Физика Главная страница Понедельник | 21.09.2020 | 18:10 | RSS 

Наука мира

образовательный портал по физике
Сайт по физике Наука мира
Партнеры
Связь
Кнопка сайта

Наука мира - сайт Тихомолова Евгения

посмотреть другие

Опрос
Кто Вы?
Всего ответов: 863
Статистика



Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Главная » Статьи » Занимательное » Другое

Квантовая физика - ученые задаются вопросом: существует ли реальность вообще?

Оуэн Мерон, физик-теоретик из Оксфордского университета, беспокоится о том, что физики потратили почти век, исследуя то, чего на самом деле не существует. По словам Мерон, с тех пор как в начале 1900-х создали квантовую теорию, лучшие умы планеты бились над тем, как атомы могут двигаться в нескольких направлениях одновременно или вращаться одновременно по часовой стрелке и против нее. «Когда мы говорим, что квантовая теория необычная, нам лучше пойти в лабораторию и продемонстрировать, что она еще и правдивая. Иначе мы не будем заниматься наукой, а только объяснять какие-то странные каракули на доске», - объясняет ученый.
Именно такое настроение побудило его и других исследователей разработать ряд экспериментов, которые проливают свет на природу волновой функции - таинственной реальности, которая лежит в сердцевине квантового чуда. В теории квантовая функция - это всего-навсего математический объект, обозначаемый греческой буквой «пси». С ее помощью объясняют квантовое поведение частицы. При этом волновая функция позволяет вычислить вероятность наблюдения за электроном в некой определенной точке пространства и его движение вниз либо вверх. Однако математика не предоставляет ответ на вопрос о природе волновой функции. Или она - физическое свойство электрона, или просто теоретический инструментарий, позволяющий справиться с неполнотой наших знаний о реальности бытия? Эксперименты, проведенные Мерон и его командой, базируются на очень чувствительных исчислениях. Окончательных ответов у ученых еще нет, однако они оптимисты и верят, что вскоре ответы появятся.
Действительно ли частица находится во многих местах в один и тот же момент? И делится ли Вселенная постоянно на параллельные миры, в каждом из которых существует альтернативная версия нас самих? Существует ли она  в итоге вообще, как объективная реальность? По словам Алессандро Федрицци, физика из Университета Квинсленда в Брисбейне (Австралия), каждый физик задавался вопросом о том, что такое реальность. Дебаты по поводу того, что же такое реальность, в современной физике актуализировались вследствие осознания еще в ранней квантовой теории того, что волны и частицы - это две стороны одной медали. В подтверждение этого можно привести классический пример - интерференционный эксперимент Юнга, который доказывает, что электроны преодолевают двойные щели таким же образом, что и волна света, образуя интерференционный рисунок на выходе. В 1926 австрийский физик Шредингер, чтобы объяснить двойное - корпускулярно-волновое - поведение элементарных частиц, изобрел волновую функцию, которая дала физикам возможность статистически рассчитывать вероятность определенного состояния элементарной частицы во времени и пространстве. Однако ни он, ни кто-либо другой не мог сказать что-то определенное о физической природе волновой функции. С практической точки зрения, правда, эта природа не играет существенного значения. Согласно т. н. «Копенгагенской интерпретации», которая в 1920-х гг. была разработана Нильсом Бором и Вернером Гайзенберг, волновая функция - это не что иное, как инструмент для предсказания результатов наблюдения.
Какова же реальность того, за чем наблюдают - это физиков мало волнует. Как выразился физик из Католического университета в Левене (Бельгия) Жан Брикмон, «не стоит обвинять физиков за то, что они говорят  - замолчите и вычисляйте», ведь волновая функция позволила сделать огромные открытия в разных областях физики - от атомной физики до физики твердого тела.
Именно поэтому и говорят: давайте не заниматься большими вопросами. Однако как-никак, а некоторые физики все-таки занимаются. В 1930-х «копенгагенскую интерпретацию» отверг Альберт Эйнштейн. Его в ней не устраивало открытие т. н. «Запутанного квантового состояния», согласно которому волновая функция одной частицы может быть связана с этой функцией другой, а ее измерения в одной автоматически изменяет параметры другой, даже если их разделяет огромное расстояние. Эйнштейн выступил с гипотезой, что в волновой функции есть какие-то неизвестные переменные, которые не известны квантовой теории.
