Kvantinė teorija apibūdina Visatą, kurioje dalelė gali būti keliose vietose vienu metu ir akimirksniu juda iš vienos vietos į kitą. Ši koncepcija riboja mūsų aroganciją, nes pasaulis yra daug sudėtingesnis ir įvairesnis, nei atrodė. Tačiau kvantinės teorijos dėsniai tokie paprasti, kad juos galima užrašyti ant voko galo.
Kaip veikia garso glaudinimas
Garso glaudinimo technologijos pagrindas yra bangos skaidymas į jos komponentines sinusines bangas. Įsivaizduokite, kad garso bangos formuoja jūsų mėgstamą melodiją. Šią sudėtingą bangą galima suskirstyti į komponentus. Norint visiškai tiksliai atkurti originalų garsą, reikia daug atskirų sinusinių bangų, tačiau daugelį jų galima išmesti, visiškai nepažeidžiant garso įrašo kokybės.
„Tušti“ atomai
Iš vidaus atomas yra kažkas keisto. Jei atsistosite ant protono ir pažvelgsite iš ten į atominę erdvę, pamatysite tik tuštumą. Elektronai bus per maži, kad būtų matomi, net jei jie yra ištiestos rankos atstumu, tačiau mažai tikėtina, kad taip nutiks. Jei stovite „ant protono“ prie Anglijos krantų, neaiškios atomo ribos bus kažkur šiaurės Prancūzijos fermose.
Greipfruto dydžio visata
Puiki darbo su elementariais materijos fragmentais, kurie neturi dydžio, privalumas yra tas, kad galime lengvai įsivaizduoti, jog visa matoma Visata kadaise buvo suspausta į greipfruto ar net smeigtuko galvutės dydžio objektą. Kad ir kokios svaiginančios būtų tokios mintys, nėra jokios priežasties paskelbti, kad toks suspaudimas neįmanomas.
Kvantinis šuolis
Įsivaizduokite, kad elektroną 1 dedame į atomą 1, o elektroną 2 – į atomą 2. Po kurio laiko teiginys „elektronas 1 vis dar yra atome 1“ neteks prasmės. Jis taip pat gali būti atome 2, nes visada yra galimybė, kad elektronas padarė kvantinį šuolį. Viskas, kas gali nutikti, iš tikrųjų nutinka, ir elektronai gali lengvai akimirksniu apskrieti aplink visą Visatą.
Higso bozonai
Peteris Higgsas teigė, kad tuščia erdvė yra pilna tam tikrų dalelių. Jie nuolat, be poilsio, sąveikauja su visomis masyviomis Visatos dalelėmis, selektyviai lėtina jų judėjimą ir sukuria masę. Dėl įprastos materijos ir Higgso dalelių užpildyto vakuumo sąveikos pasaulis iš beformis tampa įvairus, apgyvendintas žvaigždžių, galaktikų ir žmonių.
Pasirodo, elementarioji dalelė vienu metu gali būti keliose vietose ir akimirksniu pereiti iš vieno Visatos krašto į kitą. Ir net jei „pagauni“, jis gali reprezentuoti ir bangą, ir dalelę, o kartais nei vieną, nei kitą. Kai kurios dalelės yra tokios jautrios, kad pats stebėjimo procesas keičia jų savybes.
Mokslininkai juokauja, kad kas supranta kvantinę teoriją, tas supras viską pasaulyje. Tai turi savo druską. Knyga"Kvantinė visata" leidyklos MYTH išleistas kūrinys padės suprasti visatos sandarą pačiu subtiliausiu lygmeniu.
Kvantinės fizikos dalelės yra neišmatuojamai mažos: net atomo branduolys joms yra toks pat didelis, kaip kalnas smėlio grūdeliui. Vakuumas, kurį esame įpratę manyti kaip tuščią erdvę, iš tikrųjų yra žaižaruojanti medžiaga, kurioje kiekvieną akimirką iš niekur atsiranda daugybė dalelių, kurios susiduria, gimdo naujas ir išnyksta.
Pavyzdžiui, Higso bozonai, kurie taip ilgai buvo neaptikti, prasiskverbia į kiekvieną kosmoso tašką. Jie yra „atsakingi“ už tai, kad medžiagos turi masę. Jei įsivaizduojate, kaip žmogus prasiskverbia per tankią žmonių minią, galite palyginti šį vaizdą su bozonų veikimu visose Visatos dalelėse – jos jas stumia, keičia trajektoriją ir sulėtina. Tik fotonai nesąveikauja su Higso bozonais, todėl juda tokiu neįtikėtinu greičiu – apie 300 000 kilometrų per sekundę. Tai yra, šviesos greitis yra dalelių, kurios neturi masės, greitis.
