь сонгодог санааг квант санаагаар нөхөх боломжийг олгосон юм. Гэрлийн долгион ба корпускуляр шинж чанаруудын хоорондын сөргөлдөөнийг тодорхойлж, тэдгээрийн нэгдмэл байдлыг олж чадаагүй тул Бор бие биетэйгээ дүйцэхүйц дүрслэх хоёр аргын талаар бодох хандлагатай байв - долгион ба корпускуляр - тэдгээрийн дараагийн хослол. Тиймээс нэмэлт байх зарчим нь координат ба импульсийн хоорондын хамаарлыг илэрхийлдэг тодорхойгүй байдлын харилцааны хөгжил гэж хэлэх нь илүү зөв юм.
Хэд хэдэн эрдэмтэд квант онолын хүрээнд сонгодог детерминизмын зарчмыг зөрчиж байгааг интернизмийн талд тайлбарлаж байна. Бодит байдал дээр энд детерминизмын зарчим хэлбэрээ өөрчилсөн. Сонгодог физикийн хүрээнд системийн элементүүдийн байрлал, хөдөлгөөний төлөвийг цаг хугацааны эхний мөчид мэддэг бол ирээдүйн аль ч мөчид түүний байрлалыг бүрэн урьдчилан таамаглах боломжтой. Бүх макроскоп системүүд энэ зарчимд захирагдаж байв. Магадлалыг нэвтрүүлэх шаардлагатай байсан ч гэсэн бүх энгийн процессууд нь хатуу тодорхойлогддог бөгөөд зөвхөн тэдний олон тоо, эмх замбараагүй байдал нь статистикийн аргууд руу шилжихэд хүргэдэг гэж үргэлж үздэг байв. Квантын онолын хувьд нөхцөл байдал үндсэндээ өөр юм. Тогтвортой байдлын зарчмуудыг хэрэгжүүлэхийн тулд координат, моментыг мэдэх шаардлагатай бөгөөд үүнийг тодорхойгүй байдлын хамаарлаар хориглодог. Энд магадлалыг ашиглах нь статистик механиктай харьцуулахад өөр утгатай: хэрэв статистикийн механикт магадлалыг том хэмжээний үзэгдлүүдийг тодорхойлоход ашигладаг байсан бол квант онолд магадлалыг эсрэгээр нь энгийн процессуудыг тайлбарлах зорилгоор нэвтрүүлсэн. Энэ бүхэн нь том биетүүдийн ертөнцөд учир шалтгааны динамик зарчим, бичил ертөнцөд - учир шалтгааны магадлалын зарчим үйлчилдэг гэсэн үг юм.
Копенгагены тайлбар нь нэг талаас сонгодог физикийн үүднээс туршилтын тайлбарыг, нөгөө талаас эдгээр ойлголтыг бодит байдлын бодит байдалтай яг таарахгүй гэж хүлээн зөвшөөрөхийг шаарддаг. Чухамхүү энэхүү үл нийцэл нь квант онолын магадлалыг тодорхойлдог. Сонгодог физикийн үзэл баримтлал нь байгалийн хэлний чухал хэсгийг бүрдүүлдэг. Хэрэв бид эдгээр ухагдахууныг ашиглан хийж буй туршилтуудаа тайлбарлахгүй бол бие биенээ ойлгох боломжгүй болно.
Сонгодог физикийн идеал бол мэдлэгийн бүрэн объектив байдал юм. Гэхдээ танин мэдэхүйд бид багаж хэрэгслийг ашигладаг бөгөөд ингэснээр Хайнсербергийн хэлснээр уг хэрэгслийг ажиглагч бүтээсэн тул атомын үйл явцын тайлбарт субъектив элементийг оруулсан болно. "Бидний ажиглаж байгаа зүйл бол байгаль өөрөө биш, харин асуулт асуух арга замаар харагддаг байгаль гэдгийг бид санаж байх ёстой. Физикийн шинжлэх ухааны ажил бол бидний ашигладаг хэлээр байгалийн тухай асуулт тавьж, туршилтаар хариултыг авахыг оролдох явдал юм. Энэ тохиолдолд бид Квантын онолын тухай Борын хэлсэн үгийг санаж байна: хэрвээ бид амьдралаас эв нэгдлийг эрэлхийлж байгаа бол амьдралын тоглоомд бид байгаа гэдгийг хэзээ ч мартаж болохгүй. Үүний зэрэгцээ үзэгчид, оролцогчид. Бидний шинжлэх ухааны байгальтай харилцах харилцаанд зөвхөн хамгийн чухал техникийн хэрэгслийн ачаар л нэвтэрч болох байгалийн хэсгүүдтэй харьцах үед бидний үйл ажиллагаа чухал болох нь тодорхой юм."
