Förum aftur að því hvað skammtafræði er og hvernig við getum notað það.

Ósýnileg sjón

Allt í lagi, svo þú finnur kaffilykt, þú ert næstum vakandi. Augu þín eru tilbúin fyrir daglegar venjur, blikkar og hleypir inn einhverju ljósi. Þegar þú hugsar um það mynduðust ljósagnirnar sem berast í andlit þitt og augu fyrir milljón árum í miðju sólar, á sama tíma og forfeður okkar byrjuðu að nota eld. Sólin myndi ekki einu sinni senda agnir sem kallast ljóseindir ef ekki væri þörf fyrir sama fyrirbæri og gæti verið undirstaða lyktarskyn okkar, skammtafræði.

Um það bil 150 milljónir kílómetra skilja sólina og jörðina að, ljóseindir taka aðeins átta mínútur að ná þeirri vegalengd. Hins vegar fer mest af ferð þeirra fram í sólinni, þar sem dæmigerður ljóseindur eyðir milljón árum í að reyna að flýja. Málið er þannig geymt í miðri stjörnu okkar þar sem vetni er um það bil 13 sinnum þéttara en blý og ljóseindir geta ferðast óendanlega lítið úr sekúndubroti áður en þær frásogast af vetnisjónum sem síðan skjóta ljóseind ​​til að berast frá sólinni o.s.frv. slíkra víxlverkana birtist loks ljóseind ​​á yfirborði sólarinnar sem hefur verið að skína hér í milljónir ára.

Skammtafræði (© Jay Smith)

Ljóseindir hefðu aldrei myndast og Sólin hefði ekki skinið án skammtagönga. Sólin og allar aðrar stjörnur skapa ljós með kjarnasamruna, brjóta upp vetnisjónir og búa til helíum í ferli sem losar orku. Á hverri sekúndu breytir sólin um 4 milljón tonnum af efni í orku. Aðeins vetnisjónir, eins og einstök róteind, hafa jákvæða rafmagnshleðslu og hrinda hvert öðru frá sér. Svo hvernig geta þau sameinast hvert öðru?
Í skammtagöngum leyfir bylgjueðli róteindanna stundum að skarast auðveldlega eins og öldur sem sameinast á yfirborði tjarnar. Sú staðreynd að þau skarast færir róteindabylgjurnar nógu nálægt því að annar kraftur, svo sem sterkur kjarnorkuafl sem virkar aðeins á mjög stuttum vegalengdum, getur sigrast á rafbati agna. Róteindirnar rotna síðan til að losa um eina ljóseind.

Augu okkar eru mjög viðkvæm fyrir ljóseindum

Augu okkar hafa þróast þannig að þau eru mjög viðkvæm fyrir þessum ljóseindum. Sumar nýlegar tilraunir hafa sýnt að við getum jafnvel greint einstaka ljóseindir, sem vekur áhugaverðan möguleika: gætu menn greint einhver sérstök tilfelli skammtafræðinnar? Þýðir þetta að maður, eins og ljóseind ​​eða rafeind eða óheppilegur köttur Schrödinger, sé dauður og lifandi á sama tíma ef hann tekur beinan þátt í skammtafjöldanum? Hvernig gæti slík reynsla litið út?

Mannlegt auga

„Við vitum það ekki vegna þess að enginn reyndi,“ sagði Rebecca Holmes, eðlisfræðingur við Los Alamos National Laboratory í Nýju Mexíkó. Fyrir þremur árum þegar hún útskrifaðist frá háskólanum í Illinois í Urbane-Champaign var Holmes hluti af teymi undir forystu Paul Kwiat sem sýndi að fólk getur greint stuttar ljósblikur sem samanstanda af þremur ljóseindum. Árið 2016 komst hún að því að samkeppnishópur vísindamanna, undir forystu eðlisfræðingsins Alipaša Vaziri við Rockefeller háskólann í New York, komst að því að fólk sá í raun einstaka ljóseindir. Hins vegar sjáum við að ekki þarf að lýsa nákvæmlega reynslunni. Vaziri, hún reyndi að sjá ljóseindina blikka sjálf, sagði við tímaritið Nature, „Það er ekki eins og að sjá ljós. Það er næstum tilfinning á þröskuldi fantasíunnar. “