Mokslininkai apskaičiavo, kad vos trys gramai bet kokios medžiagos, pavertus energija, galėtų aprūpinti mažą miestą 100 metų. O dabar dar įdomesnė informacija: kiek energijos slypi vakuume? Atsakymas nuostabus: vakuumas taip prisotintas nematomų dalelių, kad 1 kubinio metro „tuštumos“ energija yra tokia pati, kiek Saulė gamina per visą tūkstantį metų! Palyginti su šia neveikiančia galia, net atominėse elektrinėse naudojama branduolinio skilimo energija nublanksta.
Pažymėtina, kad knyga"Kvantinė visata" , nors ir kalbama apie sunkiai suvokiamus ir neaiškius objektus, vis dėlto neatsiriboja nuo dabarties ir pasakojama, kaip kvantiniai procesai padeda paprasčiausiuose dalykuose. Pavyzdžiui, pažiūrėkite į savo išmanųjį telefoną. Pirmasis tranzistorius buvo sukurtas 1947 m., pirmasis tranzistorinis kompiuteris 1953 m. susideda iš 92 tranzistorių – o dabar mobiliajame telefone jų yra apie milijardą! Tranzistorių veikimas yra svarbus kvantinės teorijos taikymas, o visas šiuolaikinis pasaulis yra paremtas puslaidininkių technologija.
Knygoje populiariu, bet nesupaprastintu pristatymu pristatomi naujausi mokslo pasiekimai. Skaitytojas galės pamatyti tai, kas slepiama nuo akių ir net mikroskopų: elektronai – tai ne „mažos planetos“ aplink atomo branduolį, o energijos sferos, turinčios skirtingą tikimybę juose rasti patį elektroną; spalva – tai fotonai, kuriuos skleidžia elektronai, kai jie praranda energiją; visos Visatos dalelės „žino“ viena apie kitą ir daug, daug daugiau. Sunkiais atvejais, kai informacija tokia neįprasta, kad atrodo absurdiška, knygos autoriai griebiasi grafikų, formulių, brėžinių ir netikėtų palyginimų.
Taigi iš ko susideda šis pasaulis: atomai ir planetos, vakuumas ir žvaigždės, mus supantys objektai – o tu ir aš?
Hugh Everettas, žinoma, bandė aptarti savo „daugelio pasaulių“ teoriją su kitais fizikais, tačiau atsakydamas sulaukė tik nuostabos ar abejingumo. Vienas fizikas, Bryce'as DeWittas iš Teksaso universiteto, netgi prieštaravo Everetto teorijai, sakydamas: „Aš tiesiog nejaučiu, kad esu susiskaldęs“. Tačiau Everetui ši reakcija priminė „Galileo“ kritikų reakciją, kuri teigė nejaučianti Žemės judėjimo. (Devittas ilgainiui persikėlė į Everetą ir tapo vienu iš pagrindinių teorijos šalininkų.)
Keletą dešimtmečių daugybės pasaulių teorija skendėjo nežinioje. Tai tiesiog atrodė per daug fantastiška, kad būtų tiesa. Johnas Wheeleris, Evereto konsultantas Prinstone, galiausiai padarė išvadą, kad ši koncepcija neša per daug bagažo. Tačiau tam tikru momentu Everetto teorija staiga tapo madinga ir dabar rimtai domisi fizikos pasauliu. Faktas yra tas, kad fizikai šiuo metu bando pritaikyti kvantinę teoriją paskutinei sričiai, kuri iki šiol liko „nekvantuota“ – pačiai Visatai. O bandymas neapibrėžtumo principą pritaikyti visai Visatai natūraliai atgaivina Multivisatos sampratą.
„Kvantinės kosmologijos“ sąvoka iš pirmo žvilgsnio atrodo terminologiškai prieštaringa: juk kvantinė teorija nagrinėja mažytį atomų pasaulį, o kosmologija – visą Visatą. Tačiau pagalvokite apie tai: Didžiojo sprogimo momentu Visata buvo daug mažesnė už elektroną. Bet kuris fizikas sutiks, kad elektroną reikia nagrinėti kvantinės teorijos požiūriu; tai reiškia, kad elektronas apibūdinamas tikimybine bangos lygtimi (Dirako lygtimi) ir gali egzistuoti keliose lygiagrečiose būsenose. Bet jei elektronas turi būti kvantuojamas, o Visata kažkada buvo mažesnė už elektroną, tada Visata taip pat turi būti kvantuota ir egzistuoti lygiagrečiose būsenose. Tai reiškia, kad ši teorija natūraliai veda prie pasaulių daugybės idėjos.
Tačiau Nielso Bohro Kopenhagos interpretacija, taikoma visai Visatai, susiduria su rimtais sunkumais. Apskritai, Kopenhagos interpretacija, nors ir dėstoma kiekviename kvantinės mechanikos kurse, reikalauja „stebėtojo“, kurio stebėjimai iš tikrųjų sukelia bangos funkcijos žlugimą. Pasirodo, norint užfiksuoti makrokosmosą tam tikroje būsenoje, stebėjimo procesas yra būtinas. Bet kaip jūs galite būti „už“ Visatos ir stebėti Visatą iš išorės? Jei Visata apibūdinama tam tikra bangine funkcija, tai kaip „išorinis“ stebėtojas gali nustatyti konkrečią Visatos būseną ir sukelti šios funkcijos žlugimą? Be to, kai kurie mokslininkai nesugebėjimą stebėti visatos „iš išorės“ laiko kritine, net mirtina Kopenhagos interpretacijos klaida.
„Daugelio pasaulių“ koncepcija šią problemą išsprendžia labai paprastai: Visata tiesiog egzistuoja vienu metu daugelyje lygiagrečių būsenų, kurias lemia pagrindinė bangos funkcija, žinoma kaip Visatos banginė funkcija. Pagal kvantinę kosmologiją, Visata atsirado kaip vakuumo kvantinis svyravimas, t.y. kaip mažytis erdvėlaikio putų burbulas. Dauguma naujagimių kosmoso ir laiko putplasčio visatų patiria didįjį sprogimą, po kurio seka didelis traškėjimas. Tai reiškia, kad net „tuštumoje“ vyksta nuolatinis aktyvumas, mažytės visatos atsiranda, o paskui išnyksta, tačiau šių įvykių mastas yra per mažas mūsų neapdorotiems instrumentams. Vieną dieną kažkodėl vienas iš erdvės ir laiko putų burbulų nesugriuvo atgal ir dingo savaime Didžiajame Crunch, o toliau plėtėsi. Tai buvo mūsų Visata. Jei klausysitės Alano Gutho, paaiškės, kad visa mūsų Visata yra viena didelė dovana.
Kvantinėje kosmologijoje fizikai pradeda nuo Schrödingerio lygties, apibūdinančios elektronų ir atomų bangines funkcijas, analogo. Jie taip pat naudoja Devitt-Wheeler lygtį, kuri veikia pagal „Visatos bangų funkciją“. Paprastai Schrödingerio bangos funkcija apibrėžiama kiekviename erdvės ir laiko taške, todėl galime apskaičiuoti tikimybę rasti elektroną bet kuriame erdvės ir laiko taške. Tačiau „Visatos bangų funkcija“ apibrėžiama visų galimų visatų rinkinyje. Jei paaiškės, kad ši bangos funkcija tam tikrai visatai yra didelė, tai reikš, kad labai tikėtina, kad ši Visata bus šioje konkrečioje būsenoje.
Hawkingas palaiko šį požiūrį. Jis teigia, kad mūsų Visata yra ypatinga, ji yra unikali ir skiriasi nuo visų kitų visatų. Jei mūsų Visatos bangų funkcija yra didelė, tai daugeliui kitų ji yra beveik lygi nuliui. Pasirodo, yra ne nulinė, bet labai maža tikimybė, kad Multivisatoje be mūsų gali egzistuoti ir kitos visatos, tačiau mūsų Visata egzistuoja su didžiausia tikimybe. Apskritai Hawkingas tokiu būdu bando logiškai pagrįsti infliacijos reiškinį. Šiame pasaulio paveiksle visata, kurioje prasideda infliacijos procesas, yra tiesiog labiau tikėtina, nei visata, kurioje nieko panašaus nevyksta, todėl mūsų Visatoje toks procesas vyko.
Teorija apie mūsų Visatos atsiradimą iš erdvėlaikio putų „tuštumos“ iš pirmo žvilgsnio atrodo visiškai nepatikrinama; tačiau tai atitinka keletą paprastų pastebėjimų. Pirma, daugelis fizikų atkreipė dėmesį į stulbinantį faktą, kad teigiamo ir neigiamo elektrinio krūvio suma mūsų Visatoje yra lygi nuliui – bent jau eksperimentinės paklaidos ribose. Mums atrodo natūralu, kad erdvėje dominuojanti jėga yra gravitacija, tačiau taip atsitinka tik todėl, kad neigiami ir teigiami krūviai tiksliai kompensuoja vienas kitą. Jei Žemėje atsirastų nors menkiausias disbalansas tarp teigiamų ir neigiamų krūvių, elektros jėgos visai tikėtina, kad įveiktų gravitacijos jėgas, kurios suriša Žemę ir tiesiog suplėšytų mūsų planetą. Tikslią pusiausvyrą tarp visų teigiamų ir neigiamų krūvių galima nesunkiai paaiškinti, visų pirma tuo, kad Visata atsirado iš „nieko“, o „nieko“ elektros krūvis yra nulinis.