Мөн атомын үзэгдлийг дүрслэхийн тулд орон зай, цаг хугацааны сонгодог ойлголтыг ашиглах боломжгүй болсон. Квантын онолыг өөр нэг бүтээгч энэ тухай бичсэнийг эндээс үзнэ үү: "Үйл ажиллагааны квант оршихуй нь геометр ба динамикийн хооронд огт санаанд оромгүй холболтыг илрүүлсэн: геометрийн орон зай дахь физик процессуудыг нутагшуулах боломж нь тэдний динамик төлөв байдлаас хамаардаг болох нь харагдаж байна. Харьцангуйн ерөнхий онол нь орчлон дахь материйн тархалтаас хамааран орон зай-цаг хугацааны орон нутгийн шинж чанарыг авч үзэхийг бидэнд аль хэдийн заасан боловч квантуудын оршин тогтнох нь илүү гүнзгий өөрчлөлтийг шаарддаг бөгөөд физикийн хөдөлгөөнийг илэрхийлэх боломжийг бидэнд олгохоо больсон. орон зай-цаг хугацааны тодорхой шугамын дагуух объект (дэлхийн шугам).Обьектийн орон зайд цаг хугацааны дараалсан байрлалыг дүрсэлсэн муруйн дээр үндэслэн хөдөлгөөний төлөвийг тодорхойлох боломжгүй болсон.Одоо бид динамик төлөвийг биш гэж үзэх хэрэгтэй. орон зай-цаг хугацааны локалчлалын үр дагавар боловч биет бодит байдлын бие даасан, нэмэлт тал юм.
Квантын онолыг тайлбарлах асуудлын талаархи хэлэлцүүлэг нь квант онолын статусын талаархи асуултыг илчилсэн - энэ нь бичил бөөмсийн хөдөлгөөний бүрэн онол мөн эсэх. Асуултыг анх Эйнштейн ингэж томъёолсон. Түүний байр суурийг далд параметрийн үзэл баримтлалаар илэрхийлсэн. Эйнштейн квант онолыг бие даасан бөөмсийн бус харин тэдгээрийн нэгдлийн зан үйлтэй холбоотой зүй тогтлыг тодорхойлдог статистикийн онол гэж ойлгосны үндсэн дээр үндэслэсэн. Бөөм бүр нь үргэлж хатуу локалчлагдсан бөгөөд нэгэн зэрэг импульс, координатын тодорхой утгатай байдаг. Тодорхойгүй байдлын хамаарал нь микропроцессын түвшинд бодит байдлын бодит бүтцийг тусгадаггүй, харин квант онолын бүрэн бус байдлыг илэрхийлдэг - энэ нь түүний түвшинд бид импульс, зохицуулалтыг нэгэн зэрэг хэмжих чадваргүй байдаг, гэхдээ тэдгээр нь үнэхээр байдаг. далд параметрүүд (квант онолын хүрээнд далд). Эйнштейн долгионы функцийг ашиглан бөөмийн төлөв байдлын дүрслэлийг бүрэн бус гэж үзсэн тул квант онолыг бичил бөөмийн хөдөлгөөний бүрэн бус онол хэлбэрээр гаргажээ.
Бор энэ хэлэлцүүлэгт микро бөөмийн динамик параметрүүдийн объектив тодорхойгүй байдлыг квант онолын статистик шинж чанарын шалтгаан гэж хүлээн зөвшөөрсний үндсэн дээр эсрэг байр суурийг баримталсан. Түүний бодлоор Эйнштейн объектив тодорхой бус хэмжигдэхүүн байдгийг үгүйсгэсэн нь микро бөөмийн өвөрмөц долгионы шинж чанарыг тайлагдаагүй болгож байна. Бор бичил бөөмийн хөдөлгөөний сонгодог ойлголт руу буцах боломжгүй гэж үзсэн.
50-иад онд 20-р зуунд Д.Бом де Бройлийн туршилтын долгионы тухай ойлголт руу эргэн орж, psi долгионыг бөөмстэй холбоотой бодит талбар гэж танилцуулсан. Копенгагены квант онолын тайлбарыг дэмжигчид, тэр ч байтугай зарим эсэргүүцэгчид Бомын байр суурийг дэмжээгүй боловч энэ нь де Бройлийн үзэл баримтлалыг илүү гүнзгийрүүлэн боловсруулахад хувь нэмэр оруулсан: бөөмсийг үүсэж, хөдөлдөг тусгай формац гэж үзэж эхэлсэн. psi-талбар, гэхдээ хувийн шинж чанараа хадгалдаг. Энэ үзэл баримтлалыг боловсруулсан П.Вижье, Л.Жаноси нарын бүтээлийг олон физикчид хэтэрхий “сонгодог” гэж үнэлдэг.
ЗХУ-ын үеийн дотоодын философийн уран зохиолд квант онолын Копенгагены тайлбарыг танин мэдэхүйн үйл явцыг тайлбарлахдаа "позитивист хандлагад тууштай" гэж шүүмжилдэг. Гэсэн хэдий ч хэд хэдэн зохиогчид квант онолын Копенгагены тайлбарын үнэн зөвийг хамгаалсан. Шинжлэх ухааны мэдлэгийн сонгодог үзэл санааг сонгодог бус зүйлээр солих нь ажиглагч объектын зургийг бүтээхийг оролдохдоо хэмжилтийн процедураас сатаарах боломжгүй гэсэн ойлголттой хамт байв. судлаач судалж буй объектын параметрүүдийг хэмжилт хийхээс өмнөх байдлаар хэмжих боломжгүй. В.Гейзенберг, Э.Шредингер, П.Дирак нар тодорхой бус байдлын зарчмыг квант онолын үндэс болгон тавьж, түүний хүрээнд бөөмс тодорхой, бие даасан импульс, координатгүй болсон. Ийнхүү квант онол шинжлэх ухаанд урьдчилан таамаглах боломжгүй, санамсаргүй байдлын элементийг нэвтрүүлсэн. Эйнштейн үүнтэй санал нийлэхгүй байсан ч квант механик нь туршилттай нийцэж байсан тул олон мэдлэгийн үндэс суурь болсон.

