STEPHEN HAWKING "The Grand Design" (2010) / Стивен ХОКИНГ "Великий замысел": 4. ALTERNATIVE HISTORIES / 4. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОРИИ

Поскольку такое поведение на макроскопическом уровне не наблюдается, учёные долгое время задавались вопросом - насколько большим и сложным должен быть объект, чтобы сохранять способность демонстрировать волновые свойства.

Edgewalker 10.07.11 в 08:14

Если бы подобный эффект можно было продемонстрировать с участием людей или гиппопотамов, это, безусловно, вызвало бы ажиотаж, однако, как уже было сказано, чем больше размер объекта, тем менее заметны квантовые эффекты.

Edgewalker 10.07.11 в 08:20

Поэтому маловероятно, что какие-либо животные в зоопарке просочатся, подобно воде, сквозь прутья своих клеток.

Edgewalker 10.07.11 в 08:22

Тем не менее, физики-экспериментаторы наблюдают волновые явления у частиц всё больших размеров.

Edgewalker 10.07.11 в 08:24

Учёные надеются повторить когда-нибудь эксперимент с фуллеренами, используя вместо них вирус, который не только значительно превосходит их размерами, но также рассматривается некоторыми как живое существо.

Edgewalker 10.07.11 в 08:26

Знание лишь некоторых аспектов квантовой физики требуется для того, чтобы понять аргументы, представленные в следующих главах.

Edgewalker 10.07.11 в 08:28

Одно из основных свойств - двойственность волны/частицы.

Edgewalker 10.07.11 в 08:31

Материальные частицы, ведущие себя подобно волне, удивят любого.

Edgewalker 10.07.11 в 08:31

То, что свет ведёт себя подобно волне, уже давно никого не удивляет.

Edgewalker 10.07.11 в 08:32

Волновое поведение света представляется нам естественным и уже около двухсот лет считается достоверным и признанным фактом.

Edgewalker 10.07.11 в 08:34

Если вы направите луч света на две щели, как в вышеописанном эксперименте, две волны появятся и пересекутся на экране.

Edgewalker 10.07.11 в 08:37

В каких-то точках их гребни будут совпадать, формируя яркое пятно, в других - гребни одной волны будут совпадать с долинами другой, нейтрализуя их и оставляя тёмную область.

Edgewalker 10.07.11 в 08:42

Английский физик Томас Янг проводил такой эксперимент в начале девятнадцатого века, стараясь убедить людей, что свет есть волна, а не состоит из частиц, как полагал Ньютон.

Edgewalker 10.07.11 в 08:45

Хотя кто-то мог бы подумать, что Ньютон ошибался, утверждая, что свет не является волной, но он был прав, когда говорил, что свет ведет себя так, как если бы он состоял из частиц.

uraveselov 28.06.11 в 04:33

Сегодня мы зовём эти частицы фотонами.

Edgewalker 10.07.11 в 08:45

Так же как мы состоим из большого числа атомов, свет, который мы видим в повседневной жизни, является сложным, в том смысле, что состоит из громадного числа фотонов - даже 1-ваттный ночник испускает миллиарды миллиардов фотонов каждую секунду.

Edgewalker 10.07.11 в 08:58

Единичные фотоны обычно не наблюдаются, но в лаборатории мы можем сформировать луч света настолько слабый, что он, по сути, состоит из потока единичных фотонов, которые мы можем обнаружить как отдельные элементы, так же как обнаруживаем единичные электроны или фуллерены.

Edgewalker 10.07.11 в 08:51

И мы можем повторить эксперимент Янга, используя луч света достаточно низкой плотности, чтобы обеспечить фотонам возможность достигать преграды по одному за раз, с интервалом в несколько секунд.

Edgewalker 10.07.11 в 09:03

Поступив подобным образом и суммировав затем все индивидуальные отметки, зафиксированные на экране с обратной стороны преграды, мы обнаружим, что имела место интерференция по тому же образцу, как если бы мы выполняли эксперимент Дэвиссона-Гермера, но направляли бы на экран электроны (или фуллерены) по одному за раз.

Edgewalker 10.07.11 в 09:08

Физики были сильно поражены открытием: Если отдельные частицы соударяются друг с другом, тогда волновая природа света является свойством не просто луча или большого количества фотонов, но отдельных частиц.

uraveselov 11.07.11 в 03:51

Другим основным принципом квантовой физики является принцип неопределенности, сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1926 году.

uraveselov 28.06.11 в 04:22

Принцип неопределенности гласит, что невозможно одновременно измерить положение и скорость частицы.

uraveselov 28.06.11 в 04:25

Согласно принципу неопределенности, например, если Вы увеличиваете неопределенность в положении частицы неопределенностью в ее импульсе (масса, умноженная на его скорость) результат никогда не может быть меньшим чем определенное фиксированное значение, названное постоянной Планка.

uraveselov 12.07.11 в 06:46

Это похоже на скороговорку, но суть её может быть выражена очень просто: чем точнее вы измеряете скорость, тем менее точно вы сможете измерить положение и наоборот.

