För cirka 100 år sedan tänkte forskare först på arten av några av de ovanliga egenskaperna hos ljus. Till exempel ljuset som avges från gaser när de värms upp i ett provrör. Om du tittar på detta ljus genom ett prisma, kommer du att märka något ovanligt. Inte ett spektrum, där färger smidigt passerar in i varandra, reflekteras i ett kristallglas, men distinkta linjer, vars färger inte blandas, som i en regnbåge. Vi pratar om vertikala ljusstrålar, liknande pennor - var och en i sin egen färg. Men forskare kunde inte förklara en så märklig ljusegenskap. Sökandet efter svar fortsatte utan framgång tills fysikern Niels Bohr i början av 1900 -talet lade fram den mest otroliga och fantastiska hypotesen. Bohr var övertygad om att ledtrådarna till de tydliga linjerna ligger i själva materiens hjärta - atomens struktur.
Fantastisk hypotes
Enligt forskaren liknar atomer små modeller av solsystemet, eftersom elektroner kretsar runt kärnan, som planeter. Men elektroner, till skillnad från planeter, rör sig i en bestämd bana och inte i någon annan. Bohr hävdade att när en atom värms upp rör sig elektroner och hoppar från en bana till en annan. Dessutom åtföljs varje hopp av utsläpp av energi i form av ljus med en viss våglängd. Det är här de konstiga vertikala linjerna och begreppet "kvantsprång" kommer ifrån.
I National Geographic -dokumentären om kvantteori berättar fysikern Brian Greene om de fantastiska egenskaperna hos kvantsprånget, vilket är att en elektron rör sig från en bana omedelbart till en annan, som om den inte korsar utrymmet mellan dem. Som om jorden på ett ögonblick förändrade banor med Mars eller Jupiter. Bohr trodde att på grund av de konstiga egenskaperna hos elektronerna i atomen avger de energi i vissa, odelbara delar, som kallas kvanta. Det är därför elektroner kan röra sig strikt i vissa banor och kan vara antingen vid en tidpunkt eller vid en annan, men inte i mitten. I vardagen stöter vi inte på något liknande.
Om en baseboll var på två ställen samtidigt kan vi tro att vi luras av en trollkarl. Men inom kvantmekanik är det exakt vad som får oss att tro att experimentet är sant att ha en partikel på två ställen samtidigt.
När atomer värms börjar elektroner hoppa från en bana till en annan.
Oavsett hur otroligt Bohrs antagande kan tyckas hittade fysiker snabbt en stor mängd bevis till förmån för hans teori - elektroner beter sig verkligen enligt helt andra lagar än planeterna i solsystemet eller pingisbollar. Upptäckten av Bohr och hans kollegor motsäger emellertid de välkända fysikaliska lagarna och ledde snart till en kollision med idéerna uttryckta av Albert Einstein.
Kvantsammanflätning
Einstein kunde inte komma till rätta med osäkerheten i universum som härrör från kvantmekanik. Fysikern trodde att ett objekt inte bara existerar när det observeras (enligt Niels Bohr), utan hela resten av tiden. Forskaren skrev: "Jag vill tro att månen lyser även när jag inte tittar på den." Själva idén om att universums verklighet bestäms när vi öppnar och stänger ögonen verkade otänkbart för honom. Enligt Einstein saknade kvantteorin något som skulle beskriva alla egenskaper hos partiklar, inklusive deras placering, även när de inte observeras. Och 1935 verkade det för Einstein att han hade hittat kvantmekanikens svaga punkt. Det var ett otroligt konstigt fenomen, i motsats till alla logiska idéer om universum - kvantinvikling.
Kvantsammanflätning Är ett teoretiskt antagande som härrör från kvantmekanikens ekvationer, enligt vilka två partiklar kan trassla ihop sig om de är tillräckligt nära varandra. Samtidigt hänger deras egenskaper ihop.
Men även om du separerar dessa partiklar och skickar dem till olika ändar av världen, som kvantmekaniken antyder, kan de fortfarande förbli intrasslade och oupplösligt länkade. För Einstein verkade en sådan koppling mellan partiklar omöjlig, han kallade det så - "en övernaturlig förbindelse på avstånd". Forskaren medgav att intrasslade partiklar kunde existera, men trodde att det inte fanns någon "övernaturlig förbindelse på avstånd". Tvärtom, allt är förutbestämt långt före mätmomentet.
Låt oss säga att någon tog ett par handskar, separerade dem och lade var och en i en separat resväska. Sedan skickades en resväska till dig, och den andra till Antarktis. Till dess att resväskorna är stängda vet du inte vilken av handskarna som finns. Men när vi öppnar resväskan och hittar den vänstra handsken i den, vet vi med 100% säkerhet att den högra handsken finns i resväskan i Antarktis, även om ingen har tittat in i den.
Niels Bohr å sin sida förlitade sig på ekvationer som bevisade att partiklar beter sig som två hjul, vilket direkt kan länka slumpmässiga resultat av deras rotation, även när de är på ett stort avstånd från varandra. Så vem har rätt?
Fysikern John Bell kunde avgöra om det verkligen finns en "övernaturlig koppling" mellan intrasslade partiklar, som mellan roterande hjul, eller om det inte finns någon anslutning och partiklarnas egenskaper är förutbestämda i förväg, som i fallet med ett par handskar. Med hjälp av sofistikerade matematiska beräkningar visade Bell att om det inte finns någon övernaturlig koppling är kvantmekaniken fel. Den teoretiska fysikern bevisade dock också att problemet kunde lösas genom att bygga en maskin som skulle skapa och jämföra många par med intrasslade partiklar.
Baserat på Bells instruktioner satte fysikern och kvantmekanikern John Klauser ihop en maskin som klarade detta jobb. Klausers maskin kunde mäta tusentals par intrasslade partiklar och jämföra dem på så många sätt. Resultaten fick forskaren att tro att han gjorde ett misstag. Snart kom den franske fysikern Alain Aspe till kärnan i Einstein-Bohr-tvisten.
Alain Aspe är en fransk fysiker som specialiserat sig på kvantoptik, teorin om dolda parametrar och kvantinvikling.
I Aspes experiment kan mätningen av en partikel direkt direkt påverka den andra om signalen från den första partikeln till den andra skulle passera med en hastighet som överskrider ljusets hastighet. Som vi vet är omöjligt. Således fanns det bara en förklaring - en övernaturlig koppling. Dessutom visade de utförda experimenten att den matematiska grunden för kvantmekaniken är korrekt.
Förvikling av kvanttillstånd är en verklighet.
Det visar sig att kvantpartiklar kan anslutas trots stora avstånd, och mätningen av en partikel kan verkligen påverka dess avlägsna par, som om utrymmet mellan dem aldrig fanns. Men ingen kan svara på frågan om hur denna koppling fungerar idag.
