Физика

Что такое эффект наблюдателя в квантовой механике?

Что такое эффект наблюдателя в квантовой механике?

Что такое эффект наблюдателя в квантовой механике?

Когда вы наблюдаете что-то в мире — дерево, птицу или что-то еще — вы знаете, что независимо от того, где и когда вы наблюдаете объект, он всегда останется неизменным. Однако что, если я скажу вам, что время и манера, с которой вы смотрите на конкретную птицу, влияют на ее внешний вид? Это звучит довольно абсурдно, но абсурд нормально, когда дело доходит до странных законов квантового царства. Законы квантовой механики работают совсем не так, как физика мира обычного размера. Прежде чем мы начнем понимать эффект наблюдателя, давайте сначала взглянем на основы квантовой физики.

Основы квантовой физики

Область квантовой механики была в первую очередь основана на трех столпах. Первый из этих столпов известен как квантованные свойства. Квантованные свойства задают положение, скорость, цвет и другие свойства частицы, которые могут возникать только в заданных количествах времени и экземпляров. Это находится в прямом противоречии с верой, сложившейся в устоявшейся области классической механики, а именно в том, что все происходит в гладком и непрерывном спектре. Это было что-то, что ученые нашли очень новым и в конечном итоге назвали эти частицы квантованными частицами.

Вторая опора квантовой механики относится к природе частиц света. Сначала идея о том, что свет может вести себя и быть классифицированным как частица, столкнулась с колоссальной критикой, поскольку она противоречила устоявшемуся принципу, согласно которому свет имеет волнообразную природу.

Тем не менее, природа частиц света принесла фундаментальную единицу, которая могла представлять крошечные энергетические пакеты, известные как кванты. Это было предложено никем иным, как самим Альбертом Эйнштейном. Эйнштейн предположил, что пакет энергии может либо генерироваться, либо поглощаться в целом, в частности, электроном, который хочет перейти из одного квантового состояния в другое.

Третий и последний фундаментальный столп квантовой механики-это волновая природа материи. Хотя это может быть трудно переварить, материя также проявляет волнообразную природу. Волнообразная природа материи была предложена двумя учеными независимо, почти в одно и то же время, несмотря на то, что они не обращали внимания на работу друг друга. Этими двумя бывшими первооткрывателями были ученые Луи Де Бройль и Эрвин Шрёдингер.

Что такое эффект наблюдателя в квантовой механике?

Они использовали два принципиально разных математических подхода, чтобы доказать волнообразную природу материи. Позже, оба ученых были признаны за их вклад, и их идея была совместно названа моделью Гейзенберга-Шредингера. Гейзенберг сделал еще один важный вклад в квантовую механику. Хотя это и не так важно, как фундаментальные основы, оно сыграло значительную роль и известно как принцип неопределенности Гейзенберга. Он рассуждал, что, поскольку природа вещества подобна волне, некоторые свойства, такие как скорость и положение электронов, дополняют друг друга. Проще говоря, существует предел, до которого каждое свойство электрона может одновременно измеряться с определенной степенью точности.

Что такое эффект наблюдателя в квантовой механике?

Наблюдение влияет на реальность

Когда квантовый «наблюдатель» наблюдает, квантовая механика утверждает, что частицы также могут вести себя как волны. Это может быть справедливо для электронов на субмикронном уровне, то есть на расстояниях менее одного микрона или одной тысячной миллиметра. Когда они ведут себя как волны, электроны могут одновременно проходить через несколько отверстий в барьере, а затем снова встречаться на другой стороне. Эта встреча известна как вмешательство. Теперь самое абсурдное в этом феномене заключается в том, что оно может возникнуть только тогда, когда его никто не наблюдает.

Что такое эффект наблюдателя в квантовой механике?

Как только наблюдатель начинает наблюдать частицы, проходящие через отверстие, полученное изображение резко меняется: если можно увидеть частицу, проходящую через одно отверстие, ясно, что она не прошла через другое отверстие. Другими словами, под наблюдением электроны более или менее вынуждены вести себя как частицы, а не как волны. Таким образом, сам акт наблюдения влияет на экспериментальные результаты.

Чтобы продемонстрировать это явление, Институт Вейцмана построил крошечное устройство размером менее одного микрона с барьером с двумя отверстиями. Затем они направили поток электронов к барьеру. Наблюдатель в этом эксперименте не был человеком. Вместо этого они использовали крошечный детектор электронов, который мог обнаружить присутствие проходящих электронов.

Способность квантового «наблюдателя» обнаруживать электроны может быть изменена путем изменения его электрической проводимости или силы тока, проходящего через него. Помимо «наблюдения» или обнаружения электронов, детектор не влиял на ток. Тем не менее, ученые обнаружили, что само присутствие «наблюдателя» детектора возле одного из отверстий вызывало изменения в интерференционной картине электронных волн, проходящих через отверстия барьера.

По факту, этот эффект зависел от «количества» наблюдения: когда способность «наблюдателя» обнаруживать электроны увеличивалась, другими словами, когда уровень наблюдения повышался, помехи ослабевали; напротив, когда его способность обнаруживать электроны была снижена, а наблюдение ослаблено, помехи увеличились. Таким образом, контролируя свойства квантового наблюдателя, ученым удалось контролировать степень его влияния на поведение электронов!

МеткиКвантовая физика Кот Шрёдингера

По материалам

new-science.ru

Смотреть полностью

Похожее

Back to top button
Close
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker