Как понять поведение электрона
Хочу рассказать вам об одной из самых красивых идей. Это физический эксперимент, и он красив, потому что одним элегантным движением он расширяет наше сознание, заставляя нас понять, что объекты могут вести себя таким образом, который нам и представить сложно. Но что примечательно, его можно рассчитать. Он прекрасен, потому что ставит под сомнение основополагающие принципы логики, на которых мы построили наше понимание мира. Прекрасен, потому что обманчиво прост для понимания, но его последствия пугают. Будем надеяться, ваша картина мира будет разрушена. Дальше — текст от первого лица рассказчика с Wired.
Это было одиннадцать лет назад. Я был первокурсником колледжа, сидел в физической лаборатории, выключив свет, и смотрел на пустой экран компьютера. На фоне играли хиты 80-х.
Итак, что мне было дано. На столе передо мной была коробка с двумя тонкими щелевидными отверстиями на одном конце. Мы стреляем частицами в эту коробку через щели. Я проводил эксперимент с фотонами, частицами света, но можно проводить его и с электронами, да и, в принципе, с чем угодно. Это мог быть даже мяч из 60 атомов углерода, который будет огромным по сравнению с электронами. Для удобства я буду называть объекты эксперимента электронами, но имейте в виду, что это может быть любой материал, который разбивается на части.
На другом конце коробки — ПЗС-камера, которая делает снимок, когда что-то попадает в нее. Каждый раз, когда частица проходит через коробку, я вижу, как соответствующая точка загорается на экране моего компьютера.
Двойная щель
Для пущей осторожности мы настроили эксперимент так, что в любой момент времени внутри коробки может быть только одна частица. Представьте, что очень крошечный мячик забрасывается в коробку. Музыка играет, мы сидим и ждем.
Что бы вы ожидали увидеть на другом конце коробки? Если электроны ведут себя как волны, вы увидите яркие и темные полосы, словно рябь в резервуаре с водой. Это происходит, потому что волны интерферируют друг с другом, гасятся, когда пик одной встречается с другой волной, и усиливаются, когда пики выстраиваются в линию.
Дифракция
Но электроны — не волны, это цельные куски. Я знаю это, потому что вижу, как они прибывают на экран по одиночке и бьют в одно место, словно капли дождя по асфальту. И если электроны — это цельные куски, вы увидите только их нагромождение за щелью и нигде больше. Короче, вы ожидаете, что они будут вести себя как мячи.
Дифракция
И правда, если вы проводите эксперимент только с одной открытой щелью, они ведут себя подобно мячикам, попадая в строгую полосу позади открытой щели. Разумно предположить, что когда мы откроем обе щели, мы увидим две полосы — соответственно каждой щели.
Двойная щель
Что делают электроны?
Посмотрите сами. На этом видео, сделанном учеными Hitachi в 1989 году, вы можете видеть, что творят электроны. Видео ускорено в 30 раз.
Нужно время, чтобы понять, насколько это странно. Так или иначе, электроны создали эту интерференционную картину из светлых и темных полос. Но они отправлялись по одному, так как же они могли интерферировать друг с другом? Если вы представите электрон в виде крошечного мячика, вам придется сделать вывод, что электрон, проходящий через одну щель, проскальзывает и через другую. Он выбирает оба пути и интерферирует сам с собой. Полная нелепица.
Давайте вернемся назад и попытаемся собрать воедино все данные. Рождается очевидный вопрос, который нужно задать. Подумайте об электроне, который попал на экран. Через какую щель он прошел?
Через левую?
Нет. Потому что когда вы прикрываете правую щель, полосатая картина исчезает и вы остаетесь со скучной одной полоской.
Через правую?
Нет. По той же причине, что и выше. Если закрыть левую щель, вы снова получите скучную полоску.
Через обе?
Нет. Потому что если бы это было правдой, мы ожидали бы увидеть, как электрон делится на две части, и один электрон (или его половина) проходит через каждую щель. Но если вы поместите детекторы на щелях, вы обнаружите, что этого не происходит. Вы всегда будете видеть только один электрон одновременно. Он никогда не распадается на две части.
