Gjethja e artë e vjeshtës e pemëve shkëlqeu shkëlqyeshëm. Rrezet e diellit të mbrëmjes preknin majat e holluara. Drita depërtoi nëpër degë dhe vuri në skenë një shfaqje të figurave të çuditshme që ndezën në murin e "dollapit" të universitetit.
Vështrimi i menduar i Sir Hamilton rrëshqiti ngadalë, duke parë lojën e dritës dhe hijes. Në kokën e matematikanit irlandez kishte një tigan të vërtetë të shkrirjes së mendimeve, ideve dhe përfundimeve. Ai e kuptoi shumë mirë se shpjegimi i shumë fenomeneve me ndihmën e mekanikës njutoniane është si të luash hije në një mur, të ndërthurësh në mënyrë mashtruese figura dhe të lërë shumë pyetje pa përgjigje. "Ndoshta është një valë ... ose ndoshta një rrjedhë grimcash," mendoi shkencëtari, "ose drita është një shfaqje e të dy fenomeneve. Ashtu si figurat e endura nga hija dhe drita ".
Fillimi i fizikës kuantike
Interestingshtë interesante të vëzhgosh njerëz të mëdhenj dhe të përpiqesh të kuptosh se si lindin ide të mëdha që ndryshojnë rrjedhën e evolucionit të të gjithë njerëzimit. Hamilton është një nga ata që pionierën lindjen e fizikës kuantike. Pesëdhjetë vjet më vonë, në fillim të shekullit të njëzetë, shumë shkencëtarë po studionin grimcat elementare. Njohuritë e marra ishin të paqëndrueshme dhe të pakompiluara. Sidoqoftë, hapat e parë të lëkundshëm u ndërmorën.
Kuptimi i mikro -botës në fillim të shekullit XX
Në vitin 1901, u prezantua modeli i parë i atomit dhe mospërputhja e tij u tregua nga pikëpamja e elektrodinamikës së zakonshme. Gjatë së njëjtës periudhë, Max Planck dhe Niels Bohr botuan shumë vepra mbi natyrën e atomit. Përkundër kuptimit të tyre të plotë të strukturës së atomit nuk ekzistonte.
Disa vjet më vonë, në vitin 1905, një shkencëtar pak i njohur gjerman Albert Ajnshtajni publikoi një raport mbi mundësinë e ekzistencës së një kuanti drite në dy gjendje - valë dhe korpuskulare (grimca). Në punën e tij, u dhanë argumente për të shpjeguar arsyen e dështimit të modelit. Sidoqoftë, vizioni i Ajnshtajnit ishte i kufizuar nga kuptimi i vjetër i modelit atomik.
Pas punimeve të shumta të Niels Bohr dhe kolegëve të tij, një drejtim i ri lindi në 1925 - një lloj mekanike kuantike. Një shprehje e zakonshme - "mekanika kuantike" u shfaq tridhjetë vjet më vonë.
Çfarë dimë për kuantet dhe veçoritë e tyre?
Sot, fizika kuantike ka shkuar mjaft larg. Janë zbuluar shumë fenomene të ndryshme. Por çfarë dimë me të vërtetë? Përgjigja paraqitet nga një studiues modern. "Ju ose mund të besoni në fizikën kuantike ose të mos e kuptoni" - ky është përkufizimi. Mendoni për këtë vetë. Do të jetë e mjaftueshme të përmendim një fenomen të tillë si ngatërrimi kuantik i grimcave. Ky fenomen e ka zhytur botën shkencore në një gjendje hutimi të plotë. Një tronditje edhe më e madhe ishte fakti se paradoksi që rezultoi ishte i papajtueshëm me atë të Ajnshtajnit.
Efekti i ngatërrimit kuantik të fotoneve u diskutua për herë të parë në 1927 në Kongresin e Pestë Solvay. Një debat i nxehtë u ngrit midis Niels Bohr dhe Einstein. Paradoksi i konfuzionit kuantik ka ndryshuar plotësisht kuptimin e thelbit të botës materiale.
Dihet se të gjithë trupat përbëhen nga grimca elementare. Prandaj, të gjitha fenomenet e mekanikës kuantike reflektohen në botën e zakonshme. Niels Bohr tha se nëse nuk e shikojmë hënën, atëherë ajo nuk ekziston. Ajnshtajni e konsideroi këtë të paarsyeshme dhe besoi se objekti ekziston në mënyrë të pavarur nga vëzhguesi.
Kur studioni problemet e mekanikës kuantike, duhet të kuptoni se mekanizmat dhe ligjet e tij janë të ndërlidhura dhe nuk i binden fizikës klasike. Le të përpiqemi të kuptojmë zonën më të diskutueshme - ngatërrimin kuantik të grimcave.
Teoria e ngatërrimit kuantik
Për të filluar, duhet të kuptoni se fizika kuantike është si një pus pa fund në të cilin mund të gjeni gjithçka që dëshironi. Fenomeni i ngatërrimit kuantik në fillim të shekullit të kaluar u studiua nga Ajnshtajni, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck dhe shumë fizikanë të tjerë. Gjatë gjithë shekullit XX, mijëra shkencëtarë në të gjithë botën kanë studiuar dhe eksperimentuar në mënyrë aktive me këtë.
Bota i nënshtrohet ligjeve të rrepta të fizikës
Pse ekziston një interes i tillë për paradokset e mekanikës kuantike? Gjithçka është shumë e thjeshtë: ne jetojmë sipas ligjeve të caktuara të botës fizike. Aftësia për të "anashkaluar" paracaktimin hap një derë magjike pas së cilës gjithçka bëhet e mundur. Për shembull, koncepti i "Macja e Shreddingerit" çon në kontrollin e materies. Gjithashtu do të jetë e mundur të teleportoni informacionin e shkaktuar nga ngatërrimi kuantik. Transmetimi i informacionit do të bëhet i menjëhershëm, pavarësisht nga distanca.
Kjo çështje është ende në studim, por ka një prirje pozitive.
Analogji dhe mirëkuptim
Çfarë është unike në ngatërresën kuantike, si ta kuptoni atë dhe çfarë ndodh në këtë rast? Le të përpiqemi ta kuptojmë. Kjo do të kërkojë një lloj eksperimenti mendimi. Imagjinoni që keni dy kuti në duart tuaja. Secila prej tyre përmban një top me një shirit. Tani i japim një kuti astronautit, dhe ai fluturon në Mars. Sapo të hapni kutinë dhe shihni se shiriti në top është horizontal, atëherë në kutinë tjetër topi automatikisht do të ketë një shirit vertikal. Kjo do të jetë ngatërrim kuantik i shprehur me fjalë të thjeshta: një objekt paracakton pozicionin e një tjetri.
Sidoqoftë, duhet kuptuar se ky është vetëm një shpjegim sipërfaqësor. Për të marrë ngatërrim kuantik, është e nevojshme që grimcat të kenë origjinë të njëjtë, si binjakët.
Veryshtë shumë e rëndësishme të kuptohet se eksperimenti do të pengohet nëse para jush dikush do të kishte mundësinë të shikonte të paktën një nga objektet.
Ku mund të përdoret ngatërrimi kuantik?
Parimi i ngatërrimit kuantik mund të përdoret për të transmetuar informacion në distanca të gjata në çast. Ky përfundim bie ndesh me teorinë e relativitetit të Ajnshtajnit. Thotë se shpejtësia maksimale e lëvizjes është e natyrshme vetëm në dritë - treqind mijë kilometra në sekondë. Ky transmetim i informacionit bën të mundur ekzistimin e teleportimit fizik.
Çdo gjë në botë është informacion, përfshirë materien. Ky është përfundimi i arritur nga fizikantët kuantikë. Në vitin 2008, bazuar në një bazë të dhënash teorike, ishte e mundur të shihej ngatërrimi kuantik me sy të lirë.
Kjo sugjeron edhe një herë se ne jemi në prag të zbulimeve të mëdha - lëvizjes në hapësirë dhe në kohë. Koha në Univers është diskrete, kështu që lëvizja e menjëhershme në distanca të mëdha bën të mundur futjen në dendësi të ndryshme kohore (bazuar në hipotezat e Ajnshtajnit, Bohr). Ndoshta në të ardhmen ky do të jetë një realitet ashtu siç është telefoni celular sot.
Aetrodinamika dhe Ngatërresa Kuantike
Sipas disa shkencëtarëve kryesorë, konfuzioni kuantik shpjegohet me faktin se hapësira është e mbushur me një eter të caktuar - lëndë të zezë. Çdo grimcë elementare, siç e dimë, është në formën e një vale dhe një trupi (grimcë). Disa shkencëtarë besojnë se të gjitha grimcat janë në "kanavacën" e energjisë së errët. Kjo nuk është e lehtë të kuptohet. Le të përpiqemi ta kuptojmë në një mënyrë tjetër - metoda e shoqërimit.
Imagjinoni veten në breg të detit. Erë e lehtë dhe erë e lehtë. A i shihni valët? Dhe diku në distancë, në reflektimet e rrezeve të diellit, një varkë me vela është e dukshme.
Anija do të jetë grimca jonë elementare, dhe deti do të jetë eter (energji e errët).
Deti mund të jetë në lëvizje në formën e valëve të dukshme dhe pikave të ujit. Në të njëjtën mënyrë, të gjitha grimcat elementare mund të jenë vetëm deti (pjesa përbërëse e tij) ose një grimcë e veçantë - një pikë.
Ky është një shembull i thjeshtuar, gjithçka është disi më e ndërlikuar. Grimcat pa praninë e një vëzhguesi janë në formën e një vale dhe nuk kanë një vendndodhje specifike.
Një varkë me vela e bardhë është një objekt i theksuar, ai ndryshon nga sipërfaqja dhe struktura e ujit të detit. Në të njëjtën mënyrë, ka "majat" në oqeanin e energjisë, të cilat ne mund t'i perceptojmë si një manifestim i forcave të njohura për ne që kanë formuar pjesën materiale të botës.
