#34 Na Pograniczu, czyli Mechanika Klasyczna vs. Kwantowa

0. Dobrydzień.

Dzień jest dobry. Ale noc bywa ciekawsza.

Fizyka klasyczna jest dobra, bo pomaga nam zrozumieć otaczający świat, daje chleb i solidne podstawy istnienia.

Fizyka kwantowa jest w codziennym życiu niemal bezużyteczna, nie włączając może tylko komputerów kwantowych, które i tak jeszcze nie istnieją. Jestem trochę w błędzie, bo przecież tranzystory i cała sfera szeroko pojętych zagadnień związanych z komputerami oparta jest na mechanice kwantowej (ale tylko tzw. hardware), jednakże tak na chłopski rozum, rozumiecie przesłanie - ogólnie rzecz ujmując.

Ale za to jest ciekawsza. Ta kwantowa. Mechanika.

Natomiast jeszcze bardziej interesujące jest zagadnienie: gdzie znajduje się granica tych dwóch jakże odmiennych światów? Kto i co decyduje, odkąd mamy do przewidywań np. trajektorii ruchu obiektów używać mechaniki klasycznej, a kiedy już kwantowej?

To pytanie jest bardzo nurtujące, i dziś chciałem o tym Was poinstruować. W końcu jestem Diesphys, czyli - ordnung i baczność ;)

1. Na pograniczu normalności, czyli piękne angielskie słowo 'blurred'.

'Blurred' oznacza 'rozmyte'.

Natura jest skomplikowana, może to generalizowanie, ale jakże istotne.

Naukowcy z Instytutu Nielsa Bohra przeprowadzili proste doświadczenie, które dowodzi, że natura zaprzecza zdrowemu rozsądkowi. Eksperyment dotyczy istoty zachowania się światła - okazuje się, że nie zachowuje się ono zgodnie z zasadami mechaniki klasycznej, a kwantowej.

Użyto nowej metody, która pozwoli w przyszłości określić, czy układ zachowuje się kwantowomechanicznie, czy poddaje się regułom klasycznej mechaniki newtońskiej.

W dalszej części zaprezentuję Wam, jak naukowcy starają się wyznaczyć linię prostą, konkretną granicę światów: kwantowego i klasycznego, bo 'rozmytą' granicą nikt się nie zadowala.

A teraz - od ogółu do sedna.

2. Klasyka i Kwanty.

W fizyce klasycznej obiekty, takie jak samochód czy piłka, bądź też ogryzek jabłka, albo mrówka czy słoń, mają konkretne umiejscowienie i prędkość. Tak postrzegamy świat: słoń stoi na mrówce wypluwając ogryzek, który trafia w piłkę, piłka toczy się pod samochód i mamy kabałę gotową ;)

Chciałem tylko powiedzieć, że wszystkie obiekty, jakie obserwujemy w naszej małej tragedii mają prędkość i położenie.

Ale kiedy zejdziemy schodami w dół w stronę świata mechaniki kwantowej, tragedia zmienia się w… komedię!

W świecie kwantów obiekty także mają pewne określone położenie i swoją prędkość ruchu, jednak tam, na dole strony, przy gwiazdce i drobnym maczkiem stoi napisane: 'ale nie jednocześnie...' :)

Już tłumaczę.

Na poziomie atomowym, mechanika kwantowa decyduje, że natura rzeczy jest inna, niż dyktuje nam to nasza codzienna, oparta na doświadczeniu, intuicja.

To nie tak, że nie znamy prędkości cząstki bądź jej położenia. Znamy. Ale nie możemy znać tych dwóch wartości w tym samym czasie z dowolną dokładnością, jak dzieje się to w realiach mechaniki klasycznej.

Te dwie wartości: prędkość i położenie, w świecie mechaniki kwantowej jednocześnie... nie istnieją.

Szokujące?

Nie dlatego, że nie posiadamy precyzyjnych instrumentów pomiarowych i coś nam umyka. Taka jest natura rzeczywistości w świecie kwantów. Gdy istnieje prędkość, nie istnieje położenie, i odwrotnie.

Skąd znamy powyższą zależność? I gdzie jest granica świata dziwnych zachowań obiektów i zwyczajnych zachowań obiektów?

3. Doświadczenie naukowców z Instytuty Nielsa Bohra na świetle widzialnym.

Eran Kot (miau miau ;)), doktorant z grupy badawczej, pisze:

'Naszym celem jest spojrzenie na mechanikę kwantową w innym... świetle (ha, ha, ha). To ważny, aby być stuprocentowo pewnym, że układ zachowuje się w ten sposób, że nie ma ;klasycznej' metody na wyjaśneinie jego 'modus operandi'. Uniwersytet Kopenhaski, wydział Optyki Kwantowej ma wspaniałego naukowca w swoich szeregach, to doktorant, ciekawe, co mogliby powiedzieć profesorzy... aż bałbym się zapytać =]

Badano zachowanie się światła, w dużym skrócie. W fizyce klasycznej, światło ma właściwości zarówno elektryczne jak i magnetyczne.

Eran Pies... yyy, Kot (poranny suchar! dla głodnych kawalarstwa, psotnictwa i figlarstwa ;)):

'Nasze badania wskazują na fakt, że światło posiada cechy związane zarówno z polem magnetycznym i elektrycznym, ale nie obie jednocześnie. W powyższy sposób udowadniamy, że nasze doświadczenie łamie zasady mechaniki klasycznej. I oto wniosek: światło ma własności kwantowe, dlatego wykonujemy krok naprzód i próbujemy zastosować opisane w eksperymencie metody do innych układów'.

4. Klasyka i Kwanty vol.2.

Celem doświadczenia jest w pierwszej kolejności zrozumienie natury rzeczywistości, ale przede wszystkim - jak wykorzystać mechanikę kwantową do praktycznych rozwiązań. To nie żadne novum, że światło ma naturę kwantową, ale za pomocą metod z opisywanego przeze mnie eksperymentu można badać inne systemy.

Profesor fizyki kwantowej Anders S. Sorensen (a, co mi tam! ;)):

'Potrzebowaliśmy znaleźć sposoby na rozwój informatyki kwantowej. Dlatego bardzo ważne jest, aby w końcu znaleźć rozwiązanie zagadki: gdzie przebiega granica między światem kwantów i klasycznym.'

Ta wypowiedź pozornie nie wnosi nic nowego do tematu, ale - chwilunia.

Oznacza ona, że do skonstruowania komputerów kwantowych, tak wyczekiwanych przez żądny nowinek technicznych świat, musimy koniecznie rozwinąć technologię budowania układów rządzących się prawami mechaniki kwantowej.

W jednym zdaniu: układ zawierający w sobie elementy mechaniki kwantowej ma tworzyć komputer kwantowy.

W drugim zdaniu: musimy nauczyć się konstruować systemy nieklasyczne, czyli kwantowomechaniczne, aby móc skonstruować pierwszy działający na skalę komercyjną komputer kwantowy.

Opisane powyżej przeze mnie doświadczenie to sposób na badanie natury światła, ale może zostać zastosowany do badania, bądź też tworzenia, innych układów.

Pierwszy taki w Kosmosie. W roku 2012. Jestem opóźniony, bo się tylko dogrzebałem starocia, prawda? ;) Stare, ale jare, bo dziś mamy już zalążki informatyki kwantowej i to całkiem pokaźne, jednak w 2012 to był istny Piorun z Nieba.

Interesujące, nieprawdaż?

5. Konie(c), które(y) mów(i)ą, że...

Dziwne zakończenie. Nadal nie znamy dokładnej granicy kwantowo-klasycznej, tak jak nie znamy dokładnego okresu i sposobu, jak z materii nieożywionej powstało życie na Ziemi. Te dwie granice spędzają sen z oczu fizyków i biologów (badaczy skwarków, bi(o)zonów - a jednak mamy płynną, wyraźną granicę, bez przeskoków kwantowych, tunelowania, itp. ;)) - i to nas z nimi łączy! Granice! Granice łączą, także ten, teges... ;)

Jeden wniosek jest bardzo ważny. Jednoczesność zachodzenia pewnych zjawisk.

Nie można być jednocześnie tu i tam, to wiemy. I dlatego, czasami, pewne własności nie mogą zachodzić, pojawiać się symultanicznie - i tego uczy fizyka kwantowa nas, żyjących w świecie klasycznym.

Pozdrawiam i posyłam strumień fotonów wiedzy! =]

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys