Tidak seorang pun di dunia ini yang mengerti apa itu mekanika kuantum. Ini mungkin hal terpenting yang perlu Anda ketahui tentang dia. Tentu saja, banyak fisikawan telah belajar menggunakan hukum dan bahkan memprediksi fenomena berdasarkan perhitungan kuantum. Tetapi masih belum jelas mengapa pengamat eksperimen menentukan perilaku sistem dan membuatnya mengambil salah satu dari dua keadaan.

Berikut adalah beberapa contoh eksperimen dengan hasil yang pasti akan berubah di bawah pengaruh pengamat. Mereka menunjukkan bahwa mekanika kuantum secara praktis berurusan dengan intervensi pemikiran sadar ke dalam realitas material.

Ada banyak interpretasi mekanika kuantum saat ini, tetapi interpretasi Kopenhagen mungkin yang paling terkenal. Pada 1920-an, postulat umumnya dirumuskan oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg.

Interpretasi Kopenhagen didasarkan pada fungsi gelombang. Ini adalah fungsi matematika yang berisi informasi tentang semua kemungkinan keadaan sistem kuantum di mana ia ada secara bersamaan. Menurut Interpretasi Kopenhagen, keadaan suatu sistem dan posisinya relatif terhadap keadaan lain hanya dapat ditentukan dengan pengamatan (fungsi gelombang hanya digunakan untuk menghitung secara matematis kemungkinan menemukan sistem dalam satu keadaan atau lainnya).

Kita dapat mengatakan bahwa setelah pengamatan, sistem kuantum menjadi klasik dan segera tidak ada lagi di keadaan lain selain yang diamati. Kesimpulan ini menemukan lawannya (ingat Einstein yang terkenal "Tuhan tidak bermain dadu"), tetapi keakuratan perhitungan dan prediksi masih memiliki mereka sendiri.

Namun demikian, jumlah pendukung interpretasi Kopenhagen berkurang, dan alasan utamanya adalah runtuhnya fungsi gelombang secara misterius seketika selama percobaan. Eksperimen pemikiran terkenal Erwin Schrödinger dengan kucing malang seharusnya menunjukkan absurditas fenomena ini. Mari kita ingat detailnya.

Di dalam kotak hitam duduk seekor kucing hitam dan dengan itu sebotol racun dan mekanisme yang dapat melepaskan racun secara acak. Misalnya, atom radioaktif dapat memecahkan gelembung selama peluruhan. Waktu pasti peluruhan atom tidak diketahui. Hanya waktu paruh yang diketahui, di mana peluruhan terjadi dengan probabilitas 50%.

Jelas, untuk pengamat luar, kucing di dalam kotak berada dalam dua keadaan: baik hidup jika semuanya berjalan dengan baik, atau mati jika pembusukan telah terjadi dan botolnya pecah. Kedua keadaan ini dijelaskan oleh fungsi gelombang kucing, yang berubah seiring waktu.

Semakin banyak waktu berlalu, semakin besar kemungkinan peluruhan radioaktif telah terjadi. Tapi begitu kita membuka kotaknya, fungsi gelombangnya runtuh, dan kita langsung melihat hasil eksperimen yang tidak manusiawi ini.

Bahkan, sampai pengamat membuka kotak, kucing akan terus-menerus menyeimbangkan antara hidup dan mati, atau akan hidup dan mati pada saat yang sama. Nasibnya hanya dapat ditentukan oleh tindakan seorang pengamat. Absurditas ini ditunjukkan oleh Schrödinger.

Menurut survei fisikawan terkenal oleh The New York Times, eksperimen difraksi elektron adalah salah satu studi paling menakjubkan dalam sejarah sains. Apa sifatnya? Ada sumber yang memancarkan sinar elektron ke layar peka cahaya. Dan ada hambatan di jalan elektron itu, pelat tembaga dengan dua celah.