Mikrokozmosi jeton sipas ligjeve të veta
Parimi i ngatërrimit kuantik mund të kuptohet nëse marrim parasysh faktin se grimcat elementare janë në formën e valëve. Duke mos pasur vendndodhje dhe karakteristika specifike, të dy grimcat janë në një oqean energjie. Në momentin që shfaqet vëzhguesi, vala "kthehet" në një objekt të arritshëm për shqisën e prekjes. Grimca e dytë, duke vëzhguar sistemin e ekuilibrit, fiton vetitë e kundërta.
Artikulli i përshkruar nuk ka për qëllim përshkrimet e mëdha shkencore të botës kuantike. Aftësia për të kuptuar një person të zakonshëm bazohet në disponueshmërinë e të kuptuarit të materialit të paraqitur.
Fizika e grimcave studion ngatërrimin e gjendjeve kuantike bazuar në rrotullimin (rrotullimin) e një grimce elementare.
Në gjuhën shkencore (e thjeshtuar) - ngatërrimi kuantik përcaktohet në mënyra të ndryshme. Në procesin e vëzhgimit të objekteve, shkencëtarët panë që mund të ketë vetëm dy rrotullime - përgjatë dhe përtej. Çuditërisht, në pozicione të tjera grimcat nuk "pozojnë" për vëzhguesin.
Hipoteza e re - një pamje e re e botës
Studimi i mikrokozmosit - hapësira e grimcave elementare - ka krijuar shumë hipoteza dhe supozime. Efekti i ngatërrimit kuantik i shtyu shkencëtarët të mendojnë për ekzistencën e një mikrolatice të caktuar kuantike. Sipas mendimit të tyre, ekziston një kuantik në secilën nyje - pika e kryqëzimit. E gjithë energjia është një grilë integrale, dhe manifestimi dhe lëvizja e grimcave është e mundur vetëm përmes nyjeve të grilës.
Madhësia e "dritares" së një grilë të tillë është mjaft e vogël, dhe matja me pajisje moderne është e pamundur. Sidoqoftë, për të konfirmuar ose mohuar këtë hipotezë, shkencëtarët vendosën të studiojnë lëvizjen e fotoneve në një grilë kuantike hapësinore. Përfundimi është se fotoni mund të lëvizë ose drejt ose në zigzagë - përgjatë diagonës së grilës. Në rastin e dytë, pasi ka kaluar një distancë më të madhe, ai do të shpenzojë më shumë energji. Prandaj, do të jetë ndryshe nga një foton që lëviz në një vijë të drejtë.
Ndoshta me kalimin e kohës do të mësojmë se jetojmë në një rrjet kuantik hapësinor. Ose mund të mos jetë e saktë. Sidoqoftë, është parimi i ngatërrimit kuantik që tregon mundësinë e ekzistencës së një grilë.
Me fjalë të thjeshta, në një "kub" hipotetik hapësinor përkufizimi i njërës anë mbart një kuptim të qartë të kundërt të tjetrës. Ky është parimi i ruajtjes së strukturës së hapësirës - kohës.
Epilog
Për të kuptuar botën magjike dhe misterioze të fizikës kuantike, ia vlen të hedhim një vështrim të afërt në zhvillimin e shkencës gjatë pesëqind viteve të fundit. Dikur ishte se Toka ishte e sheshtë, jo sferike. Arsyeja është e qartë: nëse merrni formën e saj të rrumbullakët, atëherë uji dhe njerëzit nuk do të jenë në gjendje të rezistojnë.
Siç mund ta shohim, problemi ekzistonte në mungesë të një vizioni të plotë të të gjitha forcave vepruese. Scienceshtë e mundur që shkencës moderne i mungon një vizion i të gjitha forcave në punë për të kuptuar fizikën kuantike. Boshllëqet e vizionit krijojnë një sistem kontradiktash dhe paradokse. Ndoshta bota magjike e mekanikës kuantike përmban përgjigjet e këtyre pyetjeve.
Si zhvillojnë fizikantët teorikë modernë teori të reja që përshkruajnë botën? Çfarë i shtojnë mekanikës kuantike dhe relativitetit të përgjithshëm për të ndërtuar një "teori të gjithçkaje"? Cilat kufizime diskutohen në artikujt që flasin për mungesën e "fizikës së re"? Të gjitha këto pyetje mund të përgjigjen nëse kuptoni se çfarë është veprim- objekti që qëndron në themel të të gjitha teorive ekzistuese fizike. Në këtë artikull, unë do të shpjegoj atë që fizikanët kuptojnë me veprim, dhe gjithashtu do të tregoj se si mund të përdoret për të ndërtuar një teori të vërtetë fizike duke përdorur vetëm disa supozime të thjeshta në lidhje me vetitë e sistemit në fjalë.
Unë ju paralajmëroj menjëherë: artikulli do të përmbajë formula dhe madje llogaritjet e thjeshta. Sidoqoftë, është mjaft e mundur t'i kaloni ato pa dëmtuar mirëkuptimin. Në përgjithësi, unë paraqes formula këtu vetëm për ata lexues të interesuar që me siguri duan ta kuptojnë vetë.
Ekuacionet
Fizika përshkruan botën tonë duke përdorur ekuacione që lidhin sasi të ndryshme fizike - shpejtësinë, forcën, fuqinë e fushës magnetike, etj. Pothuajse të gjitha ekuacionet e tilla janë diferenciale, domethënë, ato përmbajnë jo vetëm funksione që varen nga sasitë, por edhe derivatet e tyre. Për shembull, një nga ekuacionet më të thjeshta që përshkruan lëvizjen e një trupi pikë përmban derivatin e dytë të koordinatës së tij:
Këtu shënova derivatin e herës së dytë me dy pika (respektivisht, një pikë do të tregojë derivatin e parë). Sigurisht, ky është ligji i dytë i Njutonit, i zbuluar prej tij në fund të shekullit të 17 -të. Njutoni ishte një nga të parët që kuptoi nevojën për të shkruar ekuacionet e lëvizjes në këtë formë, dhe gjithashtu krijoi njehsimin diferencial dhe integral të nevojshëm për t'i zgjidhur ato. Sigurisht, shumica e ligjeve të fizikës janë shumë më komplekse sesa ligji i dytë i Njutonit. Për shembull, sistemi i ekuacioneve të hidrodinamikës është aq kompleks sa shkencëtarët ende nuk e dinë nëse është përgjithësisht i zgjidhshëm apo jo. Problemi i ekzistencës dhe butësisë së zgjidhjeve të këtij sistemi madje përfshihet në listën e "Problemeve të Mijëvjeçarit", dhe Instituti Matematikor i Argjilës dha një çmim prej një milion dollarësh për zgjidhjen e tij.
Sidoqoftë, si i gjejnë fizikanët këto ekuacione diferenciale? Për një kohë të gjatë, burimi i vetëm i teorive të reja ishte eksperimenti. Me fjalë të tjera, para së gjithash, shkencëtari mati disa madhësi fizike, dhe vetëm atëherë u përpoq të përcaktonte se si ato lidhen. Për shembull, kështu Kepler zbuloi tre ligje të famshme të mekanikës qiellore, të cilat më vonë e çuan Njutonin në teorinë e tij klasike të gravitetit. Doli se eksperimenti dukej se "shkonte përpara teorisë".
Në fizikën moderne, gjërat janë rregulluar pak më ndryshe. Sigurisht, eksperimenti ende luan një rol shumë të rëndësishëm në fizikë. Pa konfirmim eksperimental, çdo teori është vetëm një model matematikor - një lodër për mendjen, që nuk lidhet me botën reale. Sidoqoftë, tani fizikanët marrin ekuacione që përshkruajnë botën tonë, jo duke përgjithësuar empirikisht faktet eksperimentale, por i nxjerrin ato "nga parimet e para", domethënë, bazuar në supozime të thjeshta në lidhje me vetitë e sistemit të përshkruar (për shembull, hapësirë-kohë ose fushë elektromagnetike). Në fund të fundit, vetëm parametrat e teorisë përcaktohen nga eksperimenti - koeficientë arbitrarë që përfshihen në ekuacionin e nxjerrë nga teoricieni. Në këtë rast, roli kryesor në fizikën teorike luhet nga parimi i veprimit më të vogël, e formuluar së pari nga Pierre Maupertuis në mesin e shekullit të 18 -të dhe më në fund e përgjithësuar nga William Hamilton në fillim të shekullit të 19 -të.
Veprimi
Çfarë është veprimi? Në formulimin më të përgjithshëm, një veprim është një funksion që lidh trajektoren e një sistemi (domethënë një funksion të koordinatave dhe kohës) me një numër të caktuar. Dhe parimi i veprimit më të vogël thotë se në e vërtetë veprimi i trajektores do të jetë minimal. Për të kuptuar kuptimin e këtyre fjalëve, merrni parasysh shembullin e mëposhtëm ilustrues, të marrë nga Leksionet e Feynman mbi Fizikën.
Le të themi se duam të dimë trajektoren e një trupi të vendosur në një fushë graviteti. Për thjeshtësi, ne do të supozojmë se lëvizja përshkruhet plotësisht nga lartësia x(t), domethënë, trupi lëviz përgjatë një vije të drejtë vertikale. Supozoni se ne dimë për lëvizjen vetëm se trupi fillon në pikën x 1 në kohë t 1 dhe vjen në pikë x 2 per momentin t 2, dhe koha totale e udhëtimit është T = t 2 − t 1 Konsideroni funksionin L e barabartë me ndryshimin në energjinë kinetike P TOR dhe energji potenciale NS: L = P TOR − NS... Ne do të supozojmë se energjia potenciale varet vetëm nga koordinata e grimcës x(t), dhe kinetike - vetëm në shpejtësinë e tij ẋ
(t) Ne gjithashtu përcaktojmë veprim- funksionale S e barabartë me mesataren L për të gjithë kohën e lëvizjes: S = ∫ L(x, ẋ
, t) d t.
