Category Archives: Kvantna statistička fizika

Šta je to kvantni um?

Kvantni um ili kvantna svijest je grupa hipoteza koje sugeriraju da klasična mehanika ne može objasniti svijest. Kaže da kvantno-mehanički fenomeni, poput preplitanja i superpozicije, mogu igrati važnu ulogu u funkciji mozga i objasniti svijest.

Tvrdnje da je svijest nekako kvantno-mehanička mogu se preklopiti s kvantnom mistikom, pseudoznanstvenim pokretom koji dodjeljuje natprirodne karakteristike raznim kvantnim fenomenima poput nelokalnosti i efekta promatrača.



Historija
Eugene Wigner razvio je ideju da kvantna mehanika ima neke veze sa radom uma. Predložio je da se talasna funkcija urušava zbog interakcije sa sviješću. Freeman Dyson tvrdio je da je “um, što se očituje sposobnošću donošenja izbora, u određenoj mjeri svojstven svakom elektronu.”

Drugi suvremeni fizičari i filozofi smatrali su ove argumente neuvjerljivim. Victor Stenger okarakterizirao je kvantnu svijest kao “mit” koji nema “nikakvu naučnu osnovu” koji bi “trebao zauzeti svoje mjesto zajedno s bogovima, jednorozima i zmajevima.”

David Chalmers argumentira protiv kvantne svijesti. Umjesto toga, raspravlja o tome kako se kvantna mehanika može povezati s dualističkom sviješću. Chalmers je skeptičan da bilo koja nova fizika može riješiti težak problem svijesti.

Pristup kvantnog uma
Bohm
David Bohm smatrao je kvantnu teoriju i relativnost kontradiktornim, što podrazumijeva temeljniji nivo u svemiru. Tvrdio je da su i kvantna teorija i relativnost ukazale na ovu dublju teoriju, koju je formulisao kao kvantnu teoriju polja. Ovaj temeljniji nivo predložen je da predstavlja nepodijeljenu cjelovitost i implicirani poredak, iz kojeg proizlazi eksplicirani poredak svemira kakav ga doživljavamo.

Bohmov predloženi implicitni poredak odnosi se i na materiju i na svijest. Sugerirao je da bi to moglo objasniti odnos između njih. Um i materiju vidio je kao projekcije u naš eksplicirani poredak iz osnovnog impliciranog poretka. Bohm je tvrdio da kada gledamo materiju, ne vidimo ništa što bi nam pomoglo da razumijemo svijest.



Bohm je razgovarao o iskustvu slušanja muzike. Vjerovao je da osjećaj pokreta i promjene koji čine naše glazbeno iskustvo proizlazi iz držanja neposredne prošlosti i sadašnjosti u mozgu. Glazbene note iz prošlosti prije su transformacije nego sjećanja. Bilješke koje su bile implicirane u neposrednoj prošlosti postaju eksplikativne u sadašnjosti. Bohm je ovo smatrao sviješću koja izranja iz impliciranog poretka.

Bohm je pokret, promjenu ili protok i koherentnost iskustava, poput slušanja muzike, vidio kao manifestaciju impliciranog reda. Tvrdio je da dokaze za to izvodi iz djela Jean Piaget-a o dojenčadi. Održao je ove studije kako bi pokazao da mala djeca uče o vremenu i prostoru jer imaju “čvrsto povezano” razumijevanje pokreta kao dijela impliciranog poretka. Uporedio je ovo čvrsto povezivanje s Chomskyjevom teorijom da je gramatika čvrsto povezana u ljudski mozak.

Bohm nikada nije predložio konkretno sredstvo kojim bi se njegov prijedlog mogao falsificirati, niti neuronski mehanizam putem kojeg bi se njegov “implicirani poredak” mogao pojaviti na način relevantan za svijest. Kasnije je surađivao na holonomskoj teoriji mozga Karla Pribrama kao modela kvantne svijesti.

Prema filozofu Paavu Pylkkänenu, Bohmova sugestija “prirodno vodi do pretpostavke da je fizički korelat procesa logičkog mišljenja na klasično opisivoj razini mozga, dok je osnovni proces razmišljanja na kvantno-teorijski opisivoj razini”.

Penrose i Hameroff

Teoretski fizičar Roger Penrose i anesteziolog Stuart Hameroff surađivali su u stvaranju teorije poznate kao Orchestrated Objective Reduction (Orch-OR). Penrose i Hameroff u početku su razvijali svoje ideje odvojeno, a kasnije su surađivali u proizvodnji Orch-OR-a početkom 1990-ih. Oni su svoju teoriju pregledali i ažurirali 2013. godine

Penroseov argument proizašao je iz Gödelovih teorema nepotpunosti. U svojoj prvoj knjizi o svijesti, Carev novi um (1989.), tvrdio je da iako formalni sistem ne može dokazati vlastitu dosljednost, Gödelove nedokazive rezultate dokazuju ljudski matematičari. Penrose je ovo shvatio da ljudski matematičari nisu formalni dokazni sustavi i ne pokreću računski algoritam. Prema Bringsjordu i Xiaou, ova linija razmišljanja temelji se na pogrešnoj dvosmislenosti o značenju računanja. U istoj je knjizi Penrose napisao: “Međutim, moglo bi se pretpostaviti da se negdje duboko u mozgu mogu naći ćelije pojedinačne kvantne osjetljivosti. Ako se to pokaže, kvantna mehanika će biti značajno uključena u aktivnost mozga . “

Penrose je utvrdio da je kolaps valne funkcije bio jedina moguća fizička osnova za neizračunljiv proces. Nezadovoljan njegovom slučajnošću, predložio je novi oblik kolapsa valne funkcije koji se događa izolirano i nazvao ga objektivnom redukcijom. Predložio je da svaka kvantna superpozicija ima svoj dio prostorno-vremenske zakrivljenosti i da kada se odvoje od više od jedne Planckove dužine postanu nestabilne i urušavaju se. Penrose je sugerirao da objektivna redukcija ne predstavlja slučajnost ni algoritamsku obradu, već neizračunljiv utjecaj u geometriji prostora i vremena iz kojeg proizlazi matematičko razumijevanje i, kasnije, svijest.

Hameroff je iznio hipotezu da bi mikrotubule bile pogodni domaćini za kvantno ponašanje. Mikrotubule se sastoje od dimernih podjedinica proteina tubulina. Svaki od dimera ima hidrofobne džepove koji su međusobno udaljeni 8 nm i mogu sadržavati delokalizirane pi elektrone. Tubulini imaju i druga manja nepolarna područja koja sadrže pi elektronskim bogatim indolskim prstenovima odvojenim za oko 2 nm. Hameroff je predložio da su ti elektroni dovoljno blizu da se zaplete. Prvobitno je pretpostavio da bi elektroni tubulinske podjedinice formirali Bose-Einsteinov kondenzat, ali to je diskreditirano. Zatim je predložio Frohlichov kondenzat, hipotetičko koherentno osciliranje dipolarnih molekula, ali i to je eksperimentalno diskreditirano.

Orch-OR je dao brojna lažna biološka predviđanja i nije prihvaćeni model fiziologije mozga. Drugim riječima, nedostaje veza između fizike i neuronauke. Na primjer, predloženu prevlast mikrotubula ‘A’ rešetke, prikladnije za obradu informacija, falsificirali su Kikkawa i sur., koji su pokazali da sve in vivo mikrotubule imaju ‘B’ rešetku i šav. Također je falsificirano predloženo postojanje spoja između neurona i glija stanica. Orch-OR je predvidio da koherentnost mikrotubula doseže sinapse putem dendritičnih lamelarnih tijela (DLB), ali De Zeeuw et al. dokazali da je to nemoguće pokazujući da su DLB udaljeni mikrometri od spojeva praznina.

  1. godine Hameroff i Penrose tvrdili su da otkriće kvantnih vibracija u mikrotubulama Anirban Bandyopadhyay iz Nacionalnog instituta za nauku o materijalima u Japanu u martu 2013 potvrđuje teoriju Orch-OR.

Iako su ove teorije iznesene u naučnom okviru, teško ih je odvojiti od ličnih mišljenja naučnika. Mišljenja se često zasnivaju na intuiciji ili subjektivnim idejama o prirodi svesti. Na primjer, Penrose je napisao,

moje vlastito gledište tvrdi da ne možete simulirati ni svjesne aktivnosti. Ono što se događa u svjesnom razmišljanju je nešto što nikako ne biste mogli pravilno oponašati računarom …. Ako se nešto ponaša kao da je svjesno, da li kažete da je svjesno? Ljudi se oko toga beskrajno svađaju. Neki bi ljudi rekli, ‘Pa, morate zauzeti operativni stav; ne znamo šta je svest. Kako prosuđujete je li osoba pri svijesti ili nije? Samo načinom na koji se ponašaju. Isti kriterij primjenjujete na računalo ili robota kojim upravlja računalo. ‘ Drugi bi ljudi rekli, “Ne, ne možete reći da nešto osjeća samo zato što se ponaša kao da nešto osjeća.” Moj pogled se razlikuje od oba. Robot se ne bi ni ponašao uvjerljivo kao da je bio svjestan, osim ako uistinu jest – što ja kažem da ne bi mogao biti, ako je u potpunosti računski kontroliran.

