Աշնանային ծառերի ոսկեգույն սաղարթը պայծառ փայլում էր։ Երեկոյան արևի շողերը դիպչեցին նոսրացած գագաթներին։ Լույսը ճեղքեց ճյուղերը և բեմադրեց տարօրինակ կերպարների տեսարան, որոնք թարթում էին համալսարանի «kapterka»-ի պատին։
Սըր Համիլթոնի խոհուն հայացքը դանդաղ սահեց՝ դիտելով chiaroscuro-ի խաղը: Իռլանդացի մաթեմատիկոսի գլխում մտքերի, գաղափարների ու եզրակացությունների իսկական հալոցք էր։ Նա քաջ գիտակցում էր, որ նյուտոնյան մեխանիկայի օգնությամբ բազմաթիվ երեւույթների բացատրությունը նման է պատի վրա ստվերների խաղի, ֆիգուրները խաբուսիկ կերպով միահյուսելով ու շատ հարցեր թողնելով անպատասխան։ «Միգուցե դա ալիք է… կամ գուցե մասնիկների հոսք,- մտածեց գիտնականը,- կամ լույսը երկու երևույթների դրսևորումն է: Ստվերից ու լույսից հյուսված ֆիգուրների նման»։
Քվանտային ֆիզիկայի սկիզբ
Հետաքրքիր է դիտել մեծ մարդկանց և փորձել հասկանալ, թե ինչպես են ծնվում հիանալի գաղափարներ, որոնք փոխում են ողջ մարդկության էվոլյուցիայի ընթացքը։ Համիլթոնը նրանցից է, ով կանգնած է քվանտային ֆիզիկայի սկզբնավորման վրա: Հիսուն տարի անց՝ քսաներորդ դարի սկզբին, շատ գիտնականներ զբաղվում էին տարրական մասնիկների ուսումնասիրությամբ։Ստացված գիտելիքները եղել են անհամապատասխան և չհավաքված: Այնուամենայնիվ, առաջին երերուն քայլերն արվեցին։
Հասկանալով միկրոաշխարհը 20-րդ դարի սկզբին
1901 թվականին ներկայացվեց ատոմի առաջին մոդելը և ցուցադրվեց նրա խափանումը՝ սովորական էլեկտրադինամիկայի տեսանկյունից։ Նույն ժամանակահատվածում Մաքս Պլանկը և Նիլս Բորը հրատարակել են ատոմի բնույթի վերաբերյալ բազմաթիվ աշխատություններ։ Չնայած նրանց տքնաջան աշխատանքին, չկար ատոմի կառուցվածքի ամբողջական պատկերացում։
Մի քանի տարի անց՝ 1905 թվականին, քիչ հայտնի գերմանացի գիտնական Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց զեկույց երկու վիճակներում՝ ալիքային և կորպուսուլյար (մասնիկներ) լույսի քվանտի գոյության հնարավորության մասին։ Նրա աշխատանքում բերվել են փաստարկներ՝ բացատրելով մոդելի ձախողման պատճառը։ Այնուամենայնիվ, Էյնշտեյնի տեսլականը սահմանափակված էր ատոմի մոդելի հին պատկերացումներով:
1925 թվականին Նիլս Բորի և նրա գործընկերների բազմաթիվ աշխատանքներից հետո ծնվեց նոր ուղղություն՝ մի տեսակ քվանտային մեխանիկա։ Տարածված արտահայտությունը՝ «քվանտային մեխանիկա» հայտնվեց երեսուն տարի անց։
Ի՞նչ գիտենք քվանտների և դրանց տարօրինակությունների մասին:
Այսօր քվանտային ֆիզիկան բավական հեռուն է գնացել: Բազմաթիվ տարբեր երեւույթներ են հայտնաբերվել։ Բայց ի՞նչ գիտենք մենք իրականում։ Պատասխանը ներկայացնում է ժամանակակից գիտնականներից մեկը. «Կարելի է կամ հավատալ քվանտային ֆիզիկային, կամ չհասկանալ այն»,- սա է Ռիչարդ Ֆեյնմանի սահմանումը։ Ինքներդ մտածեք դրա մասին: Բավական է նշել այնպիսի երեւույթ, ինչպիսին է մասնիկների քվանտային խճճվածությունը։ Այս երեւույթը գիտական աշխարհը գցել է կատարյալ տարակուսանքի դրության մեջ։ Էլ ավելի շոկայն էր, որ առաջացած պարադոքսն անհամատեղելի է Նյուտոնի և Էյնշտեյնի օրենքների հետ:
Առաջին անգամ ֆոտոնների քվանտային խճճվածության էֆեկտը քննարկվել է 1927 թվականին Սոլվեյի հինգերորդ կոնգրեսում։ Նիլս Բորի և Էյնշտեյնի միջև թեժ վեճ է ծագել։ Քվանտային խճճվածության պարադոքսն ամբողջությամբ փոխել է նյութական աշխարհի էության ըմբռնումը:
Հայտնի է, որ բոլոր մարմինները կազմված են տարրական մասնիկներից։ Ըստ այդմ, քվանտային մեխանիկայի բոլոր երեւույթներն արտացոլվում են սովորական աշխարհում։ Նիլս Բորն ասել է, որ եթե մենք չենք նայում լուսնին, ուրեմն այն գոյություն չունի։ Էյնշտեյնը դա համարում էր անհիմն և կարծում էր, որ օբյեկտը գոյություն ունի դիտորդից անկախ։
Քվանտային մեխանիկայի խնդիրներն ուսումնասիրելիս պետք է հասկանալ, որ դրա մեխանիզմներն ու օրենքները փոխկապակցված են և չեն ենթարկվում դասական ֆիզիկային։ Փորձենք հասկանալ ամենավիճահարույց ոլորտը՝ մասնիկների քվանտային խճճվածությունը։
Քվանտային խճճվածության տեսություն
Սկզբից արժե հասկանալ, որ քվանտային ֆիզիկան նման է անհատակ ջրհորի, որտեղ ամեն ինչ կարելի է գտնել: Անցյալ դարասկզբի քվանտային խճճվածության ֆենոմենը ուսումնասիրել են Էյնշտեյնը, Բորը, Մաքսվելը, Բոյլը, Բելը, Պլանքը և շատ այլ ֆիզիկոսներ։ Քսաներորդ դարի ընթացքում հազարավոր գիտնականներ ամբողջ աշխարհում ակտիվորեն ուսումնասիրել և փորձեր են կատարել:
Աշխարհը ենթարկվում է ֆիզիկայի խիստ օրենքներին
Ինչու է նման հետաքրքրություն քվանտային մեխանիկայի պարադոքսների նկատմամբ: Ամեն ինչ շատ պարզ է՝ մենք ապրում ենք՝ ենթարկվելով ֆիզիկական աշխարհի որոշ օրենքներին: Նախասահմանությունը «շրջանցելու» կարողությունը կախարդական դուռ է բացում, այն կողմորտեղ ամեն ինչ հնարավոր է դառնում: Օրինակ, «Շրյոդինգերի կատու» հասկացությունը հանգեցնում է նյութի վերահսկմանը։ Հնարավոր կլինի նաև հեռարձակել տեղեկատվություն, որն առաջացնում է քվանտային խճճվածություն։ Տեղեկատվության փոխանցումը կդառնա ակնթարթային՝ անկախ հեռավորությունից։Այս հարցը դեռ ուսումնասիրության փուլում է, սակայն ունի դրական միտում։
Անալոգիա և հասկացողություն
Ո՞րն է քվանտային խճճվածության եզակիությունը, ինչպե՞ս հասկանալ այն և ի՞նչ է տեղի ունենում դրա հետ: Փորձենք պարզել այն: Սա կպահանջի որոշակի մտքի փորձ: Պատկերացրեք, որ ձեր ձեռքերում երկու տուփ կա: Նրանցից յուրաքանչյուրը պարունակում է մեկ գծավոր գնդակ: Հիմա մենք տիեզերագնացին տալիս ենք մեկ տուփ, և նա թռչում է Մարս: Հենց բացեք տուփը և տեսնեք, որ գնդակի շերտագիծը հորիզոնական է, ապա մյուս տուփում գնդակը ավտոմատ կերպով կունենա ուղղահայաց շերտ: Սա կլինի քվանտային խճճվածություն՝ արտահայտված պարզ բառերով. մի առարկան կանխորոշում է մյուսի դիրքը։
Սակայն պետք է հասկանալ, որ սա միայն մակերեսային բացատրություն է։ Քվանտային խճճվածություն ստանալու համար անհրաժեշտ է, որ մասնիկներն ունենան նույն ծագումը, ինչպես երկվորյակները։