Antra, mūsų Visata turi nulinį sukimąsi. Kurtas Gödelis daug metų bandė įrodyti, kad mūsų Visata sukasi analizuodamas ir sumuodamas įvairių galaktikų sukimus, tačiau šiandien astronomai yra įsitikinę, kad bendras mūsų Visatos sukimasis yra lygus nuliui. Vėlgi, šį faktą galima lengvai paaiškinti tuo, kad Visata atsirado iš „nieko“, o „nieko“ sukimasis yra nulinis. Trečia, Visatos atsiradimas iš nieko padėtų paaiškinti, kodėl bendras medžiagos energijos kiekis joje yra toks mažas, o gal net nulis. Jei sudėsite teigiamą materijos energiją ir neigiamą energiją, susijusią su gravitacija, tada, matyt, jos tiksliai panaikina viena kitą. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją, jei Visata yra uždara ir baigtinė, tai bendras medžiagos-energijos kiekis joje turėtų būti lygus nuliui. (Jei Visata yra atvira ir begalinė, tai nebūtinai yra tiesa, tačiau infliacijos teorija vis tiek rodo, kad bendras medžiagos-energijos kiekis mūsų Visatoje yra labai mažas.)
Visa tai palieka atvirą vieną įdomų klausimą. Jei fizikai negali atmesti kelių tipų paralelinių visatų egzistavimo galimybės, ar įmanoma su jomis susisiekti? Aplankyti juos? O gal būtybės iš kitų visatų jau buvo mūsų pasaulyje?
Kontaktas su kitomis kvantinėmis visatomis, kurios prarado sinchroniškumą su mūsų, atrodo labai mažai tikėtinas. Priežastis, kodėl mūsų Visata prarado sinchroniškumą su kitomis visatomis, yra ta, kad mūsų atomai nuolat susidūrė su kitais aplinkinio pasaulio atomais. Kiekvieną kartą, kai įvyksta susidūrimas, atomo bangų funkcija šiek tiek „suspaudžiama“; o tai reiškia, kad lygiagrečių visatų skaičius mažėja. Kiekvienas susitikimas sumažina galimų variantų skaičių. Trilijonai tokių atominių „mini kolapsų“ sukelia iliuziją, kad visi mūsų kūno atomai visiškai subyrėjo ir sustingo tam tikroje būsenoje. Einšteino „objektyvi tikrovė“ yra tik iliuzija, atsirandanti dėl to, kad didžiulis atomų skaičius mūsų kūne nuolat susiduria vienas su kitu; ir su kiekvienu tokiu susidūrimu galimų visatų skaičius mažėja.
Šią situaciją galima palyginti su nesufokusuotu vaizdu fotoaparato objektyve. Lygiai taip pat mikrokosmose viskas atrodo kintanti ir neapibrėžta. Tačiau šiek tiek pakoregavus fotoaparato fokusavimą, vaizde atsiranda naujų detalių; su kiekvienu koregavimu vaizdas kaip visuma tampa vis ryškesnis. Taip pat trilijonai mažų atomų susidūrimų su kaimyniniais atomais vėl ir vėl sumažina galimų visatų skaičių. Taigi iš kintančio mikropasaulio sklandžiai pereiname į stabilų makropasaulį.
Todėl sąveikos su kita kvantine visata, panašia į mūsų, tikimybė, jei ji nėra lygi nuliui, tai greitai mažėja kartu su atomų skaičiaus padidėjimu jūsų kūne. Tačiau kiekviename iš mūsų yra trilijonai ir trilijonai atomų, todėl galimybė užmegzti ryšį su kita visata, kurioje gyvena dinozaurai ar ateiviai, yra be galo maža. Galima daryti prielaidą, kad tokio įvykio teks laukti daug ilgiau nei egzistuos Visata.
Taigi, negalime visiškai atmesti kontakto su paralelinėmis kvantinėmis visatomis, tačiau akivaizdu, kad šis įvykis bus itin retas – juk mūsų Visata prarado darną su jomis. Tačiau kosmologijoje taip pat susiduriame su kitu lygiagrečios visatos tipu: Multivisatą, kurią sudaro visatos, egzistuojančios viena su kita kaip muilo burbulai burbulų vonioje. Kontaktas su kita visata Multivisatoje yra visiškai kitokia istorija. Tai tikrai sudėtinga problema, bet gali būti, kad civilizacija sugebės ją išspręsti.
