د کوانټم میخانیک په زړه کې

ریچارډ فینمن، د شلمې پیړۍ یو له سترو فزیک پوهانو څخه و، استدلال وکړ چې د کوانټم میخانیکونو د پوهیدو کلیدي د "دوه ګونې سلیټ تجربه" ده. دا د مفهوم ساده تجربه، چې نن ترسره شوې، د حیرانتیا کشفونو ته دوام ورکوي. دوی ښیې چې د کوانټم میخانیکونو سره د عام احساس سره څومره مطابقت نلري، کوم چې په پای کې د تیرو پنځوسو کلونو ترټولو مهم اختراعاتو المل شو.

د لومړي ځل لپاره هغه د دوه ګونی سلیټ تجربه ترسره کړه. توماس ځوان (1) د نولسمې پیړۍ په لومړیو کې په انګلستان کې.

د ځوان تجربه

تجربه د ښودلو لپاره کارول شوې وه چې رڼا د څپې طبیعت دی او نه د بدني طبیعت څخه، لکه څنګه چې مخکې وویل شول. اسحاق نیوټن. ځوان یوازې وښوده چې رڼا اطاعت کوي مداخله - یوه پدیده چې ترټولو ځانګړنه ځانګړتیا ده (پرته له دې چې د څپې ډول او هغه مینځپانګه په کوم کې چې دا تبلیغ کوي). نن ورځ، کوانټم میکانیکونه دا دواړه منطقي متضاد نظرونه سره پخلا کوي.

د ډبل سلیټ تجربې جوهر په یاد ولرئ. د معمول په څیر، زما مطلب د اوبو په سطحه یو څپې دی چې په متمرکز ډول د هغه ځای په شاوخوا کې خپریږي چیرې چې تیږه غورځول شوې وه. 

یو څپې د پرله پسې کریسټونو او درزونو له لارې رامینځته کیږي چې د ګډوډي له نقطې څخه خپریږي ، پداسې حال کې چې د کریسټونو ترمینځ دوامداره فاصله ساتي ، کوم چې د موج طول په نوم یادیږي. یو خنډ د څپې په لاره کې کیښودل کیدی شي، د بیلګې په توګه، د تختې په بڼه چې دوه تنګ سلاټونه پرې شوي چې له لارې اوبه په آزاده توګه تیریږي. په اوبو کې د کنکرو غورځول، څپې په ویش کې ودریږي - مګر کافي نه. دوه نوي متمرکزې څپې (2) اوس له دواړو سلاټونو څخه د ویش بل اړخ ته تبلیغ کوي. دوی په یو بل باندې تکیه شوي دي، یا لکه څنګه چې موږ وایو، د یو بل سره مداخله کوي، په سطح کې یو ځانګړی نمونه رامینځته کوي. په هغه ځایونو کې چې د یوې څپې څپې د بلې څپې سره مل وي ، د اوبو بلج شدت کوي ، او چیرې چې تشه د وادي سره مل کیږي ، فشار ژور کیږي.

2. د دوو برخو څخه د راوتلو څپو مداخله.

د ځوان په تجربه کې، د یوې نقطې سرچینې څخه یو واحد رنګ رڼا د دوه سلیټونو سره د ناپاک ډایفرام څخه تیریږي او د دوی شاته سکرین سره ټکر کوي (نن ورځ موږ غوره کوو چې لیزر رڼا او CCD وکاروو). د رڼا څپې د مداخلې انځور په سکرین کې د بدیل رڼا او تیاره پټو لړۍ (3) په بڼه لیدل کیږي. دې پایلې دا باور پیاوړی کړ چې رڼا یو څپې وه، مخکې له دې چې د XNUMX لسیزې په لومړیو کې کشف شوي وښودله چې رڼا هم یو څپې وه. فوټون فلکس رڼا ذرات دي چې د آرام ډله نه لري. وروسته دا معلومه شوه چې پراسرار د څپې ذره دوه اړخیزهپه لومړي ځل د رڼا لپاره کشف شوي په نورو ذراتو باندې هم پلي کیږي چې په ډله ایزه توګه لري. دا ډیر ژر د نړۍ د نوي کوانټم میخانیکي توضیحاتو اساس شو.