Gambar seperti apa yang dapat Anda harapkan di layar jika elektron biasanya disajikan kepada kita sebagai bola bermuatan kecil? Dua garis berlawanan dengan slot di pelat tembaga. Namun pada kenyataannya, pola garis-garis putih dan hitam yang jauh lebih kompleks muncul di layar. Hal ini disebabkan fakta bahwa ketika melewati celah, elektron mulai berperilaku tidak hanya seperti partikel, tetapi juga seperti gelombang (foton atau partikel cahaya lainnya berperilaku dengan cara yang sama, yang dapat menjadi gelombang pada saat yang sama).

Gelombang-gelombang ini berinteraksi di ruang angkasa, bertabrakan dan saling menguatkan, dan sebagai hasilnya, sebuah pola kompleks dari garis-garis terang dan gelap yang berselang-seling ditampilkan di layar. Pada saat yang sama, hasil percobaan ini tidak berubah, bahkan jika elektron melewati satu per satu - bahkan satu partikel dapat menjadi gelombang dan melewati dua celah secara bersamaan. Postulat ini adalah salah satu yang utama dalam interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum, ketika partikel dapat secara bersamaan menunjukkan sifat fisik "biasa" dan sifat eksotis seperti gelombang.

Tapi bagaimana dengan pengamat? Dialah yang membuat cerita kusut ini semakin membingungkan. Ketika fisikawan selama eksperimen semacam itu mencoba menentukan dengan bantuan instrumen yang melaluinya celah elektron benar-benar lewat, gambar di layar berubah secara dramatis dan menjadi "klasik": dengan dua bagian yang diterangi sangat berlawanan dengan celah, tanpa garis-garis bergantian.

Elektron tampak enggan mengungkapkan sifat gelombangnya kepada mata pengamat yang waspada. Itu tampak seperti misteri yang diselimuti kegelapan. Tetapi ada juga penjelasan yang lebih sederhana: pemantauan sistem tidak dapat dilakukan tanpa mempengaruhinya secara fisik. Kami akan membahas ini nanti.

2. Fullerene yang dipanaskan

Eksperimen difraksi partikel dilakukan tidak hanya dengan elektron, tetapi juga dengan objek lain yang jauh lebih besar. Misalnya, mereka menggunakan fullerene, molekul besar dan tertutup yang terdiri dari beberapa puluh atom karbon. Baru-baru ini, sekelompok ilmuwan dari Universitas Wina, yang dipimpin oleh Profesor Zeilinger, mencoba memasukkan elemen observasi ke dalam eksperimen ini. Untuk melakukan ini, mereka menyinari molekul fullerene yang bergerak dengan sinar laser. Kemudian, dipanaskan oleh sumber eksternal, molekul-molekul mulai bersinar dan tak terhindarkan menunjukkan kehadirannya kepada pengamat.

Seiring dengan inovasi ini, perilaku molekul juga berubah. Sebelum pengamatan komprehensif seperti itu, fullerene cukup berhasil menghindari rintangan (menunjukkan sifat gelombang), mirip dengan contoh sebelumnya dengan elektron mengenai layar. Tetapi dengan kehadiran seorang pengamat, fullerene mulai berperilaku seperti partikel fisik yang sepenuhnya mematuhi hukum.

3. Dimensi pendinginan

Salah satu hukum paling terkenal di dunia fisika kuantum adalah prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang menurutnya tidak mungkin menentukan kecepatan dan posisi objek kuantum secara bersamaan. Semakin akurat kita mengukur momentum suatu partikel, semakin kurang akurat kita dapat mengukur posisinya. Namun, di dunia nyata makroskopik kita, validitas hukum kuantum yang bekerja pada partikel kecil biasanya tidak diperhatikan.

Eksperimen Profesor Schwab baru-baru ini dari Amerika Serikat memberikan kontribusi yang sangat berharga untuk bidang ini. Efek kuantum dalam percobaan ini tidak ditunjukkan pada tingkat elektron atau molekul fullerene (dengan diameter perkiraan 1 nm), tetapi pada objek yang lebih besar, pita aluminium kecil. Pita ini dipasang di kedua sisi sehingga bagian tengahnya dalam keadaan tersuspensi dan dapat bergetar di bawah pengaruh luar. Selain itu, sebuah alat yang mampu merekam posisi kaset secara akurat ditempatkan di dekatnya. Eksperimen tersebut mengungkapkan beberapa hal menarik. Pertama, setiap pengukuran yang berkaitan dengan posisi objek dan pengamatan pita mempengaruhinya; setelah setiap pengukuran, posisi pita berubah.

