Քվանտային ֆիզիկա սկսնակների համար. Ի՞նչ է ֆիզիկան: Ի՞նչ է քվանտային ֆիզիկան: Չափիչ գործիքներ

Գիտությունը

Քվանտային ֆիզիկան աշխատում է՝ ուսումնասիրելով մեր տիեզերքի ամենափոքր իրերի՝ ենթաատոմային մասնիկների վարքը: Սա համեմատաբար նոր գիտություն է, միայն 20-րդ դարի սկզբին այն դարձավ այդպիսին այն բանից հետո, երբ ֆիզիկոսներին հետաքրքրեց այն հարցը, թե ինչու նրանք չեն կարող բացատրել ճառագայթման որոշ ազդեցությունները: Ժամանակի նորարարներից մեկը՝ Մաքս Պլանքը, օգտագործել է «քվանտա» տերմինը՝ էներգիայով մանր մասնիկները ուսումնասիրելու համար, որտեղից էլ կոչվում է «քվանտային ֆիզիկա»։ Պլանկը նշել է, որ էլեկտրոններում պարունակվող էներգիայի քանակությունը կամայական չէ, այլ համապատասխանում է «քվանտային» էներգիայի չափանիշներին։ Այս գիտելիքի գործնական կիրառման առաջին արդյունքներից մեկը տրանզիստորի գյուտն էր։

Ի տարբերություն ստանդարտ ֆիզիկայի ոչ ճկուն օրենքների, քվանտային ֆիզիկայի կանոնները կարող են խախտվել։ Երբ գիտնականները կարծում են, որ գործ ունեն նյութի և էներգիայի ուսումնասիրության մի ասպեկտի հետ, ի հայտ է գալիս իրադարձությունների նոր շրջադարձ, որը հիշեցնում է նրանց, թե որքան անկանխատեսելի կարող է լինել աշխատանքը այս ոլորտում: Սակայն նրանք, եթե նույնիսկ լիովին չեն հասկանում, թե ինչ է կատարվում, կարող են օգտագործել իրենց աշխատանքի արդյունքները զարգանալու համար նոր տեխնոլոգիաներ, որոնք երբեմն կարելի է անվանել ոչ պակաս, քան ֆանտաստիկ:

Ապագայում քվանտային մեխանիկան կարող է օգնել պաշտպանել ռազմական գաղտնիքները և պաշտպանել ձեր բանկային հաշիվը կիբեր գողերից: Գիտնականները ներկայումս աշխատում են քվանտային համակարգիչների վրա, որոնց հնարավորությունները շատ ավելին են, քան սովորական ԱՀ-ն: Բաժանվում են ենթաատոմային մասնիկների իրերը կարելի է հեշտությամբ տեղափոխել մի վայրից մյուսը աչքը թարթելու դեպքում:Եվ գուցե քվանտային ֆիզիկան կարող է պատասխանել ամենահետաքրքիր հարցին, թե ինչից է կազմված տիեզերքը և ինչպես է սկսվել կյանքը:

Ստորև ներկայացված են փաստեր այն մասին, թե ինչպես կարող է քվանտային ֆիզիկան փոխել աշխարհը: Ինչպես ասաց Նիլս Բորը, «Ով ցնցված չէ քվանտային մեխանիկայից, պարզապես չի հասկանում, թե ինչպես է այն աշխատում»:

տուրբուլենտության կառավարում

Շուտով, գուցե քվանտային ֆիզիկայի շնորհիվ, հնարավոր կլինի վերացնել այն տուրբուլենտ գոտիները, որոնց պատճառով դուք հյութ եք թափում ինքնաթիռի վրա։ Լաբորատորիայում ստեղծելով քվանտային տուրբուլենտություն գերսառը գազի ատոմներում՝ բրազիլացի գիտնականները կարող են հասկանալ, թե ինչ տուրբուլենտ գոտիներ են բախվում ինքնաթիռներն ու նավակները: Դարեր շարունակ խառնաշփոթությունը գիտնականներին տարակուսել է լաբորատոր պայմաններում այն ​​կրկնելու դժվարության պատճառով:

Պղտորումը առաջանում է գազի կամ հեղուկի բշտիկներից, բայց բնության մեջ այն ձևավորվում է պատահական և անսպասելի: Թեև ջրում և օդում կարող են ձևավորվել տուրբուլենտ գոտիներ, գիտնականները պարզել են, որ դրանք կարող են ձևավորվել նաև գերսառը գազի ատոմների կամ գերհեղուկ հելիումի առկայության դեպքում: Այս երևույթը վերահսկվող լաբորատոր պայմաններում ուսումնասիրելով՝ գիտնականները մի օր կկարողանան ճշգրիտ կանխատեսել, թե որտեղ են հայտնվելու տուրբուլենտ գոտիները և, հնարավոր է, կառավարել դրանք բնության մեջ:

Spintronics

MIT-ում մշակված նոր մագնիսական կիսահաղորդիչը կարող է ապագայում էլ ավելի արագ էներգաարդյունավետ էլեկտրոնային սարք ստեղծել: Այս տեխնոլոգիան, որը կոչվում է սպինտրոնիկա, օգտագործում է էլեկտրոնների սպինի վիճակը տեղեկատվության փոխանցման և պահպանման համար: Մինչ սովորական էլեկտրոնային սխեմաները օգտագործում են միայն էլեկտրոնի լիցքի վիճակը, սպինտրոնիկան օգտվում է էլեկտրոնի պտույտի ուղղությունից:

Սպինտրոնիկ սխեմաների միջոցով տեղեկատվության մշակումը թույլ կտա տվյալների կուտակել միանգամից երկու ուղղություններից, ինչը նաև կնվազեցնի էլեկտրոնային սխեմաների չափերը: Այս նոր նյութը էլեկտրոն է տեղադրում կիսահաղորդչի մեջ՝ հիմնվելով նրա պտույտի կողմնորոշման վրա: Էլեկտրոններն անցնում են կիսահաղորդիչով և պատրաստ են դառնում ելքային կողմում պտտվող դետեկտորներ: Գիտնականներն ասում են, որ նոր կիսահաղորդիչները կարող են աշխատել սենյակային ջերմաստիճանում և օպտիկապես թափանցիկ են, ինչը նշանակում է, որ դրանք կարող են աշխատել սենսորային էկրանների և արևային մարտկոցների հետ: Նրանք նաև կարծում են, որ դա կօգնի գյուտարարներին ավելի շատ հնարավորություններով հարուստ սարքեր ստեղծել:

Զուգահեռ աշխարհներ

Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչպիսին կլիներ մեր կյանքը, եթե ժամանակի մեջ ճանապարհորդելու հնարավորություն ունենայինք: Կսպանեի՞ք Հիտլերին։ Թե՞ կմիանայիք հռոմեական լեգեոններին՝ տեսնելու հին աշխարհը: Այնուամենայնիվ, մինչ մենք բոլորս երևակայում ենք այն մասին, թե ինչ կանեինք, եթե հնարավորություն ունենայինք վերադառնալու ժամանակը, Կալիֆորնիայի Սանտա Բարբարայի համալսարանի գիտնականներն արդեն ճանապարհ են բացում անցյալի ոխը վերականգնելու համար:

2010 թվականին կատարված փորձի ժամանակ գիտնականները կարողացան ապացուցել, որ օբյեկտը կարող է միաժամանակ գոյություն ունենալ երկու տարբեր աշխարհներում: Նրանք մեկուսացրեցին մետաղի մի փոքրիկ կտոր և հատուկ պայմաններում պարզեցին, որ այն միաժամանակ շարժվում և կանգնում է: Այնուամենայնիվ, ինչ-որ մեկը կարող է այս դիտարկումը համարել որպես գերաշխատանքից առաջացած զառանցանք, սակայն ֆիզիկոսներն ասում են, որ օբյեկտի դիտարկումներն իսկապես ցույց են տալիս, որ այն Տիեզերքում բաժանվում է երկու մասի. մենք տեսնում ենք դրանցից մեկը, իսկ մյուսը՝ ոչ: Զուգահեռ աշխարհների տեսությունները միաձայն ասում են, որ բացարձակապես ցանկացած առարկա քայքայվում է:

Այժմ գիտնականները փորձում են պարզել, թե ինչպես կարելի է «ցատկել» քայքայման պահը և մտնել այն աշխարհը, որը մենք չենք տեսնում։ Սա ճանապարհորդություն է դեպի զուգահեռ տիեզերքներժամանակի ընթացքում տեսականորեն պետք է աշխատի, քանի որ քվանտային մասնիկները ժամանակի ընթացքում շարժվում են և՛ առաջ, և՛ հետ: Այժմ գիտնականներին մնում է միայն ժամանակի մեքենա կառուցել՝ օգտագործելով քվանտային մասնիկներ:

Քվանտային կետեր

Շուտով քվանտային ֆիզիկոսները կկարողանան օգնել բժիշկներին հայտնաբերել քաղցկեղի բջիջները մարմնում և հստակեցնել, թե որտեղ են դրանք տարածվել: Գիտնականները պարզել են, որ որոշ փոքր կիսահաղորդչային բյուրեղներ, որոնք կոչվում են քվանտային կետեր, կարող են փայլել, երբ ենթարկվում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, և դրանք նաև լուսանկարվել են հատուկ մանրադիտակի միջոցով: Այնուհետեւ դրանք համադրվել են քաղցկեղային բջիջների համար «գրավիչ» հատուկ նյութի հետ։ Մտնելով մարմին՝ լուսավոր քվանտային կետերը ձգվում էին դեպի քաղցկեղի բջիջները՝ դրանով իսկ բժիշկներին ցույց տալով, թե որտեղ պետք է նայել: Փայլը շարունակվում է բավականին երկար ժամանակ, և գիտնականների համար քաղցկեղի որոշակի տեսակի բնութագրերի համար կետերի ճշգրտման գործընթացը համեմատաբար պարզ է:

Թեև բարձր տեխնոլոգիական գիտությունը, անշուշտ, պատասխանատու է բազմաթիվ բժշկության առաջընթացների համար, մարդիկ դարեր շարունակ կախված են եղել հիվանդությունների դեմ պայքարի այլ միջոցներից:

Աղոթք

Դժվար է պատկերացնել, թե ինչ ընդհանրություններ կարող են ունենալ բնիկ ամերիկացիները, բուժիչ շամանը և քվանտային ֆիզիկայի ռահվիրաները: Այնուամենայնիվ, նրանց միջև դեռ ընդհանուր բան կա. Նիլս Բորը՝ գիտության այս տարօրինակ բնագավառի ամենավաղ հետազոտողներից մեկը, կարծում էր, որ այն, ինչ մենք իրականություն ենք անվանում, կախված է «դիտորդի էֆեկտից», այսինքն՝ տեղի ունեցածի և այն բանի միջև փոխհարաբերությունից: Այս թեման լուրջ բանավեճի տեղիք տվեց քվանտային ֆիզիկայի մասնագետների շրջանում, սակայն ավելի քան կես դար առաջ Բորի կողմից իրականացված փորձը հաստատեց նրա ենթադրությունը։

Այս ամենը նշանակում է, որ մեր գիտակցությունն ազդում է իրականության վրա և կարող է փոխել այն։ Աղոթքի կրկնվող խոսքերը և շաման-բուժիչի արարողության ծեսերը կարող են իրականություն ստեղծող «ալիքի» ուղղությունը փոխելու փորձեր լինել։ Արարողությունների մեծ մասը կատարվում է նաև բազմաթիվ դիտորդների ներկայությամբ, ինչը ցույց է տալիս, որ որքան շատ են դիտորդներից բխում «բուժման ալիքները», այնքան ավելի հզոր են դրանք ազդում իրականության վրա:

Օբյեկտների փոխհարաբերությունները

Օբյեկտների փոխկապակցումը հետագայում կարող է հսկայական ազդեցություն ունենալ արեգակնային էներգիայի վրա: Օբյեկտների փոխկապակցումը ենթադրում է իրական ֆիզիկական տարածության մեջ առանձնացված ատոմների քվանտային փոխկախվածություն։ Ֆիզիկոսները կարծում են, որ փոխկապակցումները կարող են ձևավորվել բույսերի այն մասերում, որոնք պատասխանատու են ֆոտոսինթեզի կամ լույսը էներգիայի վերածելու համար։ Ֆոտոսինթեզի համար պատասխանատու կառույցները՝ քրոմոֆորները, կարող են ստացված լույսի 95 տոկոսը վերածել էներգիայի։

Գիտնականներն այժմ ուսումնասիրում են, թե ինչպես կարող է քվանտային մակարդակի այս հարաբերությունն ազդել արարման վրա արեւային էներգիաարդյունավետ բնական արևային մարտկոցներ ստեղծելու հույսով: Փորձագետները նաև պարզել են, որ ջրիմուռները կարող են օգտագործել որոշակի դիրքեր քվանտային մեխանիկալույսից ստացված էներգիան տեղափոխելու, ինչպես նաև այն միաժամանակ երկու տեղում պահելու համար։

Քվանտային հաշվարկ

Քվանտային ֆիզիկայի մեկ այլ ոչ պակաս կարևոր ասպեկտ կարող է կիրառվել համակարգչային դաշտում, որտեղ գերհաղորդիչ տարրի հատուկ տեսակը համակարգչին տալիս է աննախադեպ արագություն և հզորություն: Հետազոտողները բացատրում են, որ տարրն իրեն արհեստական ​​ատոմների նման է պահում, քանի որ նրանք կարող են էներգիա ստանալ կամ կորցնել միայն էներգիայի դիսկրետ մակարդակների միջև շարժվելով: Ամենաբարդ ատոմն ունի էներգիայի հինգ մակարդակ: Այս բարդ համակարգը («kudit») ունի զգալի առավելություններ նախորդ ատոմների աշխատանքի նկատմամբ, որոնք ունեին էներգիայի ընդամենը երկու մակարդակ («qubit»): Կուբիթները և քյուբիթները ստանդարտ համակարգիչներում օգտագործվող բիթերի մի մասն են: Քվանտային համակարգիչներն իրենց աշխատանքում կօգտագործեն քվանտային մեխանիկայի սկզբունքները, ինչը թույլ կտա նրանց հաշվարկներ կատարել շատ ավելի արագ և ճշգրիտ, քան ավանդական համակարգիչները։

Այնուամենայնիվ, կա մի խնդիր, որը կարող է առաջանալ, եթե քվանտային հաշվարկներն իրականություն դառնան՝ ծածկագրությունը կամ տեղեկատվության կոդավորումը:

Քվանտային ծածկագրություն

Ամբողջ տեղեկատվությունը, սկսած ձեր կրեդիտ քարտի համարից մինչև գերգաղտնի ռազմական ռազմավարություններ, գտնվում է ինտերնետում, և բավականաչափ գիտելիքներով և հզոր համակարգիչ ունեցող հմուտ հաքերը կարող է ավերել ձեր բանկային հաշիվը կամ վտանգել աշխարհի անվտանգությունը: Հատուկ կոդավորումը գաղտնի է պահում այս տեղեկատվությունը, և համակարգչային մասնագետները մշտապես աշխատում են կոդավորման նոր, ավելի անվտանգ մեթոդներ ստեղծելու ուղղությամբ:

Լույսի մեկ մասնիկի (ֆոտոնի) ներսում տեղեկատվության կոդավորումը վաղուց եղել է քվանտային ծածկագրության նպատակը: Թվում էր, թե Տորոնտոյի համալսարանի գիտնականներն արդեն շատ մոտ էին այս մեթոդի ստեղծմանը, քանի որ նրանց հաջողվեց կոդավորել տեսանյութը։ Կոդավորումը ներառում է զրոների և միավորների տողեր, որոնք «բանալին» են։ Բանալին մեկ անգամ ավելացնելը կոդավորում է տեղեկատվությունը, նորից ավելացնելով այն վերծանում է: Եթե ​​անծանոթին հաջողվի ստանալ բանալին, ապա տեղեկատվությունը կարող է կոտրվել: Բայց եթե նույնիսկ ստեղները օգտագործվեն քվանտային մակարդակում, դրանց օգտագործման փաստը, անշուշտ, ենթադրում է հաքերի առկայությունը։

Հեռահաղորդակցություն

Սա գիտաֆանտաստիկա է, ոչ ավելին: Սակայն դա իրականացվել է, բայց ոչ թե մարդկանց, այլ խոշոր մոլեկուլների մասնակցությամբ։ Բայց խնդիրը դրանում է. Մարդու մարմնի յուրաքանչյուր մոլեկուլ պետք է սկանավորվի երկու կողմից։ Բայց դա քիչ հավանական է, որ շուտով տեղի ունենա: Մի խնդիր էլ կա՝ հենց որ մասնիկը սկան ես անում, ըստ քվանտային ֆիզիկայի օրենքների, դու փոխում ես այն, այսինքն՝ չես կարող ճշգրիտ պատճենել։

Հենց այստեղ է գործի դրվում առարկաների փոխկապակցումը: Այն միացնում է երկու առարկա, կարծես դրանք մեկ են: Մենք սկանավորելու ենք մասնիկի մի կեսը, իսկ մյուս կեսը կպատրաստի հեռափոխադրելի պատճենը: Սա կլինի ճշգրիտ պատճեն, քանի որ մենք չենք չափել մասնիկը, մենք չափել ենք նրա նմանակը: Այսինքն՝ այն մասնիկը, որը մենք չափեցինք, կկործանվի, բայց դրա ճշգրիտ պատճենը վերակենդանանում է իր կրկնակի միջոցով։

Աստծո մասնիկներ

Գիտնականներն օգտագործում են իրենց հսկայական ստեղծածը՝ Մեծ հադրոնային կոլայդերը՝ ուսումնասիրելու չափազանց փոքր, բայց շատ կարևոր մի բան՝ հիմնարար մասնիկները, որոնք, ենթադրաբար, ընկած են մեր տիեզերքի ծնունդի հիմքում:

Աստծո մասնիկներն այն են, ինչ գիտնականներն ասում են, որ զանգվածը տալիս է տարրական մասնիկներին (էլեկտրոններ, քվարկներ և գլյուոններ): Մասնագետները կարծում են, որ Աստծո մասնիկները պետք է թափանցեն ողջ տարածություն, սակայն մինչ այժմ այդ մասնիկների գոյությունն ապացուցված չէ:

Այս մասնիկների հայտնաբերումը կօգնի ֆիզիկոսներին հասկանալ, թե ինչպես է տիեզերքը վերականգնվել Մեծ պայթյունից և վերածվել այն, ինչ մենք այսօր գիտենք դրա մասին: Դա կօգնի նաև բացատրել, թե ինչպես է նյութը հավասարակշռվում հակամատերի հետ: Մի խոսքով, այս մասնիկների մեկուսացումը կօգնի ամեն ինչ բացատրել:

Կարծում եմ, կարելի է ասել, որ ոչ ոք չի հասկանում քվանտային մեխանիկա:

Ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնման

Չափազանցություն չի կարող ասել, որ կիսահաղորդչային սարքերի գյուտը հեղափոխություն էր։ Սա ոչ միայն տպավորիչ տեխնոլոգիական առաջընթաց է, այլ նաև ճանապարհ հարթեց իրադարձությունների համար, որոնք ընդմիշտ կփոխեն ժամանակակից հասարակությունը: Կիսահաղորդչային սարքերը օգտագործվում են բոլոր տեսակի միկրոէլեկտրոնային սարքերում, ներառյալ համակարգիչներ, բժշկական ախտորոշիչ և բուժական որոշ տեսակի սարքավորումներ և հանրաճանաչ հեռահաղորդակցության սարքեր:

Բայց այս տեխնոլոգիական հեղափոխության հետևում կա ավելին, հեղափոխություն ընդհանուր գիտության մեջ. ոլորտը քվանտային տեսություն ... Առանց բնական աշխարհը հասկանալու այս թռիչքի, կիսահաղորդչային սարքերի (և մշակման փուլում գտնվող ավելի առաջադեմ էլեկտրոնային սարքերի) զարգացումը երբեք չէր հաջողվի: Քվանտային ֆիզիկան գիտության աներևակայելի բարդ ճյուղ է: Այս գլուխը տալիս է միայն համառոտ ակնարկ: Երբ Ֆեյնմանի նման գիտնականներն ասում են «ոչ ոք չի հասկանում [սա», կարող եք վստահ լինել, որ սա իսկապես բարդ թեմա է: Առանց քվանտային ֆիզիկայի տարրական ըմբռնման կամ գոնե գիտական ​​հայտնագործությունների, որոնք հանգեցրել են դրանց զարգացմանը, անհնար է հասկանալ, թե ինչպես և ինչու են աշխատում կիսահաղորդչային էլեկտրոնային սարքերը: Էլեկտրոնիկայի դասագրքերից շատերը փորձում են կիսահաղորդիչներին բացատրել «դասական ֆիզիկայի» տերմիններով՝ արդյունքում ավելի շփոթեցնող դարձնելով դրանք:

Մեզանից շատերը տեսել են ատոմային մոդելների դիագրամներ, որոնք նման են ստորև ներկայացված նկարին:

Ռադերֆորդի ատոմ. բացասական էլեկտրոնները պտտվում են փոքր դրական միջուկի շուրջ

Նյութի մանր մասնիկները կոչվում են պրոտոններև նեյտրոններ, կազմում են ատոմի կենտրոնը; էլեկտրոններմոլորակների պես պտտվում են աստղի շուրջ: Միջուկը դրական էլեկտրական լիցք է կրում պրոտոնների առկայության պատճառով (նեյտրոնները էլեկտրական լիցք չունեն), մինչդեռ ատոմի հակակշիռ բացասական լիցքը գտնվում է ուղեծրող էլեկտրոններում։ Բացասական էլեկտրոնները ձգվում են դեպի դրական պրոտոններ, ինչպես մոլորակները ձգվում են դեպի Արևը ձգող ուժով, սակայն ուղեծրերը կայուն են էլեկտրոնների շարժման պատճառով։ Ատոմի այս հայտնի մոդելը մենք պարտական ​​ենք Էռնեստ Ռադերֆորդի աշխատանքին, ով մոտ 1911 թվականին փորձնականորեն որոշեց, որ ատոմների դրական լիցքերը կենտրոնացած են մի փոքրիկ, խիտ միջուկում և հավասարաչափ բաշխված չեն տրամագծով, ինչպես նախկինում առաջարկվել էր հետազոտող Ջեյ Ջեյ Թոմսոն.