3. د ځوان تجربې لید

ذرات هم مداخله کوي

په 1961 کې، د ټیوبینګین پوهنتون څخه کلاوس جانسن د الکترون مایکروسکوپ په کارولو سره د لویو ذراتو - الکترونونو مداخله وښودله. لس کاله وروسته، د بولونا پوهنتون درې ایټالوي فزیک پوهانو ورته تجربه ترسره کړه د واحد الکترون مداخله (د ډبل سلیټ پر ځای د تش په نامه بایپریزم کارول). دوی د الکترون بیم شدت دومره ټیټ ارزښت ته راټیټ کړ چې الکترونونه د بایپریزم له لارې یو له بل څخه وروسته یو له بل څخه تیریدل. دا الکترونونه په فلوروسینټ سکرین کې ثبت شوي.

په پیل کې، د الکترون ټریلونه په تصادفي ډول په سکرین کې ویشل شوي وو، مګر د وخت په تیریدو سره دوی د مداخلې څنډې یو جلا مداخله انځور جوړ کړ. دا ناشونې ښکاري چې دوه الکترونونه په مختلف وختونو کې په پرله پسې ډول د سلیټ څخه تیریږي یو بل سره مداخله وکړي. نو موږ باید دا ومنو یو الکترون پخپله مداخله کوي! مګر بیا الیکترون باید په ورته وخت کې د دواړو سلیټ څخه تیر شي.

دا ممکن په زړه پوري وي چې هغه سوري ته وګورو چې له لارې یې الیکترون واقعیا تیریږي. وروسته به وګورو چې څنګه د الکترون حرکت ګډوډولو پرته دا ډول مشاهده ترسره کړو. دا معلومه شوه چې که موږ د هغه څه په اړه معلومات ترلاسه کړو چې الکترون ترلاسه کړي، نو مداخله به ورک شي! "څنګه" معلومات مداخله له منځه وړي. ایا دا پدې معنی ده چې د شعور څارونکي شتون د فزیکي پروسې په جریان اغیزه کوي؟

مخکې لدې چې د ډبل سلیټ تجربو د لا حیرانوونکې پایلو په اړه وغږیږم ، زه به د مداخلې توکو اندازې په اړه یو کوچنی تحلیل وکړم. د ډله ایزو شیانو د کوانټم مداخله لومړی د الکترونونو لپاره کشف شوه، بیا د ذراتو لپاره چې د ډله ایز زیاتوالي سره: نیوټرون، پروټون، اتومونه، او په پای کې د لوی کیمیاوي مالیکولونو لپاره.

په 2011 کې، د یو شی د اندازې ریکارډ مات شو، په کوم کې چې د کوانټم مداخلې پدیده ښودل شوې وه. دا تجربه د ویانا په پوهنتون کې د هغه وخت د دوکتورا زده کونکي لخوا ترسره شوې. سانډرا ایبینبرګر او د هغې ملګري. یو پیچلي عضوي مالیکول چې شاوخوا 5 پروټونونه، 5 زره نیوټرون او 5 زره الکترون لري د دوه وقفې سره د تجربې لپاره غوره شوي! په یوه خورا پیچلې تجربه کې، د دې لوی مالیکول کوانټم مداخله ولیدل شوه.

دې دا باور تایید کړ د کوانټم میخانیک قوانین نه یوازې ابتدايي ذرات، بلکې هر مادي څیز هم مني. یوازې دا چې څیز څومره پیچلی دی، هومره یې له چاپیریال سره تعامل کوي، کوم چې د دې فرعي کوانټم ملکیتونو سرغړونه کوي او د مداخلې اغیزې له مینځه وړي..

د رڼا قطبي کول او د کوانټم انډول کول

د ډبل سلیټ تجربو خورا حیرانوونکې پایلې د فوټون تعقیب لپاره د ځانګړي میتود کارولو څخه راوتلې ، کوم چې په هیڅ ډول د هغې حرکت نه ګډوډوي. دا میتود یو له خورا عجیب کوانټم پدیدې څخه کار اخلي ، چې ورته ویل کیږي د کوانټم انګلیشن. دا پدیده په 30 لسیزه کې د کوانټم میخانیکونو یو له اصلي جوړونکو لخوا لیدل شوې وه، ایرون شروډینګر.

