Lad os gå tilbage til hvad der er kvantemekanik og hvordan vi kan bruge det.

Usynlig visning

Okay, så du føler kaffe, du er næsten vågen. Dine øjne er klar til dagslys, de blinker og lader noget lys komme ind. Når du tænker på det, opstod lysets partikler i dit ansigt og øjnene for en million år siden i midten af ​​solen, da vores forfædre begyndte at bruge ild. Solen ville ikke engang sende partikler kaldet fotoner, hvis de ikke var nødvendige for det samme fænomen, der kunne være grundlaget for vores lugt, kvantetunneling.

Omkring 150 millioner kilometer adskiller Solen og Jorden, fotonerne tager kun otte minutter til at overvinde denne afstand. De fleste af deres rejser foregår inden i solen, hvor en typisk foton bruger millioner af år på at forsøge at flygte. Massen bliver derefter holdt i midten af ​​vores stjerner, hvor brint er omkring 13 gange tættere end bly, og fotoner kan rejse kun forsvindende lille brøkdel af et sekund, før de absorberes hydrogenioner, som derefter brande en foton til at rejse fra solen, osv .. Efter milliard sådanne interaktioner foton endelig vises på overfladen af ​​solen, som her i september efter millioner af år.

Kvantemekanik (© Jay Smith)

Fotoner ville aldrig opstå, og solen ville ikke skinne, hvis kvante tunneling ikke var. Solen og alle andre stjerner skaber lys ved nuklear fusion, bryde hydrogenioner og skabe helium ved en proces, der frigiver energi. Hvert sekund omdanner solen til omkring 4 af millioner af tons masse. Kun hydrogenioner, som enkeltrotoner, har positive elektriske ladninger og afstødes mod hinanden. Så hvordan kan de fusionere med hinanden?
Ved kvanttunneling kan protonernes bølgeegenskaber i nogle tilfælde overlappe let som bølger, som forbinder dammens overflade. Ved overlappning bringes protonbølgerne tæt nok til, så yderligere styrke, såsom en stærk atomkraft, der kun opererer på meget korte afstande, kan overvinde den elektriske afstødning af partiklerne. Protonerne falder sammen og frigiver en foton.

Vores øjne er meget følsomme for fotoner

Vores øjne er udviklet til at være meget følsomme for disse fotoner. Nogle nylige eksperimenter har vist, at vi endda kan opdage individuelle fotoner, hvilket giver en interessant mulighed: Kan folk opdage nogle specielle tilfælde af kvantemekanik? Betyder det, at en mand som en foton eller en elektron eller Schrödinger uheldige kat er død og levende samtidig, hvis han engagerer sig direkte i kvanteverdenen? Hvordan kunne sådan en oplevelse se ud?

Det menneskelige øje

"Vi ved ikke, fordi det er blevet prøvet," siger Rebecca Holmes, fysiker ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico. For tre år siden, han dimitterede fra University of Illinois i Urbana-Champaign, Holmes var en del af et team ledet af Paul Kwiat, som viste, at folk kan opdage korte blink af lys, som består af tre fotoner. I 2016 fandt, at konkurrerende gruppe forskere under ledelse af fysikeren Alipas Vaziriovou på Rockefeller University i New York fandt, at folk faktisk se selv enkelte fotoner. Vi ser imidlertid, at erfaringerne måske ikke beskrives nøjagtigt. Vaziriová, hun forsøgte at se foton brister og fortalte magasinet Nature ': "Det er ligesom at se lyset. Det er næsten en følelse ved tærsklen til fantasi. "

Kvantemekanik - Eksperimenter

I den nærmeste fremtid forventer Holmes og Vaziri forsøg for at teste, hvad folk opfatter, når fotoner indsættes i særlige kvante stater. Fysikere kan for eksempel knytte en enkelt foton til det, de kalder overlejring, hvor fotoner eksisterer samtidigt på to forskellige steder. Holmes og hendes kolleger foreslog et eksperiment, der involverede to scenarier for at teste om folk kunne opfatte superponering af fotoner direkte. I det første scenario ville en foton nå enten venstre eller højre side af det menneskelige nethinden, og man ville se på hvilken side af nethinden en foton blev mærket. I det andet scenario vil fotonet placeres i en kvante superposition, der gør det muligt at virke tilsyneladende umuligt - at flyve samtidig til højre og venstre side af øjets nethinden.

Ville man finde lys på begge sider af nethinden? Eller ville fotonets interaktion i øjet få overlejringen til at falde sammen? Hvis ja, ville det være så ofte til højre som til venstre, som teorien antyder?

Rebecca Holmes siger:

"Baseret på standard kvantemekanik vil superpositionens foton sandsynligvis ikke se anderledes ud end den faktisk tilfældigt sendte foton til venstre eller højre."

Hvis det viser sig, at nogle af eksperimentdeltagerne virkelig opfattede fotonet på begge steder på samme tid, betyder det at personen selv var i en kvantestat?