Para peneliti menentukan koordinat pita dengan presisi tinggi, dan dengan demikian, sesuai dengan prinsip Heisenberg, mengubah kecepatannya, dan karenanya posisi berikutnya. Kedua, secara tak terduga, beberapa pengukuran menyebabkan pendinginan rekaman itu. Dengan demikian, pengamat dapat mengubah karakteristik fisik objek hanya dengan kehadirannya.

4. Partikel beku

Seperti yang Anda ketahui, partikel radioaktif yang tidak stabil membusuk tidak hanya dalam percobaan dengan kucing, tetapi dengan sendirinya. Setiap partikel memiliki rentang hidup rata-rata, yang ternyata dapat meningkat di bawah pengawasan seorang pengamat. Efek kuantum ini diprediksi pada tahun 60-an, dan bukti eksperimentalnya yang brilian muncul dalam sebuah artikel yang diterbitkan oleh kelompok yang dipimpin oleh pemenang Nobel dalam bidang fisika Wolfgang Ketterle dari Massachusetts Institute of Technology.

Dalam karya ini, peluruhan atom rubidium tereksitasi yang tidak stabil dipelajari. Segera setelah persiapan sistem, atom-atom dieksitasi menggunakan sinar laser. Pengamatan berlangsung dalam dua mode: kontinu (sistem terus-menerus terkena pulsa cahaya kecil) dan berdenyut (sistem disinari dari waktu ke waktu dengan pulsa yang lebih kuat).

Hasil yang diperoleh sepenuhnya sesuai dengan prediksi teoritis. Efek cahaya eksternal memperlambat peluruhan partikel, mengembalikannya ke keadaan semula, yang jauh dari keadaan peluruhan. Besarnya efek ini juga sejalan dengan perkiraan. Masa hidup maksimum atom rubidium tereksitasi tidak stabil meningkat dengan faktor 30.

5. Mekanika kuantum dan kesadaran

Elektron dan fullerene berhenti menunjukkan sifat gelombangnya, pelat aluminium mendingin, dan partikel yang tidak stabil memperlambat peluruhannya. Mata yang waspada dari yang melihatnya benar-benar mengubah dunia. Mengapa ini tidak bisa menjadi bukti keterlibatan pikiran kita dalam cara kerja dunia? Mungkin Carl Jung dan Wolfgang Pauli (fisikawan Austria, peraih Nobel, pelopor mekanika kuantum) benar ketika mereka mengatakan bahwa hukum fisika dan kesadaran harus dilihat sebagai pelengkap satu sama lain?

Kita selangkah lagi untuk menyadari bahwa dunia di sekitar kita hanyalah produk ilusi dari pikiran kita. Idenya menakutkan dan menggoda. Mari kita coba beralih ke fisikawan lagi. Terutama dalam beberapa tahun terakhir, ketika semakin sedikit orang yang percaya interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum dengan fungsi gelombang samarnya runtuh, beralih ke dekoherensi yang lebih biasa dan andal.

Intinya adalah bahwa dalam semua eksperimen dengan pengamatan ini, para eksperimenter pasti mempengaruhi sistem. Mereka menyalakannya dengan laser dan memasang alat pengukur. Mereka disatukan oleh prinsip penting: Anda tidak dapat mengamati suatu sistem atau mengukur sifat-sifatnya tanpa berinteraksi dengannya. Setiap interaksi adalah proses memodifikasi properti. Terutama ketika sistem kuantum kecil terkena objek kuantum kolosal. Beberapa pengamat Buddhis yang netral selamanya pada prinsipnya tidak mungkin. Dan di sini istilah "dekoherensi" berperan, yang tidak dapat diubah dari sudut pandang termodinamika: sifat kuantum suatu sistem berubah ketika berinteraksi dengan sistem besar lainnya.