Skammtafræði - tilraunir

Í náinni framtíð búast Holmes og Vaziri við að búast við tilraunum til að prófa hvað menn skynja þegar ljóseindir eru settar inn í sérstök skammtafræði. Eðlisfræðingar geta til dæmis tengt eina ljóseind ​​við það sem þeir kalla ofurstöðu, þar sem ljóseindir eru til samtímis á tveimur mismunandi stöðum. Holmes og samstarfsmenn hennar hönnuðu tilraun sem fólst í tveimur atburðarásum til að prófa hvort menn geti beint skynjað ofurstöðu ljóseinda. Í fyrstu atburðarásinni náði einn ljóseindur annað hvort vinstri eða hægri hlið sjónhimnu mannsins og maður myndi taka eftir því hvorum megin sjónhimnunnar hann fann fyrir ljósanum. Í annarri atburðarásinni yrði ljóseindinni komið fyrir í skammtafletri sem gerði það kleift að gera það sem virðist ómögulegt - að fljúga til hægri og vinstri hliðar sjónhimnu á sama tíma.

Myndi maður greina ljós beggja vegna sjónhimnunnar? Eða myndi víxlverkun ljóseindar í auganu valda því að yfirlagið „hrynur“? Ef svo er, myndi það gerast eins oft bæði á hægri og vinstri hlið, eins og kenningin gefur til kynna?

Rebecca Holmes segir:

„Byggt á stöðluðum skammtafræði, þá myndi ljóseind ​​í yfirlagi líklega ekki líta út fyrir að vera öðruvísi en raunverulega handahófskennt ljóseindur til vinstri eða hægri.“

Ef það kemur í ljós að sumir þátttakendur í tilrauninni skynjuðu raunverulega ljóseindina á báðum stöðum samtímis, þýðir það þá að viðkomandi hafi verið í skammtafræði?

Rebecca Holmes bætir við:

„Þú gætir sagt að áhorfandinn hafi verið einn í skammtafleti á óverulega stuttum tíma en enginn hefur reynt það ennþá, svo við vitum það í raun ekki. Þess vegna gerir þú svona tilraun. “

Þú skynjar á þinn hátt

Nú skulum við snúa aftur að kaffibollanum. Þú finnur fyrir málinu sem heilsteypt efni, þétt í snertingu við húðina á hendinni. En það er bara blekking. Við snertum aldrei neitt, að minnsta kosti ekki í skilningi tveggja traustu efnishlutanna sem snerta. Meira en 99,9999999999 prósent atóms samanstanda af tómu rými, með næstum allt málið einbeitt í kjarnanum.

Skammtafræði (© Jay Smith)

Þegar þú heldur á bollanum með höndunum virðist það vera hann styrkurinn kemur frá viðnámi rafeindanna í bikarnum og í hendinni. Rafeindirnar sjálfar hafa alls ekki rúmmál, það er aðeins sýnileg núllvídd sviðs neikvæðrar rafhleðslu sem umlykur atóm og sameindir eins og ský. Lögmál skammtafræðinnar takmarka þau við sérstök orkustig í kringum frumeindir og sameindir. Þegar höndin grípur í bikarinn, ýtir hún rafeindunum frá einu stigi til annars og til þess þarf vöðvaorku, sem heilinn túlkar sem viðnám þegar við snertum eitthvað fast.

Snertiskyn okkar stafar af afar flóknu samspili rafeinda í kringum sameindir líkama okkar og sameinda hlutanna sem við snertum. Út frá þessum upplýsingum skapar heilinn blekkingu okkar um að við höfum traustan líkama sem hreyfist um heim fullan af öðrum föstum hlutum. Snerting við þá gefur okkur ekki nákvæma tilfinningu fyrir raunveruleikanum. Það er mögulegt að engin skynjun okkar samsvari því sem raunverulega er að gerast. Donald Hoffman, vitur taugalæknir við Háskólann í Kaliforníu, Irvine, telur að skynfæri okkar og heili hafi þróast til að hylja hið sanna eðli veruleikans, en ekki til að afhjúpa hann.