Kaip jau aptarėme, norint atverti skylę erdvėje arba padidinti erdvės ir laiko putas, reikia energijos, kuri savo dydžiu prilygsta Planko energijai, kuriai esant žlunga visi žinomi fizikiniai dėsniai. Erdvė ir laikas yra nestabilūs šios energijos atžvilgiu, o tai atveria galimybę palikti mūsų Visatą (žinoma, darant prielaidą, kad egzistuoja kitos visatos ir pereinamajame procese nepražūsime).
Šio klausimo, apskritai kalbant, negalima pavadinti grynai akademiniu, nes kada nors protinga gyvybė Visatoje tikrai susidurs su Visatos mirties problema. Galų gale, Multivisatos teorija gali išgelbėti visą mūsų Visatos protingą gyvybę. Neseniai iš WMAP palydovo gauti duomenys patvirtina faktą, kad Visata plečiasi vis spartesniu greičiu, ir gali būti, kad. kada nors mums visiems grės mirtis vadinamojo Didžiojo šalčio pavidalu. Laikui bėgant visa Visata pajuoduos; visos žvaigždės danguje užges ir visatoje liks tik mirusios žvaigždės, neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės. Net mūsų kūno atomai gali pradėti irti. Temperatūra nukris iki beveik absoliutaus nulio, o gyvenimas taps neįmanomas.
Visatai artėjant prie šio taško, išsivysčiusi civilizacija, susidūrusi su galutiniu savo pasaulio sunaikinimu, gali galvoti apie persikėlimą į kitą visatą. Šie padarai turės mažai pasirinkimo – mirtinai sušalti arba palikti šį pasaulį. Fizikos dėsniai bus mirties nuosprendis bet kokiam protingam gyvenimui, tačiau tie patys dėsniai protingoms būtybėms gali suteikti siaurą spragą.
Tokia civilizacija turėtų panaudoti milžiniškų greitintuvų ir lazerio spindulių energiją, kurios galia prilygtų visai saulės sistemai ar net žvaigždžių spiečiui, ir sutelkti ją viename taške, kad gautų legendinę Plancko energiją. Galbūt to pakaks, kad atsivertų kirmgrauža ar kelias į kitą visatą. Gali būti, kad civilizacija naudoja savo valdomą milžinišką energiją, kad sukurtų kirmgraužą ir per ją pabėgtų į kitą visatą, palikdama savo Visatą mirti ir pradėdama naują gyvenimą naujuose namuose.
Priklausomai nuo požiūrio, kvantinė teorija yra arba didžiulės mokslo pažangos įrodymas, arba žmogaus intuicijos ribotumo simbolis, kuris turi kovoti su subatominės sferos keistumu. Fizikui kvantinė mechanika yra vienas iš trijų didžiųjų ramsčių, kuriais grindžiamas gamtos supratimas (kartu su Einšteino bendra ir specialiąja reliatyvumo teorijomis). Tiems, kurie visada norėjo bent ką nors suprasti apie pagrindinį pasaulio sandaros modelį, mokslininkai Brianas Coxas ir Jeffas Forshaw paaiškina savo knygoje „Kvantinė visata“, kurią išleido leidykla MYTH. T&P skelbia trumpą ištrauką apie kvanto esmę ir teorijos ištakas.
Einšteino teorijos nagrinėja erdvės ir laiko prigimtį bei gravitacijos jėgą. Kvantinė mechanika daro visa kita, ir galima sakyti, kad ir kokia ji būtų patraukli, paini ar žavinga, tai tik fizinė teorija, nusakanti, kaip gamta elgiasi tikrovėje. Tačiau net ir vertinant pagal šį labai pragmatišką kriterijų, jis stebina savo tikslumu ir aiškinamoji galia. Yra vienas eksperimentas kvantinės elektrodinamikos srityje, seniausias ir geriausiai suprantamas iš šiuolaikinių kvantinių teorijų. Jis matuoja, kaip elektronas elgiasi šalia magneto. Teoriniai fizikai ilgus metus sunkiai dirbo su rašikliu ir popieriumi, o vėliau ir su kompiuteriais, kad nuspėtų, ką tokie tyrimai parodys. Praktikai sugalvojo ir surengė eksperimentus, kad sužinotų daugiau gamtos detalių. Abi stovyklos nepriklausomai davė rezultatus, kurių tikslumas panašus į atstumo tarp Mančesterio ir Niujorko matavimą su kelių centimetrų paklaida. Pastebėtina, kad eksperimentatorių gauti skaičiai visiškai atitiko teoretikų skaičiavimų rezultatus; matavimai ir skaičiavimai visiškai sutapo.
