Category Archives: Kvantna mehanika

Pojava egzotične fizike primijećena je prvi put

Promatranje ne-Abelovog efekta Aharonov-Bohm, predviđenog prije desetljeća, može ponuditi korak ka kvantnim računalima otpornim na greške.

Egzotični fizički fenomen, koji uključuje optičke valove, sintetička magnetna polja i preokret vremena, direktno je primijećen prvi put, nakon desetljeća pokušaja. Novo otkriće moglo bi dovesti do realizacije onoga što je poznato kao topološka faza i na kraju do napretka prema kvantnim računalima otpornim na greške, kažu istraživači.

Novo otkriće uključuje neabelijski efekt Aharonov-Bohm, a objavljeno je u časopisu Science od MIT istraživača Yang, MIT gostujućeg stipendiste Chao Peng (profesor na Pekinškom univerzitetu), student MIT-a Di Zhu, profesora Hrvoje Buljan na Sveučilište u Zagrebu u Hrvatskoj, Francis Wright Davis, profesor fizike John Joannopoulos na MIT-u, profesor Bo Zhen sa Sveučilišta u Pennsylvaniji i profesor fizike MIT Marin Soljačić.

Nalaz se odnosi na kalibracijska polja, koja opisuju transformacije kroz koje prolaze čestice. Mjeračka polja spadaju u dvije klase, poznate kao abelijanska i neabelovska. Učinak Aharonov-Boh, nazvan po teoretičarima koji su ga predviđali 1959. godine, potvrdio je da kalibra polja – osim što su čista matematička pomoć – imaju fizičke posljedice.

Ali opažanja su djelovala samo u abelovskim sustavima ili onima u kojima su mjerna polja komutativna – to jest, odvijaju se na isti način i naprijed i natrag u vremenu. 1975. godine Tai-Tsun Wu i Chen-Ning Yang stvorili su efekat neabelijskog režima kao misaoni eksperiment. Ipak, ostaje nejasno je li uopće moguće primijetiti učinak u neabelovskom sustavu. Fizičarima je nedostajao način stvaranja efekta u laboratoriji, a nedostajali su i načini detekcije efekta čak i ako se on može proizvesti. Sada su obje te zagonetke riješene, a zapažanja uspješno izvedena.

Učinak ima veze sa jednim od čudnih i kontratuktivnih aspekata moderne fizike, činjenicom da su gotovo sve temeljne fizičke pojave vremenski invazivne. To znači da detalji načina na koji čestice i sile međusobno djeluju mogu kretati prema naprijed ili nazad u vremenu, a film o tome kako se događaji odvijaju može se odvijati u bilo kojem smjeru, tako rečeno da ni na koji način ne mogu reći koja je prava verzija. Ali nekoliko egzotičnih pojava krši ovu simetriju.

Stvaranje abelovske verzije efekata Aharonov-Bohm zahtijeva kršenje vremenske preokretne simetrije i sam po sebi izazovan zadatak, kaže Soljačić. No, za postizanje neabelovske verzije efekta potrebno je višestruko i na različite načine prekinuti taj preokret, što ga čini još većim izazovom.

Za postizanje efekta, istraživači koriste polarizaciju fotona. Zatim su proizveli dve različite vrste preokretanja vremena. Koriste se optičkim vlaknima za proizvodnju dvije vrste mjerača koja utječu na geometrijske faze optičkih valova, prvo šaljući ih kroz kristalno pristrasan snažnim magnetskim poljem, a drugi modulirajući ih vremenski promjenjivim električnim signalima, a oba prekidaju simetrija preokreta vremena. Tada su mogli proizvesti uzorke smetnji koji su otkrivali razlike u načinu na koji je svjetlost utjecala kada je poslata kroz optički sistem u suprotnim smjerovima, u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru. Bez kršenja vremenske obrnute invazije, snopovi su trebali biti identični, ali umjesto toga, njihovi uzorci interferencija otkrili su specifične setove razlika kako su predviđali, pokazujući detalje neuhvatljivog efekta.

Izvorna, abelovska verzija efekta Aharonov-Bohm “primijećena je s nizom eksperimentalnih napora, ali ne-Abelov efekt do sada nije primijećen”, kaže Yang. Nalaz „omogućava nam da radimo mnoge stvari“, kaže on, otvarajući vrata širokom spektru potencijalnih eksperimenata, uključujući klasične i kvantne fizičke režime, kako bismo istražili varijacije efekta.

Izvor: MIT i https://science.sciencemag.org/content/365/6457/1021

Šta je to kvantni darvinizam?

Kvantni darvinizam je teorija koja tvrdi da objašnjava pojavu klasičnog svijeta iz kvantnog svijeta kao rezultat procesa darvinističke prirodne selekcije; gde su odabrana mnoga moguća kvantna stanja u korist stabilnog stanja pokazivača. Predložio ga je 2003. godine Wojciech Zurek i grupa suradnika, uključujući Ollivier, Poulin, Paz i Blume-Kohout. Razvoj teorije nastao je zahvaljujući integraciji niza Zurekovih istraživačkih tema koje su se vodile tokom dvadeset pet godina, uključujući: pokazivače stanja, einselection i dekoherenciju.

U istraživanju iz 2010. godine se tvrdi da pruža preliminarne dokaze o kvantnom darvinizmu sa ožiljcima kvantne tačke “postaje porodica stanja majke i kćeri”, ukazujući da bi se “mogli stabilizovati u višestruka pokazivačka stanja” također podložan kritici kružnosti Kastnera (vidi Implikacije ispod). U suštini, de facto fenomen dekoherencije koji leži u osnovi tvrdnji kvantnog darvinizma ne može se zaista pojaviti u unitarnoj dinamici. Dakle, čak i ako postoji dekoherencija, to ne pokazuje da se makroskopska stanja pokazivača prirodno pojavljuju bez nekog oblika kolapsa.



