Những tán lá mùa thu vàng óng ánh lên rực rỡ. Những tia nắng chiều chạm vào ngọn cây thưa. Ánh sáng xuyên qua các cành cây và tạo nên cảnh tượng những hình bóng kỳ dị nhấp nháy trên bức tường của trường đại học "kapterka".
Ánh mắt trầm ngâm của Ngài Hamilton từ từ lướt qua, xem vở kịch chiaroscuro. Trong đầu nhà toán học người Ireland có một luồng suy nghĩ, ý tưởng và kết luận thực sự tan chảy. Ông nhận thức rõ rằng việc giải thích nhiều hiện tượng với sự trợ giúp của cơ học Newton giống như trò chơi của những cái bóng trên tường, các con số đan xen nhau một cách lừa dối và để lại nhiều câu hỏi chưa được giải đáp. “Có thể đó là một làn sóng… hoặc có thể đó là một dòng hạt,” nhà khoa học trầm ngâm, “hoặc ánh sáng là biểu hiện của cả hai hiện tượng. Giống như những con số được dệt nên từ bóng tối và ánh sáng.”
Sự khởi đầu của vật lý lượng tử
Thật thú vị khi xem những con người vĩ đại và cố gắng hiểu cách những ý tưởng tuyệt vời ra đời thay đổi quá trình tiến hóa của cả nhân loại. Hamilton là một trong những người đứng đầu khởi nguồn của vật lý lượng tử. Năm mươi năm sau, vào đầu thế kỷ XX, nhiều nhà khoa học đã tham gia vào việc nghiên cứu các hạt cơ bản. Kiến thức thu được không nhất quán và không biên soạn. Tuy nhiên, những bước đầu tiên còn run rẩy đã được thực hiện.
Tìm hiểu thế giới vi sóng vào đầu thế kỷ 20
Năm 1901, mô hình nguyên tử đầu tiên đã được trình bày và sự thất bại của nó đã được chỉ ra, theo quan điểm của điện động lực học thông thường. Trong cùng thời gian, Max Planck và Niels Bohr đã xuất bản nhiều công trình về bản chất của nguyên tử. Mặc dù làm việc chăm chỉ, họ vẫn không hiểu đầy đủ về cấu trúc của nguyên tử.
Vài năm sau, vào năm 1905, một nhà khoa học người Đức ít được biết đến là Albert Einstein đã công bố một báo cáo về khả năng tồn tại của một lượng tử ánh sáng ở hai trạng thái - sóng và tiểu thể (hạt). Trong công việc của mình, các lập luận đã được đưa ra để giải thích lý do cho sự thất bại của mô hình. Tuy nhiên, tầm nhìn của Einstein bị hạn chế bởi sự hiểu biết cũ về mô hình nguyên tử.
Sau nhiều công trình của Niels Bohr và các đồng nghiệp của ông vào năm 1925, một hướng mới đã ra đời - một loại cơ học lượng tử. Một biểu thức phổ biến - "cơ học lượng tử" xuất hiện ba mươi năm sau.
Chúng ta biết gì về lượng tử và những điều kỳ quặc của chúng?
Ngày nay, vật lý lượng tử đã tiến xa. Nhiều hiện tượng khác nhau đã được phát hiện. Nhưng chúng ta thực sự biết gì? Câu trả lời được trình bày bởi một nhà khoa học hiện đại. “Người ta có thể tin vào vật lý lượng tử hoặc không hiểu nó,” là định nghĩa của Richard Feynman. Hãy tự suy nghĩ về điều đó. Chỉ cần đề cập đến một hiện tượng như rối lượng tử của các hạt là đủ. Hiện tượng này đã đẩy giới khoa học vào tình thế hoàn toàn hoang mang. Sốc hơn nữalà nghịch lý kết quả là không tương thích với các định luật của Newton và Einstein.
Lần đầu tiên hiệu ứng của sự vướng víu lượng tử của các photon được thảo luận vào năm 1927 tại Đại hội Solvay lần thứ năm. Một cuộc tranh cãi nảy sinh giữa Niels Bohr và Einstein. Nghịch lý của rối lượng tử đã thay đổi hoàn toàn sự hiểu biết về bản chất của thế giới vật chất.
Người ta biết rằng tất cả các vật thể đều bao gồm các hạt cơ bản. Theo đó, tất cả các hiện tượng của cơ học lượng tử đều được phản ánh trong thế giới thông thường. Niels Bohr nói rằng nếu chúng ta không nhìn vào mặt trăng, thì nó không tồn tại. Einstein coi điều này là vô lý và tin rằng vật thể tồn tại độc lập với người quan sát.
Khi nghiên cứu các vấn đề của cơ học lượng tử, người ta nên hiểu rằng các cơ chế và định luật của nó liên kết với nhau và không tuân theo vật lý cổ điển. Hãy cố gắng tìm hiểu lĩnh vực gây tranh cãi nhất - sự vướng víu lượng tử của các hạt.