Շատ կարևոր է հասկանալ, որ փորձը կխափանվի, եթե ձեզնից առաջ ինչ-որ մեկը հնարավորություն ունենա նայելու առարկաներից գոնե մեկին:
Որտե՞ղ կարելի է օգտագործել քվանտային խճճվածությունը:
Քվանտային խճճվածության սկզբունքը կարող է օգտագործվել երկար հեռավորությունների վրա տեղեկատվություն փոխանցելու համարակնթարթորեն. Նման եզրակացությունը հակասում է Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսությանը։ Այն ասում է, որ շարժման առավելագույն արագությունը բնորոշ է միայն լույսին՝ երեք հարյուր հազար կիլոմետր վայրկյանում։ Տեղեկատվության այս փոխանցումը հնարավորություն է տալիս ֆիզիկական հեռահաղորդակցության գոյությունը:
Աշխարհում ամեն ինչ տեղեկատվություն է, ներառյալ նյութը: Այս եզրակացության են եկել քվանտային ֆիզիկոսները։ 2008 թվականին տեսական տվյալների բազայի հիման վրա հնարավոր եղավ անզեն աչքով տեսնել քվանտային խճճվածությունը։
Սա ևս մեկ անգամ հուշում է, որ մենք գտնվում ենք մեծ հայտնագործությունների շեմին՝ շարժվելով տարածության և ժամանակի մեջ: Ժամանակը Տիեզերքում դիսկրետ է, ուստի հսկայական տարածությունների վրա ակնթարթային շարժումը հնարավորություն է տալիս տարբեր ժամանակային խտությունների մեջ մտնել (Էյնշտեյնի, Բորի վարկածների հիման վրա): Միգուցե ապագայում դա իրականություն կլինի ճիշտ այնպես, ինչպես բջջային հեռախոսն է այսօր։
Էթերդինամիկա և քվանտային խճճվածություն
Ըստ որոշ առաջատար գիտնականների՝ քվանտային խճճվածությունը բացատրվում է նրանով, որ տիեզերքը լցված է մի տեսակ եթերով՝ սև նյութ։ Ցանկացած տարրական մասնիկ, ինչպես գիտենք, գոյություն ունի ալիքի և դիակի (մասնիկի) տեսքով։ Որոշ գիտնականներ կարծում են, որ բոլոր մասնիկները մութ էներգիայի «կտավի» վրա են։ Սա հեշտ չէ հասկանալ։ Փորձենք դա պարզել այլ կերպ՝ ասոցիացիայի մեթոդով։
Պատկերացրեք ձեզ լողափում: Թեթև քամի և թեթև քամի։ Տեսնու՞մ եք ալիքները: Եվ ինչ-որ տեղ հեռավորության վրա, արևի ճառագայթների արտացոլանքներում, երևում է առագաստանավ:
Նավը կլինի մեր տարրական մասնիկը, իսկ ծովը կլինի եթեր (մութէներգիա). Ծովը կարող է շարժման մեջ լինել տեսանելի ալիքների և ջրի կաթիլների տեսքով։ Նույն կերպ բոլոր տարրական մասնիկները կարող են լինել միայն ծով (նրա անբաժանելի մասը) կամ առանձին մասնիկ՝ կաթիլ։
Սա պարզեցված օրինակ է, ամեն ինչ մի քիչ ավելի բարդ է։ Առանց դիտորդի առկայության մասնիկները ալիքի տեսքով են և չունեն ֆիքսված տեղակայում։
Սպիտակ առագաստանավը առանձնահատուկ առարկա է, այն տարբերվում է ծովի ջրի մակերեսից և կառուցվածքից։ Նույն կերպ էներգիայի օվկիանոսում կան «գագաթներ», որոնք մենք կարող ենք ընկալել որպես մեզ հայտնի ուժերի դրսևորումներ, որոնք ձևավորել են աշխարհի նյութական մասը:
Միկրոաշխարհն ապրում է իր օրենքներով
Քվանտային խճճվածության սկզբունքը կարելի է հասկանալ, եթե հաշվի առնենք այն փաստը, որ տարրական մասնիկները լինում են ալիքների տեսքով։ Առանց կոնկրետ դիրքի և բնութագրերի, երկու մասնիկներն էլ գտնվում են էներգիայի օվկիանոսում: Դիտորդի հայտնվելու պահին ալիքը «վերածվում է» դիպչելու համար հասանելի առարկայի։ Երկրորդ մասնիկը, դիտարկելով հավասարակշռության համակարգը, ձեռք է բերում հակադիր հատկություններ։