Selama interaksi ini, sistem kuantum kehilangan sifat aslinya dan menjadi klasik, seolah-olah "mematuhi" sistem besar. Ini menjelaskan paradoks kucing Schrödinger: kucing adalah sistem yang terlalu besar, sehingga tidak dapat diisolasi dari bagian dunia lainnya. Rancangan eksperimen pemikiran ini tidak sepenuhnya benar.

Bagaimanapun, jika kita menganggap realitas tindakan penciptaan oleh kesadaran, dekoherensi tampaknya menjadi pendekatan yang jauh lebih nyaman. Bahkan mungkin terlalu nyaman. Dengan pendekatan ini, seluruh dunia klasik menjadi salah satu konsekuensi besar dari dekoherensi. Dan seperti yang dinyatakan oleh penulis salah satu buku paling terkenal di bidang ini, pendekatan ini secara logis mengarah pada pernyataan seperti "tidak ada partikel di dunia" atau "tidak ada waktu pada tingkat dasar".

Apakah itu benar dalam pencipta pengamat atau dalam dekoherensi yang kuat? Kita harus memilih di antara dua kejahatan. Namun demikian, para ilmuwan semakin yakin bahwa efek kuantum adalah manifestasi dari proses mental kita. Dan di mana pengamatan berakhir dan kenyataan dimulai tergantung pada kita masing-masing.

Jika Anda tiba-tiba menyadari bahwa Anda telah melupakan dasar-dasar dan postulat mekanika kuantum, atau Anda tidak tahu sama sekali mekanika macam apa itu, maka inilah saatnya untuk menyegarkan ingatan Anda tentang informasi ini. Lagi pula, tidak ada yang tahu kapan mekanika kuantum bisa berguna dalam kehidupan.

Sia-sia Anda menyeringai dan mencibir, berpikir bahwa Anda tidak akan pernah berurusan dengan subjek ini dalam hidup Anda. Bagaimanapun, mekanika kuantum dapat berguna bagi hampir setiap orang, bahkan mereka yang jauh darinya. Misalnya, Anda mengalami insomnia. Untuk mekanika kuantum, ini bukan masalah! Baca buku teks sebelum tidur - dan Anda sudah tidur nyenyak di halaman ketiga. Atau Anda bisa menyebut band rock keren Anda itu. Mengapa tidak?

Sambil bercanda, mari kita mulai percakapan kuantum yang serius.

Di mana untuk memulai? Tentu saja, dengan apa itu kuantum.

Kuantum

Quantum (dari kuantum Latin - "berapa") adalah bagian tak terpisahkan dari beberapa kuantitas fisik. Misalnya, mereka mengatakan - kuantum cahaya, kuantum energi, atau kuantum medan.

Apa artinya? Ini berarti bahwa itu tidak bisa kurang. Ketika mereka mengatakan bahwa beberapa kuantitas terkuantisasi, orang memahami bahwa kuantitas ini mengambil sejumlah nilai diskrit tertentu. Jadi, energi elektron dalam atom terkuantisasi, cahaya didistribusikan dalam "bagian", yaitu kuanta.

Istilah "kuantum" sendiri memiliki banyak kegunaan. Kuantum cahaya (medan elektromagnetik) adalah foton. Dengan analogi, partikel atau kuasipartikel yang sesuai dengan bidang interaksi lain disebut kuanta. Di sini Anda dapat mengingat boson Higgs yang terkenal, yang merupakan kuantum medan Higgs. Tapi kita belum masuk ke hutan ini.

Mekanika kuantum untuk boneka

Bagaimana mekanika bisa menjadi kuantum?

Seperti yang telah Anda perhatikan, dalam percakapan kami, kami menyebutkan partikel berkali-kali. Mungkin Anda terbiasa dengan kenyataan bahwa cahaya adalah gelombang yang merambat dengan kecepatan tertentu dengan ... Tetapi jika Anda melihat segala sesuatu dari sudut pandang dunia kuantum, yaitu dunia partikel, semuanya berubah tanpa bisa dikenali.

