Teleportering, eller evnen til å flytte mennesker og gjenstander øyeblikkelig fra et sted til et annet, kan lett endre retningen på utviklingen av sivilisasjonen og hele verden generelt. For eksempel vil teleportering en gang for alle endre prinsippene for krigføring, gjøre alle transportmidler unødvendige og det beste: ferier ville ikke lenger være et problem. Hvem vil ikke ha sin egen personlige teleport hjemme?
Sannsynligvis er det av denne grunn at denne evnen er den mest ønskelige blant menneskeheten. Før eller siden vil det selvfølgelig være fysikk som må gjøre denne drømmen til virkelighet. La oss se hva menneskeheten allerede har i vår tid?
Jeg vil gjerne starte med et sitat fra en kjent forsker:
Det er fantastisk at vi blir møtt med et paradoks. Nå kan vi håpe å komme videre.
Niels Bohr
Teleportering i følge Newton
I rammen av Newtons teori er teleportering ganske enkelt umulig. Newtons lover er basert på ideen om at materie består av bittesmå harde biljardkuler. Gjenstander beveger seg ikke med mindre de blir dyttet; gjenstander forsvinner ikke eller dukker opp igjen andre steder. Men i kvanteteori er partikler i stand til å gjøre bare slike triks.
Newtonsk mekanikk varte i 250 år og ble styrtet i 1925 da Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger og deres kolleger utviklet kvanteteori. Generelt sett, hvis teleportering noen gang vil bli realisert, vil det være takket være Quantum-teorien. La oss derfor se nærmere på det.
Salgsfremmende video:
Kvanteteori
En av de viktigste likningene i teleportering er Schrödinger-bølgeforlikningen (se foto). Kanskje det er et sted å snakke om hvordan det så ut. Erwin holdt en gang et foredrag om et interessant fenomen der det ble sagt at elektroner oppfører seg på samme måte som bølger. Peter Debye, en av fysikerkollegene som var til stede i salen, stilte spørsmålet: "Hvis et elektron kan beskrives som en bølge, hvordan ser så bølgeforlikningen ut?"
På den tiden, takket være Newton, alle visste allerede differensialkalkulus, beskrev fysikere hvilken som helst bølge på differensialspråket. ligninger. Derfor tok Schrödinger dette spørsmålet som en utfordring og bestemte seg for å utvikle en lignende ligning for elektronet. Og han gjorde det, da Maxwell en gang avledet ligningene sine for Faraday-feltene, Schrödinger avledet ligningen for de Broglie-bølgen (den såkalte elektronbølgen).
Et lite avvik fra temaet: Historikere av vitenskap har brukt mye krefter på å prøve å finne ut hvor Schrödinger var og hva han gjorde da han oppdaget sin berømte ligning. Det viste seg at han var tilhenger av fri kjærlighet og ofte dro på ferie med sine elskerinner. Han førte til og med en detaljert dagbok, der han gikk inn i alle sine elskerinner og markerte hvert møte med en sammensatt kode. Det antas at helgen da ligningen ble oppdaget, tilbrakte Schrödinger i Alpene, på Villa Herwig, med en av kjærestene hans. Så kvinner kan noen ganger være med på å stimulere mental aktivitet;)
Men det er ikke så enkelt. Hvis elektronet beskrives som en bølge, hva vibrerer i det? Svaret antas for tiden å være følgende Max Born-avhandling: Disse bølgene er ikke annet enn bølger av sannsynlighet. Det vil si at et elektron er en partikkel, men sannsynligheten for å oppdage denne partikkelen er satt av de Broglie-bølgen. Det viser seg at plutselig i sentrum av fysikken - en vitenskap som pleide å gi oss nøyaktige forutsigelser og detaljerte bane for alle gjenstander, fra planeter og kometer til kanonkuler - var begrepene sjanse og sannsynlighet! Derfor dukket Heisenberg-usikkerhetsprinsippet opp: det er umulig å vite den eksakte hastigheten, den nøyaktige plasseringen til elektronet og dens energi i samme øyeblikk. På kvantnivå kan elektronene gjøre helt utenkelige ting: forsvinne, og dukke opp igjen, være på to steder samtidig. La oss nå gå direkte til teleportering.