Նկարագրված հոդվածը ուղղված չէ քվանտային աշխարհի տարողունակ գիտական նկարագրություններին։ Սովորական մարդու ըմբռնելու կարողությունը հիմնված է ներկայացված նյութը հասկանալու առկայության վրա։
Մասնիկների ֆիզիկան ուսումնասիրում է քվանտային վիճակների խճճվածությունը՝ հիմնված տարրական մասնիկի պտույտի (պտույտի) վրա։
Գիտական լեզու (պարզեցված) - քվանտային խճճվածությունը որոշվում է տարբեր սպիններով։ ATՕբյեկտների դիտարկման գործընթացում գիտնականները տեսան, որ կարող է լինել միայն երկու պտույտ՝ երկայնքով և երկայնքով: Տարօրինակ է, բայց այլ դիրքերում մասնիկները չեն «դիմավորում» դիտողին:
Նոր վարկած՝ աշխարհի նոր հայացք
Միկրոտիեզերքի՝ տարրական մասնիկների տարածության ուսումնասիրությունը բազմաթիվ վարկածների և ենթադրությունների տեղիք է տվել։ Քվանտային խճճվածության ազդեցությունը գիտնականներին դրդեց մտածել ինչ-որ քվանտային միկրովանդակի գոյության մասին։ Նրանց կարծիքով, յուրաքանչյուր հանգույցում՝ հատման կետում, կա քվանտ։ Ամբողջ էներգիան ինտեգրալ ցանց է, իսկ մասնիկների դրսևորումն ու շարժումը հնարավոր է միայն ցանցի հանգույցների միջոցով։
Նման վանդակաճաղի «պատուհանի» չափը բավականին փոքր է, իսկ ժամանակակից սարքավորումների չափումն անհնար է։ Սակայն այս վարկածը հաստատելու կամ հերքելու համար գիտնականները որոշեցին ուսումնասիրել ֆոտոնների շարժումը տարածական քվանտային ցանցում։ Եզրակացությունն այն է, որ ֆոտոնը կարող է շարժվել կա՛մ ուղիղ, կա՛մ զիգզագներով՝ ցանցի անկյունագծով: Երկրորդ դեպքում ավելի մեծ տարածություն հաղթահարելով՝ նա ավելի շատ էներգիա կծախսի։ Համապատասխանաբար, այն կտարբերվի ուղիղ գծով շարժվող ֆոտոնից։
Գուցե ժամանակի ընթացքում մենք կիմանանք, որ ապրում ենք տարածական քվանտային ցանցում: Կամ այս ենթադրությունը կարող է սխալ լինել: Այնուամենայնիվ, հենց քվանտային խճճվածության սկզբունքն է ցույց տալիս ցանցի գոյության հավանականությունը։
Պարզ բառերով, հիպոթետիկ տարածական «խորանարդում» մեկ դեմքի սահմանումը կրում է մյուսի հստակ հակառակ իմաստը: Սա տարածության կառուցվածքի պահպանման սկզբունքն է.ժամանակ.
Էպիլոգ
Քվանտային ֆիզիկայի կախարդական և խորհրդավոր աշխարհը հասկանալու համար արժե ուշադիր նայել գիտության ընթացքը վերջին հինգ հարյուր տարվա ընթացքում: Նախկինում Երկիրը հարթ էր, ոչ գնդաձև: Պատճառն ակնհայտ է՝ եթե դրա ձևն ընդունես որպես կլոր, ապա ջուրն ու մարդիկ չեն դիմանա։
Ինչպես տեսնում ենք, խնդիրն առկա էր բոլոր գործող ուժերի ամբողջական տեսլականի բացակայության պայմաններում։ Հնարավոր է, որ ժամանակակից գիտությանը բացակայում է քվանտային ֆիզիկան հասկանալու բոլոր գործող ուժերի տեսլականը: Տեսողության բացերը առաջացնում են հակասությունների և պարադոքսների համակարգ։ Թերևս քվանտային մեխանիկայի կախարդական աշխարհն ունի այս հարցերի պատասխանները:
