Puude sügisene kuldne lehestik säras ered alt. Õhtupäikese kiired puudutasid hõrenenud pealseid. Valgus murdis läbi okste ja lavastas ülikooli "kapterka" seinal veidrate kujude vaatemängu.
Sir Hamiltoni mõtlik pilk libises aeglaselt, vaadates chiaroscuro mängu. Iiri matemaatiku peas oli tõeline mõtete, ideede ja järelduste sulatusahi. Ta teadis hästi, et paljude nähtuste seletamine Newtoni mehaanika abil on kui varjude mäng seinal, põimides petlikult kujundeid ja jättes palju küsimusi vastuseta. "Võib-olla on see laine… või võib-olla osakeste voog," mõtiskles teadlane, "või valgus on mõlema nähtuse ilming. Nagu varjust ja valgusest kootud figuurid.”
Kvantfüüsika algus
Huvitav on jälgida suuri inimesi ja püüda mõista, kuidas sünnivad suurepärased ideed, mis muudavad kogu inimkonna evolutsiooni kulgu. Hamilton on üks neist, kes seisis kvantfüüsika päritolu juures. Viiskümmend aastat hiljem, kahekümnenda sajandi alguses, tegelesid paljud teadlased elementaarosakeste uurimisega. Saadud teadmised olid ebajärjekindlad ja koondamata. Esimesed raputavad sammud tehti siiski.
Mikromaailma mõistmine 20. sajandi alguses
1901. aastal esitleti aatomi esimest mudelit ja näidati selle riket tavalise elektrodünaamika seisukohast. Samal perioodil avaldasid Max Planck ja Niels Bohr palju töid aatomi olemuse kohta. Hoolimata nende vaevarikkast tööst ei saanud aatomi struktuurist täielikult aru.
Mõni aasta hiljem, 1905. aastal, avaldas vähetuntud saksa teadlane Albert Einstein raporti valguskvantide olemasolust kahes olekus – lainelises ja korpuskulaarses (osakesed). Tema töös esitati argumente, mis selgitasid mudeli ebaõnnestumise põhjust. Einsteini nägemust piiras aga vana arusaam aatomimudelist.
Pärast Niels Bohri ja tema kolleegide arvukaid töid 1925. aastal sündis uus suund – omamoodi kvantmehaanika. Üldine väljend – "kvantmehaanika" ilmus kolmkümmend aastat hiljem.
Mida me teame kvantidest ja nende veidrustest?
Tänaseks on kvantfüüsika jõudnud piisav alt kaugele. On avastatud palju erinevaid nähtusi. Aga mida me tegelikult teame? Vastuse esitab üks tänapäeva teadlane. "Kvantfüüsikasse võib uskuda või mitte mõista," on Richard Feynmani definitsioon. Mõelge sellele ise. Piisab mainida sellist nähtust nagu osakeste kvantpõimumine. See nähtus on viinud teadusmaailma täieliku hämmelduse olukorda. Veel suurem šokkoli see, et sellest tulenev paradoks ei ühildu Newtoni ja Einsteini seadustega.
Esimest korda arutati footonite kvantpõimumise mõju 1927. aastal Solvay viiendal kongressil. Niels Bohri ja Einsteini vahel tekkis tuline vaidlus. Kvantpõimumise paradoks on täielikult muutnud arusaama materiaalse maailma olemusest.
On teada, et kõik kehad koosnevad elementaarosakestest. Sellest lähtuv alt peegelduvad kõik kvantmehaanika nähtused tavamaailmas. Niels Bohr ütles, et kui me kuud ei vaata, siis seda pole olemas. Einstein pidas seda ebamõistlikuks ja uskus, et objekt eksisteerib vaatlejast sõltumatult.
Kvantmehaanika probleeme uurides tuleks mõista, et selle mehhanismid ja seadused on omavahel seotud ega allu klassikalisele füüsikale. Proovime mõista kõige vastuolulisemat valdkonda – osakeste kvantpõimumist.