Natyrisht, vlera S do të varet ndjeshëm nga forma e trajektores x(t) - në fakt, kjo është arsyeja pse ne e quajmë atë funksionale, jo funksion. Nëse trupi ngrihet shumë (trajektorja 2), energjia mesatare potenciale do të rritet, dhe nëse fillon të lakohet shumë shpesh (trajektorja 3), energjia kinetike do të rritet - në fund të fundit, ne supozuam se koha totale e lëvizjes është saktësisht e barabartë me T, që do të thotë se trupi duhet të rrisë shpejtësinë e tij në mënyrë që të ketë kohë për të kaluar nëpër të gjitha kthesat. Në fakt, funksionale S arrin një minimum në një trajektore optimale, e cila është një pjesë e një parabolë që kalon nëpër pikat x 1 dhe x 2 (trajektorja 1). Nga një rastësi me fat, kjo trajektore përkon me trajektoren e parashikuar nga ligji i dytë i Njutonit.
Shembuj të shtigjeve që lidhin pikat x 1 dhe x 2 Trajektorja e fituar nga ndryshimi i trajektores së vërtetë shënohet me ngjyrë gri. Drejtimi vertikal korrespondon me boshtin x, akset - horizontale t
A është kjo rastësi një rastësi? Sigurisht, jo rastësisht. Për ta treguar këtë, supozoni se ne e njohim trajektoren e vërtetë dhe e konsiderojmë atë variacionet... Variacioni δ x(t) është një shtesë e tillë në trajektore x(t), e cila ndryshon formën e saj, por lë pikat e fillimit dhe mbarimit në vendet e tyre (shiko figurën). Le të shohim se çfarë vlere merr veprimi në trajektoret që ndryshojnë nga trajektorja e vërtetë nga një ndryshim pafundësisht i vogël. Zgjerimi i funksionit L dhe duke llogaritur integralin sipas pjesëve, marrim atë ndryshim S proporcional me ndryshimin δ x:
Këtu fakti që ndryshimi në pikë x 1 dhe x 2 është e barabartë me zero - kjo bëri të mundur hedhjen poshtë të termave që shfaqen pas integrimit sipas pjesëve. Shprehja që rezulton është shumë e ngjashme me formulën për derivatin, e shkruar në terma të diferencialeve. Në të vërtetë, shprehja δ S/δ x nganjëherë quhet derivat variant. Duke vazhduar këtë analogji, ne përfundojmë se duke shtuar një shtesë të vogël δ x në trajektoren e vërtetë, veprimi nuk duhet të ndryshojë, domethënë δ S= 0. Meqenëse shtesa mund të jetë pothuajse arbitrare (ne kemi fiksuar vetëm skajet e saj), kjo do të thotë që integrandi gjithashtu zhduket. Kështu, duke ditur veprimin, mund të merrni një ekuacion diferencial që përshkruan lëvizjen e sistemit - ekuacioni Euler -Lagrange.
Le të kthehemi te problemi ynë me një trup që lëviz në një fushë graviteti. Më lejoni t'ju kujtoj se ne kemi përcaktuar funksionin L si ndryshim midis energjisë kinetike dhe potenciale të trupit. Duke e zëvendësuar këtë shprehje në ekuacionin Euler-Lagrange, ne me të vërtetë marrim ligjin e dytë të Njutonit. Në të vërtetë, supozimi ynë për formën e funksionit L doli të ishte shumë i suksesshëm:
Rezulton se me ndihmën e një veprimi mund të shkruani ekuacionet e lëvizjes në një formë shumë të shkurtër, sikur të "paketoni" të gjitha tiparet e sistemit brenda funksionit L... Kjo në vetvete është mjaft interesante. Sidoqoftë, veprimi nuk është vetëm një abstraksion matematikor, ai ka një kuptim të thellë fizik. Në përgjithësi, një fizikan teorik modern së pari shkruan veprimin, dhe vetëm atëherë nxjerr ekuacionet e lëvizjes dhe i shqyrton ato. Në shumë raste, një veprim për një sistem mund të ndërtohet duke bërë vetëm supozimet më të thjeshta në lidhje me vetitë e tij. Le të shohim se si mund të bëhet kjo me disa shembuj.
Grimcë relativiste falas
Kur Ajnshtajni po ndërtonte teorinë e veçantë të relativitetit (STR), ai postuloi disa pohime të thjeshta në lidhje me vetitë e hapësirës-kohës sonë. Së pari, është homogjene dhe izotropike, domethënë nuk ndryshon me zhvendosje dhe rrotullime të fundme. Me fjalë të tjera, nuk ka rëndësi se ku jeni - në Tokë, në Jupiter ose në galaktikën Reja e Vogël Magellanike - në të gjitha këto pika ligjet e fizikës funksionojnë në të njëjtën mënyrë. Përveç kësaj, nuk do të vini re ndonjë ndryshim nëse lëvizni në mënyrë uniforme në një vijë të drejtë - ky është parimi i relativitetit të Ajnshtajnit. Së dyti, asnjë trup nuk mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës. Kjo çon në faktin se rregullat e zakonshme për rillogaritjen e shpejtësive dhe kohës gjatë kalimit midis kornizave të ndryshme të referencës - transformimet e Galileos - duhet të zëvendësohen me transformime më të sakta të Lorentz. Si rezultat, një sasi relativisht relativiste, e cila është e njëjtë në të gjitha kornizat referuese, nuk është distanca, por intervali - koha e duhur e grimcës. Intervali s 1 − s 2 midis dy pikave të dhëna mund të gjenden duke përdorur formulën e mëposhtme, ku c- shpejtësia e dritës:
Siç e pamë në pjesën e mëparshme, mjafton që ne të shkruajmë veprimin për një grimcë të lirë në mënyrë që të gjejmë ekuacionin e saj të lëvizjes. Reasonableshtë e arsyeshme të supozohet se veprimi është një invariant relativist, domethënë, duket i njëjtë në korniza të ndryshme referimi, pasi ligjet fizike në to janë të njëjta. Përveç kësaj, ne do të donim ta mbanim veprimin sa më të thjeshtë (shprehjet komplekse do t’i lëmë për më vonë). Pandryshueshmëria më e thjeshtë relativiste që mund të shoqërohet me një grimcë pikë është gjatësia e vijës së saj botërore. Zgjedhja e këtij invarianti si veprim (në mënyrë që dimensioni i shprehjes të jetë i saktë, e shumëzojmë me koeficientin - mc) dhe duke e ndryshuar atë, marrim ekuacionin e mëposhtëm:
E thënë thjesht, përshpejtimi 4 i një grimce relativiste të lirë duhet të jetë zero. 4-përshpejtimi, si 4-shpejtësia, është një përgjithësim i koncepteve të nxitimit dhe shpejtësisë në hapësirë-kohën katër-dimensionale. Si rezultat, një grimcë e lirë mund të lëvizë vetëm përgjatë një vije të caktuar të drejtë me një shpejtësi konstante 4. Në kufirin e shpejtësive të ulëta, ndryshimi i intervalit praktikisht përkon me ndryshimin në kohë, dhe për këtë arsye ekuacioni i marrë nga ne transformohet në ligjin e dytë të diskutuar tashmë mbi Njutonin: mẍ= 0. Nga ana tjetër, kushti i barazisë në zero të përshpejtimit 4 është i kënaqur për një grimcë të lirë dhe në relativitetin e përgjithshëm, vetëm në të hapësirë-koha tashmë fillon të përkulet dhe grimca nuk do të lëvizë domosdoshmërisht përgjatë një drejtimi linjë edhe në mungesë të forcave të jashtme.
Fushë elektromagnetike
Siç e dini, fusha elektromagnetike manifestohet në bashkëveprim me trupat e ngarkuar. Zakonisht ky ndërveprim përshkruhet duke përdorur vektorët e fushave elektrike dhe magnetike, të cilat lidhen me një sistem prej katër ekuacionesh Maxwell. Forma pothuajse simetrike e ekuacioneve të Maksuellit sugjeron që këto fusha nuk janë entitete të pavarura - ajo që na duket si një fushë elektrike në një kuadër referimi mund të kthehet në një fushë magnetike nëse kalojmë në një kornizë tjetër.
Në të vërtetë, merrni parasysh një tel përgjatë së cilës elektronet lëvizin me të njëjtën shpejtësi dhe konstante. Në kuadrin e referencës të lidhur me elektronet, ekziston vetëm një fushë elektrike konstante, e cila mund të gjendet duke përdorur ligjin e Kulombit. Sidoqoftë, në kuadrin origjinal të referencës, lëvizja e elektroneve krijon një rrymë elektrike konstante, e cila, nga ana tjetër, shkakton një fushë magnetike konstante (ligji i Bio-Savard). Në të njëjtën kohë, sipas parimit të relativitetit, në kuadrin e referencës që kemi zgjedhur, ligjet e fizikës duhet të përkojnë. Kjo do të thotë që të dy fushat elektrike dhe magnetike janë pjesë e një thelbi më të përgjithshëm.
Tensorët
Para se të kalojmë në formulimin kovariant të elektrodinamikës, vlen të thuhet disa fjalë për matematikën e relativitetit të veçantë dhe të përgjithshëm. Roli më i rëndësishëm në këto teori luhet nga koncepti i një tensori (dhe në teoritë e tjera moderne gjithashtu, për të qenë i sinqertë). Nëse fare përafërsisht, atëherë tenzori i gradës ( n, m) mund të mendohet si ( n+m) -matricë dimensionale përbërësit e së cilës varen nga koordinatat dhe koha. Përveç kësaj, tensori duhet të ndryshojë në një mënyrë të ndërlikuar kur lëviz nga një kornizë referimi në tjetrën ose kur ndryshon rrjetin koordinativ. Saktësisht se si përcakton numrin e indekseve kontvariante dhe kovariante ( n dhe m respektivisht). Në këtë rast, vetë tensori si një entitet fizik nuk ndryshon nën transformime të tilla, ashtu si 4-vektori, i cili është një rast i veçantë i një tensori të rangut 1, nuk ndryshon nën to.
