Квантовая физика - десять удивительных экспериментов

Наука

Услышав словосочетание "квантовая физика" основная часть народонаселения скромно опускает глазки и старается перевести разговор на другую тему. На самом же деле, даже такую сложную науку можно перевести на "человеческий" язык и всем станет всё понятно!


Услышав словосочетание "квантовая физика" основная часть народонаселения скромно опускает глазки и старается перевести разговор на другую тему. На самом же деле, даже такую сложную науку можно перевести на "человеческий" язык и всем станет всё понятно!

Эксперимент с двумя щелями

Квантовая физика - эксперимент с двумя щелями В 1803 году Томас Юнг направил пучок света на непрозрачную ширму с двумя прорезями. Вместо ожидаемых двух полосок света на проекционном экране он увидел несколько полос, как если бы произошла интерференция (наложение) двух волн света из каждой прорези. В XX и XXI веках было показано, что не только сеет,- но любая одиночная элементарная частица и даже некоторые молекулы ведут себя как волна, будто проходя через обе щели одновременно.
Однако если поставить у щелей датчик, который определяет, что именно происходит с частицей в этом месте и через какую именно щель она все-таки проходит, то на проекционном экране появляются только две полосы, словно факт наблюдения (косвенного влияния) рушит волновую функцию и объект ведет себя как материя.

Принцип неопределенности Гейзенберга

Квантовая физика -Принцип неопределенности Гейзенберга Благодаря открытию 1927 года тысячи ученых и студентов повторяют один и тот же простой эксперимент, пропуская лазерный луч через сужающуюся щель. Логично, видимый след от лазера на проекционном экране становится все уже и уже вслед за уменьшением зазора. Но в определенный момент, когда щель становится достаточно узкой, пятно от лазера вдруг начинает становиться шире и шире, растягиваясь по экрану и тускнея пока щель не исчезнет.' Это самое очевидное доказательство квинтэссенции квантовой физики — принципа неопределенности Вернера Гейзенберга. Суть его в том, что чем точнее мы определяем одну из парных характеристик квантовой системы, тем более неопределенней становится вторая характеристика. В данном случае, чем точнее мы определяем сужающейся щелью координаты фотонов лазера, тем неопределеннее становится импульс этих фотонов.

Сверхпроводимость и эффект Мейснера

Квантовая физика - Сверхпроводимость и эффект Мейснера. В 1933 году Вальтер Мейснер обнаружил, что в охлажденном до минимальных температур сверхпроводнике магнитное поле вытесняется за его пределы. Это явление получило название эффект Мейснера. Если обычный магнит положить на алюминий (или другой сверхпроводник), а затем его охладить жидким азотом, то магнит взлетит и зависнет в воздухе, так как будет «видеть» вытесненное из охлажденного алюминия свое же магнитное поле той же полярности, а одинаковые стороны магнитов отталкиваются.

Сверхтекучесть

Квантовая физика - Квантовая физика - Сверхпроводимость и эффект Мейснера. В 1938 году Петр Капица охладил жидкий гелий до близкой к нулю температуры и обнаружил, что у вещества пропала вязкость. Это явление получило название сверхтекучесть. Если охлажденный жидкий гелий налить на дно стакана, то он все равно вытечет из него по стенкам. Фактически, пока гелий достаточно охлажденный, для него нет пределов, чтобы разлиться, вне зависимости от формы и размера емкости. В конце XX и начале XXI веков сверхтекучесть при определенных условиях была также обнаружена у водорода и различных газов.

Квантовый туннелинг

Квантовая физика -Квантовый туннелинг. В 1960 году Айвор Джайевер проводил электрические опыты со сверхпроводниками, разделенными микроскопической пленкой непроводящего ток оксида алюминия. Выяснилось, часть электронов все равно проходит через изоляцию. Это подтвердило, теорию о возможности квантового туннельного эффекта. Он распространяется не только на электричество, но и любые элементарные частицы, они же волны согласно квантовой физике. Они могут проходить препятствия насквозь, если ширина этих препятствий меньше длины волны частицы. Чем препятствие уже, тем чаще частицы проходят сквозь них.

Квантовая запутанность и телепортация

Квантовая физика - Квантовая запутанность и телепортация. В 1982 году Ален Аспэ направил два одновременно созданных фотона на разнонаправленные датчики определения их спина (поляризации). Оказалось, что измерение спина одного фотона мгновенно влияет на положение спина второго фотона, который становится противоположным. Так была доказана возможность квантовой запутанности элементарных частиц и квантовая телепортация. В 2008 году ученым удалось измерить состояние квантово-запутанных фотонов на расстоянии 144 километров и взаимодействие между ними все равно оказалось мгновенным, как если бы они были в одном месте или не было пространства. Считается, что если такие квантово-запутанные фотоны окажутся в противоположных участках вселенной, то взаимодействие между ними все равно будет мгновенным, хотя свет это же расстояние преодолевает за десятки миллиардов лет.