Mekanika kuantum adalah cabang fisika teoretis, komponen teori kuantum, yang menggambarkan fenomena fisik pada tingkat paling dasar - tingkat partikel.

Efek dari fenomena tersebut sebanding besarnya dengan konstanta Planck, dan mekanika dan elektrodinamika Newton klasik ternyata sama sekali tidak cocok untuk deskripsi mereka. Misalnya, menurut teori klasik, sebuah elektron yang berputar dengan kecepatan tinggi di sekitar nukleus harus memancarkan energi dan akhirnya jatuh ke nukleus. Ini, seperti yang Anda tahu, tidak terjadi. Itulah sebabnya mekanika kuantum ditemukan - fenomena yang ditemukan harus dijelaskan entah bagaimana, dan ternyata itu adalah teori di mana penjelasannya paling dapat diterima, dan semua data eksperimen "berkumpul".

Ngomong-ngomong! Untuk pembaca kami, sekarang ada diskon 10% untuk

Sedikit sejarah

Kelahiran teori kuantum terjadi pada tahun 1900, ketika Max Planck berbicara pada pertemuan Masyarakat Fisika Jerman. Lalu apa yang Planck katakan? Dan fakta bahwa radiasi atom bersifat diskrit, dan bagian terkecil dari energi radiasi ini sama dengan

Dimana h adalah konstanta Planck, nu adalah frekuensi.

Kemudian Albert Einstein, memperkenalkan konsep "kuantum cahaya" menggunakan hipotesis Planck untuk menjelaskan efek fotolistrik. Niels Bohr mendalilkan adanya tingkat energi stasioner pada atom, dan Louis de Broglie mengembangkan gagasan dualitas gelombang-partikel, yaitu bahwa partikel (sel darah) juga memiliki sifat gelombang. Schrödinger dan Heisenberg bergabung, dan pada tahun 1925 formulasi pertama mekanika kuantum diterbitkan. Sebenarnya, mekanika kuantum jauh dari teori yang lengkap; ia aktif berkembang saat ini. Harus diakui juga bahwa mekanika kuantum, dengan asumsinya, tidak memiliki kemampuan untuk menjelaskan semua pertanyaan yang dihadapinya. Sangat mungkin teori yang lebih sempurna akan menggantikannya.

Dalam transisi dari dunia kuantum ke dunia benda yang kita kenal, hukum mekanika kuantum secara alami diubah menjadi hukum mekanika klasik. Kita dapat mengatakan bahwa mekanika klasik adalah kasus khusus dari mekanika kuantum, ketika aksi terjadi di makrokosmos yang kita kenal dan akrab. Di sini benda bergerak dengan tenang dalam kerangka acuan non-inersia dengan kecepatan yang jauh lebih rendah daripada kecepatan cahaya, dan secara umum segala sesuatu di sekitarnya tenang dan dapat dimengerti. Jika Anda ingin mengetahui posisi tubuh dalam sistem koordinat - tidak masalah, jika Anda ingin mengukur impuls - Anda selalu diterima.

Mekanika kuantum memiliki pendekatan yang sama sekali berbeda untuk masalah ini. Di dalamnya, hasil pengukuran besaran fisis bersifat probabilistik. Ini berarti bahwa ketika suatu nilai berubah, beberapa hasil mungkin, yang masing-masing sesuai dengan probabilitas tertentu. Berikut ini contohnya: sebuah koin berputar di atas meja. Saat berputar, ia tidak dalam keadaan tertentu (kepala-ekor), tetapi hanya memiliki kemungkinan berada di salah satu keadaan ini.

Di sini kami dengan lancar mendekati persamaan Schrödinger dan prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Menurut legenda, Erwin Schrödinger, pada tahun 1926, berbicara di sebuah seminar ilmiah dengan laporan tentang topik dualitas gelombang-partikel, dikritik oleh seorang ilmuwan senior tertentu. Menolak untuk mendengarkan para tetua, Schrödinger setelah kejadian ini secara aktif terlibat dalam pengembangan persamaan gelombang untuk menggambarkan partikel dalam kerangka mekanika kuantum. Dan dia melakukannya dengan brilian! Persamaan Schrödinger (persamaan dasar mekanika kuantum) memiliki bentuk:

Jenis persamaan ini - persamaan Schrödinger stasioner satu dimensi - adalah yang paling sederhana.