Komponentët e tensionit numërohen duke përdorur indekse. Për lehtësi, mbishkrimet dhe nënshkrimet dallohen për të parë menjëherë se si transformohet tensori kur ndryshojnë koordinatat ose kuadri i referencës. Për shembull, përbërësi tensor T grada (3, 0) shkruhet si Tαβγ, dhe tensori U grada (2, 1) - si Uα β γ. Sipas traditës së krijuar, përbërësit e tenzoreve katër-dimensionale numërohen me shkronja greke, dhe ato tre-dimensionale-në latinisht. Sidoqoftë, disa fizikanë preferojnë të bëjnë të kundërtën (për shembull, Landau).
Për më tepër, për shkurtësi, Ajnshtajni sugjeroi që të mos shkruani shenjën e shumës "Σ" kur palosni shprehjet tenzore. Konvolucioni është përmbledhja e një tensori mbi dy indekse të dhëna, njëri prej të cilëve duhet të jetë "lart" (kundërvariant) dhe tjetri "poshtë" (kovariant). Për shembull, për të llogaritur gjurmën e një matricë - tensori i gradës (1, 1) - ju duhet ta përmblidhni atë me dy indekse të disponueshëm: Tr [ A μ ν ] = Σ A μ μ = Aμ μ Ju mund të ngrini dhe ulni indekset duke përdorur tensorin metrik: T αβ γ = T αβμ g μγ .
Së fundi, është i përshtatshëm për të futur një pseudotensor absolutisht antisimetrik ε μνρσ, një tensor që ndryshon shenjën për çdo ndryshim të indekseve (për shembull, ε μνρσ = −ε νμρσ) dhe për të cilin përbërësi ε 1234 = +1. Quhet edhe tensori Levi-Civita. Kur sistemi koordinativ rrotullohet, ε μνρσ sillet si një tensor i zakonshëm, por nën përmbysje (një zëvendësim si x → −x) konvertohet në një mënyrë tjetër.
Në të vërtetë, vektorët e fushave elektrike dhe magnetike kombinohen në një strukturë që është e pandryshueshme nën transformimet e Lorentzit - domethënë, nuk ndryshon kur kalon midis kornizave të ndryshme (inerciale) të referencës. Ky është i ashtuquajturi tensor i fushës elektromagnetike Fμν Më qartë, do të shkruhet në formën e matricës së mëposhtme:
Këtu, përbërësit e fushës elektrike shënohen me shkronjë E, dhe përbërësit e fushës magnetike - me shkronjë H... Shtë e lehtë të shihet se tensori i fushës elektromagnetike është antisimetrik, domethënë, përbërësit e tij në anët e kundërta të diagonës janë të barabartë në madhësi dhe kanë shenja të kundërta. Nëse duam të marrim ekuacionet e Maxwell "nga parimet e para", duhet të shkruajmë veprimin e elektrodinamikës. Për ta bërë këtë, ne duhet të ndërtojmë kombinimin më të thjeshtë shkallor të objekteve tensor që kemi, në një mënyrë ose në një tjetër të lidhur me fushën ose me vetitë e hapësirë-kohës.
Nëse mendoni për këtë, ne kemi pak zgjedhje - vetëm tensori i fushës mund të veprojë si "blloqe ndërtimi" Fμν, tensor metrik gμν dhe tensori absolutisht antisimetrik ε μνρσ. Vetëm dy kombinime shkallëzore mund të mblidhen prej tyre, dhe njëra prej tyre është një derivat i plotë, domethënë, mund të injorohet kur nxirren ekuacionet Euler -Lagrange - pas integrimit, kjo pjesë thjesht do të zhduket. Zgjedhja e kombinimit të mbetur si veprim dhe ndryshimi i tij, marrim një palë ekuacione të Maxwell - gjysma e sistemit (rreshti i parë). Duket se kemi humbur dy ekuacione. Sidoqoftë, në fakt, ne nuk kemi nevojë të shkruajmë veprimin për të nxjerrë ekuacionet e mbetura - ato vijnë drejtpërdrejt nga antisimetria e tensorit Fμν (rreshti i dytë):
Dhe përsëri morëm ekuacionet e sakta të lëvizjes, duke zgjedhur kombinimin më të thjeshtë të mundshëm si veprim. Vërtetë, meqenëse nuk kemi marrë parasysh ekzistencën e ngarkesave në hapësirën tonë, kemi marrë ekuacione për një fushë të lirë, domethënë për një valë elektromagnetike. Kur shtoni akuza në teori, ndikimi i tyre gjithashtu duhet të merret parasysh. Kjo bëhet duke vënë në veprim vektorin 4-aktual.
Graviteti
Triumfi i vërtetë i parimit të veprimit më të vogël në një kohë ishte ndërtimi i teorisë së përgjithshme të relativitetit (GR). Falë tij, ligjet e lëvizjes u morën së pari, të cilat shkencëtarët nuk mund t'i merrnin duke analizuar të dhënat eksperimentale. Ose mundën, por nuk kishin kohë. Në vend të kësaj, Ajnshtajni (dhe Hilberti, nëse dëshironi) nxorën ekuacionet në një metrikë, duke filluar nga supozimet për vetitë e hapësirës -kohës. Që nga ai moment, fizika teorike filloi të "kapërcejë" fizikën eksperimentale.
Në relativitetin e përgjithshëm, metrika pushon të jetë konstante (si në relativitetin special) dhe fillon të varet nga dendësia e energjisë e vendosur në të. Vini re se është më e saktë të flitet për energjinë, dhe jo për masën, megjithëse këto dy madhësi janë të lidhura me lidhjen E = mc 2 në kuadrin e vet të referencës. Më lejoni t'ju kujtoj se metrika përcakton rregullat për llogaritjen e distancës midis dy pikave (duke folur rreptësisht, pikat pafundësisht të afërta). Shtë e rëndësishme që metrika të mos varet nga zgjedhja e sistemit të koordinatave. Për shembull, një hapësirë e sheshtë tre-dimensionale mund të përshkruhet duke përdorur një sistem koordinativ kartezian ose sferik, por në të dy rastet metrika e hapësirës do të jetë e njëjtë.
Për të shkruar veprimin për gravitetin, ne duhet të ndërtojmë disa invariante nga metrika që nuk do të ndryshojnë kur ndryshon rrjeti koordinativ. Invarianti më i thjeshtë i tillë është përcaktuesi metrik. Sidoqoftë, nëse e përfshijmë vetëm në veprim, nuk do të marrim diferenciale ekuacion, pasi kjo shprehje nuk përmban derivate të metrikës. Dhe nëse ekuacioni nuk është diferencial, ai nuk mund të përshkruajë situatat në të cilat metrika ndryshon me kalimin e kohës. Prandaj, ne duhet t'i shtojmë veprimit invariantin më të thjeshtë që përmban derivatet gμν Një invariant i tillë është i ashtuquajturi skalar Ricci R, e cila merret nga konvolucioni i tensorit Riemann Rμνρσ duke përshkruar lakimin e hapësirë-kohës:
Robert Couse-Baker / flickr.com
Teoria e gjithçkaje
Së fundi, është koha për të folur për "teorinë e gjithçkaje". Ky është emri i disa teorive që përpiqen të kombinojnë relativitetin e përgjithshëm dhe Modelin Standard - dy teoritë kryesore fizike të njohura për momentin. Shkencëtarët bëjnë përpjekje të tilla jo vetëm për arsye estetike (sa më pak teori nevojiten për të kuptuar botën, aq më mirë), por edhe për arsye më bindëse.
Relativiteti i përgjithshëm dhe Modeli Standard kanë kufij të zbatueshmërisë, pas së cilës ata pushojnë së punuari. Për shembull, relativiteti i përgjithshëm parashikon ekzistencën e veçorive - pika në të cilat dendësia e energjisë, dhe kështu lakimi i hapësirë -kohës, tenton në pafundësi. Jo vetëm që pafundësitë janë të pakëndshme në vetvete - përveç këtij problemi, Modeli Standard pretendon se energjia nuk mund të lokalizohet në një pikë, ajo duhet të lyhet me një vëllim, edhe pse të vogël. Prandaj, pranë singularitetit, efektet e relativitetit të përgjithshëm dhe Modeli Standard duhet të jenë të mëdha. Në të njëjtën kohë, GRT ende nuk është kuantizuar, dhe Modeli Standard po ndërtohet mbi supozimin e hapësirës-kohës së sheshtë. Nëse duam të kuptojmë se çfarë po ndodh rreth veçorive, duhet të zhvillojmë një teori që do të përfshijë të dyja këto teori.
Duke pasur parasysh suksesin e parimit të veprimit më të vogël në të kaluarën, shkencëtarët i bazojnë të gjitha përpjekjet e tyre për të ndërtuar një teori të re mbi të. Mos harroni, ne i konsideruam vetëm kombinimet më të thjeshta kur ndërtuam veprimin për teori të ndryshme? Atëherë veprimet tona u kurorëzuan me sukses, por kjo nuk do të thotë aspak se veprimi më i thjeshtë është më i sakti. Në përgjithësi, natyra nuk është e detyruar të rregullojë ligjet e saj për të thjeshtuar jetën tonë.
Prandaj, është e arsyeshme të përfshini në veprim sasitë e pandryshueshme më të ndërlikuara të mëposhtme dhe të shihni se ku çon kjo. Kjo kujton disi përafrimin e njëpasnjëshëm të një funksioni nga polinomet e shkallëve gjithnjë e më të larta. Problemi i vetëm këtu është se të gjitha ndryshimet e tilla hyjnë në fuqi me disa koeficientë të panjohur që nuk mund të llogariten teorikisht. Për më tepër, meqenëse Modeli Standard dhe relativiteti i përgjithshëm funksionojnë mirë, këta koeficientë duhet të jenë shumë të vegjël - prandaj, ata janë të vështirë të përcaktohen nga eksperimenti. Punime të shumta që raportojnë mbi "kufizimet në fizikën e re" kanë për qëllim pikërisht përcaktimin e koeficientëve në nivele më të larta të teorisë. Deri më tani, ata kanë arritur vetëm të gjejnë kufizime nga lart.
Përveç kësaj, ka qasje që prezantojnë koncepte të reja, jo të parëndësishme. Për shembull, teoria e vargjeve sugjeron që vetitë e botës sonë mund të përshkruhen duke përdorur dridhje jo të pikave, por të objekteve të zgjeruara - tela. Fatkeqësisht, asnjë konfirmim eksperimental i teorisë së fijeve nuk është gjetur ende. Për shembull, ajo parashikoi disa nxitje nxituese, por ato nuk u shfaqën kurrë.
Në përgjithësi, ende nuk duket se shkencëtarët po i afrohen zbulimit të një "teorie të gjithçkaje". Ndoshta, teoricienët do të duhet të dalin me diçka thelbësisht të re. Sidoqoftë, nuk ka dyshim se gjëja e parë që ata do të shkruajnë për teorinë e re është veprimi.
***
Nëse i gjithë ky arsyetim ju dukej i ndërlikuar dhe e shfletuat artikullin pa e lexuar, këtu është një përmbledhje e shkurtër e fakteve që u diskutuan në të. Së pari, të gjitha teoritë moderne fizike në një mënyrë ose në një tjetër mbështeten në konceptin veprimet- një sasi që përshkruan se sa "i pëlqen" sistemit kjo apo ajo trajektore lëvizjeje. Së dyti, ekuacionet e lëvizjes së sistemit mund të merren duke kërkuar trajektoren në të cilën kryhet veprimi më së paku kuptim. Së treti, veprimi mund të ndërtohet duke përdorur vetëm disa supozime elementare në lidhje me vetitë e sistemit. Për shembull, që ligjet e fizikës përkojnë në kuadrin e referencës që lëvizin me shpejtësi të ndryshme. Së katërti, disa nga kandidatët për një "teori të gjithçkaje" merren duke shtuar thjesht terma në Modelin Standard dhe GRT që shkelin disa nga supozimet e këtyre teorive. Për shembull, pandryshueshmëria e Lorentz. Nëse, pas leximit të artikullit, ju kujtohen deklaratat e listuara, kjo tashmë është e mirë. Dhe nëse e kuptoni se nga vijnë - thjesht e mrekullueshme.
Dmitry Trunin
Fizikani anglez Isaac Newton botoi një libër në të cilin shpjegoi lëvizjen e objekteve dhe parimin e gravitetit. "Parimet matematikore të filozofisë natyrore" u kanë dhënë gjërave në botë vende të vendosura. Historia thotë se në moshën 23 vjeç, Njutoni shkoi në një pemishte dhe pa një mollë të binte nga një pemë. Në atë kohë, fizikanët e dinin se Toka në një farë mënyre tërheq objekte duke përdorur gravitetin. Njutoni e zhvilloi këtë ide.
Sipas John Conduitt, asistentit të Njutonit, kur pa një mollë që binte në tokë, Njutoni mori idenë se forca gravitacionale "nuk ishte e kufizuar në një distancë të caktuar nga toka, por shtrihej shumë më tej nga sa mendohej zakonisht". Sipas Conduitt, Njutoni bëri pyetjen: pse jo në Hënë?
Frymëzuar nga hamendjet e tij, Njutoni zhvilloi ligjin e gravitetit, i cili funksionoi njësoj mirë me mollët në Tokë dhe planetët që rrotullohen rreth Diellit. Të gjitha këto objekte, pavarësisht nga dallimet e tyre, i binden të njëjtave ligje.
"Njerëzit menduan se ai shpjegoi gjithçka që kishte nevojë për një shpjegim," thotë Barrow. Arritja e tij ishte e madhe ”.
Problemi është se Njutoni e dinte se kishte vrima në punën e tij.
Për shembull, graviteti nuk shpjegon se si objektet e vogla mbahen së bashku, pasi kjo forcë nuk është aq e madhe. Gjithashtu, ndërsa Njutoni mund të shpjegonte atë që po ndodhte, ai nuk mund të shpjegonte se si funksiononte. Teoria ishte e paplotë.
Kishte një problem më të madh. Edhe pse ligjet e Njutonit shpjeguan fenomenet më të zakonshme në univers, në disa raste, objektet shkelën ligjet e tij. Këto situata ishin të rralla dhe zakonisht përfshinin shpejtësi të madhe ose rritje të gravitetit, por ato ishin.
Një nga këto situata ishte orbita e Mërkurit, planeti më i afërt me Diellin. Si çdo planet tjetër, Mërkuri rrotullohet rreth Diellit. Ligjet e Njutonit mund të zbatohen për të llogaritur lëvizjet planetare, por Mërkuri nuk donte të luante sipas rregullave. Çuditërisht, orbita e saj nuk kishte qendër. U bë e qartë se ligji universal i gravitetit nuk ishte aq universal, dhe as një ligj fare.
Më shumë se dy shekuj më vonë, Albert Ajnshtajni erdhi në shpëtim me teorinë e tij të relativitetit. Ideja e Ajnshtajnit, e cila në vitin 2015, siguroi një kuptim më të thellë të gravitetit.
Teoria e relativitetit
Ideja kryesore është se hapësira dhe koha, të cilat duket se janë gjëra të ndryshme, në fakt janë të ndërthurura. Hapësira ka tre dimensione: gjatësi, gjerësi dhe lartësi. Koha është dimensioni i katërt. Të katër janë të lidhur në formën e një qelize gjigante hapësinore. Nëse keni dëgjuar ndonjëherë frazën "vazhdimësi hapësirë-kohë", kjo është ajo për të cilën po flasim.
Ideja e madhe e Ajnshtajnit ishte se objektet e rënda si planetët ose objektet me lëvizje të shpejtë mund të shtrembërojnë hapësirën -kohë. Pak si një trampoline e tendosur: nëse vendosni diçka të rëndë në pëlhurë, ajo krijon një gropë. Çdo objekt tjetër do të rrëshqasë poshtë shpatit drejt objektit në depresion. Prandaj, sipas Ajnshtajnit, graviteti tërheq objekte.
Ideja është e çuditshme në natyrë. Por fizikanët janë të bindur se është. Ajo gjithashtu shpjegon orbitën e çuditshme të Mërkurit. Sipas relativitetit të përgjithshëm, masa gjigante e diellit përkul hapësirën dhe kohën përreth. Si planeti më i afërt me Diellin, Mërkuri përjeton lakime shumë më të mëdha se planetët e tjerë. Ekuacionet e relativitetit të përgjithshëm përshkruajnë sesi kjo hapësirë -kohë e lakuar ndikon në orbitën e Mërkurit dhe parashikon pozicionin e një planeti.
Sidoqoftë, pavarësisht suksesit të saj, teoria e relativitetit nuk është një teori e gjithçkaje, si teoria e Njutonit. Ashtu si teoria e Njutonit nuk funksionon për objekte vërtet masive, teoria e Ajnshtajnit nuk funksionon në mikroskale. Sapo të filloni të shikoni atomet dhe asgjë më pak, materia fillon të sillet shumë çuditërisht.
Deri në fund të shekullit XIX, atomi konsiderohej njësia më e vogël e materies. I lindur nga fjala greke "atomos", që do të thoshte "e pandashme", një atom, sipas përkufizimit, nuk supozohej të ndahej në grimca më të vogla. Por në vitet 1870, shkencëtarët zbuluan grimca që janë 2.000 herë më të lehta se atomet. Duke peshuar rrezet e dritës në një tub vakumi, ata gjetën grimca jashtëzakonisht të lehta me një ngarkesë negative. Kështu u zbulua grimca e parë nënatomike: elektroni. Gjatë gjysmës shekullit të ardhshëm, shkencëtarët zbuluan se atomi ka një bërthamë të përbërë rreth së cilës elektronet rrotullohen. Kjo bërthamë përbëhet nga dy lloje të grimcave nënatomike: neutrone, të cilat kanë një ngarkesë neutrale, dhe protone, të cilat janë të ngarkuara pozitivisht.
Por kjo nuk është e tëra. Që atëherë, shkencëtarët kanë gjetur mënyra për të ndarë materien në pjesë më të vogla dhe më të vogla, duke vazhduar të përsosin të kuptuarit tonë për grimcat themelore. Deri në vitet 1960, shkencëtarët kishin gjetur dhjetëra grimca elementare, duke përpiluar një listë të gjatë të të ashtuquajturit kopsht zoologjik të grimcave.
Me sa dimë, nga tre përbërësit e atomit, grimca e vetme themelore është elektroni. Neutronet dhe protonet ndahen në kuarkë të vegjël. Këto grimca elementare i binden një grupi krejtësisht të ndryshëm të ligjeve, të ndryshme nga ato që i binden pemëve ose planetëve. Dhe këto ligje të reja - të cilat ishin shumë më pak të parashikueshme - prishën disponimin e fizikanëve.
Në fizikën kuantike, grimcat nuk kanë vend të caktuar: vendndodhja e tyre është pak e turbullt. Likeshtë sikur çdo grimcë ka një probabilitet të caktuar për të qenë në një vend të caktuar. Kjo do të thotë që bota është në thelb një vend thelbësisht i pasigurt. Mekanika kuantike është e vështirë edhe të kuptohet. Siç tha Richard Feynman, një ekspert në mekanikën kuantike, "Unë mendoj se mund të them me besim se askush nuk e kupton mekanikën kuantike."
Ajnshtajni ishte gjithashtu i shqetësuar për mjegullimin e mekanikës kuantike. Përkundër faktit se ai, në fakt, e shpiku pjesërisht atë, vetë Ajnshtajni kurrë nuk besoi në teorinë kuantike. Por në pallatet e tyre - të mëdha dhe të vogla - si mekanika kuantike ashtu edhe mekanika kuantike dëshmuan të drejtën për fuqi të pandarë, duke qenë jashtëzakonisht të sakta.
Mekanika kuantike ka shpjeguar strukturën dhe sjelljen e atomeve, përfshirë pse disa prej tyre janë radioaktive. Ai gjithashtu qëndron në themel të elektronikës moderne. Ju nuk mund ta lexoni këtë artikull pa të.
Relativiteti i përgjithshëm parashikoi ekzistencën e vrimave të zeza. Këta yje masivë që janë shembur në vetvete. Tërheqja e tyre gravitacionale është aq e fuqishme sa që as drita nuk mund ta lërë atë.
Problemi është se këto dy teori janë të papajtueshme, kështu që ato nuk mund të jenë të vërteta në të njëjtën kohë. Relativiteti i përgjithshëm thotë se sjelljet e objekteve mund të parashikohen me saktësi, ndërsa mekanika kuantike thotë se ju mund të dini vetëm probabilitetin e asaj që do të bëjnë objektet. Nga kjo rrjedh se mbeten disa gjëra që fizikanët ende nuk i kanë përshkruar. Vrimat e zeza, për shembull. Ato janë mjaft masive për të qenë të zbatueshme në teorinë e relativitetit, por mjaft të vogla për të aplikuar mekanikën kuantike. Nëse nuk e gjeni veten pranë një vrime të zezë, kjo papajtueshmëri nuk do të ndikojë në jetën tuaj të përditshme. Por kjo i çudit fizikanët në pjesën më të madhe të shekullit të kaluar. Thisshtë ky lloj papajtueshmërie që e bën njeriun të kërkojë një teori të gjithçkaje.
Ajnshtajni kaloi pjesën më të madhe të jetës së tij duke u përpjekur për të gjetur një teori të tillë. Duke mos qenë një tifoz i rastësisë së mekanikës kuantike, ai donte të krijonte një teori që do të kombinonte gravitetin dhe pjesën tjetër të fizikës në mënyrë që çuditë kuantike të mbeten pasoja dytësore.
Qëllimi i tij kryesor ishte që graviteti të punonte me elektromagnetizëm. Në vitet 1800, fizikantët kuptuan se grimcat e ngarkuara elektrike mund të tërheqin ose zmbrapsin. Prandaj, disa metale tërhiqen nga një magnet. Natyrisht, nëse dy lloje të forcave që objektet mund të ushtrojnë mbi njëri -tjetrin, ato mund të tërhiqen nga graviteti dhe tërhiqen ose zmbrapsen nga elektromagnetizmi.
Ajnshtajni donte t'i kombinonte këto dy forca në një "teori të unifikuar të fushës". Për ta bërë këtë, ai e shtriu hapësirën në pesë dimensione. Së bashku me tre dimensione hapësinore dhe një të përkohshme, ai shtoi një dimension të pestë, i cili duhet të jetë aq i vogël dhe i shembur saqë ne nuk mund ta shihnim.
Nuk funksionoi, dhe Ajnshtajni humbi 30 vjet duke kërkuar. Ai vdiq në 1955 dhe teoria e tij e unifikuar e fushës nuk u zbulua kurrë. Por në dekadën e ardhshme, doli një pretendent serioz për këtë teori: teoria e vargjeve.
Teoria e vargjeve
Ideja që qëndron pas teorisë së fijeve është mjaft e thjeshtë. Përbërësit bazë të botës sonë, si elektronet, nuk janë grimca. Këto janë sythe të vogla ose "tela". Thjesht sepse telat janë kaq të vegjël, ato duken si pika.
Ashtu si telat në kitarë, edhe këto sythe janë plot energji. Kjo do të thotë se ata dridhen në frekuenca të ndryshme në varësi të madhësisë. Këto dridhje përcaktojnë se çfarë lloj "grimce" do të përfaqësojë secili varg. Dridhja e vargut në një mënyrë do t'ju japë një elektron. Të tjerët - diçka tjetër. Të gjitha grimcat e zbuluara në shekullin e 20 -të janë të njëjtat lloje të telave, vetëm duke vibruar në mënyra të ndryshme.
Prettyshtë shumë e vështirë të kuptosh menjëherë pse kjo është një ide e mirë. Por është i përshtatshëm për të gjitha forcat që veprojnë në natyrë: graviteti dhe elektromagnetizmi, plus dy të tjera të zbuluara në shekullin e 20 -të. Forcat e forta dhe të dobëta bërthamore veprojnë vetëm brenda bërthamave të vogla të atomeve, kështu që ato nuk mund të zbulohen për një kohë të gjatë. Forca e fortë mban thelbin së bashku. Një forcë e dobët zakonisht nuk bën asgjë, por nëse fiton forcë të mjaftueshme, e thyen bërthamën në pjesë: prandaj, disa atome janë radioaktivë.
Çdo teori e gjithçkaje do të duhet të shpjegojë të katër. Për fat të mirë, dy forcat bërthamore dhe elektromagnetizmi përshkruhen plotësisht nga mekanika kuantike. Çdo forcë bartet nga një grimcë e specializuar. Por nuk ka asnjë grimcë të vetme që do të mbante gravitet.
Disa fizikanë mendojnë se ka. Dhe ata e quajnë atë "graviton". Gravitonët nuk kanë masë, kanë një rrotullim të veçantë dhe lëvizin me shpejtësinë e dritës. Fatkeqësisht, ato nuk janë gjetur ende. Dhe këtu vjen teoria e fijeve. Ai përshkruan një varg që duket tamam si një graviton: ka rrotullimin e duhur, nuk ka masë dhe lëviz me shpejtësinë e dritës. Për herë të parë në histori, teoria e relativitetit dhe mekanika kuantike kanë gjetur baza të përbashkëta.
Në mesin e viteve 1980, fizikantët ishin të magjepsur nga teoria e telave. "Në 1985, ne kuptuam se teoria e vargjeve zgjidh një mori problemesh që kanë pllakosur njerëzit gjatë 50 viteve të fundit," thotë Barrow. Por ajo gjithashtu kishte probleme.
Së pari, "ne nuk e kuptojmë se çfarë është teoria e fijeve në detajet e duhura," thotë Philip Candelas nga Universiteti i Oksfordit. "Ne nuk kemi një mënyrë të mirë për ta përshkruar atë."
Për më tepër, disa nga parashikimet duken të çuditshme. Ndërsa teoria e njësuar e fushës e Ajnshtajnit mbështetet në një dimension shtesë të fshehur, format më të thjeshta të teorisë së vargut kërkojnë 26 dimensione. Ato janë të nevojshme për të lidhur teorinë e matematikës me atë që ne tashmë dimë për universin.
Versionet më të avancuara, të njohura si "teori të superstringut", mjaftojnë me dhjetë dimensione. Por edhe kjo nuk përshtatet me tre dimensionet që ne vëzhgojmë në Tokë.
"Kjo mund të trajtohet duke supozuar se vetëm tre dimensione janë zgjeruar në botën tonë dhe janë bërë më të mëdha," thotë Barrow. "Të tjerët janë të pranishëm, por mbeten fantastikisht të vegjël."
Për shkak të këtyre dhe problemeve të tjera, shumë fizikanë nuk e pëlqejnë teorinë e vargut. Dhe ata ofrojnë një teori tjetër: graviteti kuantik i lakut.
Graviteti kuantik i lakut
Kjo teori nuk i vë vetes detyrën e bashkimit dhe përfshirjes së gjithçkaje që është në fizikën e grimcave. Në vend të kësaj, graviteti kuantik i lakut thjesht po përpiqet të nxjerrë një teori kuantike të gravitetit. Shtë më e kufizuar se teoria e vargjeve, por jo aq e rëndë. Graviteti kuantik i lakut supozon se hapësira -koha është e ndarë në pjesë të vogla. Nga larg duket si një fletë e lëmuar, por me një inspektim më të afërt mund të shihni një bandë pikash të lidhura me vija ose sythe. Këto fibra të vogla të thurura së bashku ofrojnë një shpjegim për gravitetin. Kjo ide është po aq e pakuptueshme sa teoria e fijeve, dhe ka probleme të ngjashme: nuk ka prova eksperimentale.
Pse ende po debatohen këto teori? Ndoshta ne thjesht nuk dimë sa duhet. Nëse ka fenomene të mëdha që nuk i kemi parë kurrë, mund të përpiqemi të kuptojmë tablonë e madhe dhe pjesët e munguara të enigmës do t’i marrim më vonë.
"Temshtë joshëse të mendosh se kemi gjetur gjithçka", thotë Barrow. "Por do të ishte shumë e çuditshme nëse deri në vitin 2015 do të bënim të gjitha vëzhgimet e nevojshme për të marrë një teori të gjithçkaje. Pse duhet të jetë kështu? "
Ekziston edhe një problem tjetër. Këto teori janë të vështira për t'u testuar, në pjesën më të madhe sepse ato kanë matematikë jashtëzakonisht brutale. Candelas ka vite që po përpiqet të gjejë një mënyrë për të testuar teorinë e vargut, por ka dështuar.
"Pengesa kryesore për avancimin e teorisë së fijeve mbetet moszhvillimi i matematikës që duhet të shoqërojë kërkimin e fizikës," thotë Barrow. "Shtë në një fazë të hershme, ka ende shumë për të eksploruar."
Thënë kështu, teoria e telave mbetet premtuese. "Me kalimin e viteve, njerëzit janë përpjekur të integrojnë gravitetin me pjesën tjetër të fizikës," thotë Candelas. "Ne kishim teori që shpjegonin mirë elektromagnetizmin dhe forcat e tjera, por jo gravitetin. Ne po përpiqemi t'i kombinojmë ato me teorinë e telave ".
Problemi i vërtetë është se teoria e gjithçkaje thjesht mund të jetë e pamundur të identifikohet.