Kvantpõimumise teooria
Alustuseks tasub mõista, et kvantfüüsika on nagu põhjatu kaev, millest võib leida kõike. Möödunud sajandi alguse kvantpõimumise fenomeni uurisid Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck ja paljud teised füüsikud. Kahekümnenda sajandi jooksul uurisid ja katsetasid seda aktiivselt tuhanded teadlased üle maailma.
Maailm allub rangetele füüsikaseadustele
Miks tuntakse sellist huvi kvantmehaanika paradokside vastu? Kõik on väga lihtne: me elame, järgides teatud füüsilise maailma seadusi. Võime ettemääratusest mööda minna avab maagilise ukse kaugemalekus kõik saab võimalikuks. Näiteks "Schrödingeri kassi" kontseptsioon viib mateeria kontrollimiseni. Samuti saab võimalikuks info teleportimine, mis põhjustab kvantpõimumist. Teabe edastamine muutub hetkeliseks, olenemata kaugusest. See probleem on veel uurimisel, kuid sellel on positiivne trend.
Analoogia ja mõistmine
Mis on kvantpõimumise ainulaadsus, kuidas seda mõista ja mis sellega juhtub? Proovime selle välja mõelda. See nõuab mõnda mõttekatset. Kujutage ette, et teie käes on kaks kasti. Igas neist on üks triibuga pall. Nüüd anname ühe kasti astronaudile ja ta lendab Marsile. Niipea kui avate kasti ja näete, et pallil olev triip on horisontaalne, siis teises kastis on pallil automaatselt vertikaalne triip. See on kvantpõimumine, mida väljendatakse lihtsate sõnadega: üks objekt määrab eelnev alt teise asukoha.
Samas tuleb mõista, et see on vaid pealiskaudne selgitus. Kvantipõimumise saavutamiseks on vajalik, et osakesed oleksid sama päritoluga, nagu kaksikud.
On väga oluline mõista, et katse katkeb, kui kellelgi enne teid oli võimalus vaadata vähem alt ühte objekti.
Kus saab kvantpõimumist kasutada?
Kvantpõimumise põhimõtet saab kasutada teabe edastamiseks pikkade vahemaade tahakoheselt. Selline järeldus on vastuolus Einsteini relatiivsusteooriaga. See ütleb, et maksimaalne liikumiskiirus on omane ainult valgusele - kolmsada tuhat kilomeetrit sekundis. Selline teabeedastus võimaldab füüsilise teleportatsiooni olemasolu.
Kõik maailmas on teave, sealhulgas aine. Sellele järeldusele jõudsid kvantfüüsikud. 2008. aastal oli teoreetilise andmebaasi põhjal võimalik palja silmaga näha kvantpõimumist.
See viitab taaskord sellele, et oleme suurte avastuste äärel – ruumis ja ajas liikumisel. Aeg universumis on diskreetne, seega võimaldab hetkeline liikumine suurte vahemaade tagant sattuda erinevatesse ajatihedustesse (Einsteini, Bohri hüpoteeside alusel). Võib-olla on see tulevikus reaalsus nagu mobiiltelefon täna.
Eeterdünaamika ja kvantpõimumine
Mõnede juhtivate teadlaste sõnul seletatakse kvantpõimumist sellega, et ruum on täidetud mingi eetriga – musta ainega. Iga elementaarosake, nagu me teame, eksisteerib laine ja korpuskli (osakese) kujul. Mõned teadlased usuvad, et kõik osakesed on tumeda energia "lõuendil". Seda pole lihtne mõista. Proovime selle välja mõelda muul viisil – seostamismeetodil.
Kujutage ette, et olete rannas. Nõrk tuul ja nõrk tuul. Kas näete laineid? Ja kuskil kauguses, päikesekiirte peegeldustes, paistab purjekas.