Таким образом, научное сообщество разделилось на два лагеря. Философы называют эти лагеря «пси-эпистемными» и «пси-онтологическими». Те, кто согласен с Эйнштейном, что волновая функция представляет наше незнание и является только исследовательским инструментарием, который ничего не говорит о реальности, относятся к первому лагерю. Тех же, кто считает, что волновая функция описывает реальное положение элементарной частицы «какой она есть на самом деле», можно отнести ко второму. Чтобы понять разницу между двумя лагерями, следует вспомнить знаменитый умственный эксперимент с котом, который Шредингер описал в письме к Эйнштейну в 1935. Представьте кота, которого закрыли в железной коробке. Представьте также, что вместе с ним туда поместили радиоактивный материал, который имеет 50% вероятность излучения продуктов распада в течение часа. Материал подключен к баллону с ядовитым газом, который убьет кота, если датчик на нем идентифицирует радиоактивный распад. Поскольку радиоактивный распад - событие, которое имеет квантовую природу, то вероятность ее возникновения описывает волновая функция. Согласно теории, в закрытой коробке (то есть без участия наблюдателя), волновая функция радиоактивного материала представляет собой сочетание двух возможных состояний - распада и его отсутствия. А отсюда следует, что кот в коробке живой и мертвый одновременно.  Если говорить упрощенно - согласно пси-эпистемной модели кот в коробке или жив, или мертв, о чем мы узнаем только тогда, когда откроем коробку. Однако согласно пси-онтологической модели, пока мы не откроем коробку и не посмотрим, кот является живой и мертвый одновременно.
Какая же из этих интерпретаций верна? По словам Эдварда Уайта, физика из Квинследского университета, уже несколько десятилетий эта проблема поднимается как «гладкая гора», на которую «невозможно подняться, ведь на ней отсутствуют какие-либо зацепки». Небольшие зацепки на этой «горе» появились в 2011, когда была опубликована теорема о квантовых излучениях, которая исключала понимание волновой функции как «незнания».
Это побудило физиков всерьез подумать над тем, как протестировать две модели - пси-эпистемологические и пси-онтологические с помощью эксперимента. Мировые ученые взялись за разработку эксперимента. Чтобы проиллюстрировать идею в основе этого эксперимента, представим две колоды игральных карт. В одной из колод только красные карты, соответственно, в другой только тузы. Заметив карту, следует идентифицировать, из какой она колоды. Задача, на первый взгляд, кажется легкой, но когда вам попадает красный туз, вы не можете идентифицировать, из какой он колоды. Однако если вы знаете, сколько таких карт в каждой из колод, вы можете эти двусмысленные ситуации рассчитать статистически. Подобная двусмысленность возникает и в квантовых системах. Далеко не всегда на основе одного измерения можно установить, как поляризуется фотон. Согласно стандартной копенгагенской интерпретацией, нет смысла спрашивать, что такое поляризация. Однако согласно модели «волновая функция как незнание» вопрос вполне резонный, и только экспериментаторы (например, игрок в карты) не имеют достаточно информации из одного эксперимента, чтобы это установить.
Однако если попытаться измерить, «сколько» у нас незнаний, сравнив результаты различных измерений? Именно это и сделала команда Федрицци. Ученые измерили параметр поляризации и остальные особенности луча фотонов, которые не вкладывались в параметры модели «незнание». Результаты поддерживают пси-онтологическую модель: т.е. волновая функция – вполне реальна. «Поразительно, что команда смогла протестировать такую фундаментальную научную и философскую проблему с помощью относительно простого эксперимента», - говорит Андреа Альберти, физик из Боннского университета в Германии. Вывод, однако, еще далеко не железный: детекторы поймали только 1/5 фотонов, которые использовались в эксперименте, поэтому эксперимент базируется на предположении, что поведение остальных фотонов было аналогичным. Сейчас команда работает над уменьшением разрыва, а также над методологией такого же эксперимента с ионами, которые детектировать легче, чем фотоны.
Таким образом, сейчас ученые проверяют, пожалуй, самую фундаментальную из всех проблем науки и философии - что такое объективная реальность и существует ли такое понятие вообще.

Материал предоставлен сайтом Easyhelp.su – сервисом для решения задач и контрольных работ по физике. 


Категория: Другое | Добавил: Евгений (24.09.2015)
Просмотров: 2042 | Рейтинг: 4.0/1
Похожие материалы
К сожалению, похожего ничего не нашлось
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Личный кабинет
Наука мира


Поиск