Penrose nastavlja,

Mnogo onoga što mozak radi možete raditi na računaru. Ne kažem da se sva akcija mozga potpuno razlikuje od onoga što radite na računaru. Tvrdim da su akcije svijesti nešto drugačije. Ne kažem da je i svijest izvan fizike – iako kažem da je to izvan fizike koju sada poznajemo …. Moja tvrdnja je da u fizici mora postojati nešto što još ne razumijemo, što je vrlo važno, i koja je neračunarskog karaktera. To nije specifično za naš mozak; to je tamo, u fizičkom svijetu. Ali obično igra potpuno beznačajnu ulogu. Morao bi biti na mostu između kvantnog i klasičnog nivoa ponašanja – tj. Tamo gdje dolazi kvantno mjerenje.



W. Daniel Hillis odgovorio je: “Penrose je počinio klasičnu grešku stavljajući ljude u središte svemira. Njegov argument je u osnovi da ne može zamisliti kako um može biti tako kompliciran kao što je bez uvođenja magičnog eliksira iz nekog novog principa fizike, pa stoga to mora uključivati. To je neuspjeh Penroseove mašte …. Istina je da postoje neobjašnjive, neobjašnjive stvari, ali nema razloga vjerovati da je složeno ponašanje koje vidimo kod ljudi na bilo koji način povezan sa neuobičajenim, neobjašnjivim stvarima. “

Lawrence Krauss također otvoreno kritizira Penroseove ideje. Rekao je, “Roger Penrose dao je mnoštvo novodobne municije za crackpots sugerirajući da bi u nekim temeljnim razmjerima kvantna mehanika mogla biti relevantna za svijest. Kad čujete izraz” kvantna svijest “, trebali biste biti sumnjičavi …. Mnogi ljudi sumnjaju da su Penroseovi prijedlozi razumni, jer mozak nije izolirani kvantno-mehanički sistem. “

Umezawa, Vitiello, Freeman
Hiroomi Umezawa i saradnici predložili su kvantnu teoriju polja memorije. Giuseppe Vitiello i Walter Freeman predložili su dijaloški model uma. Ovaj dijalog odvija se između klasičnog i kvantnog dijela mozga. Njihovi modeli kvantne teorije polja moždane dinamike bitno se razlikuju od Penrose-Hameroff teorije.

Pribram, Bohm, Kak
Holonomska teorija mozga Karla Pribrama (kvantna holografija) pozvala se na kvantnu mehaniku da bi objasnila um obradi višeg reda. Tvrdio je da je njegov holonomski model riješio problem vezanja. Pribram je surađivao s Bohmom u njegovom radu na kvantnim pristupima umu i pružio je dokaze o tome koliko je obrada u mozgu urađena u cjelini. Predložio je da bi naručena voda na površinama dendritične membrane mogla djelovati strukturiranjem Bose-Einsteinove kondenzacije podržavajući kvantnu dinamiku.

Stapp
Henry Stapp je predložio da se kvantni talasi smanjuju samo u interakciji sa sviješću. On tvrdi iz ortodoksne kvantne mehanike Johna von Neumanna da se kvantno stanje urušava kada posmatrač odabere jednu od alternativnih kvantnih mogućnosti kao osnovu za buduće djelovanje. Kolaps se, dakle, događa u očekivanju da se posmatrač pridruži stanju. Stappov rad povukao je kritike naučnika poput Davida Bourgeta i Danka Georgieva. Georgiev kritizirao je Stappov model u dva aspekta:



Stapp-ov um nema vlastitu talasnu funkciju ili matricu gustine, ali unatoč tome može djelovati na mozak pomoću operatora projekcije. Takva upotreba nije kompatibilna sa standardnom kvantnom mehanikom, jer se na bilo koju tačku u prostoru može povezati bilo koji broj sablasnih umova koji deluju na fizičke kvantne sisteme sa bilo kojim operatorom projekcije. Stappov model stoga negira “prevladavajuće principe fizike”.
Stappova tvrdnja da je kvantni Zenoov efekt robustan protiv dekoherentnosti okoline direktno je u suprotnosti sa osnovnom teoremom u kvantnoj teoriji informacija: da delovanje sa operaterima projekcije na matricu gustine kvantnog sistema može samo povećati Von Neumannovu entropiju.
Stapp je odgovorio na oba prigovora Georgieva.

David Pearce
Britanski filozof David Pearce brani ono što naziva fizikalističkim idealizmom (“nematerijalistički fizikalist tvrdi da je stvarnost u osnovi iskustvena i da je prirodni svijet iscrpno opisan jednadžbama fizike i njihovim rješenjima”) i pretpostavio je da su jedinstveni svjesni umovi fizička stanja kvantne koherencije (neuronske superpozicije). Prema Pearceu, ova je pretpostavka podložna falsificiranju, za razliku od većine teorija svijesti, a Pearce je izložio eksperimentalni protokol koji opisuje kako bi se hipoteza mogla testirati pomoću interferometrije materija-val za otkrivanje neklasičnih obrazaca interferencije neuronskih superpozicija na početku toplotne dekoherencija. Pearce priznaje da su njegove ideje “vrlo špekulativne”, “kontintuitivne” i “nevjerovatne”.

Izvor: Wiki

Schrödingerova mačka

Schrödingerova mačka je misaoni eksperiment, ponekad opisan kao paradoks, koji je osmislio austrijski fizičar Erwin Schrödinger 1935. godine, iako je ideja potekla od Alberta Einsteina. To ilustrira ono što je vidio kao problem kopenhagenske interpretacije kvantne mehanike primijenjene na svakodnevne predmete. Scenarij predstavlja hipotetičku mačku koja može biti istovremeno i živa i mrtva, stanje poznato kao kvantna superpozicija, kao rezultat povezanosti na slučajni subatomski događaj koji se može dogoditi ili ne dogoditi.

Misaoni eksperiment je često predstavljen u teorijskim raspravama o interpretacijama kvantne mehanike, posebno u situacijama koje uključuju problem sa mjerenjem. Schrödinger je skovao termin Verschränkung (zapletenost) tokom razvijanja misaonog eksperimenta.

Schrödinger je svoj misaoni eksperiment zamislio kao diskusiju o članku EPR-a – nazvanom po svojim autorima Einstein, Podolsky i Rosen – 1935. godine. EPR članak naglasio je kontraintuitivnu prirodu kvantnih superpozicija, u kojima kvantni sistem poput atoma ili fotona može postojati kao kombinacija više stanja koja odgovaraju različitim mogućim ishodima.

Prevladavajuća teorija, nazvana interpretacijom iz Kopenhagena, kaže da kvantni sistem ostaje u superpoziciji sve dok ne djeluje na vanjski svijet ili ga ne promatra vanjski svijet. Kad se to dogodi, superpozicija se urušava u jedno ili drugo od mogućih definitivnih stanja. EPR eksperiment pokazuje da sistem s više čestica odvojenih velikim udaljenostima može biti u takvoj superpoziciji. Schrödinger i Einstein razmijenili su pisma o Einsteinovom članku o EPR-u, tokom kojeg je Einstein istaknuo da će stanje nestabilne bule baruta nakon nekog vremena sadržavati superpoziciju i eksplodiranih i neeksplodiranih stanja.

Da bi dodatno ilustrirao, Schrödinger je opisao kako se, u načelu, može stvoriti superpozicija u sistemu velikih razmjera, čineći ga ovisnim o kvantnoj čestici koja je bila u superpoziciji. Predložio je scenarij s mačkom u zaključanoj čeličnoj komori, pri čemu život ili smrt mačke ovisi o stanju radioaktivnog atoma, bilo da se raspada i emitira zračenje ili ne. Prema Schrödingeru, kopenhagenska interpretacija podrazumijeva da mačka ostaje i živa i mrtva dok ju neko ne promatra. Schrödinger nije želio promovirati ideju mrtvih i živih mačaka kao ozbiljnu mogućnost; naprotiv, namijenio je primjer da ilustrira apsurdnost postojećeg pogleda kvantne mehanike.