Ռադերֆորդի ցրման փորձը ներառում է բարակ ոսկե փայլաթիթեղի ռմբակոծում դրական լիցքավորված ալֆա մասնիկներով, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում: Երիտասարդ ասպիրանտներ Հ. Գայգերը և Է. Մարսդենը ստացան անսպասելի արդյունքներ: Որոշ ալֆա մասնիկների հետագիծը շեղվել է մեծ անկյան տակ: Որոշ ալֆա մասնիկներ ցրվել են հակառակ ուղղությամբ՝ գրեթե 180 ° անկյան տակ։ Մասնիկների մեծ մասն անցել է ոսկե փայլաթիթեղի միջով` չփոխելով ճանապարհի հետագիծը, կարծես փայլաթիթեղ ընդհանրապես չկար։ Այն փաստը, որ մի քանի ալֆա մասնիկներ իրենց հետագծում մեծ շեղումներ են ունեցել, ցույց է տալիս փոքր դրական լիցքով միջուկների առկայությունը:

Ռադերֆորդի ցրում. ալֆա մասնիկների ճառագայթը ցրված է բարակ ոսկե փայլաթիթեղով

Թեև Ռադերֆորդի ատոմի մոդելն ավելի լավ էր հաստատված փորձարարական ապացույցներով, քան Թոմսոնինը, այն դեռ անկատար էր։ Հետագա փորձեր արվեցին որոշելու ատոմի կառուցվածքը, և այդ ջանքերը օգնեցին ճանապարհ հարթել քվանտային ֆիզիկայի տարօրինակ հայտնագործությունների համար։ Ատոմի մեր ըմբռնումն այսօր մի փոքր ավելի բարդ է: Այնուամենայնիվ, չնայած քվանտային ֆիզիկայի հեղափոխությանը և նրա ներդրմանը ատոմային կառուցվածքի մեր ըմբռնման գործում, պատկերը Արեգակնային համակարգՌադերֆորդը, որպես ատոմի կառուցվածք, այնքան է արմատավորվել զանգվածային գիտակցության մեջ, որ այն շարունակում է մնալ կրթության ոլորտներում, նույնիսկ եթե դա անտեղի է:

Դիտարկենք ատոմում էլեկտրոնների այս կարճ նկարագրությունը՝ վերցված էլեկտրոնիկայի հանրաճանաչ դասագրքից.

Պտտվող բացասական էլեկտրոնները ձգվում են դեպի դրական միջուկը, ինչը մեզ տանում է այն հարցին, թե ինչու էլեկտրոնները չեն թռչում ատոմի միջուկ: Պատասխանն այն է, որ պտտվող էլեկտրոնները մնում են իրենց կայուն ուղեծրում՝ երկու հավասար, բայց հակադիր ուժերի պատճառով։ Էլեկտրոնների վրա ազդող կենտրոնախույս ուժն ուղղված է դեպի դուրս, իսկ լիցքերի ձգողական ուժը փորձում է էլեկտրոնները գրավել դեպի միջուկ։

Ռադերֆորդի մոդելի համաձայն՝ հեղինակը էլեկտրոնները համարում է նյութի պինդ կտորներ, որոնք զբաղեցնում են շրջանաձև ուղեծրեր, նրանց ձգումը դեպի ներս դեպի հակառակ լիցքավորված միջուկը հավասարակշռված է նրանց շարժումով։ «Կենտրոնախույս ուժ» տերմինի օգտագործումը տեխնիկապես սխալ է (նույնիսկ ուղեծրով պտտվող մոլորակների համար), բայց մոդելի հանրաճանաչ ընդունման պատճառով հեշտ է ներել. իրականում ուժ կոչվող բան գոյություն չունի։ վանողցանկացածպտտվող մարմին իր ուղեծրի կենտրոնից։ Թվում է, թե դա այդպես է, քանի որ մարմնի իներցիան հակված է պահպանել իր շարժումը ուղիղ գծով, և քանի որ ուղեծիրը մշտական ​​շեղում (արագացում) է ուղղագիծ շարժումից, կա մշտական ​​իներցիոն ռեակցիա մարմինը ձգող ցանկացած ուժի նկատմամբ։ դեպի ուղեծրի կենտրոն (կենտրոնաձև), այնուհետև ձգողականությունը, էլեկտրաստատիկ ձգումը կամ նույնիսկ մեխանիկական կապի լարվածությունը:

Այնուամենայնիվ, այս բացատրության իրական խնդիրը, առաջին հերթին, էլեկտրոնների շրջանաձև ուղեծրերով շարժվելու գաղափարն է: Ապացուցված փաստը, որ արագացված էլեկտրական լիցքերը արձակում են էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, այս փաստը հայտնի էր նույնիսկ Ռադերֆորդի ժամանակներում։ Քանի որ պտտվող շարժումը արագացման ձև է (պտտվող առարկան մշտական ​​արագացման մեջ, որը հեռացնում է առարկան սովորական ուղղագիծ շարժումից), պտտվող վիճակում գտնվող էլեկտրոնները պետք է ճառագայթներ արձակեն, ինչպես կեղտը սահող անիվից: Էլեկտրոնները արագացել են շրջանաձև ուղիներով մասնիկների արագացուցիչներում, որոնք կոչվում են սինքրոտրոններհայտնի է, որ դա անում են, և արդյունքը կոչվում է սինքրոտրոնային ճառագայթում... Եթե ​​էլեկտրոններն այս կերպ կորցնեին էներգիան, ի վերջո նրանց ուղեծրերը կխախտվեին, և արդյունքում նրանք կբախվեին դրական լիցքավորված միջուկին։ Այնուամենայնիվ, դա սովորաբար տեղի չի ունենում ատոմների ներսում: Իրոք, էլեկտրոնային «ուղեծրերը» զգալիորեն կայուն են պայմանների լայն շրջանակում:

Բացի այդ, «գրգռված» ատոմների հետ փորձերը ցույց են տվել, որ էլեկտրամագնիսական էներգիան ատոմն արտանետում է միայն որոշակի հաճախականություններով։ Ատոմները «աշխուժանում» են արտաքին ազդեցություններից, ինչպիսին է լույսը, հայտնի է, որ կլանում են էներգիան և վերադառնում էլեկտրամագնիսական ալիքներորոշակի հաճախականություններում, ինչպես լարման պատառաքաղը, որը չի զանգում որոշակի հաճախականությամբ, քանի դեռ չի հարվածել: Երբ գրգռված ատոմից արձակված լույսը պրիզմայով բաժանվում է կոմպոզիտային հաճախությունների (գույների), սպեկտրում հայտնաբերվում են գույների առանձին գծեր, սպեկտրային գծերի օրինաչափությունը եզակի է քիմիական տարրի համար: Այս երևույթը սովորաբար օգտագործվում է նույնականացնելու համար քիմիական տարրեր, և նույնիսկ չափել յուրաքանչյուր տարրի համամասնությունները միացության կամ քիմիական խառնուրդի մեջ։ Համաձայն Ռադերֆորդի ատոմային մոդելի արեգակնային համակարգի (էլեկտրոնների՝ որպես նյութի կտորներ, որոնք ազատորեն պտտվում են որոշակի շառավղով ուղեծրի մեջ) և դասական ֆիզիկայի օրենքների համաձայն, գրգռված ատոմները պետք է էներգիա վերադարձնեն գրեթե անսահման հաճախականության միջակայքում, և ոչ ընտրված հաճախականություններով: Այլ կերպ ասած, եթե Ռադերֆորդի մոդելը ճիշտ լիներ, ապա «թյունինգ պատառաքաղի» էֆեկտը չէր լինի, և ցանկացած ատոմի արձակած գունային սպեկտրը նման կլիներ գույների շարունակական խմբի, այլ ոչ թե մի քանի առանձին գծերի:

Ջրածնի ատոմի Բորի մոդելը (մասշտաբով գծված ուղեծրերով) ենթադրում է, որ էլեկտրոնները գտնվում են միայն դիսկրետ ուղեծրերում։ n = 3,4,5 կամ 6-ից n = 2 անցնող էլեկտրոնները ցուցադրվում են Բալմերի սպեկտրային գծերի շարքի վրա

Նիլս Բոր անունով մի հետազոտող փորձեց կատարելագործել Ռադերֆորդի մոդելը՝ 1912 թվականին մի քանի ամիս Ռադերֆորդի լաբորատորիայում այն ​​ուսումնասիրելուց հետո: Փորձելով հաշտեցնել այլ ֆիզիկոսների (մասնավորապես՝ Մաքս Պլանկի և Ալբերտ Էյնշտեյնի) արդյունքները, Բորն առաջարկեց, որ յուրաքանչյուր էլեկտրոն ունի որոշակի, որոշակի քանակությամբ էներգիա, և որ նրանց ուղեծրերը բաշխված են այնպես, որ դրանցից յուրաքանչյուրը կարող է զբաղեցնել որոշակի քանակությամբ էներգիա։ միջուկի շուրջ տեղերը, ինչպես միջուկի շուրջ շրջանաձև ուղիների վրա ամրացված գնդակներ, և ոչ այնքան ազատ շարժվող արբանյակներ, ինչպես նախկինում ենթադրվում էր (վերևում գտնվող նկարը): Որպես հարգանքի նշան էլեկտրամագնիսականության և արագացող լիցքերի օրենքների նկատմամբ, Բորը «ուղեծրերը» անվանում է. անշարժ վիճակներխուսափելու մեկնաբանությունից, թե դրանք շարժական են։

Թեև ատոմի կառուցվածքը վերաիմաստավորելու Բորի հավակնոտ փորձը, որն ավելի համահունչ էր փորձարարական տվյալներին, կարևոր հանգրվան էր ֆիզիկայում, այն չավարտվեց։ Նրա մաթեմատիկական վերլուծությունը ավելի լավ էր կանխատեսում փորձարարական արդյունքները, քան նախորդ մոդելները, բայց դեռևս անպատասխան հարցեր կային, թե արդյոք. ինչուէլեկտրոնները պետք է իրենց նման տարօրինակ կերպով վարվեն։ Այն պնդումը, որ էլեկտրոնները գոյություն ունեն միջուկի շուրջ գտնվող անշարժ քվանտային վիճակներում, ավելի լավ է փոխկապակցված փորձարարական տվյալների հետ, քան Ռադերֆորդի մոդելը, բայց չի ասվում, թե ինչն է ստիպել էլեկտրոններին ընդունել այս հատուկ վիճակները: Այս հարցի պատասխանը պետք է տային մեկ այլ ֆիզիկոս՝ Լուի դը Բրոյլին, մոտ տասը տարի անց:

Դե Բրոգլին առաջարկեց, որ էլեկտրոնները, ինչպես և ֆոտոնները (լույսի մասնիկներ), ունեն և՛ մասնիկների, և՛ ալիքների հատկություններ: Ելնելով այս ենթադրությունից՝ նա առաջարկեց, որ պտտվող էլեկտրոնների վերլուծությունը ալիքների տեսանկյունից ավելի լավ է, քան մասնիկների տեսանկյունից, և կարող է ավելի շատ պատկերացում կազմել դրանց քվանտային բնույթի մասին: Իսկապես, փոխըմբռնման ևս մեկ բեկում է կատարվել.

Երկու ֆիքսված կետերի միջև ռեզոնանսային հաճախականությամբ թրթռացող լարը կազմում է կանգուն ալիք

Ատոմը, ըստ դը Բրոլիի, բաղկացած է կանգնած ալիքներից, մի երեւույթ, որը լավ հայտնի է ֆիզիկոսներին տարբեր ձեւերով։ Երաժշտական ​​գործիքի պոկված լարերի նման (վերևում գտնվող նկարը), որը թրթռում է ռեզոնանսային հաճախականությամբ, իր երկարությամբ կայուն տեղերում «հանգույցներով» և «հակահանգույցներով»: Դե Բրոյլին պատկերել է ատոմների շուրջ էլեկտրոնները, երբ ալիքները թեքվում են շրջանագծի մեջ (ստորև նկարը):

«պտտվող» էլեկտրոնները, ինչպես միջուկի շուրջ կանգնած ալիքը, ա) երկու ցիկլ ուղեծրում, բ) երեք ցիկլ ուղեծրում.

Էլեկտրոնները կարող են գոյություն ունենալ միայն միջուկի շուրջ որոշակի, հատուկ «ուղիներով», քանի որ դրանք միակ հեռավորություններն են, որոնցում ալիքի ծայրերը համընկնում են։ Ցանկացած այլ շառավղով ալիքը կործանարար կերպով կբախվի ինքն իրեն և, հետևաբար, կդադարի գոյություն ունենալ:

Դե Բրոյլի հիպոթեզը տրամադրեց և՛ մաթեմատիկական աջակցություն, և՛ հարմար ֆիզիկական անալոգիա՝ ատոմի ներսում էլեկտրոնների քվանտային վիճակները բացատրելու համար, սակայն ատոմի նրա մոդելը դեռևս ամբողջական չէր: Մի քանի տարի շարունակ ֆիզիկոսներ Վերներ Հայզենբերգը և Էրվին Շրյոդինգերը, աշխատելով միմյանցից անկախ, աշխատել են դը Բրոյլի ալիք-մասնիկ երկակիության հայեցակարգի վրա՝ ենթաատոմային մասնիկների ավելի խիստ մաթեմատիկական մոդելներ ստեղծելու համար:

Այս տեսական առաջընթացը պարզունակ դը Բրոյլի մշտական ​​ալիքի մոդելից մինչև Հայզենբերգի մատրիցա և Շրյոդինգերի դիֆերենցիալ հավասարում ստացավ քվանտային մեխանիկա և ներմուծեց բավականին ցնցող հատկանիշ ենթաատոմային մասնիկների աշխարհ՝ հավանականության նշան կամ անորոշություն: Ըստ նոր քվանտային տեսության՝ հնարավոր չէր մեկ պահին որոշել մասնիկի ճշգրիտ դիրքն ու իմպուլսը։ Այս «անորոշության սկզբունքի» հանրաճանաչ բացատրությունն այն էր, որ եղել է չափման սխալ (այսինքն՝ փորձելով ճշգրիտ չափել էլեկտրոնի դիրքը, դուք միջամտում եք նրա իմպուլսին, և, հետևաբար, չեք կարող իմանալ, թե ինչ է եղել դիրքի չափման մեկնարկից առաջ, և հակառակը): Քվանտային մեխանիկայի սենսացիոն եզրակացությունն այն է, որ մասնիկները չունեն ճշգրիտ դիրքեր և պահեր, և քանի որ դրանք փոխկապակցված են, նրանց համակցված անորոշությունը երբեք չի նվազի որոշակի նվազագույն արժեքից:

«Անորոշ» հաղորդակցության այս ձևը, բացի քվանտային մեխանիկայից, գոյություն ունի նաև այլ ոլորտներում։ Ինչպես քննարկվել է այս շարքի գրքերի 2-րդ հատորի «Խառը հաճախականության AC ազդանշաններ» գլխում, կան փոխադարձ բացառիկ հարաբերություններ ալիքի ձևի ժամանակային տիրույթի տվյալների և դրանց հաճախականության տիրույթի տվյալների միջև: Պարզ ասած, որքան շատ ենք մենք իմանում դրա հաճախականության բաղադրիչները, այնքան քիչ ճշգրիտ ենք իմանում դրա ամպլիտուդը ժամանակի ընթացքում և հակառակը: Ես ինքս մեջբերում եմ.

Անսահման տևողության ազդանշանը (անվերջ թվով ցիկլեր) կարելի է վերլուծել բացարձակ ճշգրտությամբ, բայց որքան քիչ ցիկլեր հասանելի լինեն համակարգչին վերլուծության համար, այնքան ցածր է վերլուծության ճշգրտությունը… Որքան քիչ ազդանշանի ժամանակահատվածները, այնքան ցածր է դրա հաճախականության ճշգրտությունը: . Այս հայեցակարգը տանելով իր տրամաբանական ծայրահեղությանը՝ կարճ իմպուլսը (նույնիսկ ալիքի ամբողջական շրջանը) իրականում չունի որոշակի հաճախականություն, այն ներկայացնում է հաճախականությունների անսահման տիրույթ: Այս սկզբունքը ընդհանուր է բոլոր ալիքային երեւույթների համար, և ոչ միայն փոփոխական լարումների և հոսանքների համար։

Փոփոխվող ազդանշանի ամպլիտուդը ճշգրիտ որոշելու համար մենք պետք է այն չափենք շատ կարճ ժամանակահատվածում։ Այնուամենայնիվ, դա անելը սահմանափակում է ալիքի հաճախականության մասին մեր գիտելիքները (քվանտային մեխանիկայի ալիքը պարտադիր չէ, որ նման լինի սինուսային ալիքին. նման նմանությունը հատուկ դեպք է): Մյուս կողմից, մեծ ճշգրտությամբ ալիքի հաճախականությունը որոշելու համար մենք պետք է այն չափենք մեծ թվով ժամանակաշրջաններում, ինչը նշանակում է, որ ցանկացած պահի մենք տեսադաշտից կկորցնենք դրա ամպլիտուդը։ Այսպիսով, մենք չենք կարող միաժամանակ իմանալ ցանկացած ալիքի ակնթարթային ամպլիտուդը և բոլոր հաճախականությունները անսահմանափակ ճշգրտությամբ: Մեկ այլ տարօրինակություն, այս անորոշությունը շատ ավելի մեծ է, քան դիտորդի անճշտությունը. դա հենց ալիքի բնույթի մեջ է: Դա այդպես չէ, թեև հնարավոր կլիներ, հաշվի առնելով համապատասխան տեխնոլոգիան, միաժամանակ ապահովել ինչպես ակնթարթային ամպլիտուդի, այնպես էլ հաճախականության ճշգրիտ չափումներ: Բառացիորեն, ալիքը չի կարող ունենալ ճշգրիտ ակնթարթային ամպլիտուդ և միաժամանակ ճշգրիտ հաճախականություն:

Հեյզենբերգի և Շրյոդինգերի կողմից արտահայտված մասնիկների դիրքի և իմպուլսի նվազագույն անորոշությունը կապ չունի չափման սահմանափակման հետ. ավելի շուտ, դա մասնիկ-ալիքային դուալիզմի բնույթի ներհատուկ հատկություն է: Հետևաբար, էլեկտրոնները իրականում գոյություն չունեն իրենց «ուղեծրերում» որպես նյութի հստակ սահմանված մասնիկներ կամ նույնիսկ որպես ճշգրիտ սահմանված ալիքային ձևեր, այլ ավելի շուտ որպես «ամպեր»՝ տեխնիկական տերմին: ալիքային ֆունկցիահավանականությունների բաշխումներ, կարծես յուրաքանչյուր էլեկտրոն «ցրված» կամ «քսված» է դիրքերի և մոմենտի մի շարքի վրա:

Էլեկտրոնների՝ որպես չսահմանված ամպերի այս արմատական ​​տեսակետն ի սկզբանե հակասում է էլեկտրոնային քվանտային վիճակների սկզբնական սկզբունքին. էլեկտրոնները գոյություն ունեն ատոմի միջուկի շուրջ առանձին, սահմանված «ուղիներով»: Այս նոր հեռանկարը, ի վերջո, այն հայտնագործությունն էր, որը հանգեցրեց քվանտային տեսության ձևավորմանն ու բացատրությանը: Որքան տարօրինակ է թվում, որ էլեկտրոնների դիսկրետ վարքը բացատրելու համար ստեղծված տեսությունն ի վերջո հայտարարում է, որ էլեկտրոնները գոյություն ունեն որպես «ամպեր» և ոչ որպես նյութի առանձին կտորներ: Այնուամենայնիվ, էլեկտրոնների քվանտային վարքագիծը կախված չէ էլեկտրոններից, որոնք ունեն կոորդինատների և իմպուլսի որոշակի արժեքներ, այլ այլ հատկություններ, որոնք կոչվում են. քվանտային թվեր... Ըստ էության, քվանտային մեխանիկան հրաժարվում է բացարձակ դիրքի և բացարձակ մոմենտի լայնորեն տարածված հասկացություններից և դրանք փոխարինում է այնպիսի տեսակների բացարձակ հասկացություններով, որոնք ընդհանուր պրակտիկայում չունեն նմանակներ։

Նույնիսկ եթե էլեկտրոնները, ինչպես գիտեք, գոյություն ունեն բաշխված հավանականության եթերային, «ամպամած» ձևերով, և ոչ թե նյութի առանձին կտորների տեսքով, այդ «ամպերը» մի փոքր տարբեր բնութագրիչներ ունեն։ Ատոմի ցանկացած էլեկտրոն կարելի է նկարագրել չորս թվային չափերով (նախկինում նշված քվանտային թվերը), որոնք կոչվում են. հիմնական (ճառագայթային), ուղեծրային (ազիմուտալ), մագնիսականև պտտելթվեր։ Ստորև բերված է այս թվերից յուրաքանչյուրի նշանակության համառոտ ակնարկ.

Հիմնական (շառավղային) քվանտային թիվ: նշվում է տառով n, այս թիվը նկարագրում է թաղանթը, որի վրա գտնվում է էլեկտրոնը։ Էլեկտրոնային «կեղևը» ատոմի միջուկի շուրջ տարածության տարածք է, որտեղ էլեկտրոններ կարող են գոյություն ունենալ, որը համապատասխանում է դը Բրոյլի և Բորի կայուն «կանգնած ալիքի» մոդելներին։ Էլեկտրոնները կարող են «ցատկել» թաղանթից պատյան, բայց դրանք չեն կարող գոյություն ունենալ նրանց միջև։

Հիմնական քվանտային թիվը պետք է լինի դրական ամբողջ թիվ (1-ից մեծ կամ հավասար): Այլ կերպ ասած, էլեկտրոնի հիմնական քվանտային թիվը չի կարող լինել 1/2 կամ -3: Այս ամբողջ թվերը ընտրվել են ոչ թե կամայականորեն, այլ լուսային սպեկտրի փորձարարական ապացույցների միջոցով. գրգռված ջրածնի ատոմներից արձակված լույսի տարբեր հաճախականություններ (գույներ) հետևում են մաթեմատիկական հարաբերություններին, որոնք կախված են որոշակի ամբողջ թվերից, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում:

Յուրաքանչյուր թաղանթ ունի մի քանի էլեկտրոն պահելու հատկություն։ Էլեկտրոնային պարիսպների անալոգիան ամֆիթատրոնի նստատեղերի համակենտրոն շարքերն են: Ինչպես ամֆիթատրոնում նստած մարդը պետք է ընտրի մի շարք՝ նստելու համար (նա չի կարող նստել շարքերի միջև), էլեկտրոնները պետք է «ընտրեն» որոշակի թաղանթ՝ «նստելու» համար։ Ինչպես ամֆիթատրոնի շարքերը, այնպես էլ արտաքին թաղանթները ավելի շատ էլեկտրոններ են պահում, քան կենտրոնին ավելի մոտ գտնվող թաղանթները: Բացի այդ, էլեկտրոնները ձգտում են գտնել հասանելի ամենափոքր թաղանթը, քանի որ մարդիկ ամֆիթատրոնում փնտրում են կենտրոնական բեմին ամենամոտ տեղը: Որքան մեծ է թաղանթի թիվը, այնքան ավելի շատ էներգիա ունեն դրա վրա էլեկտրոնները:

Էլեկտրոնների առավելագույն քանակը, որը կարող է պահել ցանկացած թաղանթ, նկարագրվում է 2n 2 հավասարմամբ, որտեղ n-ը հիմնական քվանտային թիվն է: Այսպիսով, առաջին շերտը (n = 1) կարող է պարունակել 2 էլեկտրոն; երկրորդ շերտը (n = 2) - 8 էլեկտրոն; իսկ երրորդ շերտը (n = 3) - 18 էլեկտրոն (ստորև նկարը):

Հիմնական քվանտային թիվը n և էլեկտրոնների առավելագույն թիվը կապված են բանաձևով 2 (n 2): Ուղեծրերը մասշտաբային չեն:

Ատոմում էլեկտրոնային թաղանթները նշանակվել են տառերով, ոչ թե թվերով: Առաջին պատյանը (n = 1) նշանակվել է K, երկրորդը (n = 2) L, երրորդը (n = 3) M, չորրորդ պատյանը (n = 4) N, հինգերորդը (n = 5) O, վեցերորդ պատյանը (n = 6) P, իսկ յոթերորդ պատյանը (n = 7) B.

Օրբիտալ (ազիմուտալ) քվանտային թիվենթափեղկերից կազմված պատյան։ Ոմանք կարող են ավելի հարմար համարել ենթափեղկերը որպես խեցիների պարզ հատվածներ, ինչպիսիք են ճանապարհը բաժանող ուղիները: Ենթափեղկերը շատ ավելի տարօրինակ են: Ենթափեղկերը տարածության շրջաններ են, որտեղ էլեկտրոնային «ամպեր» կարող են գոյություն ունենալ, և իրականում տարբեր ենթափեղկերն ունեն տարբեր ձևեր: Առաջին ենթաթևն ունի գնդիկի ձև (ներքևում գտնվող նկարը (ներ)), որն իմաստ ունի, երբ այն ներկայացվում է որպես էլեկտրոնային ամպ, որը շրջապատում է ատոմի միջուկը երեք չափսերով:

Երկրորդ ենթափեղկը հիշեցնում է համր, որը բաղկացած է երկու «ծաղկաթերթիկներից», որոնք միացված են մի կետում՝ ատոմի կենտրոնի մոտ (ստորև նկարը (p)):

Երրորդ ենթաթաղանթը սովորաբար հիշեցնում է չորս «ծաղկաթերթերի» մի շարք, որոնք հավաքված են ատոմի միջուկի շուրջ։ Այս ենթակեղևի ձևերը հիշեցնում են ալեհավաքների ճառագայթման օրինաչափությունների գրաֆիկական պատկերները՝ սոխանման բլթերով, որոնք տարածվում են ալեհավաքից տարբեր ուղղություններով (Նկար ստորև (դ)):

Օրբիտալներ:
(ներ) եռակի համաչափություն;
(p) Ցուցադրված է՝ p x, երեք հնարավոր կողմնորոշումներից մեկը (p x, p y, p z), համապատասխան առանցքների երկայնքով.
(դ) Ցուցադրված է՝ d x 2 -y 2-ը նման է d xy, d yz, d xz: Ցուցադրված է՝ d z 2. Հնարավոր d-օրբիտալների թիվը՝ հինգ:

Ուղեծրային քվանտային թվի վավեր արժեքները դրական ամբողջ թվեր են, ինչպես հիմնական քվանտային համարը, բայց ներառում է նաև զրո: Էլեկտրոնների համար այս քվանտային թվերը նշվում են l տառով: Ենթափեղկերի թիվը հավասար է թաղանթի հիմնական քվանտային թվին: Այսպիսով, առաջին կեղևը (n = 1) ունի մեկ ենթաշել 0 համարով; երկրորդ կեղևը (n = 2) ունի երկու ենթափեղկ՝ համարակալված 0 և 1; երրորդ կեղևը (n = 3) ունի երեք ենթափեղկ՝ 0, 1 և 2 համարներով:

Ենթափեղկերը նկարագրելու հին կոնվենցիան օգտագործում էր տառեր, քան թվեր: Այս ձևաչափով առաջին ենթաշելլը (l = 0) նշանակվել է s, երկրորդ ենթաշելը (l = 1) նշանակվել է p, երրորդ ենթաշելլը (l = 2) նշանակվել է d, իսկ չորրորդ ենթաշելը (l = 3): նշվում է զ. Նամակները առաջացել են հետևյալ բառերից. սուր, սկզբունքային, ցրվածև հիմնարար... Դուք դեռ կարող եք տեսնել այս նշանակումները պարբերական աղյուսակներից շատերում, որոնք օգտագործվում են արտաքինի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան նշելու համար ( վալենտություն) ատոմների պատյաններ.

ա) արծաթի ատոմի Բորի պատկերը,
բ) Ag-ի ուղեծրային պատկերը՝ թաղանթները ենթափեղկերի բաժանելով (ուղեծրային քվանտային թիվ l):
Այս դիագրամը ոչինչ չի ենթադրում էլեկտրոնների իրական դիրքի մասին, այլ միայն ներկայացնում է էներգիայի մակարդակները:

Մագնիսական քվանտային թիվԷլեկտրոնի մագնիսական քվանտային թիվը դասակարգում է էլեկտրոնի ենթաշեղանի կողմնորոշումը: Ենթափեղկերի «ծաղկաթերթիկները» կարող են ուղղվել մի քանի ուղղություններով։ Այս տարբեր կողմնորոշումները կոչվում են ուղեծրեր: Առաջին ենթափեղկի համար (s; l = 0), որը նման է գնդին, «ուղղությունը» նշված չէ: Երկրորդ (p; l = 1) ենթաշերտի համար յուրաքանչյուր պատյանում, որը հիշեցնում է համր՝ ուղղված երեք հնարավոր ուղղություններով: Պատկերացրեք երեք համրեր, որոնք հատվում են սկզբնակետում, որոնցից յուրաքանչյուրը ուղղված է իր առանցքի երկայնքով եռակողմ կոորդինատային համակարգում:

Տրված քվանտային թվի համար վավեր արժեքները բաղկացած են -l-ից l տատանվող ամբողջ թվերից, և այս թիվը նշվում է որպես մ լատոմային ֆիզիկայում և լ զմիջուկային ֆիզիկայում։ Ցանկացած ենթափեղանի ուղեծրերի թիվը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է կրկնապատկել ենթաշենքի թիվը և ավելացնել 1, (2 ∙ l + 1): Օրինակ, ցանկացած թաղանթում առաջին ենթաշեղը (l = 0) պարունակում է 0 համարակալված մեկ ուղեծր; երկրորդ ենթաշերտը (l = 1) ցանկացած շերտում պարունակում է երեք ուղեծրեր՝ համարակալված -1, 0 և 1; երրորդ ենթաշերտը (l = 2) պարունակում է հինգ ուղեծրեր՝ համարակալված -2, -1, 0, 1 և 2; և այլն:

Ինչպես հիմնական քվանտային թիվը, այնպես էլ մագնիսական քվանտային թիվը առաջացել է անմիջապես փորձարարական տվյալներից՝ Զեեմանի էֆեկտը, սպեկտրային գծերի բաժանումը իոնացված գազը մագնիսական դաշտի տակ դնելով, որտեղից էլ կոչվում է «մագնիսական» քվանտային թիվ։

Սփին քվանտային թիվըմագնիսական քվանտային թվի նման, ատոմի էլեկտրոնների այս հատկությունը բացահայտվել է փորձերի միջոցով։ Սպեկտրային գծերի ուշադիր դիտարկումը ցույց տվեց, որ յուրաքանչյուր գիծ իրականում շատ սերտորեն բաժանված գծերի զույգ էր, ենթադրվում էր, որ այս, այսպես կոչված,. նուրբ կառուցվածքարդյունք էր յուրաքանչյուր էլեկտրոնի «պտտվելու» իր առանցքի շուրջ, ինչպես մոլորակը։ Տարբեր «սպինով» էլեկտրոնները հուզվելիս լույսի մի փոքր տարբեր հաճախականություններ են արձակում: Պտտվող էլեկտրոնի հասկացությունն այժմ հնացել է, քանի որ ավելի հակված է (սխալ) էլեկտրոնները դիտելու որպես նյութի առանձին մասնիկներ, այլ ոչ թե «ամպեր», բայց անունը մնացել է:

Սպին քվանտային թվերը նշվում են որպես մ սատոմային ֆիզիկայում և ս զմիջուկային ֆիզիկայում։ Յուրաքանչյուր ուղեծրում յուրաքանչյուր շերտի յուրաքանչյուր ենթաշեղ կարող է ունենալ երկու էլեկտրոն՝ մեկը +1/2 սպինով, իսկ մյուսը՝ -1/2 սպին։

Ֆիզիկոս Վոլֆգանգ Պաուլին մշակել է մի սկզբունք, որը բացատրում է ատոմում էլեկտրոնների դասավորությունը այս քվանտային թվերի համաձայն։ Նրա սկզբունքը կոչեց Պաուլիի բացառման սկզբունքը, պնդում է, որ մեկ ատոմում երկու էլեկտրոնները չեն կարող զբաղեցնել նույն քվանտային վիճակները։ Այսինքն՝ ատոմի յուրաքանչյուր էլեկտրոն ունի քվանտային թվերի յուրահատուկ հավաքածու։ Սա սահմանափակում է էլեկտրոնների թիվը, որոնք կարող են զբաղեցնել ցանկացած ուղեծր, ենթաշենք և թաղանթ:

Սա ցույց է տալիս էլեկտրոնների դասավորությունը ջրածնի ատոմում.

Մեկ պրոտոն ունենալով իր միջուկում, ատոմն ընդունում է մեկ էլեկտրոն իր էլեկտրաստատիկ հավասարակշռության համար (պրոտոնի դրական լիցքը ճշգրիտ հավասարակշռված է էլեկտրոնի բացասական լիցքով): Այս էլեկտրոնը գտնվում է ստորին թաղանթի վրա (n = 1), առաջին ենթաշենքում (l = 0), այս ենթափեղանի միակ ուղեծրի (տարածական կողմնորոշում) վրա (m l = 0), սպինի արժեքով 1/2: Այս կառուցվածքը նկարագրելու ընդհանուր մեթոդը կատարվում է էլեկտրոնների ցուցակագրմամբ՝ ըստ իրենց թաղանթների և ենթաթելերի՝ համաձայն կոնվենցիայի, որը կոչվում է. սպեկտրոսկոպիկ նշանակում... Այս նշումով, թաղանթի համարը ցուցադրվում է որպես ամբողջ թիվ, ենթաշերտը որպես տառ (s, p, d, f), իսկ ենթաշղթայի էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը (բոլոր ուղեծրերը, բոլոր սպինները) որպես վերնագիր։ Այսպիսով, ջրածինը, իր միակ էլեկտրոնով, որը գտնվում է բազային մակարդակում, նկարագրվում է որպես 1s 1:

Անցնելով հաջորդ ատոմին (ատոմային թվի հերթականությամբ) մենք ստանում ենք հելիում տարրը.

Հելիումի ատոմն իր միջուկում ունի երկու պրոտոն, որը պահանջում է երկու էլեկտրոն՝ կրկնակի դրական էլեկտրական լիցքը հավասարակշռելու համար։ Քանի որ երկու էլեկտրոնները՝ մեկը սպինով 1/2, իսկ մյուսը՝ 1/2 սպինով, գտնվում են նույն ուղեծրում, հելիումի էլեկտրոնային կառուցվածքը չի պահանջում լրացուցիչ ենթաթելեր կամ թաղանթներ՝ երկրորդ էլեկտրոնը պահելու համար:

Այնուամենայնիվ, երեք կամ ավելի էլեկտրոն պահանջող ատոմին անհրաժեշտ կլինեն լրացուցիչ ենթաշերտեր՝ բոլոր էլեկտրոնները պահելու համար, քանի որ միայն երկու էլեկտրոն կարող է լինել ստորին շերտում (n=1): Դիտարկենք ատոմային թվերի աճող հաջորդականությամբ հաջորդ ատոմը՝ լիթիումը.

Լիթիումի ատոմն օգտագործում է L կեղևի հզորության մի մասը (n = 2): Այս թաղանթն իրականում ունի ութ էլեկտրոնների ընդհանուր հզորություն (կեղևի առավելագույն հզորությունը = 2n 2 էլեկտրոն): Եթե ​​դիտարկենք ամբողջությամբ լցված L թաղանթով ատոմի կառուցվածքը, ապա կարող ենք տեսնել, թե ինչպես են ենթաթելերի, ուղեծրերի և սպինների բոլոր համակցությունները զբաղեցնում էլեկտրոնները.