Teleportering og kvante teori
Når folk blir spurt: "Hvordan kan du forestille deg prosessen med teleportering?", Sier de fleste at de må inn i en spesiell hytte, som ligner på en heis, som tar dem til et annet sted. Men noen forestiller seg det annerledes: de samler inn informasjon fra oss om atomenes, elektronenes posisjon, etc. i kroppen vår blir all denne informasjonen overført til et annet sted, der de bruker denne informasjonen og samler deg inn igjen, men på et annet sted. Dette alternativet er kanskje umulig på grunn av Heisenberg-usikkerhetsprinsippet: vi vil ikke være i stand til å finne ut den nøyaktige plasseringen av elektroner i et atom. Imidlertid kan dette prinsippet overvinnes på grunn av en interessant egenskap til to elektroner: hvis to elektroner opprinnelig vibrerer sammen (denne tilstanden kalles koherent), er de i stand til å opprettholde bølgesynkronisering selv i stor avstand fra hverandre. Selv om disse elektronene er lysår unna. Hvis det skjer noe med det første elektronet, vil informasjonen om dette umiddelbart bli overført til det andre elektronet. Dette fenomenet kalles kvanteforvikling. Ved å utnytte dette fenomenet har fysikere de siste årene vært i stand til å teleportere hele atomer av cesium, og snart kan de kanskje teleportere DNA-molekyler og virus. For øvrig var det mulig å bevise den grunnleggende muligheten for teleportering matematisk i 1993. forskere fra IBM under ledelse av Charles Bennett. Så de ikke bare vet hvordan man lager prosessorer, hvis noen ikke visste:)Ved å utnytte dette fenomenet har fysikere i løpet av de siste årene vært i stand til å teleportere hele atomer av cesium, og snart kan de kanskje teleportere DNA-molekyler og virus. For øvrig var det mulig å bevise den grunnleggende muligheten for teleportering matematisk i 1993. forskere fra IBM under ledelse av Charles Bennett. Så de ikke bare vet hvordan man lager prosessorer, hvis noen ikke visste:)Ved å utnytte dette fenomenet har fysikere i løpet av de siste årene vært i stand til å teleportere hele atomer av cesium, og snart kan de kanskje teleportere DNA-molekyler og virus. For øvrig var det mulig å bevise den grunnleggende muligheten for teleportering matematisk i 1993. forskere fra IBM under ledelse av Charles Bennett. Så de ikke bare vet hvordan man lager prosessorer, hvis noen ikke visste:)
I 2004 kunne fysikere ved Universitetet i Wien teleportere lette partikler i en avstand på 600 meter under Donauelven via fiberoptisk kabel, og dermed sette en ny avstandsrekord. I 2006 ble et makroskopisk objekt brukt for første gang i slike eksperimenter. Fysikere fra Niels Bohr-instituttet og Max Planck-instituttet klarte å vikle inn en lysstråle og en gass bestående av cesiumatomer. Mange billioner atomer deltok i dette arrangementet!
Dessverre er det veldig vanskelig å bruke denne metoden for å teleportere faste og relativt store gjenstander, så teleportering uten sammenfiltring vil sannsynligvis utvikle seg raskere. La oss analysere det nedenfor.
Teleportering uten sammenfiltring
Forskning på dette området får raskt fart. I 2007 ble en viktig oppdagelse gjort. Fysikere har foreslått en metode for teleportering som ikke krever sammenfiltring. Tross alt er dette det mest komplekse elementet i kvanteteleportering, og hvis du ikke klarer å bruke den, vil du kunne unngå mange relaterte problemer. Så her er essensen av denne metoden: Forskere tar en stråle av rubidiumatomer, oversetter all informasjonen til en lysstråle, sender den strålen nedover en fiberoptisk kabel og gjenskaper den opprinnelige atomstrålen andre steder. Ansvarlig for denne studien, Dr. Aston Bradley, kalte denne metoden klassisk teleportering.
Men hvorfor er denne metoden mulig? Det er mulig på grunn av den nylig oppdagede sakstilstanden "Bose-Einstein kondensat", eller KBE (På bildet til venstre er det uløst i en ellipsoidfelle). Det er et av de kaldeste stoffene i hele universet. I naturen kan den laveste temperaturen finnes i rommet: 3 Kelvin, d.v.s. tre grader over absolutt null. Dette skyldes den gjenværende varmen fra Big Bang, som fremdeles fyller universet. Men CBE eksisterer fra en milliondel til en milliarddel grad over absolutt null. Denne temperaturen kan bare oppnås på et laboratorium.
Når stoffet er avkjølt til tilstanden CBE, faller alle atomene til det laveste energinivået og begynner å vibrere unisont (blir sammenhengende). Bølgefunksjonene til alle disse atomene overlapper hverandre, så på en måte ligner CBE på et gigantisk "superatom". Forekomsten av dette stoffet ble spådd av Einstein og Schatiendranath Bose i 1925, men dette kondensatet ble oppdaget først i 1995 på laboratoriene til Massachusetts Institute of Technology og University of Colorado.
La oss nå vurdere selve prinsippet om teleportering med deltagelse av KBE. Først blir et superkalt stoff samlet inn fra rubidiumatomer i CBE-tilstand. Deretter sendes vanlige rubidiumatomer til denne BEC, der elektronene også begynner å falle til det laveste energinivået, mens de avgir lyskvanta, som igjen overføres gjennom den optiske fiberkabelen. Dessuten inneholder denne strålen all nødvendig informasjon for å beskrive den innledende materiellstrålen. Etter å ha gått gjennom kabelen, kommer lysstrålen inn i en annen BEC, som gjør den til den første strømmen av materie.
Forskere synes denne metoden er ekstremt lovende, men det er egne problemer. For eksempel er CBE veldig vanskelig å få tak i selv på et laboratorium.
Produksjon
Kan vi si med alt det som er oppnådd så langt når vi selv vil motta denne fantastiske evnen? I de kommende årene håper fysikere å teleportere komplekse molekyler. Etter det vil det sannsynligvis ta flere tiår å utvikle en måte å teleportere DNA, eller kanskje et slags virus. De tekniske utfordringene som må overvinnes på vei til en slik prestasjon er imidlertid fantastiske. Det er sannsynlig at mange århundrer vil gå før vi kan teleportere vanlige objekter, hvis det er mulig.
Materiale brukt: Michio Kaku "Physics of the Impossible"