Međutim, od Schrödingerovog vremena fizičari su razvili i druge interpretacije matematike kvantne mehanike, od kojih neke smatraju mačkinu superpoziciju “živog i mrtvog stanja” sasvim stvarnom. Bez obzira da li se kutija, uređaj i mačka zapravo smatraju makroskopskim fizičkim objektima, razlikuje se u svrhi u kojoj se mislilo eksperiment koristi. Kada se koristi kao ilustrativni element u drugim misaonim eksperimentima, obično se smatra čisto metaforičnim sistemom da se izbjegne pitanje može li superpozicija trajati značajno u tako velikom obimu bez dekoherencije. Zamišljen kao kritika kopenhagenske interpretacije (prevladavajuća ortodoksija 1935.), Schrödingerov mačji eksperiment i dalje ostaje kamen temeljac za moderne interpretacije kvantne mehanike. Fizičari često koriste način na koji se svako tumačenje odnosi na Schrödingerovu mačku kao način ilustracije i uspoređivanja određenih osobina, snaga i slabosti svakog tumačenja.

Schrödinger je napisao / la:

Čak se mogu postaviti prilično smješni slučajevi. Mačka je stavljena u čeličnu komoru, zajedno sa sljedećim uređajem (koji mora biti zaštićen od direktne smetnje mačke): na Gegerovom brojaču nalazi se sitno malo radioaktivne tvari, tako malo, da je možda u toku sata kada se jedan od atoma raspada, ali isto tako, s jednakom verovatnoćom, možda i nijedan; ako se dogodi, brojač cijevi isprazni i putem releja pusti čekić koji razbija malu tikvicu cijanovodične kiseline. Ako je jedan cijeli sistem ostavio sebi sat vremena, rekli bi da mačka još živi ako se u međuvremenu ni nijedan atom ne raspadne. Prvo atomsko raspadanje otrovalo bi ga. Psi-funkcija čitavog sistema bi se izrazila time što bi živa i mrtva mačka bile pomiješane ili razmazane u jednakim dijelovima.

Tipično je za ove slučajeve da se neodređenost izvorno ograničena na atomsku domenu pretvara u makroskopsku neodređenost, koja se potom može riješiti izravnim promatranjem. To nas sprječava da naivno prihvatimo kao validan „zamagljeni model“ za predstavljanje stvarnosti. Sam po sebi, on ne bi utjelovio ništa nejasno ili kontradiktorno. Postoji razlika između drhtave fotografije i snimke oblaka i magle.

Schrödingerov čuveni misaoni eksperiment postavlja pitanje, “kada kvantni sistem prestaje postojati kao superpozicija stanja i kad postaje jedno ili drugo?” (Tehnički gledano, kada stvarno kvantno stanje prestaje biti netrivijalna linearna kombinacija stanja, od kojih svako nalikuje različitim klasičnim stanjima, i umjesto toga počinje imati jedinstveni klasični opis?). Ako mačka preživi, sjeća se samo žive . Ali objašnjenja EPR eksperimenata koja su u skladu sa standardnom mikroskopskom kvantnom mehanikom zahtijevaju da makroskopski predmeti, poput mačaka i bilježnica, nemaju uvijek jedinstvene klasične opise. Misaoni eksperiment ilustrira ovaj prividni paradoks. Naša intuicija kaže da nijedan promatrač ne može biti u mješavini stanja – ali mačka, čini se iz misaonog eksperimenta, može biti takva smjesa. Da li je mački potrebno da bude promatrač ili da li njeno postojanje u jednom dobro definiranom klasičnom stanju zahtijeva drugog vanjskog promatrača? Svaka alternativa djelovala je apsurdno Einsteinu, koji je bio impresioniran sposobnošću misaonog eksperimenta da istakne ta pitanja. U pismu Schrödingeru iz 1950. godine napisao je:

Vi ste jedini savremeni fizičar, pored Laue, koji vidi da se ne može zaobići pretpostavka stvarnosti, ako je samo jedan iskren. Većina njih jednostavno ne vidi kakvu rizičnu igru igraju sa stvarnošću – stvarnost kao nešto što je nezavisno od eksperimentalno utvrđenog. Njihovu interpretaciju, međutim, najelegantnije opovrgava vaš sistem radioaktivnog atoma + pojačalo + naboj pištolja u prahu + mačka u kutiji, u kojoj psi-funkcija sustava sadrži i mačku živu i raznesenu na komade. Nitko zaista ne sumnja da je prisustvo ili odsustvo mačke nešto nezavisno od čina opažanja.

Napominjemo da se naboj baruta ne spominje u Schrödingerovoj instalaciji, koja koristi Geigerov brojač kao pojačalo, a ugljikovodični otrov umjesto baruta. Barut je spomenut u Einsteinovoj originalnoj sugestiji Schrödinger-u, a Einstein ga je prenosio naprijed u ovu raspravu.

Interpretacije eksperimenta


Od Schrödingerovog vremena predložene su druge interpretacije kvantne mehanike koje daju različite odgovore na pitanja koja postavlja Schrödingerova mačka o tome koliko dugo traju superpozicije i kada (ili da li) propadaju.

Kopenhagenska interpretacija



Ova interpretacija kvantne mehanike je interpretacija iz Kopenhagena. U interpretaciji iz Kopenhagena, sistem prestaje biti superpozicija stanja i postaje jedno ili drugo kada se dogodi promatranje. Ovaj misaoni eksperiment otkriva činjenicu da priroda mjerenja ili promatranja nije dobro definirana u ovoj interpretaciji. Eksperiment se može protumačiti tako da sustav dok je zatvoren okvir istovremeno postoji u superpoziciji stanja “raspadnutog jezgra / mrtva mačka” i “neoplođeno jezgro / živa mačka”, i to samo kad se kutija otvori i promatranjem valna funkcijan se sruši u jedno od dva stanja.

Međutim, jedan od glavnih naučnika povezanih s interpretacijom iz Kopenhagena, Niels Bohr, nikada nije imao na umu propadanje valne funkcije uzrokovano promatračem, jer on valnu funkciju nije smatrao fizički stvarnom, već statističkim alatom; prema tome, Schrödingerova mačka nije mu predstavljala nikakvu zagonetku. Mačka bi bila mrtva ili živa mnogo prije nego što je svjesni promatrač otvorio kutiju. Analizom stvarnog eksperimenta utvrđeno je da je samo mjerenje (na primjer pomoću Geigerovog brojača) dovoljno za kolaps kvantne valne funkcije prije bilo kakvog svjesnog promatranja mjerenja, iako je valjanost njihovog dizajna osporavana. (Stav da se „opažanje“ zauzima kada čestica iz jezgre udari u detektor može se razviti u objektivne teorije kolapsa. Miselni eksperiment zahtijeva detektiranje „nesvjesnog promatranja“ kako bi se dogodio kolaps valnog oblika. Nasuprot tome, pristup mnogih svjetova negira da se kolaps ikad događa.)

Tumačenje mnogih svjetova i dosljedne historije

Hugh Everett je 1957. formulisao interpretaciju kvantne mehanike u mnogim svjetovima, koja ne izdvaja promatranje kao poseban proces. U tumačenju mnogih svjetova, i živa i mrtva stanja mačke ostaju nakon otvaranja kutije, ali su međusobno ukrašena. Drugim riječima, kad se otvori kutija, posmatrač i eventualno mrtva mačka razdvajaju se u promatrača koji gleda u kutiju sa mrtvom mačkom, a promatrač koji gleda kutiju sa živom mačkom. Ali budući da su mrtva i živa stanja dekoncentrirana, nema učinkovite komunikacije ili interakcije između njih.

Prilikom otvaranja okvira promatrač se zapetljava u mačku, pa se formiraju „posmatračka stanja“ koja odgovaraju mački da je živa i mrtva; svako promatračko stanje je zapleteno ili povezano s mačkom tako da “promatranje stanja mačke” i “stanje mačke” korespondiraju jedno s drugim. Kvantna dekoherencija osigurava da različiti ishodi nemaju međusobnu interakciju. Isti mehanizam kvantne dekoherencije važan je i za interpretaciju u smislu konzistentne istorije. Samo „mrtva mačka“ ili „živa mačka“ mogu biti dio dosljedne historije u ovom tumačenju. Smatra se da dekoherencija sprječava istovremeno opažanje više stanja.

Varijantu Schrödingerovog eksperimenta, poznatu kao mašina za kvantno samoubistvo, predložio je kosmolog Max Tegmark. Ona ispituje Schrödingerov eksperiment s mačkama s gledišta mačke i tvrdi da se pomoću ovog pristupa može razlikovati kopenhaška interpretacija i ona mnogih svijetova.

Ansambl interpretacija


Interpretacija ansambla kaže da supozicije nisu ništa drugo nego podsemenici veće statističke cjeline. Vektor stanja ne bi se primjenjivao na pojedinačne eksperimente na mačkama, već samo na statistiku mnogih sličnih pripremljenih pokusa na mačkama. Zagovornici ove interpretacije tvrde da to paradoks Schrödingerove mačke čini trivijalnom materijom, ili ne-pitanjem.

Ovo tumačenje služi za odbacivanje ideje da jedan fizički sistem u kvantnoj mehanici ima matematički opis koji mu na bilo koji način odgovara.