شکمن آینسټاین (هم وګوره 🙂 دوی ته په فاصله کې د شیطاني عمل په نوم یادیږي. په هرصورت، یوازې نیمه پیړۍ وروسته د دې اثر اهمیت درک شو، او نن ورځ دا د فزیک پوهانو لپاره د ځانګړې دلچسپي موضوع ګرځیدلی.

دا اغیز څه شی دی؟ که دوه ذرات چې په یو وخت کې یو بل ته نږدې وي له یو بل سره دومره قوي اړیکه ونیسي چې دوی یو ډول "دوه اړخیزه اړیکه" رامینځته کوي، نو دا اړیکه دوام لري حتی کله چې ذرات سل کیلومتره واټن ولري. بیا ذرات د یو واحد سیسټم په توګه چلند کوي. دا پدې مانا ده چې کله موږ په یوه ذره عمل ترسره کوو، دا سمدستي په بل ذره اغیزه کوي. په هرصورت، پدې توګه موږ نشو کولی په وخت سره معلومات له لرې واټن څخه انتقال کړو.

فوټون یوه بې ډله ایزه ذره ده - د رڼا یوه ابتدايي برخه، کوم چې بریښنایی مقناطیسي څپې ده. وروسته له هغه چې د اړونده کرسټال له یوه پلیټ څخه تیریږي (د پولاریزر په نوم یادیږي)، رڼا په خطي ډول قطبي کیږي، د بیلګې په توګه. د بریښنایی مقناطیسي څپې بریښنایی فیلډ ویکتور په یوه ټاکلي الوتکه کې حرکت کوي. په بدل کې، د بل ځانګړي کرسټال څخه د یو ځانګړي ضخامت د پلیټ له لارې په خطي ډول قطبي رڼا تیرولو سره (د څلورمې څپې پلیټ په نامه یادېږي)، دا په ګردي ډول قطبي رڼا بدلیدلی شي، په کوم کې چې د بریښنایی ساحې ویکتور په هیلیک کې حرکت کوي ( د ساعت په لور یا د ساعت په لور) حرکت د څپې د تکثیر په لور. په دې اساس، یو څوک کولی شي د خطي یا ګردي قطبي فوټونونو په اړه خبرې وکړي.

د ښکیل فوټونونو سره تجربې

4a. یو غیر خطي BBO کرسټال د ارګون لیزر لخوا جذب شوی فوټون په نیمه انرژي او متقابل عمودي قطبي کولو سره په دوه متضاد فوټونونو بدلوي. دا فوټونونه په مختلفو لارو خپریږي او د D1 او D2 د کشف کونکو لخوا ثبت شوي چې د تصادفي کاونټر LK پواسطه وصل شوي دي. یو ډایفرام د دوه سلیټونو سره د یو فوټون په لاره کې کیښودل کیږي. کله چې دواړه کشف کونکي د دواړو فوټون نږدې په ورته وخت کې رارسیدل ثبتوي ، سیګنال د وسیلې په حافظه کې زیرمه کیږي ، او کشف کونکی D2 د سلیټ سره موازي مرحلې کوي. د فوټونونو شمیر د کشف کونکي D2 موقعیت پورې اړه لري ، پدې توګه ثبت شوي ، په بکس کې ښودل شوي ، میکسما او منیما ښیې چې مداخله په ګوته کوي.

په 2001 کې، په بیلو هوریزونټ کې د برازیل فزیک پوهانو یوې ډلې د لارښوونې لاندې ترسره کړل. سټیفن والبورن غیر معمولي تجربه د دې لیکوالانو د ځانګړي کرسټال ملکیتونه کارولي (په لنډ ډول د BBO په نوم یادیږي)، کوم چې د ارګون لیزر لخوا جذب شوي فوټون یوه ځانګړې برخه د نیمې انرژي سره په دوه فوټونونو بدلوي. دا دوه فوټونونه یو له بل سره ښکیل دي؛ کله چې یو یې د مثال په توګه افقی قطبی کول، بل یې عمودی قطبی کول. دا فوټون په دوه مختلف لورو کې حرکت کوي او په بیان شوي تجربه کې مختلف رول لوبوي.