Implikacije

Uz Zurekovu srodnu teoriju envariancije, kvantni darvinizam nastoji objasniti kako klasični svijet izlazi iz kvantnog svijeta i predlaže da odgovori na problem kvantnog mjerenja, glavni interpretacijski izazov za kvantnu teoriju. Problem mjerenja nastaje zato što se kvantni vektor, izvor svih znanja o kvantnim sistemima, razvija prema Schrödinger-ovoj jednadžbi u linearnu superpoziciju različitih stanja, predviđajući paradoksalne situacije kao što je “Schroddinger-ova mačka”; situacije koje nikada nismo iskusili u našem klasičnom svijetu. Kvantna teorija je tradicionalno tretirala ovaj problem kao riješen ne-jedinstvenom transformacijom vektora stanja u vrijeme mjerenja u određeno stanje. On pruža izuzetno precizan način predviđanja vrijednosti određenog stanja koje će se mjeriti u obliku vjerojatnosti za svaku moguću mjernu vrijednost.

Fizička priroda prelaska sa kvantne superpozicije stanja na određeno klasično stanje se ne objašnjava tradicionalnom teorijom, ali se obično pretpostavlja kao aksiom i bila je u osnovi rasprave između Bora i Ajnštajna u pogledu kompletnosti kvantne teorije.

Kvantni darvinizam nastoji objasniti prelazak kvantnih sistema iz ogromne potencijalnosti superponiranih stanja u uveliko redukovani skup pokazivačkih stanja kao proces selekcije, einselection, nametnut kvantnom sistemu kroz svoje kontinuirane interakcije sa okruženjem.



Sve kvantne interakcije, uključujući mjerenja, ali mnogo češće interakcije s okolinom, kao što je more fotona u koje su svi kvantni sistemi uronjeni, dovode do dekoherencije ili manifestacije kvantnog sistema u određenoj bazi koja diktira priroda interakcija u kojoj je uključen kvantni sistem. U slučaju interakcije sa svojim okruženjem, Zurek i njegovi saradnici su pokazali da je poželjna osnova u kojoj će se kvantni sistem dekoderirati osnova pokazivača u osnovi predvidljivih klasičnih stanja. U tom smislu, pokazivačka stanja klasične stvarnosti se biraju iz kvantne realnosti i postoje u makroskopskom području u stanju sposobnom za daljnju evoluciju. Međutim, program ‘einselection’ zavisi od pretpostavke određene podjele univerzalnog kvantnog stanja u ‘sistem’ + ‘okruženje’, s tim da različiti stupnjevi slobode okruženja imaju međusobno slučajne faze.

Ova slučajna faza ne proizlazi iz kvantnog stanja svemira sama po sebi, a Kastner ističe da to ograničava objašnjavajuću snagu programa kvantnog darvinizma.



Kako interakcije kvantnog sistema sa svojom okolinom dovode do snimanja mnogih suvišnih kopija informacija u vezi sa njegovim pokazivačkim stanjima, ova informacija je dostupna brojnim posmatračima koji su u stanju da postignu saglasnost oko informacija o kvantnom stanju. Ovaj aspekt einselekcije, kojeg je Zurek nazvao „Okoliš kao svjedok“, rezultira potencijalom za objektivno znanje.

Darvinistički značaj

Možda je od jednake važnosti za svijetlo koje ova teorija sija na kvantna objašnjenja njegova identifikacija Darvinovog procesa koji funkcioniše kao selektivni mehanizam koji uspostavlja našu klasičnu stvarnost. Kako su brojni istraživači jasno stavili do znanja, bilo koji sistem koji koristi Darvinovski proces će se razvijati.



Kako tvrde teze univerzalnog darvinizma, Darvinovi procesi nisu ograničeni na biologiju, već svi prate jednostavan Darvinov algoritam:

  1. Reprodukcija / nasleđe; sposobnost da se naprave kopije i tako proizvedu potomci.
    2. Selekcija; Proces koji preferencijalno odabire jednu osobinu u odnosu na drugu osobinu, što dovodi do toga da jedna osobina bude brojnija nakon dovoljno generacija.
    Varijacija; razlike u nasljednim osobinama koje utječu na “fitness” ili sposobnost preživljavanja i reprodukcije, što dovodi do diferencijalnog preživljavanja.

Čini se da je kvantni darvinizam u skladu s ovim algoritmom i stoga je prikladno nazvan:

Brojne kopije su napravljene od stanja pokazivača
Stanja pointera evoluiraju na kontinuiran, predvidiv način, tj. Potomci nasljeđuju mnoge od njihovih osobina iz stanja pretka.
Uzastopne interakcije između stanja pokazivača i njihovog okruženja otkrivaju ih da evoluiraju i ta stanja prežive, koja su u skladu sa predviđanjima klasične fizike u makroskopskom svijetu.
Analogija varijacionom principu “jednostavnog darvinizma” ne postoji jer Pointerova stanja ne mutiraju i selekcija od strane okruženja je među pokazivačkim stanjima koje preferira okruženje.
Iz ovog pogleda kvantni darvinizam daje Darvinovo objašnjenje u osnovi naše stvarnosti, objašnjavajući razvijanje ili evoluciju našeg klasičnog makroskopskog svijeta.

Niels Bohr-ova kvantna mehanika i filozofija fizike

Nekoliko naučnika učinilo je toliko uticaja na savremeni svijet kao Niels Bohr. Rezultat Borovog rada na strukturi atoma doveo je do svega od atomske dobi do lasera i kvantnih računara, a njegovo ime zasjenčili su njegovi kritičari.