Relacijsko tumačenje


Relacijsko tumačenje ne čini fundamentalnu razliku između ljudskog eksperimentatora, mačke ili uređaja ili između animiranih i neživih sistema; svi su kvantni sistemi kojima vladaju ista pravila evolucije talasnih funkcija i svi se mogu smatrati “promatračima”. Ali relacijsko tumačenje omogućava da različiti promatrači mogu dati različite izvještaje o istom nizu događaja, ovisno o informacijama koje imaju o sustavu. Mačka se može smatrati posmatračem aparata; u međuvremenu, eksperiment se može smatrati drugim posmatračem sistema u okviru (mačka plus uređaj). Prije nego što se kutija otvori, mačka, po prirodi da je živa ili mrtva, ima informacije o stanju aparata (atom je propadao ili nije propadao); ali eksperimentator nema informacije o stanju sadržaja kutije. Na ovaj način, dva promatrača istovremeno imaju različite izvještaje o situaciji: Mački se činilo da „talasa“ talasna funkcija aparata; eksperimentatoru, čini se da je sadržaj kutije u superpoziciji. Sve dok se okvir ne otvori, a oba promatrača imaju iste informacije o onome što se dogodilo, čini se da se oba stanja sustava “urušavaju” u isti definitivni rezultat, mačka koja je ili živa ili mrtva.

Transakcijsko tumačenje


U transakcijskoj interpretaciji aparat emitira napredni val unatrag u vremenu, koji u kombinaciji s valom koji izvor emitira naprijed u vremenu formira stojeći val. Valovi se vide kao fizički stvarni, a aparat se smatra “posmatračem”. U transakcijskoj interpretaciji kolaps valne funkcije je “atemporal” i događa se duž cijele transakcije između izvora i aparata. Mačka nikad nije u superpoziciji. Umjesto toga, mačka je samo u jednom stanju u bilo kojem trenutku, bez obzira na to kad ljudski eksperimentator gleda u kutiju. Transakcijska interpretacija rješava ovaj kvantni paradoks.

Zeno efekti


Zeno efekt zna da uzrokuje kašnjenja u bilo kakvim promjenama od početnog stanja.

S druge strane, anti-zeno efekat ubrzava promjene. Na primjer, ako često zavirite u mačji okvir, možete uzrokovati odgađanja sudbonosnog izbora ili, obrnuto, ubrzati ga. I Zeno efekat i anti-Zeno efekat su stvarni i za koje se zna da se dešavaju sa stvarnim atomima. Kvantni sistem koji se mjeri mora biti snažno povezan s okolnim okruženjem (u ovom slučaju s aparatom, eksperimentalnom prostorom … itd.) Kako bi se dobili tačniji podaci. No, iako nema informacija koje su prenesene u vanjski svijet, smatra se kvazi-mjerenjem, ali čim se informacije o dobrobiti mačke prenose u vanjski svijet (zavirivanjem u okvir) kvazi- merenje se pretvara u mjerenje. Kvazi-merenja, poput merenja, uzrokuju efekte Zenova. Zeno efekti nas uče da bi čak i bez zavirivanja u kutiju mačkina smrt bila odgođena ili ubrzana zbog svog okruženja.

Objektivne teorije kolapsa


Prema objektivnim teorijama kolapsa, superpozicije se uništavaju spontano (bez obzira na vanjsko promatranje), kad se dostigne neki objektivni fizički prag (vremena, mase, temperature, nepovratnosti itd.). Tako bi se očekivalo da bi se mačka doselila u određeno stanje puno prije otvaranja kutije. To bi se moglo lagano izraziti kao “mačka promatra sebe” ili “okolina promatra mačku”.

Objektivne teorije kolapsa zahtijevaju modifikaciju standardne kvantne mehanike kako bi se omogućilo uništavanje superpozicija procesom evolucije vremena.

Prijave i testovi



Schrödingerova mačja kvantna superpozicija stanja i utjecaja okoline kroz dekoherenciju
Opisani eksperiment je čisto teorijski i nije poznato da je predloženi stroj konstruiran. Međutim, uspješni eksperimenti koji uključuju slične principe, npr. izvršena su superpozicije relativno velikih (po standardima kvantne fizike) objekata. Ovi eksperimenti ne pokazuju da se objekt veličine mačke može nanositi, ali već ih je gornja granica “stanja mačaka” pomaknula prema gore. U mnogim slučajevima stanje je kratkotrajno, čak i kada se ohladi na gotovo apsolutnu nulu.


Eksperiment koji uključuje superprevodni uređaj za kvantnu interferenciju (“SQUID”) povezan je s temom misaonog eksperimenta: “Stanje superpozicije ne odgovara milijardi elektrona koji teku jednim smjerom i milijardi drugih koji teče drugim putem. Superprevodni elektroni se kreću masovno. Svi supravodljivi elektroni u SQUID struji oba puta oko petlje odjednom kada su u Schrödingerovom mačjem stanju.
Izgrađen je piezoelektrični “tuning vilica”, koji se može staviti u superpoziciju vibrirajućeg i ne vibrirajućeg stanja. Rezonator sadrži oko 10 biliona atoma.
Predložen je eksperiment koji uključuje virus gripa.
Predložen je eksperiment koji uključuje bakteriju i elektromehanički oscilator.
U kvantnom računanju izraz “mačje stanje” ponekad se odnosi na stanje GHZ, pri čemu je nekoliko kubita u jednakom superpoziciji od svih 0 i svi su 1; npr.


Prema barem jednom prijedlogu, moguće je utvrditi stanje mačke prije nego što je promatrate.

Proširenja


Wignerov prijatelj varijanta eksperimenta sa dva ljudska promatrača: prvi vrši promatranje vidi li bljesak svjetlosti, a zatim svoje promatranje prosljeđuje drugom promatraču. Ovdje je pitanje: da li se valna funkcija “kolabira” kada prvi promatrač pogleda eksperiment, ili tek kad drugi promatrač bude obaviješten o opažanjima prvog promatrača?

U drugom su dodatku ugledni fizičari otišli toliko daleko da su sugerisali da su astronomi koji su 1998. promatrali tamnu energiju u svemiru možda “smanjili životni vijek” kroz pseudo-Schrödinger-ov scenarij za mačke, iako je to kontroverzno stajalište.

Dvije suprotne verzije stvarnosti mogu istovremeno postojati, pokazuje kvantni eksperiment

Dvije verzije stvarnosti mogu postojati istodobno, barem u kvantnom svijetu, prema novom istraživanju.

Naučnici su sproveli testove kako bi pokazali teorijsko pitanje fizike prvo postavljeno kao puki misaoni eksperiment prije par desetljeća.

U okviru koncepta, dva imaginarna znanstvenika smatraju se ispravnima, iako su došli do potpuno različitih zaključaka.

Demonstracija toga u praksi stoga dovodi u pitanje osnovna pitanja o fizici i sugerira da ne postoji takva stvar kao objektivna stvarnost.


Rezultati su objavljeni na arXiv, mjestu za istraživanje koje tek treba proći cjelovitu recenziju, britanski tim sa sjedištem na Univerzitetu Heriot-Watt.

Oni su krenuli da istražuju “Wignerov prijatelj”, nazvan po nobelovom nagrađivanom fizičaru Eugeniju Wigneru koji je došao 1961. godine, a koji je zasnovan na ideji da foton, odnosno čestica svetlosti, može postojati u dva moguća stanja.

Prema zakonima kvantne mehanike, ova „superpozicija“ znači polarizacija fotona – ili os na kojoj se vrti – istovremeno je i vertikalna i horizontalna.

Međutim, jednom kada jedan znanstvenik u izoliranoj laboratoriji izmjeri foton, otkriva da je polarizacija fotona fiksirana bilo vertikalno ili vodoravno.


Istovremeno, za nekoga ko je izvan laboratorije i nije svjestan rezultata, neizmjereni foton i dalje je u stanju superpozicije.

Uprkos ovim naizgled suprotstavljenim stvarnostima, obje su tačne.

U svojoj novoj studiji, fizičari su mogli eksperiment izvesti u stvarnost, koristeći stvarne fotone i mjernu opremu koja je stajala za Wignera i njegovog “prijatelja”.

Svojim rezultatima bili su u stanju potvrditi da su dvije stvarnosti koje je Wigner opisao istinite.

“Oboje možete potvrditi”, rekao je koautor studije dr Martin Ringbauer za Live Science, objašnjavajući kako ovaj zbunjujući koncept može napraviti skok sa teorije na stvarnost.

Teoretski napredak bio je potreban za formulisanje problema na način koji je eksperimentalno provjerljiv“, rekao je.

„Tada je eksperimentalnoj strani bilo potrebno razvoj događaja u kontroli kvantnih sistema da bi implementirao nešto takvo.“

Iako se eksperiment i njegovi rezultati mogu činiti svijetom – ili čak univerzumom udaljeni – od svakodnevnog života, on postavlja fizičarima duboka i uznemirujuća pitanja o prirodi stvarnosti.

„Naučna metoda se oslanja na činjenice, utvrđene ponovljenim mjerenjima i dogovorene univerzalno, nezavisno od toga ko ih je posmatrao“, napisao je tim u svom radu.

Uloga kvantne mehanike je opisati svijet u tako malom obimu da se konvencionalna pravila fizike ne primjenjuju. Ako se mjerenja iz ovog polja ne mogu smatrati apsolutnim, to bi moglo promijeniti način na koji disciplina funkcionira.


“Čini se da se, za razliku od klasične fizike, rezultati mjerenja ne mogu smatrati apsolutnom istinom, već ih se mora shvatiti u odnosu na posmatrača koji je izvršio mjerenje”, rekao je dr. Ringbauer.

“Priče koje pričamo o kvantnoj mehanici moraju se tome prilagoditi.”

Izvor: Independent

Istraživači su ostvarili kvantno pamćenje u objektima udaljenim više od 50 km

Dok kvantni računari mogu raditi zanimljive stvari bez namjenske memorije, memorija bi pružila veliku fleksibilnost u pogledu vrsta algoritama koje bi mogli pokrenuti i kako kvantni sistemi mogu komunicirati jedni s drugima i s vanjskim svijetom. Izgradnja kvantne memorije je izuzetno izazovna, jer i čitanje i pisanje iz nje moraju biti izuzetno efikasni i precizni, a memorija mora raditi nešto što je netipično za kvantne sisteme: držati svoje stanje za značajno vrijeme.

No ako riješimo probleme, kvantna memorija nudi prilično neobična svojstva. Proces pisanja u kvantnu memoriju vrlo je sličan procesu kvantne teleportacije, što znači da se memorija potencijalno može prenijeti između različitih računarskih sredstava. A budući da je uređaj za pohranu kvantni objekt, postoji mogućnost da se dva qubita memorije na različitim lokacijama mogu ispreplesti, u suštini delokalizirajući vrijednost qubita.


U demonstraciji tog obećanja, kineski su istraživači ugradili kvantnu memoriju u objektima udaljenim više od 20 kilometara. Zasebno su izveli i zapetljavanje s fotonima koji su prešli 50 kilometara optičkog kabla. Ali proces prijenosa i umetanja dolazi s nesretnom nuspojavom: traje toliko dugo da memorija u međuvremenu izgubi koherenciju.

Kvantni grad
Osnovni obrisi eksperimenta poprilično su jasni za postupak koji je pomalo mutan. Ovdje se koriste kubiti mali oblaci hladnih atoma (oko stotinu miliona atoma za svaki). Smješteni su u stanje u kojem se atomi ne razlikuju iz kvantne perspektive i tako se mogu tretirati kao jedan kvantni objekt. Budući da će se kvantno stanje rasporediti istovremeno po svim atomima, to pruža malo veću stabilnost od ostalih oblika kvantne memorije. Stanje atomskog oblaka čita se i piše pomoću fotona, a atomi se postavljaju u optičku šupljinu koja hvata ove fotone. To osigurava da fotoni imaju mnogo mogućnosti za interakciju s atomskim oblakom, povećavajući efikasnost operacija.

Kad se stanje memorije postavi fotonom pisanja, atomski kolektiv emitira drugi foton što ukazuje na uspjeh. Polarizacija ovog fotona sadrži podatke koji se odnose na stanje atoma, pa služi kao sredstvo za zapetljavanje memorije.

Nažalost, taj foton je na talasnoj dužini koja i nije baš korisna jer se teži gubljenju tokom prijenosa. Dakle, istraživači su žrtvovali malo efikasnosti za puno korisnosti. Koristili su uređaj koji pomiče valnu dužinu fotona s bliskog infracrvenog na valnu dužinu koja se koristi u standardnim komunikacijskim vlaknima. Oko 30 posto fotona izgubljeno je, ali preostali se mogu prenijeti s visokom učinkovitošću preko postojećih vlakana (pod uvjetom da se tamo postavi pravi hardver gdje vlakno završi).


Postoje gubici zbog filtriranja buke i uvlačenja fotona u vlakno, ali cijeli je proces efikasan preko 30 posto, za kraj. U ovom slučaju, dva kraja su bila udaljena 11 km, na Kineskom univerzitetu za nauku i tehnologiju i softverskom parku Hefei.

Autori su stvorili dva kbita kvantne memorije, generisali fotone iz oba i poslali te fotone zasebnim kablovima u Software Park. Tamo su fotoni poslani kroz uređaj koji im je onemogućavao razlikovanje, zapetljavanje. Pošto su oni zauzvrat bili isprepleteni s kvantnom memorijom koja ih je proizvela, dva qubita memorije su tada bila isprepletena. Dok su boravili u istom laboratoriju, geometrija vlakana mogla je biti proizvoljna – bila je ekvivalentna isprepletanju dva bita memorije koja su bila udaljena 22 km.

To je veliki korak u odnosu na prethodni rekord od 1,4 km.

Idite dugo
Kako bi malo rastegnuli stvari, istraživači su se tada okrenuli dugom kalem kabelu. Dva fotona poslana su niz kabel i potom manipulirana tako da je bilo nemoguće odrediti koji su put krenuli kablom. To ih je opet zbunjivalo, a time i uspomene koje su u prvi plan emitirale fotone. Proces je zahtijevao da se prati faza dolaznih fotona, što je znatno teže, a samim tim i smanjena je ukupna efikasnost.

Za vlaknastu stazu dugu 50 km, to je dovelo do prilično niske efikasnosti, i to između 10-4. Što znači da se vrijeme za postizanje posrnuća povećalo – u ovom slučaju preko pola sekunde. I to je problem, jer je tipični životni vijek qubita pohranjenog u ovoj memoriji 70 mikrosekundi, što je puno kraće od procesa zamicanja. Dakle, pristup definitivno spada u kategoriju “nije baš spremno za proizvodnju”.

I to je nesretno jer pristup otvara niz vrlo intrigantnih mogućnosti. Jedan je da bi širenje qubita kroz dva objekta ovom delokalizacijom moglo omogućiti da se izvede jedan kvantni proračun na udaljenim objektima – moguće u onima koji koriste različit hardver koji ima različite snage i slabosti. A istraživači napominju da postoji tehnika koja se naziva zamjena zamke koja može još više proširiti udaljenost između memorija-qubita – pod uslovom da se kubiti drže u svom stanju. Ali ako sve to uključi neku količinu pogreške, ta će se greška brzo nagomilati i učiniti čitavu stvar beskorisnom.


Ništa od ovoga ne bi smjelo umanjiti postignuća koja su ovdje prikazana, ali pokazuje koliko još uvijek moramo ići. Neučinkovitost koja se pojavljuje na svakom koraku procesa, svaki predstavlja poseban inženjerski i / ili fizički izazov s kojim se moramo suočiti prije nego što bilo što od toga bude primjenjivo u stvarnom svijetu.

Izvor: Nature

Da li su svi naši umovi povezani?

Da li je moguće da naše misli stvaraju polja informacija koja ulaze u globalni um koji dijelimo? Da li je moguće da naše misli stvore “polja misli” koja mogu da stupaju u interakciju sa drugim misaonim poljima?

U nauci postoji fascinantan fenomen poznat kao “efekt višestrukosti”. Višestruki efekti su ako više ljudi geografski izolovani jedni od drugih dođu do istog otkrića u istom trenutku. Do 1922. bilo je 148 glavnih naučnih otkrića za koja je identifikovano da su otkrivena na takav način. Evo samo nekoliko primjera:

  • Evolucija (Darwin i Wallace)
  • Infitezimalni račun (Newton i Leibniz)
  • Decimalne frakcije – 3 osobe
  • Sunčane pjege – 4 osobe 1611. godine
  • Zakon o očuvanju energije – 4 osobe 1847. godine
  • Parobrod – 4 osobe
  • Teleskop – 9 osoba
  • Termometar – 6 osoba


Da li je zaista moguće da se svih 148 velikih otkrića desilo u isto vreme i slučajno od strane ljudi koji nisu međusobno dijelili svoje ideje? Zamislite da su dvije osobe potpuno geografski izolovane jedna od druge koje rade na istom problemu u isto vreme.

Svaka od njih naporno radi na istoj tačnoj dilemi, dok njihove misli lebde okolo u polju svijesti koje energično komuniciraju jedne s druguma. To je kao iskustvo koje svi imamo sa našim prijateljima, gde znamo šta će reći prije nego što to kažu. Svijest je ne-lokalna?


Ispod je slika piramida izgrađenih u tri odvojene drevne kulture, geografski izolovane jedna od druge. Nema šanse da bi te kulture mogle da komuniciraju jedna sa drugom, ali piramide koje oni grade su potpuno iste. Da li je to čista slučajnost?