یو له فوتونونو څخه چې موږ یې نوم اخلو کنټرول، په مستقیم ډول د فوټون کشف کونکي D1 (4a) ته ځي. کشف کونکی د هټ کاونټر په نوم وسیلې ته د بریښنایی سیګنال په لیږلو سره خپل راتګ ثبتوي. LK د مداخلې تجربه به په دوهم فوټون کې ترسره شي؛ موږ به هغه ته زنګ ووهو سیګنال فوټون. د دې په لاره کې دوه ګونی سلیټ شتون لري، ورپسې د دویم فوټون ډیکټور، D2، د ډیکټور D1 په پرتله د فوټون سرچینې څخه یو څه نور. دا کشف کونکی کولی شي هرکله چې د هټ کاونټر څخه مناسب سیګنال ترلاسه کړي د دوه ګوني سلاټ شاوخوا وګرځي. کله چې کشف کونکی D1 فوټون ثبت کړي، دا د اتفاق کاونټر ته سیګنال لیږي. که په یوه شیبه کې کشف کونکی D2 هم یو فوټون ثبت کړي او میټر ته سیګنال واستوي ، نو دا به وپیژني چې دا له ښکیل فوټونونو څخه راځي ، او دا حقیقت به د وسیلې په حافظه کې زیرمه شي. دا کړنلاره د تصادفي فوټونونو ثبت کول نه لري چې کشف کونکي ته ننوځي.

تړل شوي فوټونونه د 400 ثانیو لپاره دوام کوي. د دې وخت څخه وروسته، کشف کونکی D2 د سلیټونو موقعیت ته په پام سره د 1 ملي میتر لخوا بې ځایه کیږي، او د ښکیل شوي فوټونونو شمیرل نور 400 ثانیې وخت نیسي. بیا کشف کونکی بیا د 1 ملی میتر لخوا حرکت کوي او کړنلاره څو ځله تکرار کیږي. دا معلومه شوه چې په دې ډول د ثبت شوي فوتونونو د شمیر ویش د کشف کونکي D2 موقعیت پورې اړه لري د ځوان تجربه (4a) کې د رڼا او تیاره او د مداخلې کنډکونو سره ورته ځانګړتیا maxima او minima لري.

موږ بیا دا پوهیږو واحد فوټونونه چې د ډبل سلیټ څخه تیریږي یو بل سره مداخله کوي.

څنګه؟

په تجربه کې بل ګام دا و چې هغه سوري وټاکي چې له لارې یې یو ځانګړی فوټون پرته له دې چې خپل حرکت ګډوډ کړي تیریږي. دلته کارول شوي ملکیتونه د څلورمې څپې پلیټ. د هر سلیټ مخې ته د څلورمې څپې پلیټ ایښودل شوی و، چې یو یې د پیښې فوټون خطي قطبي کول د ساعت په لور حرکت کوي، او بل یې کیڼ لاس سرکلر قطبي (4b) ته. دا تایید شوه چې د فوټون قطبي کولو ډول د شمیرل شوي فوټونونو په شمیر اغیزه نه کوي. اوس، د فوټون د قطبي کیدو د حرکت په ټاکلو سره وروسته له دې چې دا د سلیټ څخه تیریږي، دا ممکنه ده چې دا په ګوته کړي چې کوم فوټون د دوی له لارې تیر شوی. په "کوم لوري" پوهیدل مداخله له منځه وړي.

۴ب. د سلیټونو په مخ کې د ربع - څپې پلیټونو (سیوري شوي مستطیلونو) په ایښودلو سره ، "کومه لاره" معلومات ترلاسه کیدی شي او د مداخلې عکس به ورک شي.

4c. د کشف کونکي D1 مخې ته د مناسب پلوه پولرائزر P ځای په ځای کول د "کومې لارې" معلومات له مینځه وړي او مداخله بحالوي.

په حقیقت کې ، د سلیټونو په مخ کې د ربع - څپې پلیټونو سم ځای پرځای کولو وروسته ، د شمیرو دمخه لیدل شوي توزیع ، د مداخلې نښه ، ورک کیږي. عجیبه خبره دا ده چې دا د یو هوښیار څارونکي له ګډون پرته پیښیږي څوک چې مناسب اندازه کولی شي! یوازې د ربع-څپې پلیټونو ځای په ځای کول د مداخلې لغوه کولو اغیز رامینځته کوي.. نو فوټون څنګه پوهیږي چې د پلیټونو له داخلولو وروسته، موږ کولی شو هغه تشه معلومه کړو چې له هغې څخه تیریږي؟

په هرصورت، دا د عجیب پای نه دی. اوس موږ کولی شو د سیګنال فوټون مداخله پرته له دې چې مستقیم اغیزه وکړي بیرته راوړو. د دې کولو لپاره ، د کنټرول فوټون ته رسیدو ډیکټور D1 په لاره کې ، یو قطبي کوونکی په داسې ډول ځای په ځای کړئ چې دا د قطبي کیدو سره رڼا لیږدوي چې د دواړه ښکیل فوټونونو (4c) د قطبي کیدو ترکیب دی. دا په سمدستي ډول د سیګنال فوټون قطبي بدلون بدلوي. اوس دا نور امکان نلري چې په یقین سره معلومه شي چې په سلیټ کې د فوټون پیښې قطبي کول څه دي، او د کومې ټوټې له لارې فوټون تیر شوی. په دې حالت کې، مداخله بیا رغول کیږي!

د ځنډول شوي انتخاب معلومات پاک کړئ

پورته تشریح شوي تجربې په داسې ډول ترسره شوې چې د کنټرول فوټون د ډیکټور D1 لخوا ثبت شوی و مخکې لدې چې سیګنال فوټون کشف کونکي D2 ته ورسیږي. د "کومې لارې" معلوماتو له مینځه وړل د کنټرول فوټون د قطبي کولو په بدلولو سره ترسره شوي مخکې لدې چې سیګنال فوټون کشف کونکي D2 ته ورسیږي. بیا یو څوک تصور کولی شي چې کنټرول فوټون دمخه خپل "دوه ویشت" ته ویلي چې بیا څه وکړي: مداخله کول یا نه.

اوس موږ تجربه په داسې ډول بدلوو چې د کنټرول فوټون ډیکټور D1 سره ټکر کوي وروسته له دې چې سیګنال فوټون په ډیکټور D2 کې ثبت شي. د دې کولو لپاره، کشف کونکي D1 د فوټون سرچینې څخه لرې کړئ. د مداخلې بڼه د پخوا په څیر ورته ښکاري. اوس راځئ چې د درې اړخیز څپې پلیټونه د سلیټونو په مخ کې ځای په ځای کړو ترڅو معلومه کړو چې فوټون کومه لاره نیولې ده. د مداخلې بڼه له منځه ځي. بیا ، راځئ چې د ډیکټور D1 مخې ته د مناسب پلوه پولاریزر په ځای کولو سره "کومه لاره" معلومات له مینځه یوسو. د مداخلې بڼه بیا ښکاري! بیا هم له مینځه وړل وروسته له هغه ترسره شول چې سیګنال فوټون د D2 کشف کونکي لخوا ثبت شوی و. دا څنګه ممکنه ده؟ فوټون باید مخکې له دې چې د هغې په اړه کوم معلومات ورته ورسیږي باید د قطبي بدلون څخه خبر وي.

5. د لیزر بیم سره تجربه.

د پیښو طبیعي ترتیب دلته بدلیږي؛ اغیز د لامل څخه مخکې دی! دا پایله زموږ په شاوخوا کې واقعیت کې د علت اصل کمزوری کوي. یا شاید وخت مهم نه وي کله چې د ښکیلو ذراتو خبره راځي؟ د Quantum entanglement په کلاسیک فزیک کې د ځاییتوب له اصولو څخه سرغړونه ده، چې له مخې یې یو شی یوازې د خپل نږدې چاپیریال لخوا اغیزمن کیدی شي.

د برازیل تجربې راهیسې، ډیری ورته تجربې ترسره شوي، کوم چې دلته وړاندې شوي پایلې په بشپړه توګه تاییدوي. په پای کې، لوستونکی غواړي په روښانه توګه د دې غیر متوقع پیښو اسرار تشریح کړي. له بده مرغه، دا نشي ترسره کیدی. د کوانټم میخانیک منطق د نړۍ له منطق څخه توپیر لري چې موږ یې هره ورځ ګورو. موږ باید په عاجزۍ سره دا ومنو او په دې حقیقت خوښ شو چې د کوانټم میخانیک قوانین په دقیق ډول په مایکروکوزم کې واقع شوي پیښې تشریح کوي ، کوم چې په خورا پرمختللي تخنیکي وسایلو کې ګټور کارول کیږي.