Հաճախ, երբ ատոմին սպեկտրոսկոպիկ նշում նշանակելիս, բաց են թողնում ցանկացած ամբողջությամբ լցված ծրարներ, և նշվում են չլցված ծրարները և վերին մակարդակի լցված ծրարները: Օրինակ, նեոն տարրը (ցույց է տրված վերևի նկարում), որն ունի երկու ամբողջովին լցված պատյաններ, սպեկտրալ առումով կարելի է նկարագրել պարզապես որպես 2p 6, այլ ոչ թե 1s 22 s 22 p 6: Լիթիումը, իր ամբողջությամբ լցված K թաղանթով և L թաղանթում միայն մեկ էլեկտրոնով, կարելի է պարզապես նկարագրել որպես 2s 1, այլ ոչ թե 1s 22 s 1:

Ամբողջովին լցված ստորին մակարդակի պատյանների բաց թողնելը կատարվում է ոչ միայն ձայնագրման հարմարության համար։ Այն նաև ցույց է տալիս քիմիայի հիմնական սկզբունքը. տարրի քիմիական վարքագիծը հիմնականում որոշվում է նրա չլցված թաղանթներով: Ե՛վ ջրածինը, և՛ լիթիումը ունեն մեկ էլեկտրոն իրենց արտաքին թաղանթների վրա (համապատասխանաբար 1 և 2s 1), այսինքն՝ երկու տարրերն էլ ունեն նմանատիպ հատկություններ։ Երկուսն էլ շատ ռեակտիվ են և արձագանքում են գրեթե նույն ձևով (նման պայմաններում կապվում են նմանատիպ տարրերի հետ): Կարևոր չէ, որ լիթիումը գրեթե ազատ L-պատյան տակ ունի ամբողջովին լցված K-պատյան. չլցված L-պատյանը այն պատյանն է, որը որոշում է նրա քիմիական վարքը:

Ամբողջովին լցված արտաքին պատյաններով տարրերը դասակարգվում են որպես ազնիվ և բնութագրվում են այլ տարրերի հետ ռեակցիայի գրեթե լիակատար բացակայությամբ: Այս տարրերը դասակարգվել են որպես իներտ, երբ ենթադրվում էր, որ դրանք ընդհանրապես չեն արձագանքում, բայց հայտնի էր, որ որոշակի պայմաններում միացություններ են կազմում այլ տարրերի հետ:

Քանի որ իրենց արտաքին թաղանթում նույն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաներով տարրերն ունեն նմանատիպ քիմիական հատկություններ, Դմիտրի Մենդելեևը համապատասխանաբար կազմակերպեց աղյուսակի քիմիական տարրերը: Այս աղյուսակը հայտնի է որպես , և ժամանակակից աղյուսակները հետևում են այս ընդհանուր տեսակետին, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում:

Քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակ

Ռուս քիմիկոս Դմիտրի Մենդելեևն առաջինն էր, ով մշակեց տարրերի պարբերական աղյուսակը։ Թեև Մենդելեևը կազմակերպեց իր աղյուսակը ըստ ատոմային զանգվածի և ոչ թե ատոմային թվի, և ստեղծեց աղյուսակ, որն այնքան օգտակար չէր, որքան ժամանակակից պարբերական աղյուսակները, նրա զարգացումը ծառայում է որպես գիտական ​​ապացույցների հիանալի օրինակ: Տեսնելով պարբերականության օրինաչափությունները (նման քիմիական հատկություններ՝ ատոմային զանգվածին համապատասխան), Մենդելեևը ենթադրեց, որ բոլոր տարրերը պետք է տեղավորվեն այս դասավորված սխեմայի մեջ։ Աղյուսակում գտնելով «դատարկ» տեղեր, հետևեց գոյություն ունեցող կարգի տրամաբանությանը և ենթադրեց դեռևս անհայտ տարրերի առկայությունը։ Այս տարրերի հետագա հայտնաբերումը հաստատեց Մենդելեևի վարկածի գիտական ​​ճշգրտությունը, հետագա հայտնագործությունները հանգեցրին պարբերական աղյուսակի ձևին, որը մենք այժմ օգտագործում ենք:

Սրա նման պետք էԱշխատանքային գիտություն. վարկածները հանգեցնում են տրամաբանական եզրակացությունների և ընդունվում, փոփոխվում կամ մերժվում են՝ կախված փորձարարական տվյալների համապատասխանությունից իրենց եզրակացությունների հետ: Ցանկացած հիմար կարող է փաստից հետո վարկած ձևակերպել՝ բացատրելու առկա փորձարարական տվյալները, և շատերը դա անում են։ Այն, ինչ տարբերում է գիտական ​​վարկածը հետֆակտո ենթադրություններից, ապագա փորձարարական տվյալների կանխատեսումն է, որը դեռևս չի հավաքվել, և, հնարավոր է, որպես արդյունք այդ տվյալների հերքումը: Հիպոթեզը համարձակորեն տանել դեպի իր տրամաբանական եզրակացությունը (ներ) և ապագա փորձերի արդյունքները գուշակելու փորձը հավատքի դոգմատիկ թռիչք չէ, այլ ավելի շուտ այդ վարկածի հրապարակային փորձարկում, վարկածի հակառակորդների բացահայտ մարտահրավեր: Այլ կերպ ասած, գիտական ​​վարկածները միշտ «ռիսկային» են, քանի որ նրանք փորձում են կանխատեսել փորձերի արդյունքները, որոնք դեռ չեն կատարվել, և, հետևաբար, կարող են հերքվել, եթե փորձերը չընթանան այնպես, ինչպես սպասվում էր: Այսպիսով, եթե վարկածը ճիշտ է կանխատեսում կրկնվող փորձերի արդյունքները, ապա դրա կեղծ լինելը հերքվում է:

Քվանտային մեխանիկան սկզբում որպես հիպոթեզ, իսկ հետո՝ որպես տեսություն, ապացուցել է, որ չափազանց հաջողակ է փորձերի արդյունքները կանխատեսելիս, հետևաբար՝ ստացել է բարձր գիտական ​​արժանահավատություն։ Շատ գիտնականներ հիմքեր ունեն կարծելու, որ սա թերի տեսություն է, քանի որ դրա կանխատեսումներն ավելի ճիշտ են միկրոֆիզիկական, քան մակրոսկոպիկ մասշտաբներով, բայց, այնուամենայնիվ, դա չափազանց օգտակար տեսություն է մասնիկների և ատոմների փոխազդեցությունը բացատրելու և կանխատեսելու համար:

Ինչպես տեսաք այս գլխում, քվանտային ֆիզիկան էական նշանակություն ունի բազմաթիվ տարբեր երևույթներ նկարագրելու և կանխատեսելու համար: Հաջորդ բաժնում մենք կտեսնենք դրա նշանակությունը պինդ մարմինների, այդ թվում՝ կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակության հարցում: Պարզ ասած, քիմիայում կամ պինդ վիճակի ֆիզիկայում ոչինչ իմաստ չունի էլեկտրոնների հանրաճանաչ տեսական կառուցվածքում, որոնք գոյություն ունեն որպես նյութի առանձին մասնիկներ, որոնք պտտվում են ատոմի շուրջ միջուկի շուրջ, ինչպես մանրանկարչական արբանյակները: Երբ էլեկտրոնները դիտվում են որպես «ալիքային ֆունկցիաներ», որոնք գոյություն ունեն հատուկ, դիսկրետ վիճակներում, որոնք կանոնավոր և պարբերական են, ապա նյութի վարքագիծը կարելի է բացատրել:

Եկեք ամփոփենք

Ատոմներում էլեկտրոնները գոյություն ունեն բաշխված հավանականության «ամպերում», և ոչ որպես նյութի դիսկրետ մասնիկներ, որոնք պտտվում են միջուկի շուրջը, ինչպես մանրանկարչական արբանյակները, ինչպես ցույց են տալիս սովորական օրինակները:

Ատոմի միջուկի շուրջ առանձին էլեկտրոնները հակված են եզակի «վիճակների», որոնք նկարագրված են չորս քվանտային թվերով. հիմնական (ճառագայթային) քվանտային թիվհայտնի որպես պատյան; ուղեծրային (ազիմուտալ) քվանտային թիվհայտնի որպես ենթափեղկ; մագնիսական քվանտային թիվնկարագրելով ուղեծրային(ենթափեղկի կողմնորոշումը); և սպին քվանտային թիվ, կամ պարզապես պտտել... Այս վիճակները քվանտային են, այսինքն՝ «դրանց միջև» էլեկտրոնի գոյության պայմաններ չկան, բացառությամբ այն վիճակների, որոնք տեղավորվում են քվանտային համարակալման սխեմայի մեջ։

Գլան (շառավղային) քվանտային թիվ (n)նկարագրում է բազային մակարդակը կամ թաղանթը, որի վրա գտնվում է էլեկտրոնը։ Որքան մեծ է այս թիվը, այնքան մեծ է էլեկտրոնային ամպի շառավիղը ատոմի միջուկից, և այնքան մեծ է էլեկտրոնի էներգիան։ Հիմնական քվանտային թվերն ամբողջ թվերն են (դրական ամբողջ թվեր)

Օրբիտալ (ազիմուտալ) քվանտային թիվ (l)նկարագրում է էլեկտրոնային ամպի ձևը որոշակի թաղանթում կամ շերտում և հաճախ հայտնի է որպես «ենթափեղկ»: Ցանկացած թաղանթում կան այնքան ենթաշերտեր (էլեկտրոնային ամպի ձևեր), որքան թաղանթի հիմնական քվանտային թիվը։ Ազիմուտալ քվանտային թվերը դրական ամբողջ թվեր են, որոնք սկսվում են զրոյից և ավարտվում են հիմնական քվանտային թվից մեկով փոքր թվով (n - 1):

Մագնիսական քվանտային թիվ (մլ)նկարագրում է, թե ինչ կողմնորոշում ունի ենթաթևը (էլեկտրոնային ամպի ձևը): Ենթափեղկերը կարող են ընդունել այնքան տարբեր կողմնորոշումներ, որքան ենթափեղկի թվի կրկնապատիկը (l) գումարած 1, (2l + 1) (այսինքն, l = 1-ի համար, ml = -1, 0, 1), և յուրաքանչյուր եզակի կողմնորոշում կոչվում է ուղեծր: . Այս թվերը ամբողջ թվեր են, որոնք սկսվում են բացասական ենթաշերտի համարից (l) մինչև 0 և ավարտվում են դրական ենթաշերտի համարով:

Սպին քվանտային թիվ (մ վրկ)նկարագրում է էլեկտրոնի մեկ այլ հատկություն և կարող է ընդունել +1/2 և -1/2 արժեքներ:

Պաուլիի բացառման սկզբունքըասում է, որ ատոմում երկու էլեկտրոնները չեն կարող կիսել քվանտային թվերի նույն խումբը: Հետևաբար, յուրաքանչյուր ուղեծրում չի կարող լինել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն (սպին = 1/2 և սպին = -1/2), յուրաքանչյուր ենթափեղկում 2լ + 1 ուղեծր, և յուրաքանչյուր թաղանթում n ենթաթաղանթ և ոչ ավելին։

Սպեկտրոսկոպիկ նշանակումատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքի կոնվենցիա է։ Թաղանթները ցուցադրվում են որպես ամբողջ թվեր, որին հաջորդում են ենթաշենքի տառերը (s, p, d, f)՝ վերնագրի թվերով, որոնք ցույց են տալիս յուրաքանչյուր համապատասխան ենթաշերտի էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը:

Ատոմի քիմիական վարքագիծը որոշվում է բացառապես չլցված թաղանթների էլեկտրոններով: Ցածր մակարդակի պատյանները, որոնք ամբողջությամբ լցված են, քիչ կամ ընդհանրապես չեն ազդում տարրերի քիմիական կապի բնութագրերի վրա:

Ամբողջությամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթներով տարրերը գրեթե ամբողջությամբ իներտ են և կոչվում են վեհտարրեր (նախկինում հայտնի է որպես իներտ):

Քվանտային ֆիզիկան գիտության ամենաքննարկվող և սկանդալային ճյուղն է։ Իրականում սա գիտելիքի տեսական ոլորտում ամենաարդյունավետ ու ճշգրիտ հայտնագործություններից մեկն է։ Քվանտային ֆիզիկայի օրենքները, երբ կիրառվում են փորձը հաշվարկելու համար, ցույց են տալիս արդյունքների չնչին շեղումներ՝ տոկոսի միլիոներորդական կարգի: Ի՞նչ դրույթի վրա է հիմնված քվանտային ֆիզիկան:

Միկրոաշխարհի ֆիզիկան, որն ուսումնասիրում է ատոմների վարքագիծը և դրանց փոխազդեցության ընթացքում տեղի ունեցող գործընթացները, նախատեսում է մեխանիկական մոդել։ Այսինքն՝ ատոմը կարող է պայմանականորեն ներկայացված լինել յուրաքանչյուր մարդու համար հասկանալի կատեգորիաներով։ Քվանտային ֆիզիկայի օրենքները, ընդհակառակը, ներկայացնում են ատոմը տարրական մասնիկի տեսքով, որն ունի միաժամանակ նյութական կետի և ճառագայթման ալիքի հատկություններ։

Հիմնական տեսությունը, որի վրա հիմնված է քվանտային ֆիզիկան, հետևյալն է.

Էներգիան ցանկացած ձևով կլանվում կամ ազատվում է միայն առանձին մասերում: Նրանք, իրենց հերթին, կարող են բաղկացած լինել միայն մի ամբողջ թվով պայմանական օբյեկտներից, որոնք կոչվում են քվանտա: Մեկ քվանտի էներգիան սահմանվում է որպես որոշակի համաչափության գործակցով հաճախականության արտադրյալ։ Այս գործակիցը, որը հետագայում անվանվեց «Պլանկի հաստատուն», առաջին անգամ ներկայացրեց Մաքս Պլանքը և հնչեց իր զեկույցում 1900 թվականի դեկտեմբերի 14-ին։ Հենց այս օրը դարձավ քվանտային տեսության ծննդյան ամսաթիվը և նշանավորեց այն գործընթացի սկիզբը, որը ծնեց քվանտային ֆիզիկայի օրենքները: Քվանտային ֆիզիկայի սկզբունքների նախնական ըմբռնումը, այն է՝ ցանկացած առարկայի հատկությունների երկակիության հիմնական կանոնը (կորպուսուլյար-ալիքային դուալիզմ) հանգեցրեց ֆոտոնների հայտնաբերմանը։ Փորձելով բացատրել տարբեր նյութերի ֆոտոէլեկտրական ազդեցության մեխանիզմը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը առաջ քաշեց այն տեսությունը, որ լույսը կազմված է առանձին քվանտներից։ Ֆոտոնների էներգիան, իմպուլսը և զանգվածը նկարագրող բանաձևերը վերաբերում են ոչ միայն լույսի, այլև ցանկացած այլ բարձր հաճախականության ճառագայթման քվանտային բնույթը նկարագրող հիմնական օրենքներին։

Հիմնարար փոխազդեցությունների տեսակները

Ժամանակակից բնական գիտության շատ հիմնարար հասկացություններ ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն կապված են հիմնարար փոխազդեցությունների նկարագրության հետ: Փոխազդեցությունը և շարժումը նյութի ամենակարևոր ատրիբուտներն են, առանց որոնց անհնար է նրա գոյությունը։ Փոխազդեցությունը որոշում է տարբեր նյութական օբյեկտների միավորումը համակարգերի մեջ, այսինքն՝ նյութի համակարգային կազմակերպումը։ Նյութական առարկաների շատ հատկություններ բխում են նրանց փոխազդեցությունից, արդյունք են միմյանց հետ նրանց կառուցվածքային հարաբերությունների և արտաքին միջավայրի հետ փոխազդեցության:

Առայժմ հայտնի է Հիմնական հիմնարար փոխազդեցությունների չորս տեսակ.

· Գրավիտացիոն;

· Էլեկտրամագնիսական;

· Ուժեղ;

· Թույլ.

Գրավիտացիոն փոխազդեցությունբնորոշ է բոլոր նյութական առարկաներին՝ անկախ դրանց բնույթից։ Այն բաղկացած է մարմինների փոխադարձ ձգողականությունից և որոշվում է հիմնարար համընդհանուր ձգողության օրենքը. Երկու կետային մարմինների միջև գործում է գրավիչ ուժ, որն ուղիղ համեմատական ​​է նրանց զանգվածների արտադրյալին և հակադարձ համեմատական ​​նրանց միջև հեռավորության քառակուսուն։. գրավիտոններ, որի գոյությունը մինչ այժմ փորձնականորեն չի հաստատվել։

Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունկապված էլեկտրական և մագնիսական դաշտեր... Էլեկտրական դաշտը առաջանում է, երբ կան էլեկտրական լիցքեր, իսկ մագնիսական դաշտը՝ երբ դրանք շարժվում են։ Բնության մեջ կան և՛ դրական, և՛ բացասական լիցքեր, որոնք որոշում են էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության բնույթը։ Օրինակ, լիցքավորված մարմինների միջև էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունը, կախված լիցքի նշանից, կրճատվում է դեպի ձգում կամ վանում։ Երբ լիցքերը շարժվում են, կախված իրենց նշանից և շարժման ուղղությունից, նրանց միջև առաջանում է կա՛մ ձգողականություն, կա՛մ վանում։ Նյութի տարբեր ագրեգատային վիճակներ, շփման երևույթը, նյութի առաձգականությունը և այլ հատկությունները որոշվում են հիմնականում միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերով, որն իր բնույթով էլեկտրաստատիկ է։

Ուժեղ փոխազդեցությունապահովում է միջուկում նուկլոնների հաղորդակցությունը և որոշում միջուկային ուժերը: Ենթադրվում է, որ միջուկային ուժերը առաջանում են վիրտուալ մասնիկներով նուկլոնների փոխանակման ժամանակ. մեզոններ.

Վերջապես, թույլ փոխազդեցություննկարագրում է միջուկային գործընթացների որոշ տեսակներ. Այն կարճատև է և բնութագրում է բոլոր տեսակի բետա փոխակերպումները:

Սովորաբար համար քանակական վերլուծությունԹվարկված փոխազդեցությունները օգտագործում են երկու հատկանիշ՝ անչափ փոխազդեցության հաստատուն, որը որոշում է փոխազդեցության մեծությունը և գործողության շառավիղը։

Ուժեղ փոխազդեցությունը պատասխանատու է միջուկների կայունության համար և տարածվում է միայն միջուկի չափի մեջ։ Որքան ուժեղ է միջուկում նուկլոնների փոխազդեցությունը, այնքան ավելի կայուն է այն, այնքան մեծ է նրա կապող էներգիան, որը որոշվում է աշխատանքով, որը պետք է կատարվի նուկլոնները բաժանելու և միմյանցից հեռացնելու համար այնպիսի հեռավորությունների վրա, որ փոխազդեցությունը զրոյականանա։ . Քանի որ միջուկի չափը մեծանում է, կապող էներգիան նվազում է: Այսպիսով, պարբերական համակարգի վերջում գտնվող տարրերի միջուկները անկայուն են և կարող են քայքայվել: Այս գործընթացը հաճախ կոչվում է ռադիոակտիվ քայքայումը.

Ատոմների և մոլեկուլների փոխազդեցությունը հիմնականում էլեկտրամագնիսական է: Այս փոխազդեցությունը բացատրում է նյութի տարբեր ագրեգատային վիճակների ձևավորումը՝ պինդ, հեղուկ և գազային: Օրինակ, պինդ վիճակում գտնվող նյութի մոլեկուլների միջև ներգրավման ձևով փոխազդեցությունը դրսևորվում է շատ ավելի ուժեղ, քան գազային վիճակում գտնվող նույն մոլեկուլների միջև:

11. Նյութի նկարագրության թերմոդինամիկական մակարդակ. Թերմոդինամիկայի սկիզբը. Էնտրոպիա. Տիեզերքի «ջերմային մահվան» վարկածը.

