Dacă sunteți interesat de cele mai mici lucruri cunoscute de oamenii de știință, există ceva ce ar trebui să știți. Sunt extraordinar de prost comportați. Dar asta e de așteptat. Casa lor este lumea cuantică.

acești biți subatomici de materie nu respectă aceleași reguli ca obiectele pe care le putem vedea, simți sau ține. Aceste entități sunt fantomatice și ciudate. Uneori, se comportă ca niște aglomerări de materie. Gândește-te la ele ca la mingi de baseball subatomice. De asemenea, se pot răspândi ca valuri, ca niște valuri pe un iaz.,

Deși acestea ar putea fi găsit oriunde, certitudinea de a găsi unul dintre aceste particule într-un anumit loc este zero. Oamenii de știință pot prezice unde ar putea fi — dar nu știu niciodată unde sunt. (Asta e diferit de, să zicem, o minge de baseball. Dacă îl lăsați sub pat, știți că este acolo și că va rămâne acolo până când îl mutați.,)

„linia De jos este, lumea cuantica nu funcționează în modul în care lumea din jurul nostru funcționează”, spune David Lindley. „Nu avem cu adevărat conceptele pentru a face față”, spune el. Instruit ca fizician, Lindley scrie acum cărți despre știință (inclusiv știința cuantică) din casa sa din Virginia.,iată un gust al ciudățeniei: dacă lovești o minge de baseball peste un iaz, navighează prin aer pentru a ateriza pe celălalt țărm. Dacă arunci o minge de baseball într-un iaz, valurile se împrăștie în cercuri în creștere. Aceste valuri ajung în cele din urmă de cealaltă parte. În ambele cazuri, ceva călătorește dintr-un loc în altul. Dar baseball-ul și valurile se mișcă diferit. O minge de baseball nu ondulație sau formează vârfuri și văi Ca se deplaseaza de la un loc la altul. Valurile fac.dar în experimente, particulele din lumea subatomică călătoresc uneori ca niște valuri. Și uneori călătoresc ca niște particule., De ce cele mai mici legi ale naturii funcționează în acest fel nu este clar — pentru nimeni.luați în considerare fotonii. Acestea sunt particulele care alcătuiesc lumina și radiațiile. Sunt mici pachete de energie. Cu secole în urmă, oamenii de știință credeau că lumina călătorea ca un flux de particule, ca un flux de mici bile strălucitoare. Apoi, acum 200 de ani, experimentele au demonstrat că lumina ar putea călători ca valuri. La o sută de ani după aceea, experimente mai noi au arătat că lumina ar putea uneori să acționeze ca valuri și uneori să acționeze ca particule, numite fotoni. Aceste constatări au provocat multă confuzie. Și argumente. Și dureri de cap.,

val sau particule? Nici una sau ambele? Unii oameni de știință au oferit chiar un compromis, folosind cuvântul „wavicle.”Modul în care oamenii de știință răspund la întrebare va depinde de modul în care încearcă să măsoare fotonii. Este posibil să se stabilească experimente în care fotonii se comportă ca niște particule, iar alții în care se comportă ca niște valuri. Dar este imposibil să le măsurați ca valuri și particule în același timp.

Aceasta este una dintre ideile bizare care iese din teoria cuantică. Fotonii nu se schimbă. Deci, modul în care oamenii de știință le studiază nu ar trebui să conteze. Ei nu ar trebui să vadă doar o particulă atunci când caută particule, și să vadă doar valuri atunci când caută valuri.

„chiar crezi că luna există doar atunci când o privești?”Albert Einstein a întrebat faimos. (Einstein, născut în Germania, a jucat un rol important în dezvoltarea teoriei cuantice. această problemă, se pare, nu se limitează la fotoni., Se extinde la electroni și protoni și alte particule mici sau mai mici decât atomii. Fiecare particulă elementară are proprietăți atât ale unui val, cât și ale unei particule. Această idee se numește dualitate undă-particule. Este unul dintre cele mai mari mistere în studiul celor mai mici părți ale universului. Acesta este domeniul cunoscut sub numele de fizica cuantica.fizica cuantică va juca un rol important în tehnologiile viitoare — în computere, de exemplu. Calculatoarele obișnuite execută calcule folosind trilioane de comutatoare încorporate în microcipuri. Aceste switch-uri sunt fie „on” sau „off.,”Cu toate acestea, un computer cuantic folosește atomi sau particule subatomice pentru calculele sale. Deoarece o astfel de particulă poate fi mai mult de un lucru în același timp — cel puțin până când este măsurată — poate fi „pornit” sau „oprit” sau undeva între ele. Asta înseamnă că computerele cuantice pot rula mai multe calcule în același timp. Acestea au potențialul de a fi de mii de ori mai rapide decât cele mai rapide mașini de astăzi.IBM și Google, două companii majore de tehnologie, dezvoltă deja computere cuantice super-rapide. IBM permite chiar și persoanelor din afara companiei să efectueze experimente pe computerul său cuantic.,