Энэхүү төлөвлөгөөг Bose et al-Ocean-ийн арван нэгэн шинжээчийн саналын янз бүрийн үе шатуудын ажилд илүү нарийвчлан тусгасан болно. Жишээлбэл, Уорвикийн их сургуулийн лабораторид хамтран зохиолч Гэвин Морли эхний алхам дээр ажиллаж, микро алмазыг хоёр газарт квантын суперпозиция болгохыг оролдож байна. Үүнийг хийхийн тулд тэрээр алмазан бүтцийн сул орон зайн (NV төв гэж нэрлэгддэг, эсвэл алмааз дахь азотоор орлуулсан хоосон орон зай) хажууд бичил алмазан дахь азотын атомыг хязгаарлаж, богино долгионы импульсээр цэнэглэнэ. NV төвийн эргэн тойронд эргэлдэж буй электрон нь гэрлийг нэгэн зэрэг шингээж авдаггүй бөгөөд систем нь тодорхой магадлалтайгаар цагийн зүүний дагуу, тодорхой магадлалтайгаар цагийн зүүний эсрэг эргэдэг орой шиг дээш доош гэсэн хоёр эргэх чиглэлтэй квант суперпозиция руу ордог. Энэхүү суперпозицийн эргэлтээр ачаалагдсан микро алмаз нь соронзон орны нөлөөнд автдаг бөгөөд энэ нь дээд эргэлтийг зүүн тийш, доод эргэлтийг баруун тийш шилжүүлэхэд хүргэдэг. Алмаз өөрөө хоёр чиглэлийн суперпозиция болж хуваагддаг.