Kur teoria e telave u bë e njohur në vitet 1980, në të vërtetë kishte pesë versione të saj. "Njerëzit filluan të shqetësohen," thotë Barrow. "Nëse kjo është një teori e gjithçkaje, pse janë pesë?" Gjatë dekadës së ardhshme, fizikantët zbuluan se këto teori mund të transformoheshin në njëra -tjetrën. Ato janë thjesht mënyra të ndryshme për të parë të njëjtën gjë. Rezultati ishte teoria M e paraqitur në 1995. Ky është një version i thellë i teorisë së vargut që përfshin të gjitha versionet e mëparshme. Epo, ne të paktën po kthehemi në një teori të unifikuar. Teoria M kërkon vetëm 11 dimensione, që është shumë më mirë se 26. Megjithatë, teoria M nuk ofron një teori të unifikuar të gjithçkaje. Ajo ofron miliarda prej tyre. Në total, teoria M na ofron 10 ^ 500 teori, të cilat do të jenë logjikisht të qëndrueshme dhe të afta për të përshkruar Universin.
Kjo duket më keq se e padobishme, por shumë fizikanë besojnë se tregon për një të vërtetë më të thellë. Ndoshta universi ynë është një nga shumë, secila prej të cilave përshkruhet nga një prej triliona versioneve të teorisë M. Dhe ky koleksion gjigant i universeve quhet "".
Në ditët e para, multiverse ishte si "një shkumë e madhe me flluska të të gjitha formave dhe madhësive", thotë Barrow. Çdo flluskë më pas u zgjerua dhe u bë univers.
"Ne jemi në një nga ato flluska," thotë Barrow. Ndërsa flluskat u zgjeruan, flluska të tjera, universe të reja, mund të ishin formuar brenda tyre. "Në proces, gjeografia e një universi të tillë është komplikuar seriozisht."
Në çdo univers flluskë, të njëjtat ligje fizike veprojnë. Prandaj, në universin tonë, gjithçka sillet njësoj. Por në universet e tjera, mund të ketë ligje të tjera. Një përfundim i çuditshëm lind nga kjo. Nëse teoria e vargjeve është me të vërtetë mënyra më e mirë për të kombinuar relativitetin dhe mekanikën kuantike, atëherë të dyja do dhe nuk do të jenë teoria e gjithçkaje.
Nga njëra anë, teoria e fijeve mund të na japë një përshkrim të përsosur të universit tonë. Por gjithashtu do të çojë në mënyrë të pashmangshme në faktin se secili nga trilionat e universit tjetër do të jetë unik. Një ndryshim i madh në të menduarit do të jetë se ne nuk do të presim më për një teori të unifikuar të gjithçkaje. Mund të ketë shumë teori për gjithçka, secila prej të cilave do të jetë e vërtetë në mënyrën e vet.
Ndër dy teoritë themelore që shpjegojnë realitetin përreth nesh, teoria kuantike apelon për ndërveprimin midis më i vogli grimcat e materies, dhe relativiteti i përgjithshëm i referohet gravitetit dhe me e madhja strukturat në të gjithë universin. Që nga ditët e Ajnshtajnit, fizikanët janë përpjekur të kapërcejnë hendekun midis këtyre mësimeve, por me sukses të ndryshëm.
Një mënyrë për të pajtuar gravitetin me mekanikën kuantike ishte të tregonte se graviteti bazohet në grimca të pandashme të materies, kuantet. Ky parim mund të krahasohet me atë se si kuantet e dritës, fotonet, përfaqësojnë një valë elektromagnetike. Deri më tani, shkencëtarët nuk kanë pasur të dhëna të mjaftueshme për të mbështetur këtë supozim, por Antoine Tilloy(Antoine Tilloy) nga Instituti i Optikës Kuantike. Max Planck në Garching, Gjermani, u përpoq të përshkruante gravitetin me parimet e mekanikës kuantike. Por si e bëri atë?
Bota kuantike
Në teorinë kuantike, gjendja e një grimce përshkruhet nga ajo funksioni i valës... Për shembull, ju lejon të llogaritni mundësinë e gjetjes së një grimce në një pikë të caktuar në hapësirë. Para vetë matjes, është e paqartë jo vetëm se ku është grimca, por edhe nëse ajo ekziston. Vetë fakti i matjes krijon fjalë për fjalë realitetin duke "shkatërruar" funksionin e valës. Por mekanika kuantike rrallë i drejtohet matjes, prandaj është një nga fushat më të diskutueshme të fizikës. Mbani mend Paradoksi i Shreddingerit: ju nuk do të jeni në gjendje ta zgjidhni atë derisa të bëni një matje duke hapur kutinë dhe duke kuptuar nëse macja është gjallë apo jo.
Një nga zgjidhjet për paradokse të tilla është e ashtuquajtura model GRW i cili u zhvillua në fund të viteve 1980. Kjo teori përfshin një fenomen të tillë si " shpërthimet»- kolapset spontane të funksionit valor të sistemeve kuantike. Rezultati i aplikimit të tij është saktësisht i njëjtë sikur matjet të kryheshin pa vëzhgues si të tillë. Tilloy e modifikoi atë për të treguar se si mund të përdoret për të arritur në një teori të gravitetit. Në versionin e tij, një ndezje, duke shkatërruar funksionin e valës dhe duke e detyruar grimcën të jetë në një vend, gjithashtu krijon një fushë gravitacionale në këtë moment në hapësirë-kohë. Sa më i madh të jetë sistemi kuantik, aq më shumë grimca përmban dhe aq më shumë shpërthime ndodhin, duke krijuar kështu një fushë gravitacionale të luhatshme.
Gjëja më interesante është se vlera mesatare e këtyre luhatjeve është fusha gravitacionale që përshkruan teoria e gravitetit të Njutonit. Kjo qasje për të kombinuar gravitetin me mekanikën kuantike quhet kuazi-klasike: graviteti lind nga proceset kuantike, por mbetet një forcë klasike. "Nuk ka asnjë arsye të vërtetë për të injoruar qasjen pothuajse klasike, në të cilën graviteti është themelor në një nivel themelor," thotë Tilloy.
Fenomeni i gravitetit
Klaus Hornberger i Universitetit të Duisburg-Essen në Gjermani, i cili nuk mori pjesë në zhvillimin e teorisë, e trajton atë me një simpati të madhe. Sidoqoftë, shkencëtari thekson se para se ky koncept të formojë bazën e një teorie të unifikuar që bashkon dhe shpjegon natyrën e të gjitha aspekteve themelore të botës përreth nesh, do të jetë e nevojshme të zgjidhen një numër problemesh. Për shembull, modeli i Tilloy definitivisht mund të përdoret për të marrë gravitetin Njutonian, por korrespondenca e tij me teorinë gravitacionale ende duhet të verifikohet duke përdorur matematikë.
Sidoqoftë, vetë shkencëtari pajtohet se teoria e tij ka nevojë për një bazë provash. Për shembull, ai parashikon që graviteti do të sillet ndryshe në varësi të shkallës së objekteve në fjalë: për atomet dhe për vrimat e zeza supermasive, rregullat mund të jenë shumë të ndryshme. Sido që të jetë, nëse testet zbulojnë se modeli i Tillroy vërtet pasqyron realitetin, dhe graviteti është me të vërtetë pasojë e luhatjeve kuantike, atëherë kjo do të lejojë fizikanët të kuptojnë realitetin përreth nesh në një nivel cilësisht të ndryshëm.
Ka shumë vende për të filluar këtë diskutim, dhe kjo është po aq e mirë sa të tjerat: gjithçka në universin tonë ka natyrën e grimcave dhe valëve. Nëse dikush mund të thotë për magjinë si kjo: "Të gjitha këto janë valë, dhe vetëm valë", ky do të ishte një përshkrim i mrekullueshëm poetik i fizikës kuantike. Në fakt, gjithçka në këtë univers ka një natyrë valore.
Sigurisht, gjithçka në Univers është gjithashtu e një natyre grimcash. Tingëllon e çuditshme, por është.
Përshkrimi i objekteve reale si grimca dhe valë në të njëjtën kohë do të ishte disi i pasaktë. Në mënyrë të rreptë, objektet e përshkruara nga fizika kuantike nuk janë grimca dhe valë, por përkundrazi i përkasin kategorisë së tretë, e cila trashëgon vetitë e valëve (frekuenca dhe gjatësia e valës, së bashku me përhapjen në hapësirë) dhe disa veti të grimcave (ato mund të rillogariten dhe të lokalizuara në një shkallë të caktuar). Kjo çon në një debat të gjallë në komunitetin e fizikës nëse është përgjithësisht e saktë të flasësh për dritën si një grimcë; jo sepse ekziston një kontradiktë nëse drita ka një natyrë grimce, por sepse të quash fotone "grimca" dhe jo "ngacmime të një fushe kuantike" do të thotë të mashtrosh studentët. Sidoqoftë, kjo vlen edhe për faktin nëse elektronet mund të quhen grimca, por mosmarrëveshje të tilla do të mbeten në qarqe thjesht akademike.
Kjo natyrë "e tretë" e objekteve kuantike reflektohet në gjuhën nganjëherë konfuze të fizikanëve që diskutojnë fenomenet kuantike. Bozoni Higgs u zbulua si një grimcë në Përplasësin e Madh të Hadroneve, por me siguri e keni dëgjuar frazën "Fusha e Higgs", një gjë e tillë e delokalizuar që mbush të gjithë hapësirën. Kjo ndodh sepse në kushte të caktuara, të tilla si eksperimentet e përplasjes së grimcave, është më e përshtatshme të diskutohet ngacmimi i fushës Higgs sesa të karakterizohet grimca, ndërsa në kushte të tjera, të tilla si diskutimet e përgjithshme se pse grimca të caktuara kanë masë, është më shumë e përshtatshme për të diskutuar fizikën në aspektin e ndërveprimeve me kuantin një fushë me përmasa universale. Ato janë vetëm gjuhë të ndryshme që përshkruajnë të njëjtat objekte matematikore.