Vaše misli su više od bioloških funkcija i čak su više od talasa vibracija. To su i talasi informacija, zbog čega ljudi koji pokušavaju da dovrše zagonetke, testove, pa čak i ukrštene zagonetke, uvijek imaju mnogo veće rezultate nakon što su problemi već razrađeni i pitanja odgovorena od mnogo ljudi ranije. To je zato što su misli ljudi koji su radili na tome prije vas već stavljene u ovu globalnu bazu podataka informacija u polju svijesti koje svi dijelimo?

Izvor: https://www.wakingtimes.com/2014/07/07/multiples-effect-proof-minds-connected/

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



Mašinsko učenje predviđa pobjednika Svjetskog kupa

Istraživači su predvidjeli ishod nakon simulacije čitavog fudbalskog turnira 100.000 puta.

Svjetsko prvenstvo u fudbalu 2018. godine je počelo u Rusiji u četvrtak i vjerovatno će biti jedan od najgledanijih sportskih događaja u historiji, što je popularnije čak i od Olimpijade. Dakle, potencijalni pobjednici su od velikog značaja.

Jedan od načina za procjenu vjerovatnih ishoda je gledati kladionice. Ove kompanije koriste profesionalne statistike da analiziraju obimne baze podataka o rezultatima na način koji kvantifikuje vjerovatnoću različitih ishoda bilo koje moguće utakmice. Na ovaj način, kladionice mogu ponuditi kvote na svim igrama koje će početi u narednih nekoliko nedelja, kao i kvote potencijalnih pobednika.

Još bolja procjena dolazi od kombinovanja kvota od puno različitih kladionica. Ovakav pristup predlaže da bi Brazil trebao biti najvjerojatniji pobjednik Svjetskog prvenstva 2018. godine, sa vjerovatnoćom od 16,6 odsto, a zatim slede Nemačka (12,8 odsto) i Španija (12,5 odsto).

Ali posljednjih godina, istraživači su razvili tehnike mašinskog učenja koje imaju potencijal da prevazilaze konvencionalne statističke pristupe. Šta ove nove tehnike predviđaju kao vjerovatni ishod Svjetskog prvenstva u 2018?



Odgovor dolazi od rada Andreasa Grolla na Tehničkom univerzitetu u Dortmundu u Nemačkoj i nekoliko kolega. Ovi momci koriste kombinaciju mašinskog učenja i konvencionalnih statistika, metod nazvanog slučajnog pristupa, da bi se identifikovao drugačiji najvjerovatniji pobjednik.

Prvo malo pozadine. Tehnika nasumičnog šuma pojavila se u posljednjih nekoliko godina kao moćan način za analizu velikih skupova podataka uz izbjegavanje nekih zamki drugih metoda rukovanja podacima. Zasniva se na ideji da se neki budući događaj može odrediti u stablu odlučivanja u kojem se ishod izračunava u svakoj grani, pozivajući se na skup podataka u obuci.

Međutim, stablo odluke pati od poznatog problema. U drugoj fazi procesa razgranavanja, odluke mogu biti ozbiljno iskrivljene pomoću podataka o obuci koji su rijetki i skloni velikim varijacijama u ovoj vrsti rezolucije, problemu koji se naziva prefitovanje.

Pristup nasumičnih šuma je drugačiji. Umjesto izračunavanja ishoda u svakoj grani, proces izračunava je ishod slučajnih grana. I ovo radi mnogo puta, svaki put sa različitim skupom slučajno odabranih grana. Konačni rezultat je prosjek svih ovih nasumično konstruisanih stabala odlučivanja.

Ovaj pristup ima značajne prednosti. Prvo, ne pati od istog problema sa prevelikim prestankom koji je uobičajen za drveće. Takođe otkriva koji su faktori najvažniji u određivanju ishoda.

Dakle, ako određeno drvo odluke sadrži puno parametara, postaje lako vidjeti koji je najveći utjecaj na ishod i koji ne. Ovi manje važni faktori se u budućnosti mogu ignorisati.

Groll i suradnici koriste upravo ovaj pristup za model Svjetskog prvenstva u 2018. godini. Modeliraju ishod svake igre koju će timovi vjerovatno igrati i koriste rezultate za izgradnju najvjerovatnijeg kursa turnira.



Groll i suradnici počinju sa širokim spektrom potencijalnih faktora koji mogu utvrditi ishod. Ovo uključuje ekonomske faktore kao što su BDP i populaciju zemlje, rangiranje nacionalnih timova FIFE i osobine samih timova, kao što je njihova prosječna starost, broj igrača u Ligi šampiona, imaju li prednost u domaćinstvu i tako dalje.

Zanimljivo je da pristup slučajne šume omogućava Grollu i suradnicima da uključe druge pokušaje rangiranja, kao što je rangiranje koje koriste kladionice.

Priključivanje svega toga u model pruža neke zanimljive uvide. Na primjer, najutjecajniji faktori se ispostavljaju kao rangiranje tima kreiranih drugim metodama, uključujući i one iz knjižara, FIFA i druge.

Drugi važni faktori uključuju BDP i broj igrača Lige šampiona u timu. Nenavadni faktori uključuju populaciju zemlje, nacionalnost trenera i tako dalje.

Predviđanja koja su stigla kroz ovaj proces razlikuju se od drugih na neke bitne načine. Za početak, metod slučajnih šuma odabira Španiju kao najverovatnijeg dobitnika, sa vjerovatnoćom od 17,8 odsto.

Međutim, veliki faktor u ovom predviđanju je struktura samog turnira. Ako Njemačka razjasni grupnu fazu takmičenja, verovatnije će se suočiti sa snažnim protivljenjem u fazi 16-tima. Zbog toga, metod slučajnih šuma izračunava šanse Njemačke da postignu četvrtfinale kao 58 procenata. Za razliku od toga, malo je vjerovatno da će se Španija suočiti s jakom opozicijom u finalu 16 i ima šansu od 73 odsto da dostigne četvrtfinale.

Ako oba igraju četvrtfinale, oni imaju manje ili više jednake šanse da pobjede. “Španija je blago favorizirana nad Njemačkom”, kaže Groll i co.

Ali postoji dodatni preokret. Proces nasumičnog drveta omogućava simuliranje čitavog turnira, i to stvara drugačiji rezultat.

Groll i ekipa su simulirali cijeli turnir 100.000 puta. “Prema najverovatnijem turnirskom kursu, umesto Španaca Nemački tim bi osvojio Svjetsko prvenstvo”, kažu.

Naravno, zbog velikog broja permutacija igara, ovaj kurs i dalje je izuzetno malo verovatan. Groll i Co su stavili kvote na oko 1 na 100.000.

Dakle, na početku turnira, Španija ima najbolje šanse za pobjedu, kaže Groll i co. Ali ako Njemačka dođe do četvrtfinala, onda postaje favorit.

Izvor: https://www.technologyreview.com/s/611397/machine-learning-predicts-world-cup-winner/



Kvantna fizika može biti čak i čudnija nego što mislite

Novi eksperiment ukazuje na iznenađujuću skrivenu mehaniku kvantnih superpozicija

To je centralno pitanje u kvantnoj mehanici i niko ne zna odgovor: Šta se stvarno dešava u superpoziciji – čudna okolnost u kojoj se čini da čestice postoje na dva ili više mjesta ili stanja odjednom? Sada, u predstojećem radu, tim istraživača iz Izraela i Japana predložio je eksperiment koji bi nam konačno mogao reći nešto sigurno o prirodi ovog zagonetnog fenomena.

Njihov eksperiment, za koji istraživači kažu da bi mogao da se izvede u roku od nekoliko meseci, trebalo bi da omogući naučnicima da saznaju gde se objekat – u ovom slučaju čestica svjetlosti, koja se zove foton – zapravo nalazi kada se nalazi u superpoziciji. I istraživači predviđaju da će odgovor biti još nepoznatiji i šokantniji od “dva mjesta odjednom”.



Klasičan primjer superpozicije uključuje pucanje fotona kroz dva paralelna proreze na barijeri. Jedan od osnovnih aspekata kvantne mehanike jeste da sitne čestice mogu da se ponašaju kao talasi, tako da one koje prolaze kroz jedan prorez “mješaju” u one koji prolaze kroz drugi, njihovi valovi ili povećavaju ili poništavaju jedni druge kako bi kreirali karakteristični uzorak na ekranu detektora. Čudna stvar je da se ovo mješanje javlja čak i ako je samo jedna čestica ispaljena u isto vreme. Čestica izgleda nekako prolazi kroz oba proreza odjednom, ometajući se sama. To je superpozicija.

I postaje još čudnije: mjerenje kako čestica prolazi će uvjek pokazivati da samo prolazi kroz jednu – ali onda talasasto mješanje (“kvantumnost”, ako želite) nestaje. Izgleda da sam mjerni čin “kolapsira” superpoziciju. “Znamo da se nešto suprotno odvija u superpoziciji”, kaže fizičar Avshalom Elitzur iz Izraelskog instituta za napredna istraživanja. “Ali vam nije dozvoljeno da ga mjerite. To je ono što čini kvantnu mehaniku toliko dijaboličnom. ”

Decenijama istraživači su se zaustavili u ovom očiglednom zastoju. Oni ne mogu precizno reći šta je superpozicija bez gledanja na nju; ali ako pokušaju da ju pogledaju, nestaje. Jedno potencijalno rješenje – koje je razvio bivši mentor Elicur, izraelski fizičar Jakir Aharonov, sada na Univerzitetu Chapman i njegovi saradnici – predlaže način da se nešto izmisli o kvantnim česticama prije nego što ih se mjeri. Pristup Aharonovu naziva se dvostruki-vektorski formalizam (TSVF) kvantne mehanike, a postulati kvantni događaji u određenom smislu određuju kvantna stanja ne samo u prošlosti – već i u budućnosti. To jest, TSVF pretpostavlja da kvantna mehanika radi na isti način napred i nazad u vremenu. Iz ove perspektive, čini se da se uzroci propagiraju unazad u vremenu, koji se javljaju poslje njihovih efekata.

Ali, ne treba se čudno shvatiti bukvalno. Umjesto toga, u TSVF-u se može dobiti retrospektivno znanje o tome šta se dogodilo u kvantnom sistemu odabirom ishoda: umjesto mjerenja gdje čestica završava, istraživač bira određenu lokaciju u kojoj će ju potražiti. Ovo se zove post-selekcija, i ona pruža više informacija nego bilo koji bezuslovni pregled pri ishodima ikad. To je zato što se stanje čestica u bilo kom trenutku retrospektivno procenjuje u svjetlu cele istorije uključujući mjerenje.

Čudnost dolazi zato što izgleda da istraživač – jednostavno izborom traženja određenog ishoda – onda izaziva taj ishod. Ali to je nešto kao zaključak da ako uključite televiziju kada je vaš omiljeni program zakazan, vaša akcija uzrokuje emitovanje tog programa u tom trenutku. “Općenito je prihvaćeno da je TSVF matematički ekvivalent standardnoj kvantnoj mehanici”, kaže David Wallace, filozof nauke na Univerzitetu Južne Kalifornije koji se specijalizirao za tumačenje kvantne mehanike. “Ali to dovodi do toga da vidimo određene stvari koje inače ne bi vidjeli.”


Uzmite, na primjer, verziju eksperimenta sa dvostrukim prorezom koju je izradio Aharonov i saradnik Lev Vaidman 2003. godine, koje su tumačili sa TSVF-om. Par je opisao (ali nije izgradio) optički sistem u kojem jedan foton djeluje kao “zatvarač” koji zatvara prorez izazivajući još jedan foton “probe” koji se približava prorezu koji se reflektuje unazad kako je došao. Primjenom post-selekcije na mjerenje fotonske sonde, pokazali su Aharonov i Vaidman, u jednom superpoziciji se može vidjeti zatvoreni foton koji zatvara istovremeno i (ili stvarno mnogo) proreza. Drugim rječima, ovaj misaoni eksperiment u teoriji bi dopustio da se sa sigurnošću kaže da je futon zatvarač i “ovdje” i “tamo” odjednom. Iako je ova situacija paradoksalna iz našeg svakodnevnog iskustva, to je jedan dobro proučavan aspekt takozvanih “nelokalnih” osobina kvantnih čestica, gde se cjelokupni pojam dobro definirane lokacije u prostoru rastvara.

U 2016. godini fizičari Ryo Okamoto i Shigeki Takeuchi sa Univerziteta u Kjotu verifikovali su eksperimentalno Aharonovu i Vaidmanovu prognozu pomoću kruga za nošenje svjetlosti u kome se kreira foton s kvantnim ruterom, uređajem koji omogućava jednom fotonu kontrolu rute koju uzima drugi. “Ovo je bio pionirski eksperiment koji je omogućio da se na dva mjesta zaključi istovremeni položaj čestice”, kaže Elitzurov kolega Eliahu Cohen sa Univerziteta Otava u Ontariju.

Sada su se Elitzur i Cohen udružili sa Okamoto-om i Takeuchi-om kako bi izmislili još veći eksperiment. Oni vjeruju da će istraživači sa sigurnošću reći nešto o lokaciji čestice u superpoziciji u nizu različitih tačaka u vremenu – prije no što je napravljeno bilo kakvo stvarno mjerenje.

Ovaj put sonda fotonova ruta bi se podjelila na tri parcijalna ogledala. Uz svaku od tih putanja može da stupi u interakciju sa fotonom zatvarača u superpoziciji. Ove interakcije se mogu smatrati da se odvijaju unutar kutija sa oznakama A, B i C, od kojih se jedna nalazi na svakoj od tri moguće rute fotona. Gledajući na samommiješanost fotonske sonde, sa sigurnošću se može retrospektivno zaključiti da je čestica zatvarača bila u datoj kutiji u određeno vreme.

Eksperiment je dizajniran tako da foton sonde može pokazati samo smetnje ukoliko je interaktivan sa fotonom zatvarača u određenom nizu mjesta i vremena: naime, ako je foton zatvarača bio u oba polja A i C u neko vrijeme (t1), onda kasnije (t2) samo u C, a još kasnije (t3) u oba B i C. Tako će interferencija u fotonu sonde biti definitivan znak koji je foton čarobnjaka napravio ovu bizarnu, logičku sekvencu pojavljivanja među kutijama u različitim vremenima – ideja Elitzur, Cohen i Aharonov predložila su prošle godine mogućnost da se pojedinačna čestica rasprši u tri kutije. “Sviđa mi se kako ovaj dokument postavlja pitanja o tome šta se dešava u smislu čitave historije, a ne trenutnih stanja”, kaže fizičar Ken Varton iz San Jose State University-a, koji nije uključen u novi projekat. “Govoreći o” stanjima “je stara prisutna pristrasnost, dok su pune historije generalno mnogo bogatije i zanimljive.”

To bogatstvo, Elitzur i kolege tvrde, je ono na čemu TSVF pruža pristup. Očigledno nestajanje čestica na jednom mestu odjednom – i njihovo ponovno pojavljivanje u drugim vremenima i mjestima – ukazuje na novu i izvanrednu viziju osnovnih procesa uključenih u nelokalnu postojanje kvantnih čestica. Kroz objektiv TSVF-a, kaže Elitzur, ovo treperenje, uvjek promenljivo postojanje može se shvatiti kao niz događaja u kojima je prisustvo čestica na jednom mjestu nekako “otkazano” od strane sopstvenog “kontraceptora” na istoj lokaciji. On upoređuje to sa pojmom koji je uveo britanski fizičar Paul Dirac 1920-ih godina, koji je tvrdio da čestice posjeduju antičestice, a ako se okupljaju, čestica i antičestica mogu uništiti jedna drugu. Ova slika na prvi pogled izgledala je samo način govora, ali je ubrzo dovela do otkrivanja antimaterije. Nestajanje kvantnih čestica u ovom istom smislu nije “uništavanje”, već je i donekle analogno – ovi potencijalni suprotstavnici Elitzur pozicije treba da posjeduju negativnu energiju i negativnu masu, što im omogućava da otkažu svoje kolege.



Dakle, iako tradicionalna “dva mjesta odjednom” pogled na superpoziciju može izgledati čudno, “moguće je superpozicija kolekcija stanja koje su čak i luđa”, kaže Elitzur. “Kvantna mehanika samo vam govori o njihovom prosjeku.” Post-selekcija onda omogućava da se izoluje i pregleda samo neke od tih stanja u većoj rezoluciji, on predlaže. Takvo tumačenje kvantnog ponašanja bi bilo, rekao je on, “revolucionarno”, jer bi to dovelo do dosad nepokornog menagerijera stvarnih (ali vrlo čudnih) stanja koje su u osnovi kontraintuitivnih kvantnih fenomena.

Istraživači kažu da će sprovođenje stvarnog eksperimenta zahtjevati fino podešavanje performansi njihovih kvantnih rutera, ali se nadaju da će njihov sistem biti spreman za pokretanje. Za sada neki spoljni posmatrači nisu uzbuđeni. “Eksperiment je obavezan da radi”, kaže Wharton – ali on dodaje “neće nikoga ubjediti, jer se rezultati predviđaju standardnom kvantnom mehanikom.” Drugim rečima, ne bi bilo nikakvog razloga da se tumači ishod u odnosu na TSVF, a ne na jedan od mnogih drugih načina na koje istraživači tumače kvantno ponašanje.