Kvantinė teorija yra bene geriausias pavyzdys, kaip tai, ką daugumai žmonių be galo sunku suprasti, tampa nepaprastai naudinga. Sunku suprasti, nes jis apibūdina pasaulį, kuriame dalelė iš tikrųjų gali būti keliose vietose vienu metu ir juda iš vienos vietos į kitą, taip tyrinėdama visą Visatą. Tai naudinga, nes mažiausių visatos statybinių blokų elgesio supratimas sustiprina mūsų supratimą apie visa kita. Tai riboja mūsų aroganciją, nes pasaulis yra daug sudėtingesnis ir įvairesnis, nei atrodė. Nepaisant viso šio sudėtingumo, mes atradome, kad viskas susideda iš daugybės mažyčių dalelių, kurios juda pagal kvantinės teorijos dėsnius. Šie dėsniai tokie paprasti, kad juos galima užrašyti ant voko galo. Ir tai, kad nebūtina ištisos bibliotekos paaiškinti gilią dalykų prigimtį, savaime yra viena didžiausių pasaulio paslapčių.
Įsivaizduokite mus supantį pasaulį. Tarkime, rankose laikote knygą iš popieriaus – maltos medienos masės. Medžiai yra mašinos, galinčios paimti atomus ir molekules, jas suskaidyti ir pertvarkyti į kolonijas, sudarytas iš milijardų atskirų dalių. Jie tai daro dėl molekulės, žinomos kaip chlorofilas, kurią sudaro daugiau nei šimtas anglies, vandenilio ir deguonies atomų, kurie yra sulenkti ypatingu būdu ir sujungti su dar kai kuriais magnio ir vandenilio atomais. Toks dalelių derinys gali užfiksuoti šviesą, nuskridusią 150 000 000 km nuo mūsų žvaigždės – branduolinio centro, kurio tūris yra milijonas planetų, kaip Žemė – ir pernešti šią energiją gilyn į ląsteles, kur ji naudojama kuriant naujas molekules iš anglies. dioksidą ir vandenį bei išskirkite mūsų gyvybei deguonį.
Būtent šios molekulinės grandinės sudaro antstatą, jungiantį medžius, popierių šioje knygoje ir visa, kas gyva. Jūs galite skaityti knygą ir suprasti žodžius, nes turite akis ir jos gali paversti išsklaidytą šviesą iš puslapių į elektrinius impulsus, kuriuos interpretuoja smegenys - sudėtingiausia Visatos struktūra, apie kurią mes net žinome. Mes išsiaiškinome, kad visi pasaulio daiktai yra ne kas kita, kaip atomų rinkiniai ir kad didžiausią atomų įvairovę sudaro tik trys dalelės – elektronai, protonai ir neutronai. Taip pat žinome, kad patys protonai ir neutronai susideda iš mažesnių darinių, vadinamų kvarkais, ir tuo viskas baigiasi – bent jau taip manome dabar. Viso to pagrindas yra kvantinė teorija.
Taigi šiuolaikinė fizika itin paprastai piešia Visatos, kurioje gyvename, paveikslą; elegantiški reiškiniai atsiranda ten, kur jų nematyti, todėl atsiranda makrokosmoso įvairovė. Tai bene ryškiausias šiuolaikinio mokslo pasiekimas – neįtikėtino pasaulio, įskaitant pačius žmones, sudėtingumo sumažinimas iki kelių mažų subatominių dalelių ir keturių tarp jų veikiančių jėgų elgesio aprašymo. Geriausias trijų iš šių keturių jėgų – stiprių ir silpnų branduolinių jėgų, egzistuojančių atomo branduolyje, ir elektromagnetinės jėgos, sujungiančios atomus ir molekules – aprašymai pateikiami kvantinėje teorijoje. Tik gravitacija, pati silpniausia, bet turbūt labiausiai pažįstama jėga iš visų, šiuo metu neturi patenkinamo kvantinio apibūdinimo.
Verta pripažinti, kad kvantinė teorija turi kiek keistą reputaciją, o po jos pavadinimu slepiasi daug tikrų nesąmonių. Katės gali būti ir gyvos, ir negyvos; dalelės yra dviejose vietose vienu metu; Heisenbergas teigia, kad viskas neaišku. Visa tai iš tiesų yra tiesa, tačiau iš to dažnai išplaukiančios išvados – kadangi mikrokosmose vyksta kažkas keisto, tada mus gaubia rūko migla – tikrai klaidingos. Ekstrasensorinis suvokimas, mistiniai išgydymai, vibruojančios apyrankės, saugančios nuo radiacijos, ir Dievas žino, kas dar reguliariai įsiveržia į galimų panteoną, prisidengiant žodžiu „kvantas“. Šią nesąmonę sukelia nesugebėjimas aiškiai mąstyti, savęs apgaudinėjimas, tikras ar apsimestinis nesusipratimas arba kažkoks ypač apgailėtinas visų aukščiau išvardytų dalykų derinys. Kvantinė teorija tiksliai apibūdina pasaulį, naudodama tokius pačius matematinius dėsnius, kokius naudojo Niutonas ar Galilėjus. Štai kodėl mes galime neįtikėtinai tiksliai apskaičiuoti elektrono magnetinį lauką. Kvantinė teorija siūlo gamtos aprašymą, kurio mes mokomės, turintis didžiulę nuspėjamąją ir aiškinamąją galią, apimančią reiškinius nuo silicio lustų iki žvaigždžių.
Kaip dažnai nutinka, kvantinės teorijos atsiradimą išprovokavo atrasti gamtos reiškiniai, kurių negalėjo aprašyti to meto mokslinės paradigmos. Kvantinės teorijos atžvilgiu buvo daug tokių atradimų ir įvairaus pobūdžio. Daugybė nepaaiškinamų rezultatų sukėlė jaudulį ir sumaištį ir galiausiai sukėlė eksperimentinių ir teorinių naujovių laikotarpį, kuris tikrai nusipelno populiaraus „aukso amžiaus“ apibūdinimo. Pagrindinių veikėjų vardai amžinai įsišakniję bet kurio fizikos studento galvoje ir iki šių dienų dažniausiai minimi universiteto kursuose: Rutherfordas, Bohras, Planckas, Einšteinas, Paulis, Heisenbergas, Schrödingeris, Dirakas. Galbūt istorijoje nebebus tokio laikotarpio, kai tiek daug vardų bus siejama su mokslo didybe, judančiomis vieno tikslo – naujos atomų ir fizinį pasaulį valdančių jėgų teorijos sukūrimo – link. 1924 m., žvelgdamas į ankstesnius kvantinės teorijos dešimtmečius, Ernestas Rutherfordas, Naujojoje Zelandijoje gimęs fizikas, atradęs atomo branduolį, rašė: „1896 m.... prasidėjo tai, kas gana tiksliai buvo vadinama herojišku amžiumi. fizikos mokslų. Dar niekada fizikos istorijoje nebuvo tokio karštligiško aktyvumo laikotarpio, kai vienas iš esmės reikšmingas atradimas stulbinamu greičiu pakeistų kitą.
Tik iki birželio 30 d. T&P skaitytojams taikoma nuolaida popieriniams ir elektroniniams knygos variantams. Nuolaidos suaktyvinamos, kai sekate nuorodas.
Sąvoka „kvantas“ fizikoje atsirado 1900 m. Maxo Plancko darbo dėka. Jis bandė teoriškai apibūdinti įkaitusių kūnų skleidžiamą spinduliuotę – vadinamąją „juodojo kūno spinduliuotę“. Beje, mokslininką šiam tikslui pasamdė su elektros apšvietimu užsiimanti įmonė: taip Visatos durys kartais atsiveria dėl pačių proziškiausių priežasčių. Planckas nustatė, kad juodojo kūno spinduliuotės savybes galima paaiškinti tik tuo atveju, jei darome prielaidą, kad šviesa išspinduliuojama mažomis energijos dalimis, kurias jis pavadino kvantais. Pats žodis reiškia „paketai“ arba „atskiras“. Iš pradžių jis manė, kad tai tik matematinis triukas, tačiau 1905 m. Alberto Einšteino darbas apie fotoelektrinį efektą patvirtino kvantinę hipotezę. Rezultatai buvo įtikinami, nes nedidelis energijos kiekis gali būti dalelių sinonimas.
Idėja, kad šviesą sudaro mažų kulkų srautas, turi ilgą ir išdidžią istoriją, kilusią iš Izaoko Niutono ir šiuolaikinės fizikos gimimo. Tačiau 1864 m. škotų fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas, regis, pagaliau išsklaidė visas esamas abejones darbų serijoje, kurias Albertas Einšteinas vėliau apibūdino kaip „giliausią ir vaisingiausią, ką fizika žinojo nuo Niutono laikų“. Maxwellas parodė, kad šviesa yra elektromagnetinė banga, sklindanti per erdvę, todėl šviesos kaip bangos idėja turėjo nepriekaištingą ir, regis, neginčijamą kilmę. Tačiau atliekant daugybę eksperimentų, kuriuos Arthuras Comptonas ir jo kolegos atliko Vašingtono universitete Sent Luise, jiems pavyko atskirti šviesos kvantus nuo elektronų. Abu elgėsi labiau kaip biliardo kamuoliukai, o tai aiškiai patvirtino, kad Plancko teorinės prielaidos turėjo tvirtą pagrindą realiame pasaulyje. 1926 metais šviesos kvantai buvo vadinami fotonais. Įrodymai buvo didžiuliai: šviesa elgiasi ir kaip banga, ir kaip dalelė. Tai reiškė klasikinės fizikos pabaigą – ir kvantinės teorijos raidos laikotarpio pabaigą.