Thuyết vướng víu lượng tử
Để bắt đầu, cần hiểu rằng vật lý lượng tử giống như một cái giếng không đáy, trong đó có thể tìm thấy bất cứ thứ gì. Hiện tượng rối lượng tử vào đầu thế kỷ trước đã được Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck và nhiều nhà vật lý khác nghiên cứu. Trong suốt thế kỷ 20, hàng nghìn nhà khoa học trên khắp thế giới đã tích cực nghiên cứu và thử nghiệm nó.
Thế giới tuân theo các định luật vật lý nghiêm ngặt
Tại sao lại có sự quan tâm đến những nghịch lý của cơ học lượng tử? Mọi thứ rất đơn giản: chúng ta sống, tuân theo những quy luật nhất định của thế giới vật chất. Khả năng “vượt qua” tiền định sẽ mở ra một cánh cửa thần kỳ, xa hơn nữanơi mọi thứ trở nên khả thi. Ví dụ, khái niệm "Con mèo của Schrödinger" dẫn đến việc kiểm soát vật chất. Nó cũng sẽ có khả năng dịch chuyển thông tin, điều này gây ra rối lượng tử. Việc truyền tải thông tin sẽ trở nên tức thời, bất kể khoảng cách. Vấn đề này vẫn đang được nghiên cứu, nhưng có xu hướng tích cực.
Tương tự và hiểu biết
Tính độc nhất của rối lượng tử là gì, làm thế nào để hiểu nó và điều gì xảy ra với nó? Hãy thử tìm hiểu xem. Điều này sẽ yêu cầu một số thử nghiệm suy nghĩ. Hãy tưởng tượng rằng bạn có hai hộp trong tay. Mỗi người trong số họ chứa một quả bóng có sọc. Bây giờ chúng tôi đưa một hộp cho phi hành gia, và anh ta bay đến sao Hỏa. Ngay sau khi bạn mở hộp và thấy sọc trên quả bóng nằm ngang, thì ở hộp còn lại quả bóng sẽ tự động có sọc dọc. Đây sẽ là hiện tượng rối lượng tử được diễn đạt bằng những từ đơn giản: một vật thể xác định trước vị trí của vật thể khác.
Tuy nhiên, cần hiểu rằng đây chỉ là cách giải thích hời hợt. Để có được sự vướng víu lượng tử, điều cần thiết là các hạt phải có cùng nguồn gốc, giống như anh em sinh đôi.
Điều rất quan trọng là phải hiểu rằng thử nghiệm sẽ bị gián đoạn nếu ai đó trước bạn có cơ hội nhìn vào ít nhất một trong các đối tượng.
Rối lượng tử có thể được sử dụng ở đâu?
Nguyên tắc rối lượng tử có thể được sử dụng để truyền thông tin trên một khoảng cách xangay lập tức. Kết luận như vậy mâu thuẫn với thuyết tương đối của Einstein. Nó nói rằng tốc độ di chuyển tối đa vốn có chỉ trong ánh sáng - ba trăm nghìn km mỗi giây. Việc chuyển giao thông tin này giúp khả năng dịch chuyển vật lý tồn tại.
Mọi thứ trên đời đều là thông tin, kể cả vật chất. Các nhà vật lý lượng tử đã đi đến kết luận này. Năm 2008, dựa trên cơ sở dữ liệu lý thuyết, người ta có thể nhìn thấy hiện tượng rối lượng tử bằng mắt thường.
Điều này một lần nữa gợi ý rằng chúng ta đang ở bờ vực của những khám phá vĩ đại - di chuyển trong không gian và thời gian. Thời gian trong Vũ trụ là rời rạc, do đó chuyển động tức thời trên những khoảng cách rộng lớn khiến chúng ta có thể đi vào các mật độ thời gian khác nhau (dựa trên giả thuyết của Einstein, Bohr). Có lẽ trong tương lai, nó sẽ trở thành hiện thực giống như điện thoại di động ngày nay.
Ether động lực học và rối lượng tử
Theo một số nhà khoa học hàng đầu, hiện tượng rối lượng tử được giải thích là do không gian chứa đầy một loại ête - vật chất đen. Bất kỳ hạt cơ bản nào, như chúng ta đã biết, đều tồn tại ở dạng sóng và tiểu thể (hạt). Một số nhà khoa học tin rằng tất cả các hạt đều nằm trên "tấm vải" của năng lượng tối. Điều này không dễ hiểu. Hãy thử tìm hiểu theo một cách khác - phương pháp liên kết.
Hãy tưởng tượng bạn đang ở trên bãi biển. Gió nhẹ và một làn gió nhẹ. Thấy sóng không? Và ở một nơi nào đó ở phía xa, trong sự phản chiếu của tia nắng mặt trời, một chiếc thuyền buồm có thể nhìn thấy.