Rebecca Holmes Han tilføjer:

"Det kunne siges, at observatøren var alene i quantum superpositionen i en lidt ubetydelig tid, men ingen har prøvet det endnu, så vi ved ikke rigtig. Derfor kan vi lave et sådant eksperiment. "

Du opfatter din egen måde

Lad os nu gå tilbage til kaffekoppen. Du føler kruset som et solidt stykke materiale, der er stærkt i kontakt med huden på din hånd. Men det er bare en illusion. Vi berører aldrig noget, i det mindste ikke i den forstand, de to massive stykker af materiel angår. Mere end 99,9999999999 procent af et atom består af et tomt rum, med næsten hele massen centreret i kernen.

Kvantemekanik (© Jay Smith)

Når du holder en kop med dine hænder, ser det ud til at hans styrken kommer fra elektronernes modstand i koppen og i hånden. Elektronerne selv har slet ingen lydstyrke, de er kun de tilsyneladende nul dimensioner af det negative elektriske ladningsfelt, der omgiver atomer og molekyler som en sky. Kvantemekanikkens lov er begrænset til bestemte energiniveauer omkring atomer og molekyler. Når hånden tager fat i koppen, skubber den elektroner fra et niveau til et andet, og det kræver musklernes energi, at hjernen fortolker som modstand, når man rører noget solidt.

Vores følsomhed er baseret på en ekstremt kompleks samspil mellem elektronerne omkring vores kropsmolekyler og molekylerne af de genstande, vi berører. Fra denne information skaber vores hjerne illusionen, at vi har en solid krop, der bevæger sig rundt om en verden fuld af andre faste genstande. Kontakt med dem giver os ikke en nøjagtig følelse af virkeligheden. Det er muligt, at ingen af ​​vores opfattelser svarer til det, der virkelig sker. Donald Hoffman, en kognitiv neurolog ved University of California, Irvine, mener, at vores sanser og hjerner har udviklet sig til at tilsløre virkelighedens sande natur for ikke at afsløre den.

"Min idé er, at faktum, uanset hvad det er, er for kompliceret, og det tager for meget tid og energi at behandle det."

Sammenligning af et verdensbillede i hjernen med en grafisk grænseflade på computeren

Hoffman sammenligner billedet af opførelsen af ​​verden i vores hjerne med den grafiske grænseflade på computerskærmen. Alle farve ikoner på skærmen, såsom kurven, musemarkøren og filmappen, er slet ikke relateret til hvad der virkelig foregår inde i computeren. Det er blot abstraktioner, forenklinger, der giver os mulighed for at kommunikere med komplekse elektronik.

Ifølge Hoffmans opfattelse har evolution ændret vores hjerne til at fungere ligesom en grafisk grænseflade, der ikke skaber verden ret trofast. Evolution understøtter ikke udviklingen af ​​præcis opfattelse, den bruger kun det, som giver mulighed for overlevelse.

Som Hoffman siger:

"Form dominerer virkeligheden."

Hoffman og hans postgraduate studerende har i de senere år testet hundredtusinder computermodeller for at teste deres ideer i simuleringer af kunstige livsformer, der bestrider begrænsede ressourcer. I hvert fald er organismerne programmeret til at give præference til fysisk egnethed, når virkelighederne ikke er de samme som dem, der er lavet til præcis opfattelse.

For eksempel, hvis én organisme konstrueret til præcist opfatte, for eksempel den totale mængde vand til stede i miljøet, og kører i en organisme, der er afstemt til at detektere noget enklere, for eksempel den optimale mængde vand der er nødvendig for at overleve. Så medens en organisme kunne skabe en mere præcis form for virkelighed, øger denne ejendom ikke sin overlevelseskapacitet. Hoffmans undersøgelse førte ham til en bemærkelsesværdig konklusion:

"I det omfang vi er indstillet på at opretholde livet, vil vi ikke være tilpasset til virkeligheden. Vi kan ikke gøre det. "

Quantum teori

Hans ideer falder sammen med, hvad nogle fysikere anser for at være den centrale idé om kvantteori - opfattelsen af ​​virkeligheden er ikke helt objektiv, vi kan ikke adskille fra den verden vi observerer.

Hoffman ser fuldt ud denne visning:

"Rummet er bare en datastruktur, og fysiske objekter er i sig de datastrukturer, vi skaber under flyvningen. Når jeg ser på en bakke, opretter jeg denne datastruktur. Så ser jeg andre steder og bryder denne datastruktur, fordi jeg ikke længere har brug for det. "

Som Hoffmans arbejde viser, har vi endnu ikke overvejet den fulde betydning af kvanteteori og hvad den siger om virkelighedens natur. I det meste af sit liv søgte Planck selv at forstå den teori, han hjalp med at skabe, og han troede altid på en objektiv opfattelse af universet, der eksisterede uafhængigt af os.

Han skrev engang om, hvorfor han besluttede sig for at afsætte sig til fysik mod råd fra sin lærer:

"Den ydre verden er noget uafhængig af mennesket, det er noget absolut, og søgningen efter de love, der gælder for dette, synes mig absolut at være den mest ophøjede videnskabelige oplevelse af livet."

Måske vil det tage et århundrede, før en anden revolution i fysikken viser, om han havde ret eller forkert, ligesom hans professor Philip von Jolly.