Šioje knygoje gerbiami mokslininkai Brianas Coxas ir Jeffas Forshaw supažindina skaitytojus su kvantine mechanika – pagrindiniu pasaulio veikimo modeliu. Jie pasakoja, kokie stebėjimai privedė fizikus prie kvantinės teorijos, kaip ji buvo sukurta ir kodėl mokslininkai, nepaisant visų jos keistumo, taip ja pasitiki. Knyga skirta visiems, kurie domisi kvantine fizika ir Visatos sandara.
Ateina kažkas keisto.
Kvantinė. Šis žodis kartu patraukia jausmus, glumina ir žavi. Priklausomai nuo požiūrio, tai arba didžiulės mokslo pažangos įrodymas, arba žmogaus intuicijos ribotumo simbolis, kuris yra priverstas kovoti su neišvengiamais subatominės sferos keistenybėmis. Fizikui kvantinė mechanika yra vienas iš trijų didžiųjų ramsčių, ant kurių remiasi gamtos supratimas (kiti du yra Einšteino bendroji ir specialioji reliatyvumo teorijos). Einšteino teorijos nagrinėja erdvės ir laiko prigimtį bei gravitacijos jėgą. Kvantinė mechanika daro visa kita, ir galima sakyti, kad ir kokia ji būtų patraukli, paini ar žavinga, tai tik fizinė teorija, nusakanti, kaip gamta elgiasi tikrovėje. Tačiau net ir vertinant pagal šį labai pragmatišką kriterijų, jis stebina savo tikslumu ir aiškinamoji galia. Yra vienas eksperimentas kvantinės elektrodinamikos srityje, seniausias ir geriausiai suprantamas iš šiuolaikinių kvantinių teorijų. Jis matuoja, kaip elektronas elgiasi šalia magneto. Teoriniai fizikai ilgus metus sunkiai dirbo su rašikliu ir popieriumi, o vėliau ir su kompiuteriais, kad nuspėtų, ką tokie tyrimai parodys. Praktikai sugalvojo ir surengė eksperimentus, kad sužinotų daugiau gamtos detalių. Abi stovyklos nepriklausomai davė rezultatus, kurių tikslumas panašus į atstumo tarp Mančesterio ir Niujorko matavimą su kelių centimetrų paklaida. Pastebėtina, kad eksperimentatorių gauti skaičiai visiškai atitiko teoretikų skaičiavimų rezultatus; matavimai ir skaičiavimai visiškai sutapo.
Tai ne tik įspūdinga, bet ir stebina, ir jei kvantinės teorijos vienintelis rūpestis būtų modelių kūrimas, galite pagrįstai paklausti, kokia yra problema. Žinoma, mokslas nebūtinai turi būti naudingas, tačiau daugelis technologinių ir socialinių pokyčių, padariusių revoliuciją mūsų gyvenime, atsirado dėl fundamentinių tyrimų, kuriuos atliko šiuolaikiniai mokslininkai, kuriuos motyvuoja tik noras geriau suprasti juos supantį pasaulį. Dėl šių smalsumo paskatintų atradimų visose mokslo šakose pailgėjome gyvenimo trukmė, pailgėjome tarptautinių kelionių, išsilaisvinome nuo būtinybės ūkininkauti, kad išgyventume, ir susidarėme platų, įkvepiantį ir akis atveriantį vaizdą apie mūsų vietą pasaulyje. begalinė žvaigždžių jūra. Bet visa tai tam tikra prasme yra šalutiniai produktai. Mes tyrinėjame iš smalsumo, o ne todėl, kad norime geriau suprasti tikrovę ar sukurti efektyvesnes programėles.
Turinys
Ateina kažkas keisto
Dviejose vietose vienu metu
Kas yra dalelė?
Viskas, kas gali atsitikti, atsitinka
Judėjimas kaip iliuzija
Atomų muzika
Visata ant smeigtuko galvos (ir kodėl mes nekrentame per žemę)
Tarpusavio priklausomybė
Šiuolaikinis pasaulis
Sąveika
Tuščia erdvė nėra tokia tuščia Epilogas: Žvaigždžių mirtis
Tolimesniam skaitymui.
Atsisiųskite elektroninę knygą nemokamai patogiu formatu, žiūrėkite ir skaitykite:
Greitai ir nemokamai atsisiųskite knygą Kvantinė visata, kaip veikia tai, ko mes nematome, Cox B., Forshaw J., 2016 m. – fileskachat.com.
Parsisiųsti epub
Žemiau galite įsigyti šią knygą geriausia kaina su nuolaida su pristatymu visoje Rusijoje.