Otac kvantne mehanike

Borov uvid u prevladavajući model atoma postavio je osnovu za većinu tehnoloških dostignuća XX vijeka. Pokazao je da oko svakog atomskog jezgra postoji nekoliko nivoa koncentričnih školjki napunjenih elektronima i pokazao da je promjena stanja atoma posljedica elektrona koji se kreću između nivoa dok se apsorbuje ili zrači energija.

Ova manipulacija ponašanjem predstavlja osnovu svega od lasera do nuklearne fisije. Sam po sebi, ovaj rad bio je impresivan, ali ono što je slijedilo ovo otkriće je ono što je Bora napravilo kao kontroverznu figuru.

Trebalo bi da sljedi da fizički objekti u prostoru, elektroni koji kruže jezgro treba da budu upravljani istim zakonima koji upravljaju orbitama planeta. To je upravo ono što Bohr nije vidio.

Ono što su on i njegova impresivna lista nasljednika kao što su Werner Heisenberg, Enrico Fermi i Pascual Jordan-vidjeli bila je potpuna nadogradnja klasičnog modela fizike koji je postojao od Newtona: elektroni koji bi mogli postojati na nekoliko mjesta odjednom koji mogu biti čestica u jednom trenutku i ponašati se kao talas, a dok se ne primjećuju ili mjere, čestice mogu biti istovremeno u bilo kom broju međusobno isključivih stanja. Za deset godina otkrivanja strukture atoma, Bohr i njegovi sljedbenici otkrili su čitav novi oblik fizike: kvantnu mehaniku.


Izazivanje klasičnog modela

Kada je Bohr prvi put objavio svoja otkrića 1913. godine, Albert Ajnštajn ih je nazvao “muzikalnost u sferi razmišljanja.” On bi kasnije rekao: “Ako je sve ovo istina, onda to znači kraj fizike”. i “onaj koji nije šokiran kvantnom teorijom ju ne razumije”.

Ajnštajn nije bio sam u svojoj rezervaciji. Borovi nasljednici i drugi fizičari koji rade na Borovom modelu predložili su zaista radikalne ideje. Heisenberg bi nastavio da pokaže da niste mogli posmatrati položaj čestice i istovremeno posmatrati njen moment. Takođe je predstavio obimnu “matričnu mehaniku” koja bi se mogla koristiti za izračunavanje svojstava čestica.

Erwin Schrodinger je predložio drugačiju teoriju da elektron nije čestica, već talasna funkcija koja se prostire kroz prostor. Pored sumnje mnogih u to vrijeme pokazalo se da su i Schrodinger i Heisenberg u pravu i da su njihove metode međusobno zamjenjive; a produženo je da je elektron istovremeno bio i čestica i talas.


Komplementarnost: Nova filozofija fizike

Jedan od Borovih kontroverznih i trajnih doprinosa raspravi bio je njegovo uvođenje koncepta komplementarnosti. Bohr je našao da ako biste trebali da mjerite jedan elektron sa jednim aparatom, predvidljivo bi se ponašao kao čestica. Napravite isto mjerenje sa drugim aparatom i odjednom se ponaša kao talas.

Takvi rezultati su doveli većinu fizičara skoro do ludila tražeći način rješenja ove kontradikcije, ali Bohr je predložio da je besmisleno pokušati. Bohr je rekao da se naše razumijevanje svjetlosti i drugih kvantnih pojava pomjerilo mjerenjem kao čestice ili talasom, ali pošto nije bilo moguće istovremeno ih mjeriti, posmatrač mora odlučiti kako ih posmatrati i prihvatiti da je time onemogućio drugačije posmatranje.

Još radikalnije, on je izjavio da paradoks nije rješen, jer fizika ne bi trebala biti stvar koja se proučava, već bi trebalo da bude o rezultatima eksperimenta i posmatranja. Na ovaj način Komplementarnost osporava većinu filozofije fizike koja se držala ideje da znati zakoni regulišu Univerzum i sve što se nalazi u njemu, te da sve u Univerzumu može biti definirano jedinstvenim skupom svojstava.

Navodeći da jedna stvar može imati više od jedne uzajamno-isključive definicije jednake validnosti i da su nam potrebne obe definicije da bi zaista razumjeli stvar u pitanju, dotaknuo se metafizičke kontroverze u fizici koja se još uvijek bori danas.


Reakcija na Borove ideje

Iako je u početku pozdravio i odobrio Borov rad, Ajnštajn je kasnije postao Bohrov najpoznatiji kritičar, iako su bili lično blizu. Ajnštajn je bio oženjen sa determinističkim pogledom na fiziku, pa ga je uznemiravalo nametanje slučajnosti i neizvjesnosti u temeljima fizike. Poznato je da je rekao da “Bog ne igra kockice sa Univerzumom”.

Schrodinger-a je dodao i kritiku kada je predložio svoj najpoznatiji misaoni eksperiment mačke u kutiji u kojoj radioaktivno raspadanje atoma unutar pokreće oslobađanje cijanida. Prema kvantnoj mehanici koju on sam pomaže u izgradnji, sve dok ne otvorite kutiju da biste vidjeli da li se je atom raspadao, atom postoji u razdvojenim i ne-raspadanim stanjima. Ako je to istina, Šredingerova mačka je bila istovremeno i živa i mrtva.

Prvobitno je trebalo da dokaže kako su nove teorije promašaj, Schrodinger je slučajno potvrdio čudnu prirodu Kvantne mehanike, jer su superpozicije čestica već dugo bila utvrđena činjenica. Radioaktivni atom u Schrodingerovoj kutiji se zapravo raspadao, a ne sve dok se ne primećuje; njegova mačka je mrtva i živa dok posmatrač ne otvori kutiju.

Pokušaj rješenja ovog i drugih problema kvantne mehanike čak je doveo do novih modela realnosti, poput teorije Više svemira. Štaviše, koncept Komplementarnosti je predmet intenzivne debate ne samo u oblasti fizike, već i među filozofima, od kojih neki optužuju Bohra o “prostom pozitivizmu”.

Drugi bezbrižno pripisuju ideje Booru koje nikada nije izrazio. Posebno, neki kritičari Komplementarnosti tvrde da to znači da jednostavno posmatranje čestice mijenja njeno ponašanje u jedno međusobno isključivo stanje ili drugo.

Bohr, međutim, nikad nije iznio takav zahtjev, tvrdeći samo da kada posmatra česticu sa određenim instrumentom, čestica će reagovati na taj instrument, predvidljivo, bilo kao talas ili čestica i to će učiniti svaki put. Korišćenje drugog instrumenta dovešće drugačiji rezultat i tako odabir instrumenta posmatrača će diktirati kakvo ponašanje oni poštuju.


Borovo trajno naslijeđe

Tokom prošlog vijeka Borovi kritičari su čekali neku konačnu odbačenost Borovog rada koji nikad nije došao. Umjesto toga, Ajnštajnov relativitet je više puta potvrđen i nadograđen od strane kasnijih fizičara poput pokojnog Stevena Hawkinga.

U međuvremenu, Borova otkrića podupiru neke od najnaprednijih tehnologija koje se trenutno razvijaju. Kvantni kompjuteri, sagrađeni u potpunosti od principa kvantnog zapleta koji su doveli Einsteina u odvraćanje pažnje, obećavaju neodređeno povećanje računarske moći nad klasičnim računarima i već su ih izgrađivale kompanije poput Googlea i univerzitetskih laboratorija širom svijeta.

Konačno, sam Bohr je predložio da komplementarnost ovih različitih skupova pravila dopusti da imamo potpunije razumjevanje svijeta u kojem živimo. Za to i mnogo više, zauvijek ćemo se sjećati ovog genija.

Izvor: https://interestingengineering.com/niels-bohrs-quantum-mechanics-and-philosophy-of-physics


Šta je kvantna teorija polja?

Polja

Učimo u školi da su osnovni građevinski blokovi materije čestice. U stvari, često nastavimo da to učimo na univerzitetima gde objašnjavamo da kvarkovi i elektroni čine lego-cigle iz kojih se sve stvari stvaraju.

Ali ova izjava skriva dublju istinu. Prema našim najboljim znanjima o zakonitostima u prirodi, osnovni građevinski blokovi prirode nisu uopće diskretne čestice. Umjesto toga, to su neprekidne supstance poput tečnosti, proširene po cijelom prostoru. Ove objekte zovemo polja.


Najpoznatiji primjeri polja su električno i magnetsko polje. Vrtlozi u ovim poljima dovode do onoga što zovemo svjetlost ili, općenito, elektromagnetski talasi. Polje koje se pojavljuje iz magneta prikazuje se ispod.

Slika: Magnetno polje magneta

Od polja do čestica

Ako pažljivo pogledate na elektromagnetne talase, vidjećete da su napravljeni od čestica zvanih fotoni. Razmak između električnih i magnetnih polja pretvara se u čestice kada uključimo efekte kvantne mehanike.


Ali ovaj isti proces je u igri za sve druge čestice za koje znamo. Postoji, raspršuje se tanko kroz čitav prostor, nešto što se zove elektronsko polje. Zupci polja elektrona se vezuju u snop energije pomoću kvantne mehanike. A ovaj paket energije je ono što zovemo elektronom. Slično tome, postoji polje kvarkova i polje gluona i polje Higgs bosona. Svaka čestica tvoga tijela — zaista, svaka čestica u Univerzumu — je mali vrtlog polja, oblikovana u česticu mehanizmom kvantne mehanike.


Zašto je teorija kvantnog polja teška

Kvantno polje je komplikovan objekat. Djelimično to je zato što sadrži svu fiziku: polje može opisati ogroman broj čestica, u interakciji u nebrojenim različitim načinima. Ipak, čak i prije nego što dođemo do ovih poteškoća, postoji još jedan razlog zbog kog je kvantna teorija polja teška.

Animacija pokazuje kompjutersku simulaciju praznog prostora. To je ono kako izgleda vakum, prostor koji nema sve čestice. Kao što vidite, daleko je od praznog. Veza sa Heisenbergovom nesigurnošću znači da kvantno polje ne može mirno da sjedi. Umjesto toga, pijeni i vrije poput čvrste supe čestica i anti-čestica, konstantno stvorenih i uništenih.


Ova složenost je ono što čini kvantnu teoriju polja teškom. Čak ništa je teško razumjeti u kvantnoj teoriji polja. Kada počnete da dodate čestice, vakuum se na zanimljiv način iskrivljuje. Ovo je teško. Mnoge decenije nakon otkrivanja teorije kvantnih polja, još uvijek smo daleko od razumjevanja svih suptilnosti koje sadrži.

Izvor:http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/whatisqft.html

Znate li MOŽDA šta je kvantna logika?

Kvantna logika


Moglo bi se očekivati da kvantna teorija modifikuje na presudne načine naše koncepcije takvih fizičkih termina kao položaj i moment. Potpuno je iznenađujuće što je uticala i na to kako razmišljamo o tim malim logičkim riječima “i” i “ili”. Klasična logika, koju je Aristotel i čovjek shvatio na Clapham omnibusu, zasnovan je na distributivnom zakonu logike. Ako vam kažem da Bill ima crvenu kosu i da li je ili kod kuće ili u pabu, očekivate da ili nađete crvenokosog Billa kod kuće ili crvenokosog Billa u pabu. Izgleda prilično bezopasan zaključak za napraviti, a formalno ovisi o Aristotelovom zakonu izuzete sredine: ne postoji srednje mjesto između “kod kuće” i “ne kod kuće”. Tokom tridesetih godina, ljudi su počeli da shvataju da su se stvari razlikovale u kvantnom svijetu. Elektron ne može biti samo “ovdje” i “ne ovdje”, već i u bilo kom broju drugih stanja koja su superpozicije ‘ovdje’ i ‘ne ovdje’. To predstavlja srednji termin koji Aristotel nije ni sanjao. Posljedica je da postoji poseban oblik logike, koja se zove kvantna logika, čije su detalje izradili Garret Birkhoff i John von Neumann. Ponekad se zove trodimenzionalna logika, jer pored ‘istinskog’ i ‘lažnog’ ona sadrži i ‘možda’, ideju s kojom su se filozofi samostalno bavili.

Izvor: John Polkinghorne (2002), Quantum Theory: A Very Short Introduction,


Revidirani eksperiment Schrödingerove mačke izaziva naše viđenje stvarnosti

Klasičan eksperiment dobiva update koji je u suprotnosti ključnih pretpostavki kvantne mehanike.
Fizičari revidiraju misaoni eksperiment Šredingerove mačke.
Nova verzija dovodi do kontradikcija u kvantnoj teoriji.
Naučnici su zbunjeni implikacijama.
Kvantna mehanika je proizvela mnogo čudnih ideja, od kojih je ono što je vjerojatno najpoznatiji misaoni eksperiment na svijetu koji je osmislio fizičar Erwin Schrödinger u 1935. Njime je opisana neizvjesna sudbina mačke zarobljene u kutiji sa smrtonosnom supstancom. Sada je eksperiment dobio ažuriranje od dva fizičara, što je dovelo do zaključaka koji bi mogli da ugroze temelje čitave kvantne mehanike. Klasičan eksperiment dobiva update koji je u suprotnosti ključnim pretpostavkama kvantne mehanike.



Zamjenom mačke u kutiji sa više mački, dvojac Daniel Frauchiger i Renato Renner sa švajcarskog Federalnog zavoda za tehnologiju (ETH) u Zürichu izazvalo je oštre rasprave među fizičarima u protekle dvije godine.

Schrödinger je u prvobitnoj ideji predložio da, ako ste stavili mačku u kutiju, zajedno sa eventualno radioaktivnom tvari koja će pustiti ubicu kiselinu, mačka može biti i živa i mrtva dok se kutija ne otvori. Schrödinger je osmislio ovaj scenario da ukaže na nedosljednosti u tzv. Kopenhagenskoj interpretaciji kvantne mehanike koju su stvorili Niels Bohr i Werner Heisenberg u 1920 – oj.

Tumačenje navodi da kvantna čestica može postojati u svim mogućim stanjima sve dok se ne desi kolaps valne funkcije. Nažalost, kao što je Schrödinger pokazao, ova teorija može raditi na kvantnoj razini, ali kada se primjenjuje na veće predmete poput mačaka, postaje nešto smiješno i nemoguće – mačka ne može biti i živa i mrtva. Ipak, u skladu s mjerenjem, u svom dijelu, zbog kojih kvantni objekti mogu postojati u neizvjesnim stanjima, eksperimentalno promatranje može dati izvjesne rezultate. Tu izvjesnost ili sigurnost je novi misaoni eksperiment napao.

Konceptualni eksperiment naučnih radnika iz Ciriha uključuje stavljanje 2 mačke u kutiju. Jedna mačka bi bacila novčić i koristila svoje znanje o kvantnoj fizici da pošalje poruku drugoj mački. Ta druga mačka, ustvari, bi takođe koristila kvantnu teoriju, ali da bi otkrila poruku od druge mačke i pretpostavila da je kovanica bačena. Ako bi dva spoljna posmatrača trebalo da otvore ove kutije, nekada bi mogli sa sigurnošću pogađati kako je sletjela kovanica, ali se povremeno njihovi zaključci ne slažu.



“Jedan kaže:” Siguran sam da je to slika “, a drugi kaže:” Siguran sam da je to broj “, opisao je tu mogućnost Renato Renner.
To je kao da podrazumjeva da se realnost može podijeliti u dva slučaja.

Ovaj paradoks je impresionirao druge naučnike. “Mislim da je ovo potpuno novi nivo čudesnosti”, rekao je Matthew Leifer, teoretski fizičar na Univerzitetu Chapman u Orangeu u Kaliforniji u časopisu Nature.

Postoji potencijalni način da ovaj eksperiment može zapravo da se izvrši, ali bi to uključivalo kvantne računare koji još uvijek ne postoje.

Naučnici su prvobitno objavili svoje argumente online 2016. godine.

Izvor: Big Think



Kvantna mehanika prkosi kauzalnom poretku, potvrđuje eksperiment

Eksperiment je potvrdio da kvantna mehanika dozvoljava događaje da se dogode bez određenog uzročnog poretka. Rad su obavili Jacqui Romero, Fabio Costa i kolege na Univerzitetu Queensland u Australiji, koji kažu da bi bolje razumijevanje ovog neograničenog uzročnog poretka moglo ponuditi put ka teoriji koja kombinuje Einsteinovu opću teoriju relativnosti s kvantnom mehanikom.

U klasičnoj fizici – i svakodnevnom životu – postoji stroga uzročna veza između uzastopnih događaja. Ako se drugi događaj (B) desi nakon prvog događaja (A), na primjer, onda B ne može utjecati na ishod A. Ovaj odnos, međutim, se razbija u kvantnoj mehanici jer je vremensko širenje talasne funkcije čestica veće od razdvajanja u vremenu između A i B. To znači da se uzročni red A i B ne može uvijek razlikovati od kvantnih čestica kao što je foton.



U svom eksperimentu, Romero, Costa i kolege stvorili su “kvantni prekidač”, u kojem fotoni mogu potrajati dva puta. Jedan put uključuje operaciju A prije operacije B, dok se na drugoj putanji B pojavljuje prije A. Red u kojem se operacije vrše određuje se početnom polarizacijom fotona dok ulazi u prekidač.

Eksperiment uključuje korišćenje polarizacionog snopa, koji šalje fotone različitih polarizacija duž različitih staza. Izvor fotona je dijagonalno polarizovan u odnosu na snop, što znači da postoji 50% šansa da će foton uzeti bilo koji put.




Izvanredno

Dva su puta rekombinirana i izmjerena polarizacija fotona. Operacije A i B su dizajnirane tako da redoslijed kojim se primjenjuju na fotone utječe na polarizaciju izlaznog fotona – ako sustav ima određenu uzročnost.

Tim je uradio eksperiment pomoću nekoliko različitih vrsta rada za A i B te u svim slučajevima su otkrili da je izmjerena polarizacija fotona u skladu da nije definitivan uzročni red između kada je primijenjen A i B. Doista, mjerenja neodređenog kauzalnog reda imaju nevjerojatnu statističku značajnost 18σ – daleko iznad praga 5σ koji se smatra otkrićem u fizici.




Kao i stvaranje eksperimentalne veze između relativnosti i kvantne mehanike ovaj kvantni prekidač mogao bi naći primjenu u kvantnoj tehnologiji. „Ovo je samo prvi dokaz principa, ali na većem mjerilu neodređeni kauzalni red može imati stvarne praktične primjene, kao što je stvaranje učinkovitijih računala ili poboljšanje komunikacije”, kaže Costa.

Istraživanje je opisano u Physical Review Letters.

Izvor: Physics World

Fizičari love misterioznu “mračnu silu” da otkriju nove čari kosmosa

Fizičari kažu da bi peta sila prirode “potpuno promenila paradigmu”

Naučnici će započeti ambicioznu pretragu “mračne sile” prirode koja bi, ako se pronađe, otvorila vrata svemira koji leži skriven od pogleda.

Lov će tražiti dokaze o novoj osnovnoj sili koja čini most između obične tvari oko nas i nevidljivog “mračnog sektora” za koji se tvrdi da čini veliku većinu kosmosa.
Šanse za uspjeh mogu biti tanke, ali ako se pronađe takva sila, to bi se rangiralo među najdramatičnim otkrićima u historiji fizike. Najbolja teorija stvarnosti koju fizičari imaju objašnjava samo 4% posmatranog univerzuma. Ostatak je misterija koja se sastoji od tamne materije, čudnog materijala koji lurja oko galaksija i još više zbunjujuće mračne energije, supstanca koja je pozvana da objasni ubrzano širenje svemira.

“U ovom trenutku ne znamo šta čini više od 90% Univerzuma”, rekao je Mauro Raggi, istraživač na Univerzitetu Sapienza u Rimu. “Ako pronađemo ovu silu, potpuno će promjeniti paradigmu koju imamo sada. Otvorilo bi novi svijet i pomoglo nam da razumijemo čestice i snage koje čine tamni sektor. ”

Fizičari, do danas, poznaju samo četiri osnovne sile prirode. Elektromagnetna sila dozvoljava viziranje i mobilne telefone, ali i sprečava nas da padamo kroz naše stolice. Bez tzv. Snažne sile, dijelovi atoma će se raspasti. Snažna sila radi u zračenju, a gravitacija – najprostornija sila prirode – drži naše stope ukorijenjene do tla.

Ali možda postoje i druge sile koje su prošle nezapaženo. Ovo bi oblikovalo ponašanje dosad nepoznatih čestica koje čine tamnu materiju, i potencijalno bi mogle vršiti najnepovoljnije efekte na sile koje smo bolje upoznali.

Ovaj mesec, Raggi i njegove kolege uključiti će instrument na Nacionalnom institutu za nuklearnu fiziku u blizini Rima, koji je osmišljen da bi potakao pronalazak pete sile prirode. Poznato kao Padme, za positronsku anihilaciju u eksperimentu sa tamnom materijom, mašina će bilježiti ono što se dešava kada je dijamantna vafa desetinu milimetra debela povezana s strujom čestica antimaterije zvane pozitroni.

Kada pozitroni udare u dijamantni vafli, odmah se spajaju sa elektronima i nestaju u blistoj eksploziji energije. Obično je oslobođena energija u obliku dvije čestice svjetlosti zvane fotoni. Ali ako u prirodi postoji peta sila, nešto će se dogoditi. Umjesto proizvodnje dva vidljiva fotona, sudari će povremeno pustiti samo jedan, uz takozvani “tamni foton”. Ova radoznala, hipotetička čestica je ekvivalent mračnog sektora čestice svetlosti. Nosi ekvivalent mračne elektromagnetne sile.

Za razliku od normalnih čestica svjetlosti, svi tamni fotoni proizvedeni u Padme-u će biti nevidljivi za detektor instrumenta. Ali upoređivanjem energije i pravca pozitrona upućenih u bilo koji slučaj, naučnici mogu da otkriju da li je stvorena nevidljiva čestica i izrađuju svoju masu. Iako su normalni fotoni bez maske, tamni fotoni nisu, a Padme će tražiti one do 50 puta teže od elektrona.

Mrak foton, ako postoji, imao bi neprimjetan uticaj na ono što čini svijet koji vidimo. Ali saznavanje njegove mase i vrste čestica na koje se može srušiti, pružilo bi prvi uvid u ono što čini najveći dio univerzuma koji je izvan naše percepcije.

Padmeov eksperiment će trajati do kraja godine, ali postoje planovi za pokretanje instrumenta na Univerzitet Cornell u 2021. godini. Tamo bi se priključio snažnijem akceleratoru čestica nego u Italiji kako bi proširilo svoju potragu za tamnim fotonima.

Druge laboratorije širom svijeta takođe traže tamne fotone. Bryan McKinnon, naučni saradnik na Univerzitetu u Glazgovu, učestvuje u potrazi za česticom u nacionalnom akceleratoru Thomasa Jeffersona u Virdžiniji. “Mrak foton, ako postoji, je ustvari portal”, rekao je. “Omogućuje nam da vidimo šta se dešava u mračnom sektoru. Neće otvarati vrata, ali će nam omogućiti malo pogleda. ”

Fizičari ne znaju koliko je složen tamni sektor. Ne može biti novih sila da se otkriju. Sama tamna materija može biti oblikovana samo gravitacijom i sastavljena samo od jedne vrste čestica. Ali to može biti daleko bogatije stanje, gde nove vrste nevidljivih čestica i sila čekaju da budu pronađene.

Prema McKinnon-u, sama činjenica da savremene teorije ostavljaju prostor za egzotične čestice poput tamnih fotona znači da se fizičari osjećaju prisilnim da ih potraže. “Definitivno bi bilo ogromno u fizici ako bi se otkrio neki dokazi o tamnom sektoru”, rekao je on. “Upravo je to označeno kao takvo, jer to je ono što ne razumijemo. Ako se vrata mogu otvoriti, šta će izaći? To je trenutno nagađanje. ”

Od otkrića Higgs bosona na Large Hadron Collideru u blizini Ženeve 2012. godine, fizičari čestica nisu imali dovoljno uzbuđenja. Ali nedostatak novih otkrića iz velikih postrojenja povećao je napore u manjim laboratorijama da izvode dugotrajne eksperimente sa potencijalno ogromnim isplatama. Kakve su šanse da će Padme naći petu silu? “Mi pucamo u mraku u svakom smislu”, reče Raggi. “Ali ako pucate, barem imate šansu.”

Izvor: The Guardian

Kutija od 1935. konačno otvorena: Šrödingerova mačka je definitivno mrtva

Beč (dpo) – slučajno otkriće je konačno dalo odgovor na pitanje koje smo tražili skoro jednog vijeka: da li je mačka mrtva ili živa? Mačka u pitanju je poznata “Schrödingerova mačka” koja je dobila to ime za učestvovanje u istoimenom eksperimentu. Životinja je zaključana u kutiji sa bocom otrova za eksperiment i pitanje se moglo odgovoriti samo otvaranjem kutije. Arhivari na Univerzitetu u Beču sada su našli kutiju i stoga su bili u stanju da odgovore na pitanje: mačka je nesumnjivo mrtva.



“Može se reći da je već neko vrijeme mrtva”, kaže nam arhivista Ernst Bebner. Prvobitno je otkrio kutiju u podrumu zgrade univerziteta. “Čak i nakon tako dugo vremena, bočica otrova je bila još netaknuta. Nažalost, siromašna životinja vjerovatno je umrla od žeđi. ”

Slika: Ervin Schrödinger

Prvobitna namjera dobitnika Nobelove nagrade Erwina Schrödingera (1887-1961) bila je da demonstrira kvantno mehaničko stanje nesigurnosti, pri čemu mačka nije ni mrtva ni živa dok se ne izvrši mjerenje, tj. kutija se otvori. Međutim, nakon toga, čini se da je fizičar zaboravio na mačku.
“Žao mi je što je mrtva”, kaže Bebner. “Nisam siguran kakav uticaj to ima na kvantnu mehaniku, ali nadam se da će naučnici uskoro moći da pruže malo jasnoće o tome.”
Zapravo, naučnici već radikalno rade na modifikaciji eksperimentalne postavke, tako da mogu ponovo da iskoriste Schrödingerov misaoni eksperiment. U ovoj novoj verziji, bočicu otrova treba razmijeniti za jak vještački eliksir. Nakon toga, kutija će se ponovo zatvoriti, što bi dovelo do ponovnog lebdenja mačke u stanju nesigurnosti između mrtvih i ne mrtvih dok se kutija ne otvori.

Izvor: https://www.the-postillon.com/2017



Kvantna “sablasna akcija na daljinu” putuje barem 10,000 puta brže od svjetlosti

Kvantna zapletenost, jedan od aspekata kvantne teorije, povezuje osobine čestica čak i kada su razdvojene velikim rastojanjima. Kada se mjeri osobina jedne od para zapletenih čestica, druga “odmah” se postavi u stanje kompatibilno s tim mjerenjem. Koliko je brzo “odmah”? Prema istraživanju profesora Hua Yin-a i kolega na Univerzitetu za nauku i tehnologiju Kine u Šangaju, donja granica brzine povezane sa dinamikom zapletanja – ili “sablasnom akcijom na daljinu” – je najmanje 10 000 puta brža od svjetlosti.