Պատասխան. Թերմոդինամիկական մոտեցումը հիմնված է երեք սկզբունքների և մի քանի պոստուլատների վրա՝ հիմնված փորձարարական փաստերի վրա (էներգիայի պահպանման օրենք, էնտրոպիայի աճի օրենք, բացարձակ զրոյի անհասանելիության օրենք, թերմոդինամիկական հավասարակշռության գոյության պոստուլատ)։ Թերմոդինամիկայի մեջ օրենքների կամ սկզբունքների մանրադիտակային բնույթը չի քննարկվում, այս մակարդակում ամեն ինչ հանգում է երևույթի այս կամ այն ​​նկարագրությանը (այդ իսկ պատճառով այս մոտեցումը կոչվում է ֆենոմենոլոգիական), սա է այս մոտեցման թույլ կողմը (եթե անեք. չգիտես այս կամ այն ​​օրենքի արմատները, ապրիորի չես կարող ասել, թե երբ այն արդար կմնա), բայց սա նաև նրա ուժն է (կան էմպիրիկ բանաձևեր և հավասարումներ, որոնք տեսականորեն դեռ հնարավոր չէ ստանալ, բայց դրանք հաջողությամբ կիրառվում են գործնականում) . Թերմոդինամիկայի սկիզբը.

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ջերմային պրոցեսների ընթացքում էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենքն է. համակարգ մտնող էներգիան գնում է համակարգի ներքին էներգիան ավելացնելու և դրանով աշխատանք կատարելու համար։ Առաջին տեսակի հավերժ շարժման մեքենայի անհնարինությունը:

Համարելով Տիեզերքը որպես փակ համակարգ և դրա վրա կիրառելով թերմոդինամիկայի երկրորդ սկզբունքը, Կլաուզիուսը դրա բովանդակությունը նվազեցրեց այն հայտարարությանը, որ Տիեզերքի էնտրոպիան պետք է հասնի առավելագույնին։ Սա նշանակում է, որ ժամանակի ընթացքում շարժման բոլոր ձևերը պետք է վերածվեն ջերմության: Ջերմության անցումը տաք մարմիններից սառը մարմինների կհանգեցնի նրան, որ Տիեզերքի բոլոր մարմինների ջերմաստիճանը կդառնա հավասար, այսինքն՝ կգա ամբողջական ջերմային հավասարակշռություն, և Տիեզերքում բոլոր գործընթացները կդադարեն՝ Տիեզերքի ջերմային մահը։ կգա. Ջերմային մահվան մասին եզրակացության սխալը կայանում է նրանում, որ անիմաստ է կիրառել թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը բաց համակարգերի վրա, օրինակ, այնպիսի անսահման և անվերջ զարգացող համակարգի, ինչպիսին Տիեզերքն է:

Համակարգված մոտեցում ժամանակակից բնագիտության մեջ. Սիներգետիկայի հիմնական հասկացություններն ու գաղափարները:

Պատասխան. Ժամանակակից բնագիտության առանձնահատկությունը համակարգված գաղափարների կանխամտածված իրականացումն է նրա բոլոր ճյուղերում: Հետևողականությունն իրականացվում է համակարգված մոտեցման շրջանակներում, այսինքն. հետազոտություն, որը հիմնված է օբյեկտների՝ որպես բարդ համակարգերի ուսումնասիրության վրա: Համակարգային մոտեցման ներքո լայն իմաստով մենք հասկանում ենք զենքի աշխարհի ուսումնասիրության մեթոդը, որում մեզ հետաքրքրող առարկաները և երևույթները դիտվում են որպես մասեր կամ տարրեր. որոշակի ամբողջական ձևավորում. Այս մասերը և տարրերը, փոխազդելով միմյանց հետ, ձևավորում են ամբողջական կազմավորման (համակարգի) նոր հատկություններ, որոնք առանձին-առանձին բացակայում են դրանցից յուրաքանչյուրում։ Այսպիսով, համակարգային մոտեցման տեսանկյունից աշխարհը մեր առջև հայտնվում է որպես տարբեր մակարդակների համակարգերի ամբողջություն, որոնք գտնվում են հիերարխիկ հարաբերությունների մեջ։ Վ ժամանակակից գիտՆյութական աշխարհի կառուցվածքի հայեցակարգը հիմնված է համակարգված մոտեցման վրա, ըստ որի նյութական աշխարհի ցանկացած օբյեկտ կարելի է դիտարկել որպես բարդ կազմավորում, ներառյալ բաղադրիչ մասերը, որոնք կազմակերպված են մեկ ամբողջության մեջ: Գիտության մեջ այս ամբողջականությունը նշելու համար մշակվել է համակարգի հայեցակարգը: Համակարգը կենտրոնական է համակարգային մոտեցման համար: Հետևաբար, տարբեր հեղինակներ, վերլուծելով այս հայեցակարգը, տալիս են համակարգի սահմանումներ՝ ֆորմալիզացիայի տարբեր աստիճաններով՝ ընդգծելով դրա տարբեր կողմերը։Եկեք համակարգը սահմանենք որպես միմյանց հետ փոխհարաբերությունների և կապերի մեջ գտնվող և մի տեսակ ամբողջականություն կազմող տարրերի մի շարք։

Համակարգերը, անկախ դրանց բնույթից, ունեն մի շարք հատկություններ.

1. Ամբողջականություն - նրա բաղկացուցիչ տարրերի հատկությունների հիմնարար անկրճատելիությունը և ամբողջի վերջին հատկությունների անկրճատելիությունը, ինչպես նաև համակարգի յուրաքանչյուր տարրի, հատկության և փոխհարաբերության կախվածությունը ամբողջի, ֆունկցիայի ներսում իր տեղից և այլն։ . Օրինակ, ժամացույցի ոչ մի դետալ առանձին չի կարող ցույց տալ ժամանակը, դա կարող է անել միայն փոխազդող տարրերի համակարգը.

2. Կառուցվածքայնություն - համակարգը նկարագրելու կարողություն նրա կառուցվածքի հաստատման միջոցով, կամ, ավելի պարզ, համակարգի կապերի և հարաբերությունների ցանցի միջոցով: Կառուցվածքայնությունը նաև ենթադրում է համակարգի հատկությունների և վարքագծի պայմանականությունը ոչ այնքան նրա առանձին տարրերի հատկություններով և վարքով, որքան նրա կառուցվածքի հատկություններով: Ամենապարզ օրինակը. ադամանդի և գրաֆիտի տարբեր հատկությունները որոշվում են նույն քիմիական բաղադրությամբ տարբեր կառուցվածքներով.

3. Համակարգերի հիերարխիան, այսինքն. համակարգի յուրաքանչյուր բաղադրիչ իր հերթին կարելի է դիտարկել որպես համակարգ, իսկ կոնկրետ դեպքում ուսումնասիրվող համակարգը ավելի լայն համակարգի բաղադրիչներից է։ Օրինակ՝ բազմաբջիջ օրգանիզմի կենդանի բջիջը մի կողմից ավելի ընդհանուր համակարգի մի մասն է՝ բազմաբջիջ օրգանիզմ, իսկ մյուս կողմից՝ ինքն ունի բարդ կառուցվածք և, իհարկե, պետք է ճանաչվի որպես բարդ համակարգ;

4. Համակարգի նկարագրության բազմակարծությունը, այսինքն. Յուրաքանչյուր համակարգի հիմնարար բարդության պատճառով դրա ճանաչումը պահանջում է բազմաթիվ տարբեր մոդելների կառուցում, որոնցից յուրաքանչյուրը նկարագրում է համակարգի միայն որոշակի կողմը: Օրինակ, ցանկացած կենդանի ունի մարմնի մասեր, որոնք կարելի է համարել որպես նրա տարրեր. այս կենդանին կարելի է համարել կմախքի, նյարդային, շրջանառու, մկանային և այլ համակարգերի մի շարք. վերջապես, այն կարելի է վերլուծել որպես քիմիական տարրերի հավաքածու:

«Սիներգետիկա» տերմինը ներմուծել է Գ. գիտելիքների ոլորտները. G. Haken-ի սիներգետիկան անկաշկանդ իմաստով հիմնված է նախկինում առաջադեմ տեսությունների վրա, օրինակ՝ Չարլզ Սքոթ Շերինգթոնը (1857-1952), ով սիներգետիկ է անվանել նյարդային համակարգի համակարգված գործողությունը մկանների շարժումների կառավարման մեջ. Ստանիսլավ Ուլամը (1909-1984), ով խոսում էր սիներգիայի մասին՝ համակարգչի և օպերատորի միջև շարունակական համագործակցության տեսքով և այլն: Այնուամենայնիվ, չնայած այն հանգամանքին, որ գոյություն ունի ոչ պաշտոնական կապ «սիներգետիկա» կոչվող երևույթների միջև, ըստ էության, Հ.Հաքենի նախորդների բովանդակությունը խոսում էր միայն առանձին օրինակների մասին։

Տերմինի հեղինակն ինքնին Ռիչարդ Բաքմինստեր Ֆուլերն է (1895-1983)՝ հայտնի դիզայներ, ճարտարապետ և գյուտարար Միացյալ Նահանգներից: Իր կյանքի ընթացքում Ռ.Բ. Ֆուլերին հետաքրքրում էր, թե արդյոք մարդկությունը Երկիր մոլորակի վրա երկարաժամկետ և հաջող գոյատևելու հնարավորություն ունի, և եթե այո, ապա ինչպես: Իրեն համարելով միջակ անձնավորություն, առանց մեծ գումարի կամ աստիճանի, նա որոշեց իր կյանքը նվիրել այս խնդրին, փորձելով պարզել, թե ինչ կարող են անել իր նման անհատները մարդկության վիճակը բարելավելու համար, ինչը չեն կարող անել խոշոր կազմակերպությունները, կառավարությունները կամ մասնավոր ձեռնարկությունները: նրանց բնույթը: Այս ամբողջ կյանքի փորձի ընթացքում նա գրել է քսանութ գիրք՝ մշակելով այնպիսի տերմիններ, ինչպիսիք են « տիեզերանավ«Երկիր» «», էֆեմերացում «և» սիներգետիկա »:

Համարյա սկզբնական շրջանում (Գ. Հաքենից) սիներգետիկան իր համար բովանդակություն գտավ և նոր գաղափարներ մտցրեց. բիֆուրկացիայի և կառուցվածքային կայունության տեսության մեջ. աղետի տեսության մեջ: Զարգացման է ենթարկվել քաոս հասկացությունը, գործածության մեջ է մտել «դետերմինիստական ​​քաոս» տերմինը, որն ունի կոնկրետ ֆիզիկական և մաթեմատիկական նշանակություն։ Սիներգետիկների կիրառման ոլորտը զգալիորեն ընդլայնվել է՝ կապված ֆրակտալների տեսության զարգացման հետ։ 1 Սիներգետիկայի հիմնական հոսքում նրանք գտան իրենց մեկնաբանությունը և խնդրի լուծումը ֆիզիկայի, կինետիկ քիմիայի, կենսաբանության, երկրաբանության, նյութագիտության, տնտեսագիտության և այլն կենսաբանության ոլորտներից և կենսաբանական էվոլյուցիան որպես ինքնության գործընթաց ուսումնասիրելու հնարավորություն։ - կազմակերպում բարդ համակարգում. Սիներգետիկայի համատեքստում այսօր իրականացվում են սոցիալական և հումանիտար հետազոտություններ։

Աշխարհայացքի տեսանկյունից սիներգետիկան երբեմն ներկայացվում է որպես «գլոբալ էվոլյուցիոնիզմ» կամ «էվոլյուցիայի համընդհանուր տեսություն», որը միասնական հիմք է տալիս ցանկացած նորարարության առաջացման մեխանիզմները նկարագրելու համար, ինչպես որ ժամանակին կիբեռնետիկան սահմանվել է որպես «համընդհանուր: վերահսկողության տեսություն», հավասարապես հարմար է ցանկացած գործողությունների կարգավորման և օպտիմալացման նկարագրության համար՝ բնության մեջ, տեխնոլոգիայի մեջ, հասարակության մեջ և այլն: և այլն: Սակայն ժամանակը ցույց տվեց, որ համընդհանուր կիբեռնետիկ մոտեցումը չի արդարացրել իր վրա դրված բոլոր հույսերը։

Նմանատիպ տեղեկատվություն.

Լսելով «քվանտային ֆիզիկա» բառերը, մարդիկ սովորաբար ջնջում են այն. «Սա ահավոր բարդ բան է»: Մինչդեռ դա բացարձակապես այդպես չէ, և «քվանտ» բառի մեջ բացարձակապես վատ բան չկա։ Անհասկանալին բավական է, հետաքրքիրը շատ է, իսկ սարսափելին՝ ոչ։

Գրադարակների, սանդուղքների և Իվան Իվանովիչի մասին

Մեզ շրջապատող աշխարհի բոլոր գործընթացները, երևույթները և քանակները կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ շարունակական (գիտականորեն. շարունակական ) և ընդհատվող (գիտականորեն դիսկրետ կամ քվանտացված ).

Պատկերացրեք սեղան, որի վրա կարող եք գիրք տեղադրել: Դուք կարող եք գիրքը դնել սեղանի վրա ցանկացած վայրում: Աջ, ձախ, մեջտեղում ... Ուր ուզում եք, դրեք այնտեղ: Այս դեպքում ֆիզիկոսներն ասում են, որ գրքի դիրքը սեղանի վրա փոխվում է։ շարունակաբար .

Հիմա պատկերացրեք գրադարակները։ Դուք կարող եք գիրք դնել առաջին դարակում, երկրորդում, երրորդում կամ չորրորդում, բայց դուք չեք կարող գիրքը դնել «երրորդից չորրորդից ինչ-որ տեղ»: Այս դեպքում գրքի դիրքը փոխվում է։ ընդհատումներով , դիսկրետ կերպով , քվանտացված (այս բոլոր բառերը նույն բանն են նշանակում):

Մեզ շրջապատող աշխարհը լի է շարունակական և քանակական մեծություններով: Ահա երկու աղջիկ՝ Կատյան և Մաշան։ Նրանց հասակը 135 և 136 սանտիմետր է։ Ո՞րն է այս արժեքը: Բարձրությունը անընդհատ փոխվում է, այն կարող է լինել 135 ու կես սանտիմետր, իսկ 135 սանտիմետր քառորդ։ Բայց դպրոցի թիվը, որտեղ սովորում են աղջիկները, քվանտացված արժեք է։ Ասենք Կատյան գնում է թիվ 135 դպրոց, իսկ Մաշան՝ 136։ Սակայն նրանցից ոչ ոք չի կարող գնալ 135 ու կես դպրոց, չէ՞։

Քվանտացված համակարգի մեկ այլ օրինակ է շաշկի տախտակը: Շախմատի տախտակի վրա կա 64 քառակուսի, և յուրաքանչյուր խաղաքարը կարող է զբաղեցնել միայն մեկ քառակուսի։ Կարո՞ղ ենք քառակուսիների արանքում ինչ-որ տեղ գրավադրել կամ մի քառակուսու վրա միանգամից երկու լոմբարդ դնել: Իրականում կարող ենք, բայց ըստ կանոնների՝ ոչ։

Շարունակական վայրէջք

Եվ ահա խաղահրապարակի վրա գտնվող սահիկը: Երեխաները սահում են դրանից, քանի որ սլայդի բարձրությունը սահուն, անընդհատ փոխվում է: Հիմա պատկերացրեք, որ այս սահիկը հանկարծակի (կախարդական փայտիկի ալիք) վերածվեց սանդուղքի: Նրան քահանայի վրա սահեցնելը չի ​​աշխատի: Պետք է քայլել ոտքերով` սկզբում մեկ քայլ, հետո երկրորդ, հետո երրորդ: Չափը (բարձրությունը) մենք փոխեցինք շարունակաբար - բայց սկսեց փոխվել քայլերով, այսինքն՝ զուսպ, քվանտացված .

Քվանտացված ծագում

Եկեք ստուգենք!

1. Տան հարևաններից մեկը՝ Իվան Իվանովիչը, գնաց հարևան գյուղ և ասաց. «Ես ճանապարհին մի տեղ կհանգստանամ»։

2. Տնակում հարևան Իվան Իվանովիչը գնաց հարևան գյուղ և ասաց. «Ես ավտոբուսով կգնամ»:

Այս երկու իրավիճակներից («համակարգեր») ո՞րը կարելի է համարել շարունակական, իսկ ո՞րը՝ քվանտացված։

Պատասխան.

Առաջին դեպքում Իվան Իվանովիչը քայլում է և բացարձակապես ցանկացած կետում կարող է կանգ առնել հանգստանալու։ Սա նշանակում է, որ այս համակարգը շարունակական է։

Երկրորդում Իվան Իվանովիչը կարող է նստել ավտոբուս, որը եկել է կանգառ։ Կարող է բաց թողնել և սպասել հաջորդ ավտոբուսին: Բայց նա չի կարողանա ավտոբուսների «մի տեղ» նստել։ Սա նշանակում է, որ այս համակարգը քվանտացված է:

Ամեն ինչում մեղավոր է աստղագիտությունը

Հին հույները քաջատեղյակ էին շարունակական (շարունակական) և ընդհատվող (քվանտացված, ընդհատվող, դիսկրետ) մեծությունների գոյությանը։ Իր Psammit (Ավազի հատիկների հաշվարկը) գրքում Արքիմեդը նույնիսկ առաջին փորձն է արել մաթեմատիկական հարաբերություն հաստատել շարունակական և քվանտացված մեծությունների միջև։ Այնուամենայնիվ, այդ ժամանակ քվանտային ֆիզիկա գոյություն չուներ։

Այն գոյություն չուներ մինչև 20-րդ դարի հենց սկիզբը։ Այնպիսի մեծ ֆիզիկոսներ, ինչպիսիք են Գալիլեոն, Դեկարտը, Նյուտոնը, Ֆարադեյը, Յունգը կամ Մաքսվելը երբեք չէին լսել որևէ քվանտային ֆիզիկայի մասին և լավ էին աշխատում առանց դրա: Դուք կարող եք հարցնել. այդ դեպքում ինչու՞ գիտնականները հայտնվեցին քվանտային ֆիզիկայով: Ինչո՞վ է առանձնահատուկ ֆիզիկան: Պատկերացրեք, թե ինչ է տեղի ունեցել. Միայն բնավ ոչ ֆիզիկայի, այլ աստղագիտության մեջ։

Խորհրդավոր արբանյակ

1844 թվականին գերմանացի աստղագետ Ֆրիդրիխ Բեսելը դիտեց մեր գիշերային երկնքի ամենապայծառ աստղը՝ Սիրիուսը: Այդ ժամանակ աստղագետներն արդեն գիտեին, որ մեր երկնքի աստղերը անշարժ չեն, նրանք շարժվում են, միայն շատ, շատ դանդաղ: Ավելին, յուրաքանչյուր աստղ կարևոր է: - շարժվում է ուղիղ գծով. Այսպիսով, Սիրիուսին դիտարկելիս պարզվեց, որ նա ընդհանրապես ուղիղ գծով չի շարժվում։ Աստղը կարծես «տատանվում էր» մի ուղղությամբ, հետո մյուս ուղղությամբ։ Սիրիուսի ուղին երկնքում նման էր ոլորուն գծի, որը մաթեմատիկոսներն անվանում են «սինուսոիդ»:

Սիրիուս աստղը և նրա արբանյակը՝ Սիրիուս Բ

Պարզ էր, որ աստղն ինքը չէր կարող այդպես շարժվել։ Ուղիղ գծով շարժումը սինուսոիդի երկայնքով շարժման վերածելու համար անհրաժեշտ է ինչ-որ «անհանգստացնող ուժ»: Հետևաբար, Բեսելը առաջարկեց, որ ծանր արբանյակը պտտվի Սիրիուսի շուրջը, սա ամենաբնական և ողջամիտ բացատրությունն էր:

Այնուամենայնիվ, հաշվարկները ցույց են տվել, որ այս արբանյակի զանգվածը պետք է մոտավորապես նույնը լինի, ինչ մեր Արեգակը: Այդ դեպքում ինչու մենք չենք կարող տեսնել այս արբանյակը Երկրից: Սիրիուսը արեգակնային համակարգից հեռու չէ՝ մոտ երկուսուկես պարսեկ, և Արեգակի չափով մի առարկա պետք է շատ լավ երևալ...