"Hugmynd mín er sú að staðreyndin, hvað sem hún er, sé of flókin og taki okkur of mikinn tíma og orku í vinnslu."

Samanburður á mynd heimsins í heilanum við grafíska viðmótið í tölvunni

Hoffman ber saman myndina af uppbyggingu heimsins í heila okkar og grafíska viðmótið á tölvuskjánum. Öll litríku táknin á skjánum, svo sem ruslakörfan, músarbendillinn og skráarmöppurnar, hafa ekkert að gera með það sem raunverulega er að gerast inni í tölvunni. Það eru bara ágrip, einfaldanir sem gera okkur kleift að eiga samskipti við flókin raftæki.

Samkvæmt Hoffman hefur þróunin breytt heila okkar til að virka alveg eins og myndrænt viðmót sem endurskapar ekki heiminn dyggilega. Þróun styður ekki þróun nákvæmrar skynjunar, hún notar aðeins það sem gerir kleift að lifa af.

Eins og Hoffman segir:

"Formið ræður yfir raunveruleikanum."

Hoffman og útskriftarnemar hans hafa prófað hundruð þúsunda tölvulíkana á undanförnum árum til að prófa hugmyndir sínar í eftirlíkingum af gervilífsformum sem keppa um takmarkaða fjármuni. Hvað sem því líður eru lífverur forritaðar til að forgangsraða líkamlegri heilsurækt þegar staðreyndir eru ekki samsvöraðar þeim sem gerðar eru til að ná nákvæmri skynjun.

Til dæmis, ef ein lífvera er hönnuð til að skynja nákvæmlega heildarmagn vatns sem er til staðar í umhverfinu og hún lendir í lífveru sem er stillt til að skynja eitthvað einfaldara, td ákjósanlegt magn vatns sem þarf til að halda lífi. Svo þó að ein lífvera gæti búið til nákvæmari mynd af veruleika eykur þessi eign ekki getu sína til að lifa af. Nám Hoffmans leiddi hann að merkilegri niðurstöðu:

„Að því marki sem við erum stillt á að viðhalda lífinu munum við ekki vera stillt að raunveruleikanum. Við getum ekki gert það. “

Quantum kenning

Hugsanir hans falla saman við það sem sumir eðlisfræðingar telja vera meginhugmynd skammtafræðinnar - skynjun veruleikans er ekki að öllu leyti hlutlæg, við getum ekki verið aðgreind frá heiminum sem við sjáum.

Hoffman grípur þessa skoðun að fullu:

„Rými er bara gagnagerð og líkamlegir hlutir eru sjálfir gagnagerðir sem við búum til á flugi. Þegar ég horfi á hæð, bý ég til þessa gagnagerð. Svo lít ég undan og brýt þessa gagnagerð vegna þess að ég þarf hana ekki lengur. “

Eins og verk Hoffmans sýna, höfum við ekki enn íhugað fulla merkingu skammtafræðinnar og hvað hún segir um eðli veruleikans. Lengst af ævi sinni leitaði Planck sjálfur til að skilja kenninguna sem hann hjálpaði til við að skapa og hann trúði alltaf á hlutlæga skynjun á alheiminum sem var til óháð okkur.

Hann skrifaði einu sinni um hvers vegna hann kaus að stunda eðlisfræði, gegn ráðum kennara síns:

"Umheimurinn er eitthvað óháður manninum, það er eitthvað algert og leitin að lögum sem gilda um þetta fannst mér algerlega göfugasta vísindalega reynsla lífsins."

Það getur tekið aðra öld fyrir aðra byltingu í eðlisfræði til að sanna hvort hann hafi haft rétt fyrir sér eða rangt eins og prófessorinn Philip von Jolly.