justafake 20.07.11 в 19:36

В случае, если вы сократили вдвое неопределённость в положении, вам следует удвоить неопределённость в скорости.

justafake 20.07.11 в 19:38

Так же очень важно заметить, что в сравнении с привычными единицами измерения такими как метры, килограммы или секунды постоянная Планка очень мала.

justafake 20.07.11 в 19:40

В сущности, если описывать её этими единицами она имеет значение около
6/10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

justafake 21.07.11 в 07:35

В результате, если известно положение макроскопического объекта, скажем, футбольного мяча, массой в 1/3 килограмма, то в пределах 1 миллиметра в любом направлении мы так же сможем измерить и скорость, с точностью большей чем до миллиардной миллиардной миллиардной километра в час.

justafake 21.07.11 в 07:42

Всё потому, что будучи измеряемым в этих единицах футбольный мяч имеет массу в 1/3, а неопределённость в положении в 1/1000.

justafake 21.07.11 в 07:46

Ни того, ни другого не хватает, чтобы покрыть все те нули в постоянной Планка, так что эта роль падает на неопределённость в скорости.

justafake 21.07.11 в 07:49

Но в тех же единицах измерения электрон имеет массу в 0,0000000000000000000000000001, так что для электронов всё обстоит по-другому.

justafake 21.07.11 в 07:50

Если мы измерим положение электрона с точностью, примерно соответствующей размерам атома, то согласно принципу неопределённости, мы не сможем узнать скорость электрона точнее, чем плюс-минус 1000 километров в секунду, что, конечно, совсем не точно.

serrrg 29.09.11 в 18:41

Основываясь на квантовой физике, вне зависимости от того сколько информации у нас уже имеется или насколько велики наши вычислительные возможности, результаты физических взаимодействий не могут быть предсказаны со всей определённостью, потому что определённость не входит в их описание.

justafake 21.07.11 в 08:02

Вместо этого, учитывая изначальное состояние системы, природа определяет состояние будущего через процесс, который суть фундаментально неопределён.

justafake 21.07.11 в 08:04

Другими словами, природа не предписывает результатов никаких процессов или опытов, даже в самых простейших ситуациях.

justafake 21.07.11 в 08:09

Скорее допускает некоторое количество различных вариантов развития, каждый со своей вероятностью осуществления.

justafake 21.07.11 в 08:12

Перефразируя Эйнштейна, это всё равно, как если бы, Бог бросал кости всякий раз, прежде, чем решить исход любого физического процесса.

justafake 21.07.11 в 08:15

Эта идея не давала покоя Эйнштейну и, несмотря на то, что он сам являлся одним из отцов-основателей квантовой физики, в дальнейшем он начинает ее критиковать

GOMER2 04.07.11 в 09:08

Может показаться, что квантовая физика подрывает саму идею законов природы ею управляющими, но это совсем другой случай.

justafake 21.07.11 в 08:31

Напротив, она приводит нас к новой форме детерминизма: учитывая состояние системы в какое-либо время, законы природы определяют вероятность различных будущих и прошлых состояний, вместо того, чтобы определять единственное достоверное будущее и прошлое.

justafake 21.07.11 в 08:36

И хотя некоторым из них это будет неприятно, учёные должны принимать теории, подтвержденные результатами экспериментов, а не свои предвзятые убеждения.

justafake 21.07.11 в 08:40

Наука требует от теории лишь того, чтобы её можно было проверить.

justafake 21.07.11 в 08:41

Если вероятностная природа предсказаний квантовой физики означала невозможность подтверждения этих предсказаний, то квантовые теории никак нельзя было бы назвать научными теориями.

justafake 21.07.11 в 08:45

Но несмотря на вероятностную природу предсказаний, мы всё же можем проверить квантовые теории.

justafake 21.07.11 в 08:47

Например, мы можем повторить эксперимент много раз и удостовериться, что частота различных результатов соответствует предсказанным вероятностям.

justafake 21.07.11 в 08:50

Рассмотрим эксперимент с фуллеренами.

justafake 21.07.11 в 08:52

Как говорит нам квантовая физики - ничто не находится в определённой точке, ибо если бы это было так, то неопределённость импульса была бы бесконечной.

justafake 21.07.11 в 08:54

Фактически, согласно квантовой физике, каждая частица имеет некоторую вероятность быть найденой где угодно во Вселенной.

justafake 21.07.11 в 08:56

Так что, даже если шансы найти электрон в устройстве с двумя отверстиями очень велики, всегда останется некоторая вероятность того, что вместо этого он найдётся на обратной стороне звезды Альфа Центавра или в мясной картофельной запеканке из кафетерия рядом с вашим офисом.

justafake 21.07.11 в 09:02

Как результат, если Вы ударите квантовый бакибол и позволите ему лететь, то никакой объем умений или знаний не даст Вам сказать заранее, где конкретно этот бакибол приземлится.

aleva 21.07.11 в 09:11