experimentele bazate pe cunoștințe cuantice au produs rezultate uimitoare. De exemplu, în 2001, fizicienii de la Universitatea Harvard, din Cambridge, Mass., a arătat cum să oprească lumina în piesele sale. Și de la mijlocul anilor 1990, fizicienii au găsit noi stări bizare de materie care au fost prezise de teoria cuantică. Unul dintre acestea — numit condens Bose-Einstein — se formează doar aproape de zero absolut. (Care este echivalent cu -273.15 ° Celsius, sau -459.67 ° Fahrenheit.) În această stare, atomii își pierd individualitatea. Dintr-o dată, grupul acționează ca un mega-atom mare.,

fizica cuantică nu este doar o descoperire rece și ciudate, deși. Este un corp de cunoaștere care va schimba în moduri neașteptate modul în care ne vedem universul — și interacționăm cu el.

o rețetă cuantică

teoria cuantică descrie comportamentul lucrurilor-particule sau energie — la cea mai mică scară. În plus față de valuri, prezice că o particulă poate fi găsită în multe locuri în același timp. Sau poate tunel prin pereți. (Imaginați-vă dacă ați putea face asta!) Dacă măsurați locația unui foton, s — ar putea să o găsiți într-un singur loc-și s-ar putea să o găsiți în altă parte., Nu poți ști niciodată sigur unde este.de asemenea, ciudat: datorită teoriei cuantice, oamenii de știință au arătat cum pot fi legate perechi de particule — chiar dacă se află în diferite părți ale camerei sau în părți opuse ale universului. Se spune că particulele conectate în acest fel sunt încurcate. Până în prezent, oamenii de știință au reușit să încurce fotonii care se aflau la o distanță de 1.200 de kilometri (750 de mile). Acum vor să întindă și mai mult limita dovedită de entanglement.

teoria cuantică încântă oamenii de știință — chiar dacă îi frustrează.

îi încântă pentru că funcționează., Experimentele verifică acuratețea predicțiilor cuantice. De asemenea, a fost important pentru tehnologie pentru mai mult de un secol. Inginerii și-au folosit descoperirile despre comportamentul fotonilor pentru a construi lasere. Și cunoștințele despre comportamentul cuantic al electronilor au dus la inventarea tranzistorilor. Acest lucru a făcut posibile dispozitive moderne, cum ar fi laptopuri și smartphone-uri.dar când inginerii construiesc aceste dispozitive, fac acest lucru urmând reguli pe care nu le înțeleg pe deplin. Teoria cuantică este ca o rețetă. Dacă aveți ingredientele și urmați pașii, veți termina cu o masă., Dar folosirea teoriei cuantice pentru a construi tehnologia este ca și cum ai urma o rețetă fără să știi cum se schimbă mâncarea pe măsură ce gătește. Sigur, puteți pune împreună o masă bună. Dar nu ai putut explica exact ce s-a întâmplat cu toate ingredientele pentru a face ca mâncarea să aibă un gust atât de grozav.oamenii de știință folosesc aceste idei „fără nici o idee despre motivul pentru care ar trebui să fie acolo”, notează fizicianul Alessandro Fedrizzi. El proiectează experimente pentru a testa teoria cuantică la Universitatea Heriot-Watt din Edinburgh, Scoția. El speră că aceste experimente vor ajuta fizicienii să înțeleagă de ce particulele acționează atât de ciudat pe cele mai mici scări.,

este pisica bine?

dacă teoria cuantică vă sună ciudat, nu vă faceți griji. Ești într-o companie bună. Chiar și fizicienii celebri își zgârie capul peste el.

vă amintiți de Einstein, geniul German? El a ajutat la descrierea teoriei cuantice., Și de multe ori a spus că nu-i place. El a argumentat despre asta cu alți oameni de știință de zeci de ani.

„dacă vă puteți gândi la teoria cuantică fără să vă amețiți, nu o înțelegeți”, a scris odată fizicianul danez Niels Bohr. Bohr a fost un alt pionier în domeniu. El a avut argumente celebre cu Einstein despre cum să înțeleagă teoria cuantică. Bohr a fost unul dintre primii oameni care a descris lucrurile ciudate care ies din teoria cuantică.”cred că pot spune cu siguranță că nimeni nu înțelege cuantic”, a remarcat fizicianul American Richard Feynman., Și totuși, munca sa din anii 1960 a ajutat să arate că comportamentele cuantice nu sunt science fiction. Chiar se întâmplă. Experimentele pot demonstra acest lucru.teoria cuantică este o teorie, care în acest caz înseamnă că reprezintă cea mai bună idee a oamenilor de știință despre cum funcționează lumea subatomică. Nu este o bănuială, sau o presupunere. De fapt, se bazează pe dovezi bune. Oamenii de știință studiază și folosesc teoria cuantică timp de un secol. Pentru a ajuta la descrierea ei, uneori folosesc experimente de gândire. (O astfel de cercetare este cunoscută sub numele de teoretică.,în 1935, fizicianul austriac Erwin Schrödinger a descris un astfel de experiment de gândire despre o pisică. În primul rând, și-a imaginat o cutie sigilată cu o pisică înăuntru. Și-a imaginat că cutia conținea și un dispozitiv care putea elibera un gaz otrăvitor. Dacă e eliberat, gazul ăla ar ucide pisica. Și probabilitatea ca dispozitivul să fi eliberat gazul a fost de 50%. (Asta e la fel ca șansa ca o monedă oglindită ar transforma în sus capete.)

Pentru a verifica starea de pisica, ai deschis cutia.pisica este fie vie, fie moartă. Dar dacă pisicile s-ar comporta ca niște particule cuantice, povestea ar fi mai ciudată. Un foton, de exemplu, poate fi o particulă și o undă. De asemenea, pisica lui Schrödinger poate fi vie și moartă în același timp în acest experiment de gândire. Fizicienii numesc acest lucru ” superpoziție.,”Aici, pisica nu va fi una sau alta, moartă sau vie, până când cineva deschide cutia și aruncă o privire. Soarta pisicii, atunci, va depinde de actul de a face experimentul.

Schrödinger a folosit acel experiment de gândire pentru a ilustra o problemă uriașă. De ce ar trebui modul în care lumea cuantică se comportă depinde de faptul dacă cineva se uită?Anthony Leggett se gândește la această problemă de 50 de ani. Este fizician la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign., În 2003, a câștigat Premiul Nobel pentru fizică, cel mai prestigios premiu din domeniul său. Leggett a ajutat la dezvoltarea modalităților de a testa teoria cuantică. Vrea să știe de ce cea mai mică lume nu se potrivește cu cea obișnuită pe care o vedem. Îi place să-și numească lucrarea „construirea pisicii lui Schrödinger în laborator.Leggett vede două modalități de a explica problema pisicii. O modalitate este de a presupune că teoria cuantică va eșua în cele din urmă în unele experimente. „Se va întâmpla ceva care nu este descris în manualele standard”, spune el. (El nu are nici o idee despre ce ar putea fi acel ceva.,cealaltă posibilitate, spune el, este mai interesantă. Pe măsură ce oamenii de știință efectuează experimente cuantice pe grupuri mai mari de particule, teoria va ține. Și aceste experimente vor dezvălui noi aspecte ale teoriei cuantice. Oamenii de știință vor învăța cum ecuațiile lor descriu realitatea și vor putea completa piesele lipsă. În cele din urmă, ei vor putea vedea mai mult din întreaga imagine.

pur și Simplu pune, Leggett speră: „Lucruri care acum par fantastic va fi posibil.unii fizicieni au propus soluții chiar mai sălbatice la problema „pisicii”. De exemplu: poate că lumea noastră este una dintre multe. Este posibil să existe infinit de multe lumi. Dacă este adevărat, atunci în experimentul de gândire, pisica lui Schrödinger ar fi în viață în jumătate din lumi — și moartă în restul.teoria cuantică descrie particule ca acea pisică., Ele pot fi un lucru sau altul în același timp. Și devine mai ciudat: teoria cuantică prezice, de asemenea, că particulele pot fi găsite în mai multe locuri la un moment dat. Dacă ideea lumii multiple este adevărată, atunci o particulă ar putea fi într-un singur loc în această lume și în altă parte în alte lumi.în această dimineață, probabil ați ales ce cămașă să purtați și ce să mâncați la micul dejun. Dar, în conformitate cu ideea de multe lumi, există o altă lume în care ați făcut alegeri diferite. această idee ciudată se numește interpretarea” multor lumi ” a mecanicii cuantice., Este interesant să ne gândim, dar fizicienii nu au găsit o modalitate de a testa dacă este adevărat.

încurcat în particule

teoria cuantică include alte idei fantastice. Cum ar fi faptul că entanglement. Particulele pot fi încurcate — sau conectate-chiar dacă sunt separate de lățimea universului.

Imaginează-ți, de exemplu, că tu și un prieten aveți două monede cu o conexiune aparent magică. Dacă unul ar apărea capete, celălalt ar fi întotdeauna cozi. Fiecare să luați monede acasă și apoi flip-le în același timp., În cazul în care a ta vine în sus capete, atunci în exact același moment știi moneda prietenului tău tocmai a venit în sus cozi.particulele încurcate funcționează ca acele monede. În laborator, un fizician poate încurca doi fotoni, apoi trimite unul dintre perechi la un laborator dintr-un alt oraș. Dacă măsoară ceva despre fotonul din laboratorul ei — cum ar fi cât de repede se mișcă-atunci știe imediat aceleași informații despre celălalt foton. Cele două particule se comportă ca și cum ar trimite semnale instantaneu. Și asta va ține chiar dacă acele particule sunt acum separate de sute de kilometri.,

povestea continuă mai jos video.

Ca și în alte părți ale teoriei cuantice, că ideea provoacă o mare problemă., Dacă lucrurile încurcate își trimit semnale instantaneu, atunci mesajul ar putea părea să călătorească mai repede decât viteza luminii — care, desigur, este limita de viteză a universului! Deci asta nu se poate întâmpla.în iunie, oamenii de știință din China au raportat un nou record pentru încurcătură. Au folosit un satelit pentru a încurca șase milioane de perechi de fotoni. Satelitul a teleportat fotonii la sol, trimițând câte unul din fiecare pereche la unul din cele două laboratoare. Laboratoarele au stat 1,200 kilometri (750 mile) în afară. Și fiecare pereche de particule a rămas încurcată, au arătat cercetătorii., Când au măsurat una dintr-o pereche, cealaltă a fost afectată imediat. Ei au publicat aceste descoperiri în știință.

oamenii de știință și inginerii lucrează acum la modalități de a folosi entanglementul pentru a lega particulele pe distanțe tot mai lungi. Dar regulile fizicii îi împiedică să trimită semnale mai repede decât viteza luminii.

de ce deranjez?

dacă întrebați un fizician ce este într-adevăr o particulă subatomică, cu adevărat, „nu știu că cineva vă poate da un răspuns”, spune Lindley.mulți fizicieni sunt mulțumiți să nu știe., Lucrează cu teoria cuantică, chiar dacă nu o înțeleg. Ei urmează rețeta, fără să știe niciodată de ce funcționează. Ei pot decide că, dacă funcționează, de ce deranjez merge mai departe?alții, precum Fedrizzi și Leggett, vor să știe de ce particulele sunt atât de ciudate. „Este mult mai important pentru mine să aflu ce se află în spatele tuturor acestor lucruri”, spune Fedrizzi.acum patruzeci de ani, oamenii de știință erau sceptici că ar putea face astfel de experimente, notează Leggett. Mulți au crezut că a pune întrebări despre semnificația teoriei cuantice a fost o pierdere de timp., Au avut chiar și un refren: „Taci și calculează!Leggett compară situația din trecut cu explorarea canalizărilor. Intrarea în tunelurile de canalizare ar putea fi interesantă, dar nu merită vizitată de mai multe ori.

„dacă ar fi să-ți petreci tot timpul scormonind în intestinele Pământului, oamenii ar crede că ești destul de ciudat”, spune el. „Dacă îți petreci tot timpul pe bazele cuantice, oamenii vor crede că ești puțin ciudat.”

acum, spune el, ” pendulul s-a învârtit invers.”Studierea teoriei cuantice a devenit din nou respectabilă., Într-adevăr, pentru mulți a devenit o căutare pe tot parcursul vieții pentru a înțelege secretele celei mai mici lumi.

„odată ce subiectul te agață, nu te va lăsa să pleci”, spune Lindley. El, apropo, este agățat.