Laevast saab meie elementaarosake ja merest eeter (tume)energia). Meri võib olla liikumises nähtavate lainete ja veepiiskade kujul. Samamoodi võivad kõik elementaarosakesed olla lihts alt meri (selle lahutamatu osa) või eraldi osake - tilk.
See on lihtsustatud näide, kõik on veidi keerulisem. Osakesed ilma vaatlejata on laine kujul ja neil puudub kindel asukoht.
Valge purjekas on silmapaistev objekt, mis erineb merevee pinnast ja struktuurist. Samamoodi on energiaookeanis "tipud", mida võime tajuda meile teadaolevate jõudude ilmingutena, mis on kujundanud maailma materiaalse osa.
Mikromaailm elab oma seaduste järgi
Kvantpõimumise põhimõtet saab mõista, kui võtta arvesse asjaolu, et elementaarosakesed on lainete kujul. Ilma kindla asukoha ja omadusteta asuvad mõlemad osakesed energiaookeanis. Vaatleja ilmumise hetkel “muutub laine” puudutamiseks ligipääsetavaks objektiks. Teine osake, jälgides tasakaalusüsteemi, omandab vastupidised omadused.
Kirjeldatud artikkel ei ole suunatud kvantmaailma mahukatele teaduslikele kirjeldustele. Tavainimese mõistmisvõime põhineb esitatud materjali mõistmisel.
Osakeste füüsika uurib kvantolekute põimumist elementaarosakese pöörlemise (pöörlemise) põhjal.
Teaduskeel (lihtsustatud) – kvantpõimumist defineerivad erinevad spinnid. ATObjektide vaatlemise käigus nägid teadlased, et keerlemist saab olla ainult kaks – mööda ja risti. Kummalisel kombel teistes positsioonides osakesed vaatlejale ei "poseeri".
Uus hüpotees – uus vaade maailmale
Mikrokosmose – elementaarosakeste ruumi – uurimine tekitas palju hüpoteese ja oletusi. Kvantpõimumise mõju ajendas teadlasi mõtlema mingisuguse kvantmikrovõre olemasolule. Nende arvates on igas sõlmes - ristumispunktis - kvant. Kogu energia on terviklik võre ning osakeste avaldumine ja liikumine on võimalik ainult võre sõlmede kaudu.
Sellise resti "akna" suurus on üsna väike ja tänapäevaste seadmete mõõtmine on võimatu. Selle hüpoteesi kinnitamiseks või ümberlükkamiseks otsustasid teadlased aga uurida footonite liikumist ruumilises kvantvõres. Põhimõte on see, et footon võib liikuda kas sirgelt või siksakidena – piki võre diagonaali. Teisel juhul kulutab ta suurema vahemaa ületades rohkem energiat. Sellest tulenev alt erineb see sirgjooneliselt liikuvast footonist.
Ehk saame aja jooksul teada, et elame ruumilises kvantvõrgus. Või võib see oletus olla vale. Kuid just kvantpõimumise põhimõte näitab võre olemasolu võimalikkust.
Lihtsam alt öeldes, hüpoteetilises ruumilises "kuubis" on ühe näo määratlusel teisel selgelt vastupidine tähendus. See on ruumi struktuuri säilitamise põhimõte -aeg.
Epiloog
Kvantfüüsika maagilise ja salapärase maailma mõistmiseks tasub tähelepanelikult vaadata teaduse kulgu viimase viiesaja aasta jooksul. Varem oli Maa lame, mitte sfääriline. Põhjus on ilmne: kui võtta selle ümmargune kuju, siis vesi ja inimesed ei pea vastu.
Nagu näeme, tekkis probleem kõigi tegutsevate jõudude täieliku nägemuse puudumisel. Võimalik, et tänapäeva teadusel puudub kvantfüüsika mõistmiseks nägemus kõigist mõjuvatest jõududest. Visioonilüngad tekitavad vastuolude ja paradokside süsteemi. Võib-olla sisaldab kvantmehaanika maagiline maailm neile küsimustele vastuseid.