Fizika kuantike është diskrete
Çdo gjë në emër të fizikës - fjala "kuantike" vjen nga latinishtja "sa" dhe pasqyron faktin se modelet kuantike gjithmonë përfshijnë diçka që vjen në sasi diskrete. Energjia e përmbajtur në një fushë kuantike vjen në shumëfish të disa energjisë themelore. Për dritën, kjo është e lidhur me frekuencën dhe gjatësinë e valës së dritës - frekuenca e lartë, drita me gjatësi vale të shkurtër ka energji të jashtëzakonshme karakteristike, ndërsa drita me gjatësi vale me frekuencë të ulët ka pak energji karakteristike.
Në të dy rastet, ndërkohë, energjia totale e përmbajtur në një fushë të veçantë drite është një shumëfish i plotë i kësaj energjie - 1, 2, 14, 137 herë - dhe nuk do të hasni në fraksione të çuditshme si një e gjysmë, "pi" ose rrënja katrore e dy. Kjo pronë vërehet edhe në nivele të ndara energjie të atomeve, dhe zonat e energjisë janë specifike - disa energji janë të lejuara, të tjerat jo. Ora atomike funksionon falë diskrecionit të fizikës kuantike, duke përdorur frekuencën e dritës që lidhet me kalimin midis dy gjendjeve të lejuara në cezium, e cila ju lejon të mbani kohën në nivelin e nevojshëm për zbatimin e "kërcimit të dytë".
Spektroskopia ultra e saktë mund të përdoret gjithashtu për të gjetur gjëra si materia e errët dhe mbetet pjesë e motivimit për Institutin për Fizikën Themelore të Energjisë së Ulët.
Nuk është gjithmonë e qartë - edhe disa gjëra që në parim janë kuantike, si rrezatimi i trupit të zi, shoqërohen me shpërndarje të vazhdueshme. Por me një inspektim më të afërt dhe me një matematikë të thellë të përfshirë, teoria kuantike bëhet edhe më e çuditshme.
Fizika kuantike është e mundshme
Një nga aspektet më të habitshme dhe (historikisht të paktën) të diskutueshme të fizikës kuantike është se është e pamundur të parashikohet me siguri rezultati i një eksperimenti të vetëm me një sistem kuantik. Kur fizikanët parashikojnë rezultatin e një eksperimenti të veçantë, parashikimi i tyre është në formën e probabilitetit për të gjetur secilin prej rezultateve të mundshme të veçanta, dhe krahasimet midis teorisë dhe eksperimentit gjithmonë përfshijnë nxjerrjen e një shpërndarje probabiliteti nga shumë eksperimente të përsëritura.
Përshkrimi matematikor i një sistemi kuantik zakonisht merr formën e një "funksioni valor" të përfaqësuar në ekuacionet e grekut të ahut psi:. Ka shumë diskutime rreth asaj se çfarë është saktësisht funksioni i valës dhe ata i ndanë fizikanët në dy kampe: ata që shohin një gjë të vërtetë fizike në funksionin e valës (teoricienët ontikë) dhe ata që besojnë se funksioni i valës është ekskluzivisht një shprehje të njohurive tona. (ose mungesa e tij) pavarësisht nga gjendja themelore e një objekti kuantik individual (teoricienët epistemikë).
Në secilën klasë të modelit themelor, probabiliteti për të gjetur një rezultat nuk përcaktohet drejtpërdrejt nga funksioni i valës, por nga katrori i funksionit të valës (përafërsisht, është i njëjtë; funksioni i valës është një objekt kompleks matematikor (i cili do të thotë se përfshin numra imagjinarë si rrënja katrore ose versioni i saj negativ), dhe operacioni i marrjes së probabilitetit është pak më i komplikuar, por "katrori i funksionit të valës" është i mjaftueshëm për të kuptuar thelbin themelor të idesë). Ky njihet si rregulli i Lindur për nder të fizikantit gjerman Max Born, i cili e llogariti për herë të parë (në një fusnotë në letrën e vitit 1926) dhe befasoi shumë njerëz me mishërimin e tij të shëmtuar. Puna aktive është duke u zhvilluar për të nxjerrë rregullin e Bourne nga një parim më themelor; por deri më tani asnjëra prej tyre nuk ka qenë e suksesshme, edhe pse ka gjeneruar shumë gjëra interesante për shkencën.
Ky aspekt i teorisë gjithashtu na çon në grimca që janë në gjendje të shumta në të njëjtën kohë. E tëra që ne mund të parashikojmë është probabiliteti, dhe para se të matemi me një rezultat specifik, sistemi që matet është në një gjendje të ndërmjetme - një gjendje mbivendosjeje, e cila përfshin të gjitha probabilitetet e mundshme. Por nëse sistemi është me të vërtetë në gjendje të shumta ose është në një të panjohur varet nga fakti nëse preferoni modelin ontik apo epistemik. Të dy na çojnë në pikën tjetër.
Fizika kuantike është jo -lokale
Kjo e fundit nuk u pranua gjerësisht si e tillë, kryesisht sepse ishte e gabuar. Në një letër të vitit 1935, së bashku me kolegët e tij të rinj Boris Podol'kiy dhe Nathan Rosen (puna EPR), Ajnshtajni bëri një deklaratë të qartë matematikore të diçkaje që e kishte shqetësuar për ca kohë, atë që ne e quajmë "ngatërrim".
Puna e EPR argumentoi se fizika kuantike ka njohur ekzistencën e sistemeve në të cilat matjet e marra në vende shumë të largëta mund të lidhen në mënyrë që rezultati i njërit të përcaktojë tjetrin. Ata argumentuan se kjo do të thotë që rezultatet e matjeve duhet të përcaktohen paraprakisht nga ndonjë faktor i zakonshëm, pasi përndryshe do të ishte e nevojshme të transferohej rezultati i një matjeje në vendin e një tjetri me një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e dritës. Prandaj, fizika kuantike duhet të jetë e paplotë, një përafrim i një teorie më të thellë (teoria e "ndryshores së fshehur lokale", në të cilën rezultatet e matjeve individuale nuk varen nga diçka që është më larg nga vendi i matjes sesa sinjali që udhëton me shpejtësi drita mund të mbulojë (në vend), por përkundrazi përcaktohet nga një faktor i përbashkët për të dy sistemet në një çift të ngatërruar (ndryshore e fshehur).
E gjithë kjo u konsiderua si një fusnotë e pakuptueshme për mbi 30 vjet, pasi dukej se nuk kishte asnjë mënyrë për ta testuar atë, por në mesin e viteve '60 fizikani irlandez John Bell punoi në mënyrë më të detajuar mbi pasojat e punës së EPR. Bell tregoi se ju mund të gjeni rrethana në të cilat mekanika kuantike parashikon lidhje midis dimensioneve të largëta që janë më të forta se çdo teori e mundshme siç janë ato të propozuara nga E, P dhe R. Kjo u testua në mënyrë eksperimentale në vitet 1970 nga John Closer dhe Alain Aspect në në fillim të viteve 1980. x - ata treguan se këto sisteme të ndërlikuara nuk mund të shpjegoheshin potencialisht nga ndonjë teori e ndryshueshme e fshehur lokale.
Qasja më e zakonshme për të kuptuar këtë rezultat është të supozohet se mekanika kuantike është jo -lokale: se rezultatet e matjeve të marra në një vend të caktuar mund të varen nga vetitë e një objekti të largët në një mënyrë që nuk mund të shpjegohen duke përdorur sinjale që udhëtojnë me shpejtësinë e dritë. Kjo, megjithatë, nuk lejon që informacioni të transmetohet me shpejtësi superluminale, megjithëse janë bërë shumë përpjekje për të anashkaluar këtë kufizim duke përdorur jo lokalitetin kuantik.
Fizika kuantike (pothuajse gjithmonë) shoqërohet me shumë të vogla
Fizika kuantike ka një reputacion për të qenë e çuditshme sepse parashikimet e saj janë thelbësisht të ndryshme nga përvoja jonë e përditshme. Kjo ndodh sepse efektet e tij janë më pak të theksuara sa më i madh të jetë objekti - vështirë se mund të shihni sjelljen valore të grimcave dhe sesi gjatësia e valës zvogëlohet me rritjen e vrullit. Gjatësia e valës së një objekti makroskopik si një qen në këmbë është aq qesharake e vogël saqë nëse e zmadhoni çdo atom në një dhomë në madhësinë e sistemit diellor, gjatësia e valës së një qeni do të jetë madhësia e një atomi në një sistem të tillë diellor.
Kjo do të thotë që fenomenet kuantike janë të kufizuara kryesisht në shkallën e atomeve dhe grimcave themelore, masat dhe përshpejtimet e të cilave janë mjaft të vogla për të mbajtur gjatësinë e valës aq të vogël saqë nuk mund të vëzhgohen drejtpërdrejt. Sidoqoftë, shumë përpjekje janë duke u bërë për të rritur madhësinë e sistemit që shfaq efekte kuantike.
Fizika kuantike nuk është magji
Pika e mëparshme na sjell natyrshëm këtu: sado e çuditshme të duket fizika kuantike, ajo nuk është magji. Ajo që ajo postulon është e çuditshme nga standardet e fizikës së përditshme, por ajo është rreptësisht e kufizuar nga rregullat dhe parimet matematikore të kuptuara mirë.
Prandaj, nëse dikush vjen tek ju me një ide "kuantike" që duket e pamundur - energji e pafund, fuqi shëruese magjike, motorë hapësinorë të pamundur - kjo është pothuajse me siguri e pamundur. Kjo nuk do të thotë që ne nuk mund të përdorim fizikën kuantike për të bërë gjëra të jashtëzakonshme: ne po shkruajmë vazhdimisht për përparime të jashtëzakonshme duke përdorur fenomene kuantike, dhe ata tashmë kanë befasuar njerëzimin në rregull, thjesht do të thotë që ne nuk do të shkojmë përtej ligjeve të termodinamikës dhe të zakonshmes sens ....
Nëse pikat e mësipërme nuk janë të mjaftueshme për ju, konsiderojini ato vetëm si një pikënisje të dobishme për diskutim të mëtejshëm.