Квантовый эффект Зенона и остановка времени

Квантовая физика - Квантовый эффект Зенона и остановка времени. В 1989 году группа ученых под руководством Дэвида Вайнленда наблюдала за скоростью перехода ионов бериллия между атомными уровнями. Выяснилось, что сам факт измерения состояния ионов замедлял их переход между состояниями. В начале XXI века в подобном эксперименте с атомами рубидия удалось достичь 30-кратного замедления. Все это является подтверждением квантового эффект Зенона. Его смысл в том, что сам факт измерения состояния нестабильной частицы замедляет скорость ее распада и в теории может его полностью остановить.

Квантовый ластик с отложенным выбором

Квантовая физика - Квантовый ластик с отложенным выбором. В 1999 году группа ученых под руководством Марлана Скали направляла фотоны через две щели, за которыми стояла призма, конвертирующая каждый выходящий фотон в пару квантово-запутанных фотонов и разделяя их на два направления. Первое отправляло фотоны на основной детектор. Второе направление отправляла фотоны на систему 50%-отражателей и детекторов. Выяснилось, если фотон из второго направления достигал детекторы определяющие щель, из которой он вылетел, то основной детектор фиксировал его парный фотон как частицу. Если же фотон из второго направления достигал детекторы, не определяющие щель, из которой он вылетел, то основной детектор фиксировал его парный фотон как волну. Не только измерение одного фотона отражалось на его квантово-запутанной паре, но и это происходило вне расстояния и времени, ведь вторичная система детекторов фиксировала фотоны позже основного, как если бы будущее определяло прошлое.

Квантовая суперпозиция и кот Шредингера

Квантовая физика - Квантовая суперпозиция и кот Шредингера. В 2010 году Аарон О'Коннелп поместил небольшую металлическую пластину в непрозрачную вакуумную камеру, которую охладил почти до абсолютного нуля. Затем он придал импульс пластине, чтобы она вибрировала. Однако датчик положения показал, что пластина вибрировала и была спокойна одновременно. Этим впервые был доказан принцип суперпозиции на макрообъектах. В изолированных условиях, когда не происходит взаимодействия квантовых систем, объект может одновременно находиться в неограниченном количестве любых возможных положений, как если бы он больше не был материальным.

Квантовый Чеширский кот

Квантовая физика - Квантовый Чеширский кот. В 2014 году Тобиас Денкмайр и его коллеги разделили поток нейтронов на два пучка и провели серию сложных измерений. Выяснилось, что при определенных обстоятельствах нейтроны могут находиться в одном пучке, а их же магнитный момент в другом пучке. Таким образом, был подтвержден квантовый парадокс улыбки Чеширского кота, когда частицы и их свойства могут находиться по нашему восприятию в разных частях пространства, как улыбка отдельно от кота в сказки «Алиса в стране чудес».

Источник: «Фаза» М. Радуга, 2015

Похожие факты в этом разделе

Самый красивый физический прибор

Как утверждают люди, хорошо знающие Японию и японцев, они очень любят все, что существует в этом мире с приставкой «супер». И сами стараются производить продукцию, к которой эта...

Поучительные факты о строении атома

Не существует ничего, кроме атомов и пустоты; все остальное – лишь мнение. Демокрит из АбдерЧто находится внутри атома? Да собственно, почти ничего. Основное содержимое атома –...

Лазерный резак из будущего уже готов!

Компания TWI продемонстрировала лазерный резак, который будет использоваться для утилизации металлических конструкций. К показанному образцу были прикреплены специальные рукояти,...

Факты об агрегатных состояниях вещества

Сколько у вещества агрегатных состояний? Три – что может быть проще? Твердое, жидкое и газообразное? На самом же деле их не меньше пятнадцати, причем список продолжает расти...

Последние факты

Сокровища храма Падманабхасвами

Исследователи по всему миру гадают, что именно скрывается за таинственной железной дверью с изображением защищающих ее...

Штопор дьявола - удивительные факты

В 1891 году в долине округа Су (штат Небраска) были обнаружены крайне необычные подземные образования, названные...

Сутки в чреве кита - удивительный курьёз

В феврале 1895 года китоловное судно «Западная Звезда», находясь близ Малуинских островов, спустило две китобойные...