Elitzur se slaže da je njihov eksperiment mogao biti zamišljen korišćenjem konvencionalnog pogleda kvantne mehanike koji je preovladao prije nekoliko decenija – ali to nikada nije bilo. “Zar to nije dobra indikacija ispravnosti TSVF-a?” Pita on. A ako neko misli da mogu da formulišu drugačiju sliku “šta se zapravo dešava” u ovom eksperimentu koristeći standardnu kvantnu mehaniku, dodaje: “Pa, pusti ih napred!”

Izvor: Scientific American



U početku bijaše kvark-gluonska supa, a kako se poslije sve iz nje razvilo niko ne zna.

Kvark-gluon plazma (QGP) ili kvark juha je stanje stvari u kvantnoj kromodinamici (QCD) koje postoji pri ekstremno visokim temperaturama i / ili gustoćama. Ovo stanje se smatra da se sastoji od asimptotski slobodne jake interakcije kvarkova i gluona, koji su obično ograničeni i uzrokuju zatvaranje unutar atomskih jezgara ili drugog hadrona.

Nekoliko sekundi poslije Velikog praska, nije bilo atoma. Umjesto toga, elementarne komponente materije su se slobodno kretale okolo – poput kvarkova, elektrona i neutrina i tzv. gluona. Ove elementarne čestice pružaju vezu između dva ili više kvarkova – i stoga su indirektno odgovorne za privlačenje protona i neutrona u atomskom jezgru.

Univerzum i sva materija koja postoji stvoreni su prije 13.82 milijardi godina. Velika većina naučnika se slaže s tim. Manje je jasno kako je išlo kasnije.

Hannah Petersen sa Frankfurtskog instituta za napredne studije kaže: “Ono što je bilo poslije Velikog praska još uvijek je veliko pitanje. Ne znamo tačno šta se desilo tamo. Ali znamo da je Univerzum bio popunjen kvark-gluon plazmom milionitu sekundu poslije Velikog praska. Velika razlika od današnjeg Univerzuma bila je to što je bilo izuzetno vruće i izuzetno gusto. ”

Izvori:

1.https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quark%E2%80%93gluon_plasma
2.https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/quark-gluon-plasma/

Koja je razlika između čestica fermiona i bozona i zašto je jako bitna?

Postoje samo dvije vrste temeljnih čestica poznatih u cijelom svemiru: fermioni i bozoni. Svaka čestica – pored normalnih svojstava koja poznajete kao masa i električni naboj – ima u sebi intrinzičnu količinu kutnog momenta, poznatu pod nazivom spin. Čestice s spinom koji dolazi u pola cjelobrojnih višekratnika (npr., ± 1/2, ± 3/2, ± 5/2 itd.) poznate su kao fermioni; čestice s cjelobrojnim spinom (npr. 0, ± 1, ± 2 itd.) su bozoni. Nema drugih vrsta čestica, temeljnih ili kompozitnih, u cijelom poznatom svemiru. Ali zašto je to važno?

Koja je tačno razliku između fermiona i bozona? Šta uzrokuje razlika u cjelobrojnom spinu i polu-cjelnom spinu?

Na prvi pogled, čini se da je kategoriziranje čestica tim svojstvima potpuno proizvoljno.

Slika 1: Poznate čestice u Standardnom modelu čestica

Uostalom, čestica je čestica, zar ne? Sigurno postoje veće razlike između kvarkova (koji doživljavaju jaku silu) i leptona (koji to ne čine) nego između fermiona i bozona? Zasigurno je razlika između materije i antimaterije veća od spina vaše čestice? I da li ste masivni ili ne bi trebao biti vrlo velik posao, sigurno u usporedbi s nečim trivijalnim kao kutni zamah, zar ne?

Kako se ispostavlja, postoji veliki broj malih razlika povezanih s spinom, ali postoje dvije velike one koje većina ljudi – možda čak i većina fizičara – nisu realizirali.

Slika 2: Fotoni, čestice i antičestice

Prva velika razlika je da samo fermioni imaju antičestice. Ako pitate kakva je antičestica kvarkova, to je antikvark. Antičestica elektrona je pozitron (antielektron), dok neutrino ima antineutrino. S druge strane, bozoni su antičestice drugih bozona, a mnogi bozoni su njihova antičestica. Ne postoji takva stvar kao antibozon. Sudariti foton s drugim fotonom? Z0 s drugim Z0? Jednako je dobro, s aspekta materije-antimaterije, kao što je anihilacija elektrona-pozitrona.

Slika 3: Bozon kao i foton može biti sam sebi antičestica

Također možete izgraditi kompozitne čestice iz fermiona: dva gore kvarka i jedan dolje kvark čine proton (koji je fermion), dok jedan gore i dva dolje čine neutron (također fermion). Zbog načina na koji se okreću, ako uzmete neparan broj fermiona i vežete ih, nova (kompozitna) čestica djelovati će kao fermion, zbog čega dobivate protone i antiprotone i zato se neutron razlikuje od antineutrona , ali čestice koje su izrađene od jednakih brojeva fermiona, poput kombinacije kvark antikvark (poznate kao mezon), ponašaju se kao bozon. Na primjer, neutralni pion (π0) je sam sebi antičestica.

Razlog tome je jednostavan: svaki od tih fermiona je spin ± 1/2 čestica. Ako ih dodate zajedno, možete dobiti nešto što je spin -1, 0 ili +1, što je cijeli broj (i time bozon); ako dodate tri, možete dobiti -3/2, -1/2, +1/2 ili +3/2, što ga čini fermionom. Tako su razlike između čestica i antičestica velike. Ali postoji druga razlika koja je možda još važnija.

Slika 4: Stanja energije elektrona za najmanju moguću energiju

Princip isključenja Pauli vrijedi samo za fermione, a ne na bozone. Ovo pravilo izričito navodi da u bilo kojem kvantnom sustavu, nijedna dva fermiona ne mogu zauzeti isto kvantno stanje. Bosons, međutim, nema takvo ograničenje. Ako uzmete atomsku jezgru i počnete dodavati elektrone na nju, prvi elektroni će zauzeti osnovno stanje, što je najniže energetsko stanje dopušteno. Budući da je to spin = 1/2 čestica, stanje elektronskog spina može biti +1/2 ili -1/2. Ako stavite drugi elektron na taj atom, morat će imati suprotno spin stanje također biti u temeljnom stanju. Ali što se događa ako želite dodati više elektrona? Oni se više ne mogu uklopiti u tlo i moraju se popeti na sljedeću energetsku razinu.

Zbog toga je periodična tablica elemenata tako uređena. Zato atomi imaju različita svojstva, zašto se vežu zajedno u zamršenim kombinacijama koje rade i zašto je svaki element u periodičnom stolu jedinstven, jer je elektronska konfiguracija svakog tipa atoma drugačija od bilo koje druge. Činjenica da nijedna dva fermiona ne mogu zauzeti isto kvantno stanje odgovorna je za fizikalna i kemijska svojstva elemenata, za ogromnu raznolikost molekularnih konfiguracija koje imamo danas i za temeljne veze koje čine kompleksnu kemiju i život.

Slika 5: Fermioni

S druge strane, možete staviti koliko god bozona želite u istom kvantnom stanju! To omogućuje stvaranje vrlo posebnih stanja bozona poznatih kao Bose-Einstein kondenzati. Ako dovoljno hladite bozone, tako da padnu u najniže kvantno stanje energije, možete uneti proizvoljan broj. Helium (sastavljen je iz parnog broja fermiona, tako da deluje kao bozon) postaje superfluid na dovoljno niskim temperaturama, posljedica Bose-Einsteinove kondenzacije. Od tada su u ovo kondenzovano stanje dovedeni gasovi, molekuli, kvazi-čestice i čak fotoni. Danas je to aktivno istraživanje.

Činjenica da su elektroni fermioni je ono što zadržava bijele patuljke iz kolapsa pod sopstvenom gravitacijom; činjenica da su neutroni fermioni sprečavaju da se neutronske zvezde još više sruše. Princip isključenja Pauli odgovoran za atomsku strukturu odgovoran je za održavanje najgušćih fizičkih objekata od svih da postanu crne rupe.

Slika 6: Zvijezde

Kada materija i antimaterija uništi ili raspadne, oni će zagrejati sistem za drugu količinu u zavisnosti od toga da li čestice podudaraju statistiku Fermi-Dirac (za fermione) ili Bose-Einstein statistiku (za bozone). Zato je kosmička mikrotalasna pozadina 2.73 K danas, ali kosmička neutrino pozadina odgovara temperaturi koja je oko 0.8 K hladnjaka: zahvaljujući anihilaciji i ovoj statistici u ranom Univerzumu.

Činjenica da su fermioni polu-cijeli spin i bozoni su cijeli spin je zanimljiv, ali mnogo zanimljivija je činjenica da ove dvije klase čestica podudaraju sa različitim kvantnim pravilima. Na temeljnom nivou te razlike omogućavaju naše postojanje.

Izvor: https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/04/01/ask-ethan-whats-the-difference-between-a-fermion-and-a-boson/