Դժվար գործ ստացվեց։ Որոշ գիտնականներ ասացին, որ այս արբանյակը սառը, սառեցված աստղ է, հետևաբար այն բացարձակապես սև է և անտեսանելի մեր մոլորակից: Մյուսներն ասում էին, որ այս արբանյակը ոչ թե սև է, այլ թափանցիկ, ինչի պատճառով մենք այն չենք տեսնում։ Ամբողջ աշխարհի աստղագետները աստղադիտակներով նայեցին Սիրիուսին և փորձեցին «բռնել» առեղծվածային անտեսանելի արբանյակին, և նա կարծես ծաղրեց նրանց։ Զարմանալու բան կար, գիտես...

Մեզ հրաշք աստղադիտակ է պետք։

Նման աստղադիտակում մարդիկ առաջին անգամ տեսան Սիրիուսի արբանյակը

19-րդ դարի կեսերին աստղադիտակի ականավոր դիզայներ Ալվին Քլարկը ապրել և աշխատել է Միացյալ Նահանգներում։ Առաջին մասնագիտությամբ նա նկարիչ էր, բայց պատահաբար վերածվեց առաջին կարգի ինժեների, ապակեգործի և աստղագետի։ Մինչ այժմ ոչ ոք չի գերազանցել նրա ապշեցուցիչ ոսպնյակային աստղադիտակները: Ալվին Քլարքի ոսպնյակներից մեկը (76 սանտիմետր տրամագծով) կարելի է տեսնել Սանկտ Պետերբուրգում, Պուլկովոյի աստղադիտարանի թանգարանում ...

Այնուամենայնիվ, մենք շեղված ենք: Այսպիսով, 1867 թվականին Ալվին Քլարկը կառուցել է նոր աստղադիտակ- 47 սանտիմետր տրամագծով ոսպնյակով; դա ամենաշատն էր մեծ աստղադիտակայդ ժամանակ ԱՄՆ-ում։ Հենց խորհրդավոր Սիրիուսն է ընտրվել որպես առաջին երկնային օբյեկտ՝ փորձարկումների ժամանակ դիտարկման համար։ Եվ աստղագետների հույսերը փայլուն արդարացան՝ հենց առաջին գիշերը հայտնաբերվեց Սիրիուսի խուսափողական արբանյակը, որը կանխատեսել էր Բեսելը։

Թավայի միջից կրակի մեջ...

Սակայն, ստանալով տվյալներ Քլարքի դիտարկումներից, աստղագետները երկար ժամանակ ուրախ չէին։ Իսկապես, ըստ հաշվարկների, արբանյակի զանգվածը պետք է մոտավորապես նույնը լինի մեր Արեգակի զանգվածին (333000 անգամ ավելի քան Երկրի զանգվածը): Բայց հսկայական սև (կամ թափանցիկ) երկնային մարմնի փոխարեն աստղագետները տեսան ... մի փոքրիկ սպիտակ աստղ: Այս աստղը շատ տաք էր (25000 աստիճան, համեմատած մեր Արեգակի 5500 աստիճանի հետ) և միևնույն ժամանակ փոքր էր (տիեզերական չափանիշներով), ոչ ավելի, քան Երկիրը (հետագայում նման աստղերը կոչվեցին «սպիտակ թզուկներ»): Պարզվել է, որ այս աստղը միանգամայն աներևակայելի խտություն ունի։ Ի՞նչ նյութից է այն բաղկացած:

Երկրի վրա մենք գիտենք բարձր խտությամբ նյութեր՝ ասենք՝ կապար (այս մետաղից պատրաստված սանտիմետրի կողմով խորանարդը կշռում է 11,3 գրամ) կամ ոսկի (19,3 գրամ մեկ խորանարդ սանտիմետրում)։ Սիրիուսի արբանյակի (այն կոչվում էր «Սիրիուս Բ») նյութի խտությունը կազմում է միլիոն (!!!) գրամ մեկ խորանարդ սանտիմետր - այն 52 հազար անգամ ավելի ծանր է, քան ոսկին:

Վերցրեք, օրինակ, սովորական լուցկու տուփը: Դրա ծավալը 28 խորանարդ սանտիմետր է։ Սա նշանակում է, որ Սիրիուսի արբանյակի նյութով լցված լուցկու տուփը կկշռի ... 28 տոննա: Փորձեք պատկերացնել՝ կշեռքի մի թավայի վրա լուցկու տուփ կա, իսկ մյուսում՝ տանկ:

Մեկ այլ խնդիր կար. Ֆիզիկայի մեջ կա մի օրենք, որը կոչվում է Չարլզի օրենք: Նա պնդում է, որ նույն ծավալում նյութի ճնշումը որքան մեծ է, այնքան բարձր է այս նյութի ջերմաստիճանը։ Հիշեք, թե ինչպես է տաք գոլորշու ճնշումը պոկում կափարիչը եռացող թեյնիկից, և դուք անմիջապես կհասկանաք, թե ինչի մասին է խոսքը։ Այսպիսով, Սիրիուսի արբանյակի նյութի ջերմաստիճանը ամենաանամոթ կերպով խախտեց հենց Չարլզի այս օրենքը։ Ճնշումն աներեւակայելի էր, իսկ ջերմաստիճանը՝ համեմատաբար ցածր։ Արդյունքում ստացվել են «սխալ» ֆիզիկական օրենքներ եւ, ընդհանրապես, «սխալ» ֆիզիկա։ Ինչպես Վինի Թուխը` «սխալ մեղուները և սխալ մեղրը»:

Գլուխս պտտվում է...

Ֆիզիկան «փրկելու» համար 20-րդ դարի սկզբին գիտնականները պետք է խոստովանեին, որ աշխարհում միանգամից ԵՐԿՈՒ ֆիզիկոս կա՝ մեկը «դասական», որը հայտնի է երկու հազար տարի։ Եվ երկրորդը անսովոր է, քվանտ ... Գիտնականները ենթադրել են, որ դասական ֆիզիկայի օրենքները գործում են մեր աշխարհի սովորական, «մակրոսկոպիկ» մակարդակում։ Բայց ամենափոքր՝ «մանրադիտակային» մակարդակում նյութը և էներգիան ենթարկվում են բոլորովին այլ օրենքների՝ քվանտային։

Պատկերացրեք մեր Երկիր մոլորակը։ Այժմ նրա շուրջը պտտվում են ավելի քան 15000 տարբեր արհեստական ​​օբյեկտներ՝ յուրաքանչյուրն իր ուղեծրում: Ավելին, այս ուղեծիրը, ցանկության դեպքում, կարող է փոխվել (ճշգրտվել) - օրինակ, Միջազգայինի ուղեծիրը. տիեզերակայան(ISS): Սա մակրոսկոպիկ մակարդակ է, այստեղ գործում են դասական ֆիզիկայի (օրինակ՝ Նյուտոնի օրենքները) օրենքները։

Հիմա անցնենք մանրադիտակային մակարդակին։ Պատկերացրեք ատոմի միջուկը։ Նրա շուրջը, ինչպես արբանյակները, էլեկտրոնները պտտվում են, սակայն նրանցից շատերը չեն կարող լինել, որքան ցանկանում եք (ասենք, հելիումի ատոմը երկուսից ոչ ավել ունի): Իսկ էլեկտրոնների ուղեծրերն այլեւս կամայական չեն լինելու, այլ քվանտացված, «փուլային»։ Ֆիզիկայի նման ուղեծրերը կոչվում են նաև «թույլատրված էներգիայի մակարդակներ»։ Էլեկտրոնը չի կարող «սահուն» տեղափոխվել մի թույլատրելի մակարդակից մյուսը, այն կարող է միայն ակնթարթորեն «ցատկել» մակարդակից մակարդակ։ Ես պարզապես «այնտեղ» էի և անմիջապես հայտնվեցի «այստեղ»: Նա չի կարող լինել ինչ-որ տեղ «այնտեղ»-ի և «այստեղ»-ի միջև։ Այն անմիջապես փոխում է գտնվելու վայրը:

Հրաշալի? Հրաշալի՜ Բայց սա դեռ ամենը չէ։ Փաստն այն է, որ քվանտային ֆիզիկայի օրենքների համաձայն, երկու նույնական էլեկտրոնները չեն կարող զբաղեցնել էներգիայի նույն մակարդակը: Երբեք: Գիտնականներն այս երեւույթն անվանում են «Pauli ban» (ինչու է գործում այս «արգելքը», նրանք դեռ չեն կարողանում բացատրել): Ամենից շատ այս «արգելքը» հիշեցնում է շախմատի տախտակ, որը մենք որպես քվանտային համակարգի օրինակ բերեցինք՝ եթե խաղատախտակի քառակուսու վրա գրունտ կա, այս հրապարակի վրա այլ խաղատախտակ դնել չես կարող։ Ճիշտ նույն բանը տեղի է ունենում էլեկտրոնների հետ:

Խնդրի լուծումը

Հարցնում եք, ինչպե՞ս է քվանտային ֆիզիկան բացատրում այնպիսի արտասովոր երևույթներ, ինչպիսին է Սիրիուս Բ-ի ներսում Չարլզի օրենքի խախտումը: Բայց ինչպես.

Պատկերացրեք քաղաքային այգի, որն ունի պարահրապարակ: Շատերը քայլում են փողոցով, գնում են պարահրապարակ՝ պարելու։ Թող փողոցում մարդկանց թիվը ներկայացնի ճնշումը, իսկ դիսկոտեկում՝ ջերմաստիճանը։ Հսկայական թվով մարդիկ կարող են մտնել պարահրապարակ՝ որքան շատ մարդ քայլում է այգում, այնքան շատ մարդիկ պարում են պարահրապարակում, այսինքն՝ որքան ճնշումը, այնքան բարձր է ջերմաստիճանը։ Ահա թե ինչպես են գործում դասական ֆիզիկայի օրենքները, ներառյալ Չարլզի օրենքը: Նման նյութը գիտնականներն անվանում են «իդեալական գազ»։

Մարդիկ պարահրապարակում՝ «կատարյալ գազ»

Այնուամենայնիվ, մանրադիտակային մակարդակում դասական ֆիզիկայի օրենքները չեն գործում: Այնտեղ սկսում են գործել քվանտային օրենքներ, և դա արմատապես փոխում է իրավիճակը։

Պատկերացնենք, որ այգու պարահրապարակի տեղում սրճարան է բացվել։ Որն է տարբերությունը? Այո, այն, որ սրճարան, ի տարբերություն դիսկոտեկի, «այնքան» մարդ չի մտնի։ Հենց որ սեղանների բոլոր տեղերը զբաղեցնեն, անվտանգությունը կդադարի մարդկանց ներս թողնել։ Եվ քանի դեռ հյուրերից մեկը չի ազատել սեղանը, անվտանգությունը ոչ մեկին ներս չի թողնի։ Ավելի ու ավելի շատ մարդիկ են զբոսնում այգում - իսկ սրճարանում, քանի հոգի էր, այնքան էլ մնաց: Ստացվում է, որ ճնշումը մեծանում է, բայց ջերմաստիճանը «կանգնում է»։

Մարդիկ սրճարանում՝ «քվանտային գազ».

Սիրիուս Բ-ի ներսում, իհարկե, մարդ չկա, պարահրապարակներ ու սրճարաններ չկան։ Բայց սկզբունքը մնում է նույնը. էլեկտրոնները լրացնում են էներգիայի բոլոր թույլատրելի մակարդակները (ինչպես այցելուները՝ սեղանները սրճարանում), և նրանք չեն կարող որևէ մեկին ավելի հեռու թողնել՝ հենց Պաուլիի արգելքի համաձայն: Արդյունքում աստղի ներսում աներևակայելի հսկայական ճնշում է ստացվում, սակայն ջերմաստիճանը բարձր է, բայց աստղերի համար միանգամայն սովորական։ Նման նյութը ֆիզիկայում կոչվում է «դեգեներատիվ քվանտային գազ»։

Շարունակե՞նք...

Սպիտակ թզուկների աննորմալ բարձր խտությունը հեռու է ֆիզիկայի միակ երևույթից, որը պահանջում է քվանտային օրենքների կիրառում: Եթե ​​այս թեման ձեզ հետաքրքրում է, ապա «Ճառագայթի» հաջորդ համարներում կարելի է խոսել այլ, ոչ պակաս հետաքրքիր, քվանտային երեւույթների մասին։ Գրի՛ր Առայժմ հիշենք գլխավորը.

1. Մեր աշխարհում (Տիեզերքում) մակրոսկոպիկ (այսինքն՝ «մեծ») մակարդակում գործում են դասական ֆիզիկայի օրենքները։ Նրանք նկարագրում են սովորական հեղուկների և գազերի հատկությունները, աստղերի և մոլորակների շարժումը և շատ ավելին։ Հենց այս ֆիզիկան եք սովորում (կամ կսովորեք) դպրոցում:

2. Այնուամենայնիվ, միկրոսկոպիկ (այսինքն՝ աներևակայելի փոքր, ամենափոքր բակտերիայից միլիոնավոր անգամ փոքր) մակարդակում գործում են բոլորովին այլ օրենքներ՝ քվանտային ֆիզիկայի օրենքներ։ Այս օրենքները նկարագրված են շատ բարդ մաթեմատիկական բանաձևերով, և դրանք չեն ուսումնասիրվում դպրոցում։ Այնուամենայնիվ, միայն քվանտային ֆիզիկան թույլ է տալիս համեմատաբար պարզ բացատրել այնպիսի զարմանալի տիեզերական օբյեկտների կառուցվածքը, ինչպիսիք են սպիտակ թզուկները (ինչպես Սիրիուս B-ն), նեյտրոնային աստղերը, սև խոռոչները և այլն:

Այստեղ ես օրեր շարունակ զրույց ունեցա թեմայի շուրջ հետաձգված քվանտային ջնջում, նույնիսկ ոչ այնքան քննարկում, որքան քվանտային ֆիզիկայի հիմունքների իմ հրաշալի ընկեր dr_tambowsky-ի համբերատար բացատրությունն ինձ: Քանի որ դպրոցում վատ էի դասավանդում ֆիզիկա, իսկ մեծ տարիքում նկարվում էի, սպունգի պես կլանում եմ այն։ Որոշեցի բացատրություններ հավաքել մի տեղ, գուցե մեկ ուրիշը։

Սկզբից խորհուրդ եմ տալիս դիտել երեխաների համար նախատեսված մուլտֆիլմ միջամտության և «աչքի» վրա ուշադրություն դարձնելու մասին։ Որովհետև իրականում սա է ամբողջ խնդիրը։

Հետո կարող ես սկսել կարդալ dr_tambowsky-ից տեքստը, որը ես ամբողջությամբ մեջբերում եմ ստորև, կամ ով խելացի ու խելացի է, կարող է անմիջապես կարդալ: Ավելի լավ է երկուսն էլ:

Ինչ է միջամտությունը:
Իրոք, կան շատ տարբեր տերմիններ և հասկացություններ, և դրանք շատ շփոթված են: Գնանք կարգով։ Նախ, կա միջամտություն որպես այդպիսին: Կան բազմաթիվ միջամտության օրինակներ և կան շատ տարբեր ինտերֆերոմետրեր: Հատուկ փորձը, որը մշտապես ենթարկվում է կողմնակալության և հաճախ օգտագործվում է ջնջման այս գիտության մեջ (հիմնականում այն ​​պատճառով, որ այն պարզ է և հարմար), երկու ճեղքեր են, որոնք կտրված են կողք կողքի, միմյանց զուգահեռ անթափանց էկրանի վրա: Սկսենք, եկեք լույս սփռենք նման կրկնակի ճեղքի վրա: Լույսը ալիք է, այնպես չէ՞։ Եվ մենք մշտապես դիտում ենք լույսի միջամտությունը: Հավատացեք, որ եթե դուք փայլում եք այս երկու անցքերի վրա և մյուս կողմում դնում եք էկրան (կամ պարզապես պատ), ապա այս երկրորդ էկրանին մենք կտեսնենք նաև միջամտության օրինաչափություն՝ լույսի երկու պայծառ կետերի փոխարեն, որոնք «անցել են»: անցքերի միջով» երկրորդ էկրանին (պատին) կլինի փոփոխական վառ և մուգ գծերի ցանկապատ: Կրկին նկատի ունեցեք, որ սա զուտ ալիքային հատկություն է. եթե մենք քարեր նետենք, ապա նրանցից նրանք, ովքեր ընկել են անցքերի մեջ, կշարունակեն ուղիղ թռչել և կհարվածեն պատին, յուրաքանչյուրը իր սեփական բացվածքի հետևում, այսինքն՝ մենք կտեսնենք երկու անկախ կույտ: քարեր (եթե կպչեն պատին, իհարկե 🙂), ոչ մի միջամտություն։

Հետո, հիշու՞մ եք, դպրոցում դասավանդում էին «մասնիկ-ալիքային դուալիզմի» մասին։ Որ երբ ամեն ինչ շատ փոքր է և շատ քվանտ, ապա առարկաները և՛ մասնիկներ են, և՛ ալիքներ։ Անցյալ դարի 20-ականների հայտնի փորձերից մեկում (Սթերն-Գերլաչի փորձը) նրանք օգտագործեցին նույն կարգավորումը, ինչպես նկարագրված էր վերևում, բայց լույսի փոխարեն նրանք փայլեցին ... էլեկտրոններով: Դե, այսինքն, էլեկտրոնները մասնիկներ են, չէ՞: Այսինքն, եթե դրանք «գցվեն» կրկնակի բացիկի վրա, ինչպես խճաքարերը, ապա սլաքների հետևի պատին կտեսնենք ի՞նչ։ Պատասխանը ոչ թե երկու առանձին կետեր է, այլ կրկին միջամտության պատկեր !! Այսինքն՝ էլեկտրոնները նույնպես կարող են խանգարել։

Մյուս կողմից, պարզվում է, որ լույսը ոչ այնքան ալիք է, այլ նաև մասնիկ՝ ֆոտոն։ Այսինքն՝ մենք հիմա այնքան խելացի ենք, որ հասկանում ենք, որ վերը նկարագրված երկու փորձերը նույն բանն են։ Մենք (քվանտային) մասնիկներ ենք նետում ճեղքերի վրա, և այդ ճեղքերի մասնիկները խանգարում են. պատին տեսանելի են փոփոխական շերտեր («տեսանելի»՝ այն իմաստով, թե ինչով ենք գրանցում ֆոտոնները կամ էլեկտրոնները, դրա համար աչքերը անհրաժեշտ չեն 🙂) .

