Метка: квантовая физика

Квантовый эксперимент утверждает, что объективной реальности не существует

Альтернативные факты распространяются в обществе на манер вируса. И, судя по всему, они уже заразили науку – по крайней мере, квантовые исследования. Это может показаться контринтуитивным. Ведь научный метод основан на надёжных методах наблюдений, измерений и повторяемости. Факт, подтверждённый измерениями, обязан быть объективным – таким, с которым согласились бы все наблюдатели.

Однако недавно мы опубликовали в журнале Science Advances работу, где показываем, что в микромире атомов и частиц, управляемом странными правилами квантовой механики, два разных наблюдателя могут столкнуться с разными фактами. Иначе говоря, согласно нашей лучшей теории о строительных кирпичиках природы, факты бывают субъективными.

Наблюдатели играют заметную роль в квантовом мире. Согласно теории, частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно – это называется суперпозицией. Однако, как ни странно, такое бывает только, когда их не наблюдают. Как только вы начинаете наблюдать квантовую систему, она выбирает определённое местоположение или состояние, нарушая суперпозицию. То, что природа ведёт себя таким образом, было множество раз доказано в лаборатории – к примеру, в знаменитом двухщелевом эксперименте.
(далее…)

“Квантовая атмосфера” может раскрыть секреты материи

Новая теория предполагает, что квантовые свойства объекта простираются на “атмосферу”, окружающую материал

За несколько последних лет некоторые материалы стали игровой площадкой для физиков. Они не состоят из чего-то особенного – в их составе обычные частицы вроде протонов, нейтронов и электронов. Но они представляют собой нечто большее, чем сумму составных частей. У этих материалов есть наборы впечатляющих свойств и явлений, которые даже навели физиков на новые фазы материи – за пределами твёрдого, жидкого и газообразного состояния, с которыми мы все знакомы.

Один класс материалов, особенно интересный физикам, это топологические изоляторы – или, в более общем виде, топологические фазы вещества, теоретические основы которых принесли их первооткрывателям нобелевскую премию в 2016. По поверхности топологического изолятора электроны движутся свободно, а внутри они неподвижны. Поэтому его поверхность служит проводником, похожим на металл, а внутренности похожи на керамический изолятор. Топологические изоляторы привлекли внимание своей необычной физикой и потенциалом для использования в квантовых компьютерах и т.н. устройствах спинтроники, использующих спины электронов, а не только их заряд.
(далее…)

10 физических фактов, которые вы должны были узнать в школе, но, возможно, не узнали

1. Энтропия измеряет не беспорядок, а вероятность

Идея о том, что энтропия – это мера беспорядка, совсем не помогает разобраться в вопросе. Допустим, я делаю тесто, для чего я разбиваю яйцо и выливаю его на муку. Затем добавляю сахар, масло, и смешиваю их до тех пор, пока тесто не становится однородным. Какое состояние является более упорядоченным – разбитое яйцо и масло на муке, или получившееся тесто?

Я бы сказала, что тесто. Но это состояние с большей энтропией. А если вы выберете вариант с яйцом на муке – как насчёт воды и масла? Энтропия выше, когда они разделены, или после того, как вы их яростно потрясёте, чтобы смешать? В данном примере энтропия выше у варианта с разделёнными веществами.

Энтропия определяется как количество “микросостояний”, дающих одно и то же “макросостояние”. В микросостояниях содержатся все детали по поводу отдельных составляющих системы. Макросостояние же характеризуется только общей информацией, вроде “разделено на два слоя” или “в среднем однородное”. У ингредиентов теста есть много разных состояний, и все они при смешивании превратятся в тесто, однако очень мало состояний сможет при смешивании разделиться на яйца и муку. Поэтому, у теста энтропия выше. То же работает для примера с водой и маслом. Их легче разделить, тяжелее смешать, поэтому у разделённого варианта энтропия выше.
(далее…)

Закрытая лазейка подтверждает нереальность квантового мира

После открытия лазейки в знаменитом эксперименте, доказывавшем отсутствие внутренних свойств у квантовых объектов, три группы экспериментаторов быстро её закрыли. Этот эпизод закрывает вопрос по теориям скрытых переменных.

Физик-теоретик Джон Уилер однажды использовал фразу “огромный дымчатый дракон” для описания частицы света, летящей от источника к счётчику фотонов. “Пасть дракона остра, там, где он кусает счётчик. Хвост дракона остёр, там, откуда исходит фотон”, – писал Уиллер. Иначе говоря, у фотона есть определённая реальность в начале и в конце пути. Но его состояние посередине – тело дракона – размыто. “О том, что дракон делает, или как он выглядит в промежутке, мы не имеем права говорить”.

Уилер поддерживал точку зрения, по которой элементарные квантовые явления нельзя назвать реальными, пока мы не совершим наблюдение – философскую позицию под названием антиреализм. Он даже придумал эксперимент, демонстрирующий, что если вы будете настаивать на реализме – при котором у квантовых объектов, таких, как фотоны, всегда есть определённые внутренние свойства, что больше похоже на классическое представление о реальности – тогда вам придётся принять, что будущее может влиять на прошлое. Из-за абсурдности путешествия в прошлое эксперимент Уиллера стал аргументом в пользу антиреализма на квантовом уровне.
(далее…)