Вообще нигде не проходит?
Нет. Конечно нет, что за глупости. Если вы прикроете обе щели, ничего не произойдет.
В этот момент вы начинаете думать, что все это становится немного смешным. Почему мы не можем просто проследить за проклятым электроном и узнать, через какую щель он проходит? Проблема в том, что смотреть на что-либо означает подсвечивать его, а если подсветить электрон, это означает столкнуть его с фотоном. Если вы крошечный электрон, такой удар собьет вас с пути.
Но вот погодите. Может быть, если сделать удар очень и очень мягкий, вы не потревожите электрон? Незадача в том, что если вы сделаете свет более нежным (ниже импульсом), вы сделаете его более рассеянным (увеличите длину волны) и в конечном итоге не сможете сказать, через какую щель прошел электрон.
Это тупик. Любая схема, которую вы можете придумать для определения маршрута электрона, уничтожит интерференционную картину.
Подводя итог, мы пришли к полосатому узору, который создается одной частицей. Но если вы пытаетесь выяснить, как именно частица оказывается на стене, вы приходите к выводу, что она не выбирает левый маршрут, не выбирает правый маршрут, не выбирает оба пути и не отказывается от обоих. Как отметил профессор Массачусетского технологического института Аллан Адамс, это в значительной степени исчерпывает все логические возможности.
Электрон не похож на волну, поскольку, в отличие от волны, попадает на экран в одной точке. Электрон не похож на мячик, поскольку если вы бросите его через двойную щель, он интерферирует и образует узор из полос. Нет никакой аналогии, которая поможет вам понять, что такое электрон. Это долбаная магия.
Как говорил на своих лекциях по квантмеху Аллан Адамс:
Эти электроны делают что-то, о чем мы никогда не думали прежде, о чем никогда не мечтали, о чем даже слов подходящих в языке нет.
Получается, что эмпирические электроны обладают способом передвижения и существования, который отличается от всего, к чему мы привыкли. Как и молекулы. И бактерии. Эти объекты просто сложно обнаружить. Физики придумали название такой модели бытия. Мы называем ее суперпозицией.
Иногда полезно думать об электроне как о частице, иногда полезно думать о нем как о волне. Но это всего лишь удобно для нашей речи, и оба способа именования неполные. Электрон — не волна и не частица. Электрон — это электрон. То же самое касается фотона, атома, мячика или гигантской молекулы, что там у вас было. Чем крупнее объект, тем сложнее увидеть эти полосы.
Вернер Гейзенберг, один из создателей квантовой механики, хорошо это понял. В 1930 году он написал:
Решение проблемы в том, что две ментальные картины, которые формирует у нас эксперимент — одна с частицей и одна с волной — обе неполны и обладают только приближенными аналогиями, которые являются точными только в определенных случаях. Кажущаяся двойственность возникает только из-за ограничений нашего языка.
Как учил Гейзенберг и другие, хотя язык подводит нас, мы можем придумать правила, которые точно объяснят, как крошечные вещицы ведут себя. Эти правила и есть квантовая механика. Используя эти правила, физики могут бросаться сложными фразами типа «волновая функция электрона находится в суперпозиции и проходит через левую и правую щели». Эти предложения крайне точно объясняются математическими выражениями, и на их основе делаются самые точные эксперименты. Не хватает только целостной картины, которую вы можете сложить у себя в голове и которая объяснит, какой путь выбирает электрон. Более того, мы практически уверены, что такая картина никогда не сложится.
Нет ничего удивительного в том, что наши обезьяньи мозги, которые развивались, бросая копья и камни средних размеров, не могут визуализировать поведение очень маленьких вещей. Но что еще больше удивляет, что даже при том, что мы не можем представить себе этот квантовый мир, нам удалось выработать правила игры.
http://hi-news.ru/science/kak-ponyat-povedenie-elektrona.html
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

В небе Калифорнии замечен странный НЛО

Великобритания разрабатывает правила для ИИ

Город богов разрушило мегаземлетрясение

Еще один механизм выживания тихоходок в космосе

Жуткое послание убийцы Зодиака

Квантовый интернет все ближе

Ковчег Завета питал Великую пирамиду Гизы

Морской офицер выражает тревогу по поводу водных НЛО

Нет доказательств существования инопланетных технологий

Новая книга дает представление о космических поисках жизни

Обнаружили близкую массивную черную дыру

Перепись ближайших окрестностей Солнца

Проект по классификации гамма-всплесков

Пурпурный, а не зеленый цвет - цвет жизни на экзопланетах

Стивен Спилберг снимет новый фильм об НЛО

Тайна объекта в форме сердца на поверхности Плутона

Тайна орбитальной нестабильности планет-гигантов

Технология передачи энергии с космических электростанций

Церера таит в себе мрачную тайну

Электричество и батарейки древних египтян

Yeezy Boost 350 v2 Black Черные. Икона Стиля и Инновации

Билл Гейтс поддерживает искусственный интеллект

В небе Калифорнии замечен таинственный объект

В пещерах на Марсе могут находиться инопланетяне

Геолог-любитель получил сильные ожоги от НЛО

Житель Лондона принял вертолет за НЛО

За НЛО отправляйтесь в маленький городок в Висконсине

Звездолеты помогут в поисках новых физических явлений

Интернет может достичь квантовой скорости

Космические силы США готовятся к первой в истории миссии

Министерство обороны публикует документы Kona Blue

Нейтронные звезды нагреваются от аннигиляции темной материи

Нострадамус предсказал войну в 2024 году

Победителем президентских выборов в 2032 году станет робот

Подводные НЛО ставят под угрозу морскую безопасность США

Подводный НЛО сняло исследовательское судно

Проклятая могила с 450 обезглавленными вампирами

Рассекреченный отчет раскрывает дематериализацию НЛО

Тайна высоких уровней энергии в звездных сверхвспышках

Уважаемый астроном не верит в теории заговора об НЛО

Ярчайший гамма-всплеск породила коллапсирующая звезда

Франшиза Pro.Travel. Предпринимательский успех Татьяны Мамаевой

Возвращение денежных средств пострадавшим от брокеров-мошенников. Путь к справедливости

Встреча с НЛО, от которой у человека расплавились пальцы

Детеныш инопланетянина найден в мексиканской пещере

Инопланетяне помешали человечеству скатиться к ядерной войне

Как ученые сообщат человечеству об инопланетянах

Канадский рейтинг мест для наблюдения НЛО

Ключ к поиску жизни в отдаленных мирах

Лучшие наблюдения НЛО в Северной Каролине

Люди не верят, что никаких НЛО нет

Мужчина получил сильные ожоги при встрече с НЛО

Мужчина с разбитым сердцем построил Космические врата

Музей странного и чудесного в Канзасе

Настоящие убежища из сериала Fallout уже построены

НЛО заметили над долиной Нижнего Гудзона

НЛО около Антарктиды - ошибка программного обеспечения

НЛО представляют угрозу безопасность на море

Подводные НЛО ставят под угрозу морскую безопасность США

Призрачные нарушения звездных потоков темной материей

Термодинамика поможет описать расширение Вселенной

Что это за НЛО замечен над штатом Нью-Йорк

Эксцентриситет орбиты создал океан на Мимасе

Более четверти россиян верят в существование инопланетян

Гигантские человеческие скелеты в пещере Лавлок

Глобальное потепление лишит Антарктиду 76% метеоритов

Девочки-близнецы испытывают одинаковые чувства

Древнеиндийская мандала в районе линий Наска

Древние легенды и мифы рассказывают о ануннаках

Женщина чудом выжила после удара молнии

ИИ может притворяться более глупым, чем есть на самом деле

История об оборотнях пронизана загадками и тайнами

Клетки поджелудочной железы пересадят от свиньи человеку

Космические кладбища, затмение и ждать ли НЛО

Космические силы США планируют провести учения на орбите

Магическая сила, делающее тело неуязвимым

Маленькие человечки похитили мужчину

Под Уфой заметили НЛО

Таинственные лабиринты Чинканас

Тайна упавшей в Омске кометы и 17000 фото НЛО

Тайны европейских подземных тоннелей

Тело фанатки вампиров нашли обескровленным

Экстрасенс нашел место захоронения пропавшего мальчика

Гильотинные ножницы по металлу. Назначение и критерии выбора

Как выбрать массажное кресло

Франшиза CyberSeller под управлением Азата Аширова

Большинство людей хотят заниматься сексом с роботами

Будущие эпидемии могут возникнуть из-за ИИ

В Башкирии жители заметили НЛО в небе

В новом отчете Пентагона по НЛО есть серьезные недостатки

Вычисление точных размеров экзопланет

Зонд для поисков жизни на спутниках Юпитера

Кислород и углерод улетучиваются из магнитосферы Венеры

Мы не готовы к вторжению инопланетян

НЛО замечен небе над Екатеринбургом

Новая идея для космических солнечных батарей

Обнаружены звездные ветры от трех солнцеподобных звезд

Поиски неуловимого Лох-Несского чудовища

Призрак опрокидывает напитки в одном из пабов Британии

Странный сигарообразный НЛО над шоссе в Миссури

Существо-муравей замечено на Марсе

Тёмная материя повышенной плотности существует

Ужасающая реальность ядерной радиации

Уэльс - горячая точка внеземной активности

Человек-сатана сменил имя на Дьявол

Ярчайший гамма-всплеск произошел из-за коллапса звезды

Беспроводная передача энергии поможет изучить Луну

Бывшая жена призрака стала ведьмой

В поисках асимметрии между материей и антивеществом

Какая часть атмосферы Венеры образуется за счет вулканов

Наблюдения НЛО в Канаде продолжаются

НАСА попросили помочь в поисках Лох-Несского чудовища

Необъяснимая аномалия вблизи Антарктиды движется на север

Новый сейсмодатчик для обнаружения лунотрясений

Порнозвезда рассказала о своем столкновении с призраками

Раскрывая секреты НЛО. Взгляд доктора Стивена Грира

Солнечные паруса нового поколения готовы к запуску

Столкновение звезд раскрывает звездную тайну

Терминаторы могут появиться уже в следующем году

Триггеры нового поколения для детекторов ЦЕРН

Удивительные горячие точки НЛО в Техасе

Ученые БАК изучают звездные пути инопланетян

Физика и математика стоящие за 'Задачей трех тел'

Человек появился спустя 30 лет без памяти

Черная дыра замечена вблизи Кейптауна

Черный НЛО замечен над океаном около Тампы

Для изучения астероидов потребуются разумные зонды

Доказательство путешествий во времени

Дьявол будет парить в вышине, вызывая изумление

Если на Европе и есть гейзеры, то они очень слабые

Затмения лежат в основе усилий по изучению экзопланет

ИИ может воспроизвести голос любого человека

Как искусственные сотрудники повлияют на живых

Конспирологи опасаются демонических порталов

Люди плохо разбираются в теориях заговора

Новая свидетельница похищения инопланетянами в Паскагуле

Обнаружена новая молодая и теплая экзопланета

Питательные вещества для жизни на экзопланетах

Платформа из графита левитирует без электричества

Пугающая деталь в паспорте Нео

Роль Млечного Пути в древнеегипетской мифологии

Создатель аугментов вернулся к работе

Техас заменяет тысячи экзаменаторов-людей на ИИ

Технологии НАСА помогают защититься от лунной пыли

Фирма Synchron начинает испытания мозговых чипов на людях

Что будет с Землей, когда погаснет Солнце

Бигфут скрывается в горах с таинственной энергией

Биокомпоненты оказались стабильны в атмосфере Венеры

В Сочи корабли полетели над морем

Звезда бросает вызов происхождению быстрых радиовсплесков

НЛО в Розуэлле по-прежнему окутывает Вашингтон

Паранормальная природа встреч с НЛО и связь между ними

Почему так трудно бурить на поверхности планет

Разоблачители и поиск внеземной жизни

Самое необычное место для отдыха в Колорадо

Смотрите фильмы о непознанном на Netflix

Создали метажидкость с программируемыми свойствами

Тайна мумии русалки раскрыта

Тайна однобокой геологии Луны

Теории заговора вокруг Георга III и королевы Шарлотты

Ужасные рога мужчины-дьявола и женщины-носорога

Ученые БАК пытаются открыть пути инопланетян

Четыре ключевых вопроса об инопланетных технологиях

Что мы могли бы построить из лунного реголита

Южнокорейский зонд приняли за НЛО

Я был похищен долговязыми инопланетянами

Автостоянки у супермаркетов не интересуют НЛО

В Массачусетсе происходят массовые наблюдения НЛО

В Уэльсе было зарегистрировано 323 случая наблюдения НЛО

Если на Европе существует жизнь её обнаружат

Инопланетные шарики, выловленные из Тихого океана

Конспирологи считают ЦЕРН угрозой миру

Министерство обороны опубликовало досье об НЛО

НАСА сняло НЛО, летящий над Луной

НЛО был замечен над Арлингтоном

НЛО замечен над Техасом во время солнечного затмения

НЛО прилетают в Уэльс не за мясом

НЛО прилетают к нам через дополнительные измерения

Перуанские мумии инопланетян требуют новых исследований

Правда об НЛО вызовет беспорядки

Пульсирующий синий НЛО снят над Финиксом

Режиссер делится своим Ангельским опытом

Существуют ли НЛО на самом деле

Ускоренное расширение Вселенной замедляется

Файлы необъяснимого стал самым популярным шоу Netflix

Что такое Гаванский синдром

Подписка на новости
Наверх