Yegor Zadeba fortalte hvordan lovene til mikrokosmos påvirker makrokosmos vi er vant til.
Vi publiserte nylig et intervju med fysiker Dmitry Sidorin om at vi mest sannsynlig bor i Matrix, som ble skapt av naturen selv, og verden rundt oss er bare en illusjon. Leserne ble spesielt sjokkert over bildet av en maur: mens han ser på universet, eksisterer den, blir sliten, lukker øynene, og det er det, verdens ende? Vi bestemte oss for å gå tilbake til temaet igjen og snakket med Egor Zadeba, førsteamanuensis ved National Research Nuclear University MEPhI. Innerst inne håpet de at Yegor Alexandrovich skulle lande høyt fysikk litt på hverdagen til tekstene: å leve og avhengig av en maur er på en eller annen måte skummelt. La oss se om det ordnet seg.
Kvantemekanikk sier: hvis vi ser på verden, endrer det seg (prinsippet om usikkerhet). Kanskje, uten blikket, eksisterer det rett og slett ikke. Og hvis en maur leter? Dyr?
“Strengt tatt gir kvantemekanikk ikke slike uttalelser. Snarere er det en populærvitenskapelig tolkning av funksjonene. Oftest snakkes observatørens påvirkning på forløpet av fysiske prosesser når han forklarer Heisenberg usikkerhetsprinsipp. En observatør i fysikk betyr enhver måleinstrument, det være seg en spesiell enhet eller et menneskelig øye. Myren med syn, hørsel og lukt er også en klassisk observatør. Men hvis du gir en maur et interferometer, blir enheten selv en observatør. Hvordan påvirker observasjon emnet? For å se noe gjennom et mikroskop, må du for eksempel bestråle dette objektet med lys - det vil spre seg, reflektere fra det, med andre ord, når vi observerer, vil vi påvirke objektet.
La oss nå forstå hva usikkerhetsprinsippet er. Vanligvis forstås dette fenomenet som umuligheten av å absolutt nøyaktig samtidig måle koordinatene (plassering i rom) og momentum (i klassisk mekanikk, dette er massen multiplisert med hastigheten) til en elementær partikkel eller for eksempel en atomkjerne. Målenøyaktigheten til begge er begrenset av Plancks konstant (om det - nedenfor). Poenget er ikke at vi har dårlige instrumenter, og en dag vil vi gjøre målinger helt nøyaktig. Dette er en grunnleggende begrensning som ikke er avhengig av maskinvaren vår. Slik fungerer naturen.
Hvordan ser det ut i et ekte eksperiment? Se for deg at du fotograferer en elementær partikkel. Hvis du velger den raskeste lukkerhastigheten, vil du ta et vakkert, skarpt bilde hvor posisjonen til partikkelen kan måles med stor presisjon. Men det er umulig å forstå hvor den beveger seg og med hvilken hastighet - det er bare et poeng. Fortsetter planen B - vi gjør lukkerhastigheten lengre, vi får et uskarpt bilde, som viser at partikkelen under fotograferingen har passert en viss bane fra et punkt til et annet. Fra et slikt foto kan vi enkelt bestemme hastigheten på partikkelen, og kjenne til dens masse, deretter fart. Men på grunn av det uskarpe bildet, kan ikke koordinaten bestemmes nøyaktig. Jo lengre lukkerhastighet er, jo lengre har partikkelen gjort, og desto mer nøyaktig vil vi måle fart. Men nøyaktigheten til måling av koordinater vil falle.
Usikkerhetsprinsippet er ikke begrenset til momentum-koordinatlenken. Nøyaktig det samme bildet vil bli observert, for eksempel i "tids-energi" -paret. Og selv om populariseringene av vitenskapen snakker om det sjeldnere, bruker fysikere denne bunten mye oftere, men mange vitenskapelige metoder er basert på den.
Det mest slående eksemplet: uten slik usikkerhet kunne vi aldri måle levetiden til mange elementære partikler! Noen partikler lever bare 10 til minus 23 grader av et sekund. Det er vanskelig å forestille seg hvor kort dette tidsintervallet er. I løpet av denne tiden klarer lys for eksempel å reise en avstand mindre enn størrelsen på en atomkjerne, eller en promille av størrelsen på et atom. Vi ville aldri ha bygget en klokke som kan måle så korte tidsperioder. Og likevel var fysikere i stand til å måle levetiden til slike partikler. Usikkerhetsprinsippet hjelper oss. Ved hjelp av en akselerator måles masse, målt mange tusenvis av ganger. I fysikk er masse og energi ekvivalenter (den berømte E = mc2), noe som betyr at vi også kjenner energi. Tidsintervallet er levetiden til partikkelen: jo kortere den er, jo mer vil massen variere i hver påfølgende dimensjon. Du hørte riktigmassen av partikkelen er forskjellig hver gang. Det gjenstår for oss å dele Plancks konstant med den målte massespredningen - og det er det, vi har bestemt med god nøyaktighet levetiden til en kortvarig partikkel.
Salgsfremmende video:
Men den praktiske anvendelsen av usikkerhetsprinsippet er ikke begrenset til dette. Det er også mulig å løse inverse problemer: å bestemme energiendringene med tidsintervaller. Det er takket være denne effekten at "virtuelle partikler" kan eksistere. Deres nærvær fører til det faktum at vakuumet i noen del av universet har masse. Og det er også på grunn av dem at sorte hull fordamper.
Én MEPhI-professor spøkte i hjertene sine på foredraget at det i veldig kort tid dukker opp en buss med materie og en buss med antimaterie i publikum, de ødelegger, og vi legger ikke engang merke til det. Dette er en vits, men dette motsier ikke vitenskapen vi kjenner.
Yegor Zadeba fortalte hvordan lovene til mikrokosmos påvirker makrokosmos vi er vant til.
La oss snakke om Planck-konstanten. I populærlitteraturen sier de at dette er grensen mellom vår klart definerte, "riktige" verden og mikrokosmos, som minner om en fantastisk drøm. Hva slags konstant er dette?
- Plancks konstant er en fysisk konstant som for eksempel angår bølgelengden til et foton og dens energi. Enkelt sagt, jo lenger fotonens bølgelengde, desto mindre energi er det, og konstanten vår er bare en proporsjonalitetskoeffisient. Energien til en radiobølge er mindre enn synlig lys, og dens fotoner er mindre energiske enn røntgenstråler. I moderne fysikk vises Planck-konstanten på nivå med mange andre grunnleggende konstanter, for eksempel finstrukturskonstanten. Jeg ville ikke definere grensen mellom makro- og mikrokosmos i henhold til Plancks konstant. I vår "store verden" ser vi som regel ikke kvanteeffekter på grunn av decoherence.
Hva er det?
- Se for deg at du er en byggherre, og at du har tunge murstein (byggekvanta). Å samle noe mindre enn størrelsen på en murstein vil ikke fungere, de stikker ikke. Å montere en gjenstand halvannen murstein i størrelse vil også mislykkes. Men et hus fra dem kan settes sammen i nesten hvilken som helst form, et sted å leke med et gap, et sted med mengden av løsning. Det vil si at uddelbarheten (kvantiseringen) av bygningsmaterialet blir merkbar med en reduksjon i størrelsen på det du bygger. Hvor i dette eksemplet er linjen mellom mikro- og makrokosmos, bestem selv.
Kan lovene om mikrokosmos fortsatt trenge gjennom vår verden?
- En av hovedlovene i mikroverden er den allerede nevnte kvantiseringen. For eksempel kan en satellitt dreie seg rundt planeten vår i en rekke baner, den kan gå ned en meter lavere, høyere, den er ikke så begrenset. Men et elektron i et atom må ha en strengt fast bane, der den vil ha en fast energi. For å begeistre et atom og overføre et elektron til et høyere energinivå, trenger det å overføre energi strengt lik forskjellen mellom orbitalene. Atomet vil ikke akseptere noen annen energi. Av denne grunn er glasset forresten gjennomsiktig - lys kan ikke tas opp av atomene, energien til fotoner av synlig lys tilsvarer ikke noen elektronisk overgang i glass.
Vanligvis er kvanteeffekter tydelig synlige i makrokosmos ved ultralow temperaturer. I et varmt stoff beveger atomer seg, elektronene er i spente tilstander, og energinivået er merkbart uskarpe. Men ved temperaturer rundt null Kelvin (-273,15 grader celsius) er atomene i ro, det er ingen eksitasjon, og de oppfører seg alle på samme måte. Et stoff under slike forhold kan gi eller motta en strengt fast brøkdel av energi. For eksempel mister eller får ikke en kald væske energi fra friksjon, fordi den ikke er nok til å begeistre "frosne" atomer. Fenomenet superfluiditet vises, noe som er veldig viktig i moderne teknologi. Sammen med superledelse er dette klare eksempler på manifestasjonen av kvanteeffekter i vår verden. På en måte har teknologi allerede tåket grensen mellom verdener, og en person bruker virkningene av den "rare verdenen" i hverdagen.
Kan vesener fra en annen dimensjon komme til oss?
- Ikke ta andre dimensjoner bokstavelig talt. De eksperimentelle dataene indikerer ikke eksistensen av nye målinger. I de fleste teorier fremsto de som et praktisk matematisk triks for å løse komplekse problemer elegant. Mange av dem kan løses under forutsetning av at målingene er uendelige. Men selv teoretiske fysikere mister ikke kontakten med virkeligheten. Og alle bekreftede teorier projiserer til slutt mange "ekstra" dimensjoner på de som vi forstår: lengde, bredde, høyde og tid.
Hvordan forestille seg tilleggsdimensjoner? Se for deg at du kan se en slange på avstand. Det virker for deg endimensjonalt - det har bare lengde. Og bare når du kommer på nært hold, merker du at den ikke bare er omfangsrik, men har farge, lukt og mange andre egenskaper (dimensjoner). Derfor bør man ikke sammenligne menneskeheten med en "orm på et flatt bord" som ikke er i stand til å skille nye dimensjoner. Vi ser nok, og innføring av nye rom er fortsatt bare en praktisk metode for å løse problemer.
EVGENY ARSYUKHIN