Այժմ, զինված այս համընդհանուր պատկերով, եկեք տանք հաջորդ, ավելի նուրբ հարցը (ուշադրություն, շատ կարևոր !!).
Երբ մենք փայլում ենք ճեղքի վրա մեր ֆոտոններով / էլեկտրոններով / մասնիկներով, մենք մյուս կողմում տեսնում ենք միջամտության օրինաչափություն: Կատարյալ։ Բայց ի՞նչ է պատահում մեկ ֆոտոնի / էլեկտրոնի / պի-մեզոնի հետ: [իսկ այսուհետ խոսենք՝ հարմարության համար՝ միայն ֆոտոնների մասին]։ Չէ՞ որ նման տարբերակ հնարավոր է՝ յուրաքանչյուր ֆոտոն խիճի պես թռչում է իր սեփական բացվածքով, այսինքն՝ ունի բավականին հստակ հետագիծ։ Այս ֆոտոնը թռչում է ձախ բացվածքով: Եվ այդ մեկը այնտեղ՝ ճիշտի միջով: Երբ այս ֆոտոն-խճաքարերը, հետևելով իրենց հատուկ հետագծերին, հասնում են ճեղքերի հետևում գտնվող պատին, նրանք այնտեղ ինչ-որ կերպ փոխազդում են միմյանց հետ, և այս փոխազդեցության արդյունքում, արդեն իսկ պատի վրա, առաջանում է միջամտության օրինաչափություն: Մինչ այժմ մեր փորձերում ոչինչ չի հակասում այս մեկնաբանությանը. ի վերջո, երբ մենք վառ լույս ենք արձակում բացվածքի վրա, մենք միանգամից բազմաթիվ ֆոտոններ ենք ուղարկում: Շունը գիտի, թե այնտեղ ինչ են անում։

Այս կարևոր հարցի պատասխանն ունենք. Մենք գիտենք, թե ինչպես նետել մեկ ֆոտոն միաժամանակ: Նրանք լքեցին այն: Սպասեցին։ Հաջորդը գցեցին։ Մենք ուշադիր նայում ենք պատին և նկատում, թե ուր են հասնում այս ֆոտոնները: Մեկ ֆոտոն, իհարկե, սկզբունքորեն չի կարող ստեղծել դիտելի միջամտության օրինաչափություն. այն մեկն է, և երբ մենք գրանցում ենք այն, այն կարող ենք տեսնել միայն որոշակի վայրում, և ոչ ամենուր միանգամից: Այնուամենայնիվ, վերադառնանք խճաքարերի նմանությանը: Մի խճաքար թռավ կողքով։ Նա հարվածեց պատին մեկ անցքի հետևում (իհարկե, նրա միջով թռավ): Ահա ևս մեկը. կրկին բախվել է բնիկի հետևում: Մենք նստում ենք։ Մենք հաշվում ենք. Որոշ ժամանակ անց և բավականաչափ խճաքարեր նետելուց հետո մենք կստանանք բաշխում. կտեսնենք, որ շատ խճաքարեր դիպչում են պատին մի անցքի հետևում, իսկ շատերը՝ մյուսի հետևում: Եվ ոչ մի այլ տեղ: Մենք նույնն ենք անում ֆոտոնների հետ. մենք դրանք մեկ առ մեկ նետում ենք և կամաց-կամաց հաշվարկում, թե քանի ֆոտոն է հասել պատի յուրաքանչյուր տեղում: Մենք կամաց-կամաց խելագարվում ենք, որովհետև ֆոտոնների հարվածների հաճախականությունների բաշխումը բոլորովին երկու կետ չէ համապատասխան անցքերի տակ։ Այս բաշխումը ճշգրտորեն կրկնում է միջամտության օրինակը, որը մենք տեսանք, երբ փայլեցինք պայծառ լույսով: Բայց ֆոտոններն այժմ գալիս էին հերթով։ Մեկը այսօր. Հաջորդը վաղն է։ Նրանք պատի վրա չէին կարողանում շփվել միմյանց հետ։ Այսինքն՝ քվանտային մեխանիկայի հետ լիովին համապատասխան՝ մեկ առանձին ֆոտոն միաժամանակ ալիք է, և ոչ մի ալիք նրան խորթ չէ։ Մեր փորձի ֆոտոնը չունի որոշակի հետագիծ. յուրաքանչյուր առանձին ֆոտոն միանգամից անցնում է երկու ճեղքերով և, այսպես ասած, խանգարում է ինքն իրեն: Մենք կարող ենք կրկնել փորձը՝ թողնելով միայն մեկ ճեղք, այնուհետև ֆոտոնները բնականաբար կհավաքվեն դրա հետևում: Փակեք առաջինը, բացեք երկրորդը, այնուամենայնիվ ֆոտոնները հերթով նետեք: Նրանք փունջ են, իհարկե, երկրորդի տակ, բաց, բնիկ: Մենք բացում ենք երկուսն էլ. այն վայրերի բաշխումը, որտեղ ֆոտոնները սիրում են միավորվել, այն բաշխումների գումարը չէ, որը ստացվել է, երբ բաց էր միայն մեկ ճեղքը: Նրանք այժմ դեռ հավաքված են ճեղքերի միջև: Ավելի ճիշտ, նրանց սիրելի խմբավորման վայրերն այժմ հերթափոխով գծեր են: Այս մեկում՝ մի բուռ, մյուսում՝ ոչ, նորից՝ այո, մութ, լույս։ Ախ, միջամտություն...

Ինչ է սուպերպոզիցիան և պտույտը:
Այսպիսով. Մենք կենթադրենք, որ միջամտության մասին ամեն ինչ հասկանում ենք որպես այդպիսին։ Վերցնենք սուպերպոզիցիա։ Չգիտեմ ինչպես եք քվանտային մեխանիկայի հետ, կներեք։ Եթե ​​դա վատ է, ուրեմն պետք է շատ բան վերցնել հավատքի վրա, դա դժվար է մի խոսքով բացատրել:

Բայց սկզբունքորեն մենք արդեն ինչ-որ տեղ մոտ էինք, երբ տեսանք, որ մեկ ֆոտոն թռչում է միանգամից երկու ճեղքերով: Կարելի է ուղղակի ասել՝ ֆոտոնը չունի հետագիծ, ալիք և ալիք։ Եվ կարելի է ասել, որ ֆոտոնը միաժամանակ թռչում է երկու հետագծով (խստորեն ասած՝ նույնիսկ ոչ երկուսի երկայնքով, իհարկե, բայց միանգամից)։ Սա համարժեք հայտարարություն է։ Սկզբունքորեն, եթե այս ճանապարհով գնանք մինչև վերջ, ապա կհասնենք «ուղու ինտեգրալին»՝ Ֆեյնմանի քվանտային մեխանիկայի ձևակերպմանը։ Այս ձևակերպումը աներևակայելի նրբագեղ է և նույնքան բարդ, գործնականում դժվար է այն օգտագործել, առավել ևս օգտագործել այն հիմքերը բացատրելու համար: Հետևաբար, մենք չենք գնա մինչև վերջ, այլ ավելի շուտ կմտածենք ֆոտոնի վրա, որը թռչում է «միանգամից երկու ճանապարհներով»: Դասական հասկացությունների իմաստով (իսկ հետագիծը բավականին լավ սահմանված դասական հասկացություն է, կա՛մ քարը թռչում է ճակատով, կա՛մ անցյալում), ֆոտոնը միաժամանակ տարբեր վիճակներում է: Հերթական անգամ հետագիծը նույնիսկ այն չէ, ինչ մեզ պետք է, մեր նպատակներն ավելի պարզ են, ուղղակի կոչ եմ անում գիտակցել և զգալ փաստը։

Քվանտային մեխանիկա մեզ ասում է, որ սա կանոն է, ոչ թե բացառություն: Ցանկացած քվանտային մասնիկ կարող է լինել (և սովորաբար գտնվում է) միանգամից «մի քանի վիճակներում»։ Փաստորեն, պետք չէ շատ լուրջ վերաբերվել այս հայտարարությանը: Այս «բազմաթիվ վիճակները» իրականում մեր դասական ինտուիցիան են: Մենք սահմանում ենք տարբեր «պետություններ»՝ ելնելով մեր որոշ (արտաքին և դասական) նկատառումներից: Քվանտային մասնիկը ապրում է իր օրենքներով: Նա հարստություն ունի: Կետ. «Սուպերպոզիտորի» մասին հայտարարությունը միայն այն է, որ այս վիճակը կարող է շատ տարբերվել մեր դասական պատկերացումներից։ Մենք ներկայացնում ենք հետագծի դասական հասկացությունը և այն կիրառում ֆոտոնին այն վիճակում, որում նա սիրում է լինել: Իսկ ֆոտոնն ասում է. «Կներեք, իմ սիրելի վիճակն այնպիսին է, որ ձեր այս հետագծերի հետ կապված ես միանգամից երկուսի վրա եմ»: Սա չի նշանակում, որ ֆոտոնն ընդհանրապես չի կարող լինել այնպիսի վիճակում, որում հետագիծը (քիչ թե շատ) սահմանված է։ Մենք փակում ենք անցքերից մեկը, և կարող ենք որոշ չափով ասել, որ ֆոտոնը թռչում է երկրորդի միջով որոշակի հետագծով, որը մենք լավ հասկանում ենք: Այսինքն՝ նման պետություն սկզբունքորեն գոյություն ունի։ Եկեք բացենք երկուսն էլ՝ ֆոտոնը նախընտրում է լինել սուպերպոզիցիային։

Նույնը վերաբերում է այլ պարամետրերին: Օրինակ, սեփական անկյունային իմպուլս, կամ ետ: Հիշու՞մ եք երկու էլեկտրոնի մասին, որոնք կարող են միասին նստել նույն s-օրբիտալում, եթե նրանք ունեն հակառակ սպիններ: Սա հենց դա է: Իսկ ֆոտոնն ունի նաև պտույտ։ Ֆոտոնի պտույտի լավն այն է, որ դասականների մեջ այն իրականում համապատասխանում է լույսի ալիքի բևեռացմանը։ Այսինքն՝ օգտագործելով բոլոր տեսակի բևեռացնողները և մեր ունեցած այլ բյուրեղները, մենք կարող ենք շահարկել առանձին ֆոտոնների սպինը (բևեռացումը), եթե դրանք ունենանք (և նրանք կհայտնվեն):

Այսպիսով, պտտեք: Էլեկտրոնն ունի սպին (հույս ունենալով, որ ուղեծրերն ու էլեկտրոնները ձեզ համար ավելի թանկ են, քան ֆոտոնները, այնպես որ, միեւնույն է), բայց էլեկտրոնը բացարձակապես անտարբեր է, թե ինչ «սպին վիճակում» է գտնվում: Spin-ը վեկտոր է, և մենք կարող ենք փորձել ասել «սպինը նայում է դեպի վեր»: Կամ «պտույտը ներքև է նայում» (մեր ընտրած ուղղության համեմատ): Եվ էլեկտրոնը մեզ ասում է. «Ես չէի մտածում քո մասին, ես կարող եմ երկու հետագծով լինել միանգամից երկու սպինային վիճակներում»: Այստեղ կրկին շատ կարևոր է, որ շատ էլեկտրոններ չլինեն սպինի տարբեր վիճակներում, անսամբլում մեկը նայում է վերև, մյուսը ներքև, և յուրաքանչյուր առանձին էլեկտրոն միանգամից երկու վիճակներում է: Նույն կերպ, ոչ թե տարբեր էլեկտրոններ են անցնում տարբեր անցքերով, այլ մեկ էլեկտրոն (կամ ֆոտոն) միանգամից երկու սլոտներով է անցնում։ Էլեկտրոնը կարող է լինել որոշակի պտույտի ուղղություն ունեցող վիճակում, եթե խնդրեն, բայց նա ինքը դա չի անի: Կիսաորակական իրավիճակը կարելի է նկարագրել հետևյալ կերպ. 1) կա երկու վիճակ՝ | +1> (spin up) և | -1> (spin down); 2) սկզբունքորեն սրանք կոշերային վիճակներ են, որոնցում կարող է գոյություն ունենալ էլեկտրոն. 3) սակայն, եթե հատուկ ջանքեր չգործադրվեն, էլեկտրոնը «կփչանա» երկու վիճակներում, և նրա վիճակը կլինի նման | +1> + | -1>, մի վիճակ, որի դեպքում էլեկտրոնը չունի սպինի որոշակի ուղղություն: (ճիշտ այնպես, ինչպես հետագիծ 1+ հետագիծ 2, այնպես չէ՞): Սա «պետությունների սուպերպոզիցիան» է։

Ալիքային ֆունկցիայի փլուզման մասին.
Մեզ շատ քիչ բան է մնացել՝ հասկանալու, թե ինչ է չափումը և «ալիքի ֆունկցիայի փլուզումը»։ Ալիքային ֆունկցիան այն է, ինչ մենք գրել ենք վերևում, | +1> + | -1>: Ընդամենը պետության նկարագրություն. Պարզության համար կարելի է խոսել հենց պետության մասին, որպես այդպիսին, և նրա «փլուզման» մասին, դա նշանակություն չունի։ Ահա թե ինչ է պատահում. էլեկտրոնը թռչում է դեպի ինքն իրեն նման անորոշ հոգեվիճակում, լինի դա վերև, թե վար, կամ երկուսն էլ միանգամից: Հետո վազում ենք ինչ-որ վախեցնող սարքով և չափում ենք մեջքի ուղղությունը։ Այս կոնկրետ դեպքում բավական է էլեկտրոնը մղել մագնիսական դաշտի մեջ. այն էլեկտրոնները, որոնց սպինը նայում է դաշտի ուղղության երկայնքով, պետք է շեղվեն մի ուղղությամբ, իսկ հակառակ դաշտինը՝ մյուս ուղղությամբ: Մենք նստում ենք մյուս կողմում և շփում մեր ձեռքերը. մենք տեսնում ենք, թե որ ուղղությամբ է շեղվել էլեկտրոնը և անմիջապես գիտենք՝ նրա սպինը վերև է նայում, թե վար: Ֆոտոնները կարող են մղվել բևեռացման ֆիլտրի մեջ. եթե բևեռացումը (սպինը) +1 է, ֆոտոնն անցնում է, եթե -1, ապա ոչ:

Բայց կներեք, էլեկտրոնն ուներ պտույտի որոշակի ուղղություն մինչև չափումը: Սա է ամբողջ իմաստը: Հստակ չկար, բայց այն, իբրև թե, «խառնված» էր միանգամից երկու վիճակից, և այս նահանգներից յուրաքանչյուրում ուղղությունը շատ հավասար էր։ Չափման գործընթացում մենք ստիպում ենք էլեկտրոնին որոշել, թե ով պետք է լինի և որտեղ փնտրի` վեր, թե վար: Վերը նկարագրված իրավիճակում, իհարկե, սկզբունքորեն մենք չենք կարող նախապես կանխատեսել, թե կոնկրետ այս էլեկտրոնը ինչ որոշում կընդունի, երբ թռչի դեպի մագնիսական դաշտ։ 50% հավանականությամբ նա կարող է որոշել «վերև», նույն հավանականությամբ՝ «ներքև»։ Բայց հենց որ նա դա որոշում է, նա գտնվում է պտույտի որոշակի ուղղություն ունեցող վիճակում։ Մեր «չափման» արդյունքում! Սա «փլուզում» է՝ չափումից առաջ ալիքի ֆունկցիան (ներողություն, վիճակ) եղել է | +1> + | -1>: Այն բանից հետո, երբ մենք «չափեցինք» և տեսանք, որ էլեկտրոնը շեղվել է որոշակի ուղղությամբ, որոշվեց նրա սպինի ուղղությունը և նրա ալիքի ֆունկցիան դարձավ պարզապես | +1> (կամ | -1>, եթե այն շեղվեց մյուս ուղղությամբ): Այսինքն՝ պետությունը «փլուզվեց» իր բաղադրիչներից մեկի մեջ. Երկրորդ բաղադրիչը «խառնելը» այլևս չի երևում:

Հիմնականում սա բնօրինակ ձայնագրության մեջ դատարկ փիլիսոփայության մասին էր, և դա այն է, ինչ ինձ դուր չի գալիս մուլտֆիլմի վերջը: Այնտեղ ուղղակի աչք է գծված, և անփորձ հեռուստադիտողը կարող է նախ ունենալ գործընթացի որոշակի մարդակենտրոնության պատրանք (ասում են՝ դիտորդ է պետք «չափում» անելու համար), և երկրորդ՝ դրա ոչ ինվազիվությունը (լավ. , մենք պարզապես փնտրում ենք): Այս թեմայի վերաբերյալ իմ պատկերացումները վերը նշված են: Նախ, «դիտորդը», որպես այդպիսին, իհարկե պետք չէ։ Բավական է քվանտային համակարգը շփվի մի մեծ, դասական համակարգի հետ, և ամեն ինչ ինքնըստինքյան կկատարվի (էլեկտրոնները թռչելու են մագնիսական դաշտ և կորոշեն, թե ովքեր են՝ անկախ նրանից՝ մենք մյուս կողմում նստած ենք և դիտում ենք, թե ոչ։ ): Երկրորդ, քվանտային մասնիկի ոչ ինվազիվ դասական չափումը սկզբունքորեն անհնար է: Աչք նկարելը հեշտ է, բայց ի՞նչ է նշանակում «նայել ֆոտոնին և պարզել, թե որտեղ է նա թռել»: Նայելու համար անհրաժեշտ են ֆոտոններ, որոնք դիպչում են աչքին, ցանկալի է՝ շատ: Ինչպե՞ս կարող ենք այնպես կազմակերպել, որ բազմաթիվ ֆոտոններ գան և մեզ ամեն ինչ պատմեն մեկ դժբախտ ֆոտոնի վիճակի մասին, որի վիճակն է մեզ հետաքրքրում։ Լապտեր փայլե՞լ նրա վրա: Իսկ դրանից հետո ի՞նչ կմնա նրանից։ Հասկանալի է, որ մենք մեծապես կազդենք նրա վիճակի վրա, գուցե այնքան, որ նա չցանկանա բարձրանալ սլոտներից մեկը։ Ամեն ինչ այնքան էլ հետաքրքիր չէ: Բայց վերջապես հասանք հետաքրքիրին։

Էյնշտեյն-Պոդոլսկի-Ռոզեն պարադոքսի և ֆոտոնների խճճված զույգերի մասին
Մենք հիմա գիտենք պետությունների սուպերպոզիցիային, բայց մինչ այժմ մենք խոսել ենք միայն մեկ մասնիկի մասին։ Միայն պարզության համար: Բայց, այնուամենայնիվ, ի՞նչ կլինի, եթե մենք ունենք երկու մասնիկ: Դուք կարող եք մի քանի մասնիկներ պատրաստել ամբողջովին քվանտային վիճակում, որպեսզի դրանց ընդհանուր վիճակը նկարագրվի մեկ ընդհանուր ալիքային ֆունկցիայով: Սա, իհարկե, հեշտ չէ. երկու կամայական ֆոտոններ հարևան սենյակներում կամ էլեկտրոնները հարևան փորձանոթներում նույնիսկ չգիտեն միմյանց մասին, ուստի դրանք կարող են և պետք է նկարագրվեն ամբողջովին անկախ: Հետևաբար, պարզապես հնարավոր է հաշվարկել ջրածնի ատոմի մեկ պրոտոնի վրա, ասենք, մեկ էլեկտրոնի կապող էներգիան, որը բոլորովին հետաքրքրված չէ Մարսի կամ նույնիսկ հարևան ատոմների այլ էլեկտրոններով: Բայց եթե հատուկ փորձեք, ապա քվանտային վիճակ, որը ներառում է միանգամից երկու մասնիկ, կարող է ստեղծվել: Սա կկոչվի «կոհերենտ վիճակ»՝ կապված զույգ մասնիկների և բոլոր տեսակի քվանտային ջնջումների և համակարգիչների հետ, սա նաև կոչվում է խճճված վիճակ:

Առաջ անցնել. Մենք կարող ենք իմանալ (այս համահունչ վիճակի պատրաստման գործընթացի հետ կապված սահմանափակումների պատճառով), որ, ասենք, մեր երկու մասնիկների համակարգի ընդհանուր սպինը հավասար է զրոյի։ Ոչինչ, մենք գիտենք, որ s- ուղեծրում երկու էլեկտրոնի սպինները պետք է լինեն հակազուգահեռ, այսինքն՝ ընդհանուր սպինը զրո է, և դա մեզ բոլորովին չի վախեցնում, չէ՞։ Այն, ինչ մենք չգիտենք, այն է, թե ուր է նայում որոշակի մասնիկի պտույտը: Մենք միայն գիտենք, որ ուր էլ նա նայի, երկրորդ պտույտը պետք է նայի մյուս ուղղությամբ։ Այսինքն, եթե մենք նշանակենք մեր երկու մասնիկները (A) և (B), ապա վիճակը, սկզբունքորեն, կարող է լինել հետևյալը. | +1 (A), -1 (B)> (A-ն նայում է վերև, B-ն ներքև) . Սա թույլատրված պետություն է, չի խախտում սահմանված սահմանափակումները։ Մեկ այլ հնարավորություն է | -1 (A), +1 (B)> (ընդհակառակը, A վար, B վերև): Նաև հնարավոր պայման։ Ձեզ չի՞ հիշեցնում այն ​​վիճակները, որոնք մենք մի փոքր ավելի վաղ արձանագրել ենք մեկ էլեկտրոնի սպինի համար։ Քանի որ մեր երկու մասնիկներից բաղկացած համակարգը, թեև այն քվանտային և համահունչ է, կարող է (և կլինի) վիճակների սուպերպոզիցիայի մեջ | +1 (A); -1 (B)> + | -1 (A); +1 (B)>. Այսինքն՝ երկու հնարավորություններն էլ իրականացվում են միաժամանակ։ Ինչպես ֆոտոնի երկու հետագծերը կամ մեկ էլեկտրոնի սպինի երկու ուղղությունները։

Նման համակարգի չափումը շատ ավելի զվարճալի է, քան մեկ ֆոտոն: Իսկապես, ենթադրենք, որ չափում ենք միայն մեկ մասնիկի սպինը, Ա. Մենք արդեն հասկացել ենք, որ չափումը քվանտային մասնիկի համար ծանր սթրես է, չափման ընթացքում նրա վիճակը կտրուկ կփոխվի, կոլապս տեղի կունենա... Ճիշտ է, բայց. այս դեպքում դեռ կա երկրորդ մասնիկը` B, որը սերտորեն կապված է A-ի հետ, նրանք ունեն ընդհանուր ալիքային ֆունկցիա! Ենթադրենք, չափեցինք A պտույտի ուղղությունը և տեսանք, որ այն +1 է։ Բայց A-ն չունի իր սեփական ալիքային ֆունկցիան (կամ այլ կերպ ասած՝ իր անկախ պետությունը), որպեսզի այն փլուզվի մինչև | +1>: Այն ամենը, ինչ A-ն ունի, B-ի հետ վերը նկարագրված խճճված վիճակն է: Եթե ​​A չափումը տալիս է +1, և մենք գիտենք, որ A և B պտույտները հակազուգահեռ են, մենք գիտենք, որ B պտույտը նայում է ներքև (-1): Զույգի ալիքային ֆունկցիան փլուզվում է այնքան, որքան կարող է, կամ գուցե միայն մինչև | +1 (A); -1 (B)>. Նկարագրված ալիքային ֆունկցիան մեզ այլ հնարավորություններ չի տալիս։

Դեռ ոչինչ։ Ի՞նչ եք կարծում, ամբողջ պտույտը պահպանվե՞լ է: Հիմա եկեք պատկերացնենք, որ ստեղծել ենք նման A, B զույգ և թողնենք, որ այս երկու մասնիկները թռչեն տարբեր ուղղություններով՝ մնալով համահունչ։ Մեկը (Ա) թռավ դեպի Մերկուրի: Իսկ մյուսը (B), ասենք, Յուպիտերին: Հենց այս պահին մենք հայտնվեցինք Մերկուրիի վրա և չափեցինք A պտույտի ուղղությունը: Ի՞նչ է պատահել: Նույն պահին մենք սովորեցինք սպին B-ի ուղղությունը և փոխեցինք B-ի ալիքային ֆունկցիան: Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ սա ամենևին էլ նույնը չէ, ինչ դասականներում: Թող երկու թռչող քարերը պտտվեն իրենց առանցքի շուրջ և հաստատ իմանանք, որ նրանք պտտվում են հակառակ ուղղություններով: Եթե ​​չափենք մեկի պտտման ուղղությունը, երբ այն հասնում է Մերկուրիին, ապա պարզում ենք նաև երկրորդի պտտման ուղղությունը, որտեղ էլ որ լինի այդ ժամանակ, նույնիսկ Յուպիտերի վրա։ Բայց այս քարերը միշտ պտտվում էին որոշակի ուղղությամբ՝ մեր չափումներից առաջ։ Իսկ եթե ինչ-որ մեկը չափի դեպի Յուպիտեր թռչող քարը, ապա նա (ա) կստանա նույն և միանգամայն հստակ պատասխանը՝ անկախ նրանից՝ ինչ-որ բան ենք չափել Մերկուրիի վրա, թե ոչ։ Մեր ֆոտոնների դեպքում իրավիճակը բոլորովին այլ է։ Նրանցից ոչ մեկն ընդհանրապես չուներ պտույտի որոշակի ուղղություն մինչև չափումը: Եթե ​​որևէ մեկը, առանց մեր մասնակցության, որոշեր Մարսի տարածաշրջանում ինչ-որ տեղ չափել B պտույտի ուղղությունը, ի՞նչ կստանար։ Ճիշտ է, 50% հավանականությամբ կտեսներ +1, 50% -1 հավանականությամբ։ Այդպիսին է B-ի վիճակը՝ սուպերպոզիցիան։ Եթե ​​սա ինչ-որ մեկը որոշի չափել B-ի պտույտը անմիջապես այն բանից հետո, երբ մենք արդեն չափել ենք A-ի պտույտը, տեսել ենք +1 և առաջացրել * ամբողջ * ալիքի ֆունկցիայի փլուզումը,
ապա նա չափման արդյունքում կստանա միայն -1՝ 100% հավանականությամբ։ Միայն մեր չափման պահին Ա-ն վերջապես որոշեց, թե ով պետք է լինի և «ընտրեց» պտույտի ուղղությունը, և այս ընտրությունը ակնթարթորեն ազդեց * ամբողջ * ալիքի ֆունկցիայի և B-ի վիճակի վրա, որն այդ պահին արդեն կա. սատանան գիտի որտեղ.

Հենց այս անհանգստությունը կոչվում է «քվանտային մեխանիկայի ոչ տեղայնություն»: Հայտնի է նաև որպես Էյնշտեյն-Պոդոլսկի-Ռոզեն պարադոքս (EPR պարադոքս) և, ընդհանրապես, այն, ինչ տեղի է ունենում ջնջման ժամանակ, կապված է դրա հետ։ Միգուցե ես ինչ-որ բան սխալ եմ հասկանում, իհարկե, բայց իմ ճաշակի համար ջնջումը միահյուսված է այն փաստի հետ, որ սա պարզապես ոչ տեղայնության փորձարարական ցուցադրություն է:

Պարզեցված՝ ջնջման փորձը կարող է այսպիսի տեսք ունենալ՝ ստեղծել խճճված զույգ ֆոտոններ: Մեկ-մեկ՝ զույգ, հետո հաջորդը և այլն: Յուրաքանչյուր զույգում մեկ ֆոտոն (A) թռչում է մի ուղղությամբ, մյուսը (B) մյուս ուղղությամբ: Ամեն ինչ, ինչպես մենք քննարկեցինք վերևում: Ֆոտոնի B-ի ճանապարհին մենք կրկնակի ճեղք ենք դնում և տեսնում ենք, թե ինչ է երևում պատի այս ճեղքի հետևում։ Միջամտության օրինաչափություն է առաջանում, քանի որ յուրաքանչյուր B ֆոտոն, ինչպես գիտենք, թռչում է երկու հետագծերով՝ միանգամից երկու ճեղքերով (մենք դեռ հիշում ենք այն միջամտությունը, որով սկսեցինք այս պատմությունը, այնպես չէ՞): Այն, որ B-ն դեռևս կապակցված է A-ի հետ և ունի ընդհանուր ալիքային ֆունկցիա A-ի հետ, նրա համար բավականին մանուշակագույն է: Մենք բարդացնում ենք փորձը՝ մեկ ճեղքը ծածկում ենք ֆիլտրով, որը թույլ է տալիս անցնել միայն +1 պտույտ ունեցող ֆոտոններին։ Երկրորդը ծածկում ենք ֆիլտրով, որը թույլ է տալիս անցնել միայն սպինով (բևեռացում) -1 ֆոտոնների միջով։ Շարունակում ենք վայելել միջամտության պատկերը, քանի որ ընդհանուր վիճակում A, B զույգեր(| +1 (A); -1 (B)> + | -1 (A); + 1 (B)>, ինչպես հիշում ենք), կան B վիճակներ երկու սպինով: Այսինքն, B «մասը» կարող է անցնել մեկ ֆիլտրով / բնիկով, մի մասը՝ մյուսով: Ինչպես նախկինում, մի «մասը» թռավ մի հետագծով, մյուսը՝ մյուսով (սա, իհարկե, խոսքի պատկեր է, բայց փաստը մնում է փաստ)։

Վերջապես, գագաթնակետը. ինչ-որ տեղ սնդիկի վրա կամ մի փոքր ավելի մոտ, օպտիկական սեղանի մյուս ծայրում, մենք բևեռացնող ֆիլտր ենք դնում A ֆոտոնների ճանապարհին, իսկ ֆիլտրի հետևում դետեկտոր է: Հաստատության համար թող այս նոր ֆիլտրը թողնի միայն +1 սպին ունեցող ֆոտոնների միջով: Ամեն անգամ, երբ դետեկտորը գործարկվում է, մենք գիտենք, որ +1 սպին ունեցող ֆոտոն A-ն անցել է կողքով (սպին -1 չի անցնի): Բայց սա նշանակում է, որ ամբողջ զույգի ալիքային ֆունկցիան փլուզվել է, և մեր ֆոտոնի «եղբայրը»՝ ֆոտոն B-ն, այս պահին ունի միայն մեկ հնարավոր վիճակ -1: Ամեն ինչ. Ֆոտոն B-ն այժմ սողալու «ոչինչ» չունի, այն պատված է զտիչով, որը թույլ է տալիս անցնել միայն +1 բևեռացումը: Նրան ուղղակի նման բաղադրիչ չի մնացել։ Շատ հեշտ է «ճանաչել» այս ֆոտոն Բ. Մենք զուգավորում ենք մեկ առ մեկ: Երբ մենք գրանցում ենք ֆիլտրով անցնող ֆոտոն Ա, մենք գրանցում ենք այն ժամանման ժամանակը։ Կես վայրկյան, օրինակ. Սա նշանակում է, որ նրա «եղբայրը» Բ-ն նույնպես ժամը մեկ անց պատին կթռչի։ Դե, կամ 1:36-ին, եթե նա թռչում է մի փոքր հեռու և, հետևաբար, ավելի երկար: Այնտեղ մենք էլ ժամանակներն ենք գրում, այսինքն՝ կարող ենք համեմատել՝ ով ով է, ով ում հետ կապ ունի։

Այսպիսով, եթե մենք հիմա նայենք, թե ինչ պատկեր է հայտնվել պատին, մենք որևէ միջամտություն չենք գտնի։ Ֆոտոն B-ն յուրաքանչյուր զույգից անցնում է կամ մի անցքով կամ մյուսի միջով: Պատի վրա երկու բծ կա. Այժմ հեռացրեք ֆիլտրը ֆոտոնային ուղուց A: Միջամտության օրինաչափությունը վերականգնված է:

... և վերջապես ուշացած ընտրության մասին
Իրավիճակը դառնում է բավականին տհաճ, երբ ֆոտոն A-ին ավելի երկար ժամանակ է պահանջվում թռչել դեպի իր ֆիլտրը/դետեկտորը, քան B ֆոտոնը դեպի անցքերը: Մենք չափում ենք անում (և ստիպում ենք A-ին լուծել, իսկ ալիքի ֆունկցիան՝ փլուզվել), B-ից հետո պետք է արդեն հասած լիներ պատին և ստեղծեր միջամտության օրինաչափություն: Այնուամենայնիվ, քանի դեռ մենք չափում ենք A-ն, նույնիսկ «ավելի ուշ, քան պետք է», B ֆոտոնների միջամտության օրինաչափությունը դեռ անհետանում է: Մենք հեռացնում ենք ֆիլտրը A-ի համար - այն վերականգնված է: Սա արդեն ուշացած ջնջում է։ Չեմ կարող ասել, որ շատ լավ հասկանում եմ, թե ինչով են դա ուտում։

Ուղղումներ և պարզաբանումներ.
Ամեն ինչ ճիշտ էր, հարմարեցված անխուսափելի պարզեցումների համար, մինչև որ սարքեցինք երկու խճճված ֆոտոններով: Սկզբում B ֆոտոնն ունի միջամտություն: Թվում է, թե այն չի աշխատում ֆիլտրերի հետ: Դուք պետք է ծածկեք թիթեղներով, որոնք փոխում են բևեռացումը գծայինից շրջանաձևի: Սա արդեն ավելի դժվար է բացատրել 😦 Բայց սա չէ գլխավորը։ Հիմնական բանը այն է, որ երբ մենք այս կերպ փակում ենք անցքերը տարբեր զտիչներով, միջամտությունը վերանում է: Ոչ թե այն պահին, երբ չափում ենք A ֆոտոնը, այլ անմիջապես։ Խարդախ հնարքն այն է, որ զտիչները դնելով ափսեի վրա՝ մենք «նշել» ենք B ֆոտոնները: Այլ կերպ ասած, B ֆոտոնները կրում են լրացուցիչ տեղեկատվություն, որը թույլ է տալիս պարզել, թե կոնկրետ ինչ հետագիծ են նրանք թռել: * Եթե * չափենք A ֆոտոնը, ապա կկարողանանք պարզել, թե կոնկրետ որ հետագիծն է թռել B-ով, ինչը նշանակում է, որ B-ն որևէ միջամտություն չի ունենա։ Նրբությունն այն է, որ պետք չէ ֆիզիկապես «չափել» Ա! Այստեղ ես կոպիտ սխալվեցի անցյալ անգամ։ Ձեզ անհրաժեշտ չէ չափել A-ն, որպեսզի միջամտությունը վերանա: Եթե ​​* հնարավոր է * չափել և պարզել, թե որ հետագծերով է թռել B ֆոտոնը, ապա արդեն այս դեպքում միջամտություն չի լինի։

Իրականում, դա դեռ կարելի է զգալ: Այնտեղ, ստորև նշված հղումով, ժողովուրդն ինչ-որ կերպ անօգնական ձեռքերը բարձրացնում է, բայց իմ կարծիքով (միգուցե նորից եմ սխալվում. Կարևոր չէ՝ մենք իրականում գրանցել ենք բևեռացումը, թե այն հետագիծը, որով անցավ ֆոտոնը, թե թափահարեց մեր ձեռքը վերջին պահին։ Կարևոր է, որ մենք ամեն ինչ «պատրաստել ենք» չափումների, արդեն ազդել ենք պետությունների վրա։ Հետևաբար, իրականում «չափելը» (գիտակից մարդանման դիտորդի իմաստով, ով ջերմաչափ է բերել և արդյունքը գրել ամսագրում) ոչ մի բանի կարիք չունի։ Ամեն ինչ ինչ-որ առումով (համակարգի վրա ազդելու իմաստով) արդեն «չափված» է։ Հայտարարությունը սովորաբար ձևակերպվում է հետևյալ կերպ. «* եթե * չափենք A ֆոտոնի բևեռացումը, ապա մենք կիմանանք B ֆոտոնի բևեռացումը և հետևաբար նրա հետագիծը, բայց քանի որ B ֆոտոնը թռչում է որոշակի հետագծով, ապա կա. միջամտություն չի լինի; մենք կարող ենք նույնիսկ չչափել ֆոտոն A-ը, բավական է, որ այս չափումը հնարավոր է, ֆոտոն B-ն գիտի, որ այն կարելի է չափել և հրաժարվում է միջամտությունից»: Սրա մեջ որոշակի միստիֆիկացում կա. Դե, այո, նա հրաժարվում է։ Պարզապես այն պատճառով, որ համակարգն այդպես է պատրաստվել։ Եթե ​​համակարգն ունի լրացուցիչ տեղեկատվություն (կա միջոց) որոշելու, թե երկու հետագծերից որն է թռել ֆոտոնը, ապա ոչ մի միջամտություն նույնպես չի լինի։

Եթե ​​ես ձեզ ասեմ, որ ես ամեն ինչ դասավորել եմ այնպես, որ ֆոտոնը թռավ միայն մեկ բացվածքով, անմիջապես կհասկանաք, որ միջամտություն չի՞ լինի։ Դուք կարող եք վազել ստուգելու («չափել») և համոզվել, որ ես ճշմարտությունն եմ ասում, կամ, այնուամենայնիվ, կարող եք հավատալ դրան: Եթե ​​ես չեմ ստել, ապա միջամտություն չի լինի, անկախ նրանից՝ դուք շտապում եք ինձ ստուգել, ​​թե ոչ: Ըստ այդմ, «կարելի է չափել» արտահայտությունը իրականում նշանակում է «համակարգը պատրաստված է այնպես, որ ...»: Պատրաստված ու եփած, այսինքն՝ այս վայրում դեռ փլուզում չկա։ Կան «պիտակավորված» ֆոտոններ և ոչ մի միջամտություն:

Այդ դեպքում, ինչու է այս ամենը կոչվում իրականում ջնջում, - մեզ ասում են. եկեք գործենք համակարգի վրա այնպես, որ «ջնջենք» այս նշանները B ֆոտոններից, և նրանք նորից կսկսեն միջամտել: Հետաքրքիր մի կետ, որին մենք արդեն մոտեցել ենք, թեև սխալ մոդելով, այն է, որ B ֆոտոնները կարող են մենակ մնալ, իսկ թիթեղները՝ բացվածքներում: Դուք կարող եք քաշել A ֆոտոնը և, ինչպես փլուզման դեպքում, նրա վիճակի փոփոխությունը կհանգեցնի (ոչ տեղային) փոփոխության համակարգի ընդհանուր ալիքային ֆունկցիայի, այնպես որ մենք այլևս չունենք բավարար տեղեկատվություն՝ որոշելու, թե որ բացն է անցնում B ֆոտոնը: անցել է. Այսինքն, մենք բևեռացնող ենք տեղադրում A ֆոտոնի ճանապարհին - B ֆոտոնների միջամտությունը վերականգնվում է: Հետաձգման դեպքում ամեն ինչ նույնն է. մենք այնպես ենք անում, որ ֆոտոն A-ին ավելի երկար ժամանակ տևի թռչել դեպի բևեռացնողը, քան B-ն դեպի անցքերը: Եվ միևնույն է, եթե A-ն իր ճանապարհին ունի բևեռացնող, ապա B-ն խանգարում է (չնայած, ասես, A-ն «մինչև» թռչել է դեպի բևեռացնողը)!