A kvantummechanika lehetővé teszi részecskék látását, tapintását és megérintését (2. rész)

2 22. 11. 2018
Exopolitika, történelem és spiritualitás 6. nemzetközi konferenciája

Térjünk vissza arra, hogy mi a kvantummechanika, és hogyan tudjuk használni.

Láthatatlan látvány

Oké, szóval kávészagot érzel, szinte ébren vagy. A szemed készen áll a napi rutinra, pislog és enged némi fényt. Ha belegondolsz, az arcodba és a szemedbe jutó fényrészecskék egymillió évvel ezelőtt a nap közepén képződtek, amikor őseink a tüzet kezdték használni. A nap nem is küldene fotonoknak nevezett részecskéket, ha nem lenne szükségük ugyanahhoz a jelenséghez, amely alapja lehet a szaglásunknak, a kvantumalagútnak.

Körülbelül 150 millió kilométer választja el a Napot és a Földet, a fotonok csak nyolc percet vesznek igénybe a távolság megtételéhez. Az utazásuk nagy része azonban a napon belül zajlik, ahol egy tipikus foton egymillió évet tölt el azzal, hogy menekülni próbál. Az anyag tehát csillagunk közepén van tárolva, ahol a hidrogén körülbelül 13-szor sűrűbb, mint az ólom, és a fotonok végtelenül kis másodperc töredékig utazhatnak, mielőtt hidrogénionok elnyelnék őket, amelyek aztán egy fotont lőnek ki, hogy eljutjanak a Napból, stb. Körülbelül egymilliárd után. ilyen kölcsönhatások közül végül egy foton jelenik meg a Nap felszínén, amely évmilliók óta ragyog itt.

Kvantummechanika (© Jay Smith)

A fotonok soha nem jöttek volna létre, és a Nap sem sütött volna kvantumalagút nélkül. A nap és az összes többi csillag fúziót hoz létre magfúzióval, hidrogénionokat bont és héliumot hoz létre egy energiát felszabadító folyamatban. Minden másodpercben a nap mintegy 4 millió tonna anyagot alakít energiává. Csak az egyes protonokhoz hasonló hidrogénionok rendelkeznek pozitív elektromos töltéssel és taszítják egymást. Tehát hogyan egyesülhetnek egymással?
A kvantumcsatornázás során a protonok hullám jellege olykor lehetővé teszi számukra, hogy könnyen átfedjék egymást, mint a tó felszínén összeforró hullámok. Az a tény, hogy átfedik egymást, elég közel hozza a protonhullámokat ahhoz, hogy egy másik erő, például egy erős nukleáris erő, amely csak nagyon rövid távolságokra hat, képes legyőzni a részecskék elektromos taszítását. Ezután a protonok lebomlanak, hogy egy fotont szabadítsanak fel.

A szemünk nagyon érzékeny a fotonokra

A szemünk úgy alakult, hogy nagyon érzékeny legyen ezekre a fotonokra. Néhány újabb kísérlet kimutatta, hogy akár egyes fotonokat is képesek vagyunk detektálni, ami érdekes lehetőséget vet fel: képesek-e az emberek kimutatni a kvantummechanika néhány speciális esetét? Ez azt jelenti, hogy egy személy, mint egy foton vagy egy elektron vagy Schrödinger szerencsétlen macskája, egyszerre halott és életben van, ha közvetlenül részt vesz a kvantumvilágban? Milyen lehet egy ilyen élmény?

Emberi szem

"Nem tudjuk, mert senki sem próbálta" - mondta Rebecca Holmes, az új-mexikói Los Alamos Nemzeti Laboratórium fizikusa. Három évvel ezelőtt, amikor az Illinois-i Egyetemen végzett az Urbane-Champaignban, Holmes egy Paul Kwiat által vezetett csapat tagja volt, aki megmutatta, hogy az emberek képesek érzékelni a három fotonból álló rövid villanásokat. 2016-ban megtudta, hogy egy versenyző tudóscsoport, Alipaša Vaziri fizikus vezetésével a New York-i Rockefeller Egyetemen megállapította, hogy az emberek valóban látnak egyedi fotonokat. Úgy látjuk azonban, hogy a tapasztalatokat nem biztos, hogy pontosan leírják. Vaziri, megpróbálta látni, ahogy a foton felvillan, és a Nature magazinnak elmondta: "Nem mintha fényt látnánk. Szinte érzés a fantázia küszöbén. "

Kvantummechanika - kísérletek

A közeljövőben Holmes és Vaziri azt várja, hogy kísérletezzen azzal, hogy mit érzékelnek az emberek, amikor a fotonokat speciális kvantumállapotokba helyezik be. Például a fizikusok egyetlen fotont kapcsolhatnak az általuk szuperpozíciónak nevezett fotonhoz, ahol a fotonok egyidejűleg léteznek két különböző helyen. Holmes és munkatársai egy két forgatókönyvből álló kísérletet terveztek annak tesztelésére, hogy az emberek képesek-e közvetlenül érzékelni a fotonok szuperpozícióját. Az első forgatókönyv szerint egy foton az emberi retina bal vagy jobb oldalához ért, és észrevette, hogy a retina melyik oldalán érzi a fotont. A második forgatókönyv szerint a fotont egy kvantum szuperpozícióba helyeznék, amely lehetővé tenné számára a látszólag lehetetlent - egyszerre repülhet a retina jobb és bal oldalára.

Észlelne egy fényt a retina mindkét oldalán? Vagy a foton kölcsönhatása a szemben a szuperpozíció „összeomlását” okozhatja? Ha igen, akkor megtörténne-e olyan gyakran a jobb és a bal oldalon is, ahogy az elmélet sugallja?

Rebecca Holmes azt mondja:

"A szokásos kvantummechanika alapján a szuperpozícióban lévő foton valószínűleg nem különbözne egy valóban véletlenszerűen átvitt fotontól balra vagy jobbra."

Ha kiderül, hogy a kísérlet egyes résztvevői ténylegesen egyszerre érzékelték a fotont mindkét helyen, vajon ez azt jelenti, hogy az illető maga is kvantum állapotban volt?

Rebecca Holmes hozzáteszi:

"Mondhatjuk, hogy a megfigyelő elhanyagolhatóan rövid idő alatt egyedül volt a kvantum szuperpozícióban, de még senki sem próbálta ki, így valóban nem tudjuk. Ezért csinál egy ilyen kísérletet. "

A maga módján érzékeli

Térjünk vissza a csésze kávéhoz. A bögrét szilárd anyagdarabnak érzi, szilárdan érintkezik a keze bőrével. De ez csak illúzió. Soha nem nyúlunk semmihez, legalábbis az anyag két szilárd darabjának értelmében, amelyek érintenek. Az atom több mint 99,9999999999 százaléka üres térből áll, szinte az összes anyag a magban koncentrálódik.

Kvantummechanika (© Jay Smith)

Amikor kezével tartja a csészét, úgy tűnik, hogy az övé az erőt a csészében és a kézben lévő elektronok ellenállása adja. Az elektronoknak maguknak egyáltalán nincs térfogata, csak a negatív elektromos töltés mezőjének látszólagos nulla dimenziói veszik körül az atomokat és a molekulákat, mint egy felhő. A kvantummechanika törvényei az atomok és molekulák körül meghatározott energiaszintekre korlátozzák őket. Amint a kéz megragadja a csészét, az egyik szintről a másikra tolja az elektronokat, ehhez pedig izomenergiára van szükség, amelyet az agy ellenállásként értelmez, ha valami szilárdhoz érünk.

Érintésérzetünk a testünk molekulái körüli elektronok és az általunk megérintett tárgyak molekulái közötti rendkívül összetett kölcsönhatásból fakad. Ezekből az információkból az agyunk azt az illúziót kelti, hogy szilárd testünk van, amely más szilárd tárgyakkal teli világban mozog. A velük való kapcsolat nem ad pontos képet a valóságról. Lehetséges, hogy egyik felfogásunk sem felel meg annak, ami valójában történik. Donald Hoffman, az Irvine-i Kaliforniai Egyetem kognitív neurológusa úgy véli, hogy érzékszerveink és agyunk azért fejlődött, hogy elhomályosítsa a valóság valódi természetét, nem pedig azt, hogy felfedje azt.

"Az az elképzelésem, hogy a tény, bármi is legyen, túl bonyolult, és túl sok időt és energiát fog igénybe venni a feldolgozáshoz."

Az agy világképének összehasonlítása a számítógép grafikus felületével

Hoffman összehasonlítja az agyunkban a világ felépítésének képét a számítógép képernyőjén látható grafikus felülettel. A képernyőn megjelenő összes színes ikonnak, például a Lomtárnak, az egérmutatónak és a fájlmappáknak semmi köze nincs ahhoz, ami valójában a számítógép belsejében zajlik. Csak absztrakciók, egyszerűsítések teszik lehetővé a komplex elektronikával való kommunikációt.

Hoffman szerint az evolúció megváltoztatta az agyunkat, hogy ugyanúgy működjön, mint egy grafikus felület, amely nem reprodukálja hűen a világot. Az evolúció nem támogatja a pontos érzékelés kialakulását, csak azt használja, ami lehetővé teszi a túlélést.

Ahogy Hoffman mondja:

"A forma uralkodik a valóság felett."

Hoffman és végzős hallgatói az elmúlt években több százezer számítógépes modellt teszteltek, hogy ötleteiket kipróbálják a korlátozott erőforrásokért versengő mesterséges életformák szimulációiban. Mindenesetre az organizmusokat úgy programozzák, hogy a fizikai erőnlétet állítsák előtérbe, amikor a tények nem egyeznek meg a pontos észleléshez.

Például, ha egy szervezet úgy van kialakítva, hogy pontosan érzékeli például a környezetben jelen lévő teljes vízmennyiséget, és olyan organizmussal találkozik, amely rá van hangolva, hogy valami egyszerűbbet érzékeljen, például az életben maradáshoz szükséges optimális vízmennyiséget. Tehát bár egy szervezet képes létrehozni a valóság pontosabb formáját, ez a tulajdonság nem növeli a túlélési képességét. Hoffman tanulmányai figyelemre méltó következtetésre vezették:

"Amilyen mértékben rá vagyunk hangolva az élet fenntartására, nem fogunk ráhangolódni a valóságra. Ezt nem tehetjük meg. "

Kvantum elmélet

Gondolatai egybeesnek azzal, amit egyes fizikusok a kvantumelmélet központi gondolatának tartanak - a valóság felfogása nem teljesen objektív, nem választhatók el a megfigyelt világtól.

Hoffman teljes mértékben megragadja ezt a nézetet:

"Az űr csak egy adatszerkezet, és a fizikai objektumok maguk is adatstruktúrák, amelyeket repülés közben hozunk létre. Ha egy dombra nézek, létrehozom ezt az adatszerkezetet. Aztán elfordítom a tekintetemet, és megtöröm ezt az adatstruktúrát, mert már nincs rá szükségem. "

Amint Hoffman munkája mutatja, még nem vettük figyelembe a kvantumelmélet teljes jelentését és azt, hogy mit mond a valóság természetéről. Élete nagy részében maga Planck igyekezett megérteni azt az elméletet, amelynek létrehozásában segített, és mindig hitt az univerzum objektív felfogásában, amely tőlünk függetlenül létezett.

Egyszer arról írt, miért választotta a fizikát, tanárának tanácsa ellenére:

"A külvilág valami embertől független, valami abszolút, és az erre vonatkozó törvények keresése feltétlenül az élet legnemesebb tudományos tapasztalatának tűnt számomra."

Még egy évszázadra lehet szükség, amíg a fizika újabb forradalma bebizonyítja, hogy igaza vagy tévedése volt, mint Philip von Jolly professzor.

Kvantummechanika

A sorozat egyéb részei