Con tàu sẽ là hạt cơ bản của chúng ta, và biển sẽ là ê-te (tốinăng lượng). Biển có thể chuyển động dưới dạng sóng nhìn thấy được và giọt nước. Theo cách tương tự, tất cả các hạt cơ bản có thể chỉ là một biển (phần tích hợp của nó) hoặc một hạt riêng biệt - một giọt.
Đây là một ví dụ đơn giản hóa, mọi thứ phức tạp hơn một chút. Các hạt không có sự hiện diện của người quan sát có dạng sóng và không có vị trí cố định.
Thuyền buồm trắng là vật phân biệt, nó khác với bề mặt và cấu tạo của nước biển. Tương tự như vậy, có những "đỉnh" trong đại dương năng lượng mà chúng ta có thể cảm nhận được như những biểu hiện của các lực mà chúng ta đã biết đã hình thành nên phần vật chất của thế giới.
Microworld sống theo luật riêng của nó
Nguyên tắc rối lượng tử có thể hiểu được nếu chúng ta tính đến thực tế là các hạt cơ bản ở dạng sóng. Không có vị trí và đặc điểm cụ thể, cả hai hạt đều nằm trong một đại dương năng lượng. Tại thời điểm người quan sát xuất hiện, sóng “biến” thành một vật thể có thể chạm vào. Hạt thứ hai, quan sát hệ thống cân bằng, thu được các đặc tính trái ngược nhau.
Bài báo được mô tả không nhằm vào các mô tả khoa học có năng lực về thế giới lượng tử. Khả năng hiểu của một người bình thường dựa trên sự sẵn có của việc hiểu tài liệu được trình bày.
Vật lý hạt nghiên cứu sự vướng víu của các trạng thái lượng tử dựa trên spin (quay) của một hạt cơ bản.
Ngôn ngữ khoa học (đơn giản hóa) - rối lượng tử được định nghĩa bởi các spin khác nhau. TẠITrong quá trình quan sát các vật thể, các nhà khoa học nhận thấy rằng chỉ có thể có hai vòng quay - dọc và ngang. Thật kỳ lạ, ở những vị trí khác, các hạt không "tạo dáng" đối với người quan sát.
Giả thuyết mới - một cái nhìn mới về thế giới
Việc nghiên cứu mô hình thu nhỏ - không gian của các hạt cơ bản - đã làm nảy sinh nhiều giả thuyết và giả thiết. Hiệu ứng của rối lượng tử đã thúc đẩy các nhà khoa học nghĩ về sự tồn tại của một số loại mạng vi lượng lượng tử. Theo ý kiến của họ, tại mỗi nút - điểm giao nhau - có một lượng tử. Tất cả năng lượng là một mạng tinh thể tích phân, và sự biểu hiện và chuyển động của các hạt chỉ có thể xảy ra thông qua các nút của mạng tinh thể.
Kích thước của "cửa sổ" cách tử như vậy là khá nhỏ, và việc đo lường các thiết bị hiện đại là không thể. Tuy nhiên, để khẳng định hay bác bỏ giả thuyết này, các nhà khoa học đã quyết định nghiên cứu chuyển động của các photon trong một mạng lượng tử không gian. Điểm mấu chốt là một photon có thể di chuyển theo đường thẳng hoặc ngoằn ngoèo - dọc theo đường chéo của mạng tinh thể. Trong trường hợp thứ hai, sau khi vượt qua một khoảng cách lớn hơn, anh ta sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Theo đó, nó sẽ khác với một photon di chuyển theo đường thẳng.
Có lẽ theo thời gian chúng ta sẽ biết rằng chúng ta đang sống trong một lưới lượng tử không gian. Hoặc giả định này có thể sai. Tuy nhiên, chính nguyên lý rối lượng tử chỉ ra khả năng tồn tại của một mạng tinh thể.
Nói một cách dễ hiểu, trong một "khối lập phương" không gian giả định, định nghĩa của một mặt mang ý nghĩa đối lập rõ ràng với mặt kia. Đây là nguyên tắc bảo toàn cấu trúc của không gian -thời gian.
Phần kết
Để hiểu được thế giới huyền diệu và bí ẩn của vật lý lượng tử, cần phải xem xét kỹ quá trình khoa học trong hơn năm trăm năm qua. Nó từng là Trái đất phẳng, không phải hình cầu. Lý do là rõ ràng: nếu bạn có hình dạng là một hình tròn, thì nước và mọi người sẽ không thể cưỡng lại.
Như chúng ta có thể thấy, vấn đề tồn tại khi không có tầm nhìn đầy đủ về tất cả các lực lượng tác động. Có thể là khoa học hiện đại thiếu tầm nhìn về tất cả các lực tác động để hiểu vật lý lượng tử. Khoảng cách tầm nhìn làm nảy sinh một hệ thống mâu thuẫn và nghịch lý. Có lẽ thế giới kỳ diệu của cơ học lượng tử nắm giữ câu trả lời cho những câu hỏi này.