Uprkos tome što je igrao vitalnu ulogu u razvoju kvantne teorije, Ajnštajn se filozofski osjećao u sukobu s kvantnim opisom kako Univerzum radi. Njegov poznati citat da “Bog ne igra kockice” nagovještava njegov nivo neprijatnosti sa ulogom vjerovatnoće u kvantnoj teoriji. On je vjerovao da postoji još jedan nivo realnosti u kojem bi sva fizika bila deterministična i da bi se kvantna mehanika ispostavila kao opis koji izlazi iz rada tog nivoa – kao što je saobraćajna gužva proizašla iz nezavisnih pokreta velikog broj automobila.


Godine 1935. Ajnštajn i njegovi saradnici otkrili su kvantnu zapletenost koja se skrivala u jednačinama kvantne mehanike i shvatila svoju krajnju nepoznanicu. Ovo je dovelo do paradoksa EPR koju su predstavili Einstein, Poldolsky i Rosen. Paradoks EPR-a je izjavio da su jedini načini objašnjavanja efekata kvantnog zapleta bili pretpostaviti da je Univerzum nelokalan ili da je istina osnova fizike skrivena (inače poznata kao teorija skrivene varijable). Nelokalnost u ovom slučaju znači da su događaji koji se javljaju zapletenim objektima povezani čak i kada se događaji ne mogu komunicirati kroz prostorvrijeme, prostorno vrijeme koje ima brzinu svetlosti kao ograničavajuću brzinu. Nelokalnost je poznata i kao sablasna akcija na daljinu (Einsteinova fraza).

Ajnštajn je kao primarni prorok teorije relativnosti revoltiran pojmom nelokalnosti i stoga je rezultat EPR-a pokazao kao demonstraciju da je kvantna mehanika osnovna deterministička teorija skrivene varijable. Međutim, Einstein nije bio u pravu.

Džon Bel, početkom šezdesetih godina prošlog vijeka, pokazao je da su korelacije između osobina čestica u bilo kojoj lokalnoj teoriji (a ne samo kvantnoj mehanici) bile slabije od korelacija predviđenih kvantnom mehanikom. Drugim riječima, kvantna mehanika je suštinski nelokalna. Bellova nejednakost može biti i bila je temeljno testirana eksperimentalno i eksperimenti pokazuju da je kvantni svijet zaista nelokalan.

Znači li to da je sablasna akcija na daljinu povezana sa preplitanjem stvarno trenutna, ili jednostavno ima veliku brzinu propagacije? To izgleda fer pitanje, a to je izazov koji je pokrenula grupa prof. Yina. U svom eksperimentu, Alice i Bob (zvijezde mnogih kvantnih avantura) su poslati na dvije lokacije odvojene za 15,3 km (9,6 milja). Čarli, koji se nalazio na jednakoj udaljenosti od Alice i Boba, stvorio je par zapletenih fotona, a zatim poslao jedan u Alice i jedan u Bob. Razlika u udaljenosti od kojih su fotoni proputovali između Čarlija i Alisa i između Čarlija i Boba bila je manje od oko 10 cm. Sva tri naša učesnika imaju sinhronizovane, visoko precizne satove. Čarli generiše par zapletenih fotona i bilježi vrijeme.

I Alice i Bob imaju mehanizam za mjerenje polarizacije dolaznih fotona, ali oba mehanizma imaju slučajno rotirajuće polarizacijske filtre, tako da se vremenom mjeri sve polarizacione smjernice i nikada ne postoji korelacija između Alice i Bobovih polarizacionih pravaca. Kada Alice otkrije foton, ona bilježi polarizaciju i vrijeme mjerenja. Kada Bob mjeri foton, on takođe bilježi polarizaciju i vrijeme dolaska.

Kasnije se trojica sastaju da upoređuju bilješke. Alice i Bobova mjerenja su napravljena istovremeno, na oko 0,35 nanosekundi, a odluka o tome na koji način će se usmjeriti polarizacijski pravac njihovih uređaja, odlučeno je oko 3 mikrosekunde prije nego što su fotoni stigli do detektora. Ako su Alice i Bob uvijek izmjerili isti polarizacijski pravac, uticaj zaplitanja je kretao 15,3 km manje od moguće razlike u vremenu mjerenja (0.35 ns). Ako je, s druge strane, uticaj zaplitanja putovao sporije, Alice i Bob bi mjerili slučajno različite smjerove polarizacije.

Yin-ov eksperiment, koji je bio malo komplikovaniji detaljnije od gore pomenutog pojednostavljenja, nije posmatrao nikakvu razliku u smjeru polarizacije. Vrijeme za koje bi trebalo da putuje između Alice i Boba je oko 50 μs, dok je dejstvo dinamike zaplitanja moralo biti manje od 0,35 ns. Minimalna brzina uticaja na uznemiravanje je samo ona koja je podjeljena sa drugom, ili 144.500 puta brzine svjetlosti. Ipak, brojni faktori prelaze u tumačenje rezultata, što smanjuje donju granicu brzine uticaja zapletenosti na oko 10,000 puta veću od brzinu svjetlosti.


Obratite pažnju da ovaj rezultat ne eliminiše mogućnost da je uticaj zaplitanja zapravo trenutan – on samo postavlja ograničenje govoreći koliko uticaj mora najmanje biti brz. Druga mogućnost je da dinamika zaplitanja može djelovati spoljno od vremena, ili bar može ignorisati vrijeme dok ignoriše rastojanje.

Niels Bohr, jednom je rekao da oni koji nisu šokirani kada prvi put nailaze na kvantnu teoriju ne mogu ju shvatiti. Osamdeset godina kasnije, ovo je još uvijek istina. Mi nemamo puno mogućnosti da kažemo kako svijet može raditi na ovaj način.

Izvor: Oduženje brzine `spooky akcije na daljinu ‘- arXiv.org (PDF)