Аль ч тохиолдолд таталцлын янз бүрийн зэрэг нь алмаазын суперпозицияуудын хувьсан өөрчлөгдөж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нөлөөлдөг. Хоёр очир алмааз нь харилцан хамааралтай болдог, учир нь тэдгээрийн төлөвийг зөвхөн хослуулан тодорхойлох боломжтой - хэрэв энэ нь тийм гэсэн үг бол - эцэст нь NV төвийн хоёр системийн эргэлтийн чиглэлүүд харилцан хамааралтай болно.

Микро алмаазууд гурван секундын турш зэрэгцэн унасны дараа - таталцалд орооцолдох хангалттай урт - тэд өөр соронзон орон дундуур өнгөрөх бөгөөд энэ нь суперпозиция бүрийн мөчрүүдийг дахин тэгшлэнэ. Туршилтын эцсийн алхам бол Данийн физикч Барбара Терал болон бусад хүмүүсийн боловсруулсан орооцолдох гэрчийн протокол юм: цэнхэр, улаан алмаз нь NV төвийн системийн эргэлтийн чиглэлийг хэмждэг өөр өөр төхөөрөмжид ордог. (Хэмжилт нь суперпозицияуудыг тодорхой төлөвт буулгахад хүргэдэг.) Дараа нь хоёр үр дүнг харьцуулна. Эрдэмтэд туршилтыг дахин дахин хийж, олон хос спин хэмжилтийг харьцуулснаар хоёр квант системийн спин нь квант механикаар орооцолдохгүй объектуудын дээд хязгаараас илүү олон удаа хамааралтай эсэхийг тодорхойлж чадна. Хэрэв тийм бол таталцал нь очир алмаазыг орооцолдуулж, суперпозицийг дэмждэг.

"Энэ туршилтын сонирхолтой зүйл бол квант онол гэж юу болохыг мэдэх шаардлагагүй юм" гэж Бленков хэлэв. "Хэрэгтэй зүйл бол энэ бүс нутагт хоёр бөөмийн хоорондох хүчээр зуучлагдсан квант тал бий гэдгийг хэлэх явдал юм."

Таталцал юугаараа онцлог вэ?

Квантын таталцлыг судлаачид таталцал нь орооцолдож болох квант хүч гэдэгт эргэлздэггүй. Мэдээжийн хэрэг, таталцал нь зарим талаараа өвөрмөц бөгөөд орон зай, цаг хугацааны гарал үүслийн талаар сурах зүйл их байгаа ч квант механик зайлшгүй оролцох ёстой гэж эрдэмтэд хэлэв. MIT-ийн квант таталцлын судлаач Даниел Харлоу "Үнэхээр физикийн ихэнх нь квант, таталцал нь сонгодог байдаг онолын утга учир юу вэ" гэж хэлэв. Холимог квант-сонгодог загваруудын эсрэг онолын аргументууд маш хүчтэй (хэдийгээр эцсийн дүгнэлт биш).

Баримт бичгүүдийг уншсаны дараа Дайсон: "Санал болгож буй туршилт нь маш их сонирхол татаж байгаа бөгөөд бодит квант системийн нөхцөлд хийхийг шаарддаг" гэж бичжээ. Гэсэн хэдий ч тэрээр квант талбайн талаархи зохиогчдын үзэл бодлын шугам нь түүнийхээс ялгаатай болохыг тэмдэглэжээ. "Энэ туршилт нь квант таталцлын тухай асуудлыг шийдэж чадах эсэх нь надад тодорхойгүй байна. Миний асуусан асуулт бол тусдаа таталцлын хүч юм - өөр асуулт бөгөөд өөр хариулттай байж магадгүй юм."

Энэ ялгаа нь таталцлын квант онолыг бүтээх гэж оролдож байх үед чухал юм. Аливаа зүйлийг тоолох ердийн арга бол түүний бие даасан хэсгүүдийг - жишээ нь бөөмсийг тодорхойлж, дараа нь квант механикийг ашиглах явдал юм. Гэхдээ та зөв бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тодорхойлохгүй бол та буруу тэгшитгэлтэй болно. Бронштейн хийх гэж байсан гурван хэмжээст орон зайн шууд квантчлал нь таталцлын хүчээр тодорхой хэмжээгээр ажилладаг боловч огторгуйн цаг их муруйсан үед ашиггүй болж хувирдаг.

"Гэхдээ та энэ энгийн туршилтыг хийж, таталцлын орон хэт байрлалд байгааг харуулбал сонгодог тайлбарын бүтэлгүйтэл тодорхой болно. Учир нь таталцлыг квант гэдгийг илтгэх туршилт хийгдэх болно."

Quanta сэтгүүлийн материал дээр үндэслэсэн