Di sini x adalah jarak atau koordinat partikel, m adalah massa partikel, E dan U adalah energi total dan energi potensialnya. Solusi untuk persamaan ini adalah fungsi gelombang (psi)

Fungsi gelombang adalah konsep fundamental lain dalam mekanika kuantum. Jadi, setiap sistem kuantum di beberapa keadaan memiliki fungsi gelombang yang menggambarkan keadaan ini.

Sebagai contoh, ketika memecahkan persamaan Schrödinger stasioner satu dimensi, fungsi gelombang menggambarkan posisi partikel dalam ruang. Lebih tepatnya, probabilitas menemukan partikel pada titik tertentu di ruang angkasa. Dengan kata lain, Schrödinger menunjukkan bahwa probabilitas dapat dijelaskan dengan persamaan gelombang! Setuju, itu perlu dipikirkan sebelumnya!

Tapi kenapa? Mengapa kita harus berurusan dengan probabilitas dan fungsi gelombang yang tidak dapat dipahami ini, ketika, tampaknya, tidak ada yang lebih mudah daripada hanya mengambil dan mengukur jarak ke partikel atau kecepatannya.

Semuanya sangat sederhana! Memang, dalam makrokosmos ini benar-benar demikian - kami mengukur jarak dengan akurasi tertentu dengan pita pengukur, dan kesalahan pengukuran ditentukan oleh karakteristik perangkat. Di sisi lain, kita hampir dapat secara akurat menentukan jarak ke suatu objek dengan mata, misalnya, ke meja. Bagaimanapun, kami secara akurat membedakan posisinya di ruangan relatif terhadap kami dan benda lain. Di dunia partikel, situasinya pada dasarnya berbeda - kita tidak memiliki instrumen pengukuran secara fisik untuk mengukur jumlah yang diperlukan secara akurat. Bagaimanapun, instrumen pengukuran bersentuhan langsung dengan objek yang diukur, dan dalam kasus kami baik objek maupun instrumennya adalah partikel. Ketidaksempurnaan inilah, ketidakmungkinan mendasar untuk memperhitungkan semua faktor yang bekerja pada partikel, serta fakta perubahan keadaan sistem di bawah pengaruh pengukuran, yang mendasari prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Berikut adalah formulasi paling sederhana. Mari kita bayangkan bahwa ada beberapa partikel dan kita ingin mengetahui kecepatan dan koordinatnya.

Dalam konteks ini, prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin untuk secara bersamaan mengukur posisi dan kecepatan partikel secara akurat ... Secara matematis, ditulis seperti ini:

Di sini delta x adalah kesalahan dalam menentukan koordinat, delta v adalah kesalahan dalam menentukan kecepatan. Kami menekankan bahwa prinsip ini mengatakan bahwa semakin akurat kita menentukan koordinat, semakin tidak akurat kita akan mengetahui kecepatannya. Dan jika kita menentukan kecepatannya, kita tidak akan tahu sedikit pun di mana partikel itu berada.

Ada banyak lelucon dan anekdot tentang topik prinsip ketidakpastian. Inilah salah satunya:

Seorang petugas polisi menghentikan fisikawan kuantum.
- Pak, apakah Anda tahu seberapa cepat Anda bergerak?
- Tidak, tapi saya tahu persis di mana saya berada

Dan, tentu saja, kami mengingatkan Anda! Jika, untuk beberapa alasan, solusi persamaan Schrödinger untuk partikel dalam sumur potensial tidak memungkinkan Anda untuk tertidur, hubungi - profesional yang dibesarkan dengan mekanika kuantum di bibir mereka!

Pada artikel ini, kami akan memberikan tips yang berguna untuk belajar fisika kuantum untuk boneka... Kami akan menjawab apa yang harus menjadi pendekatan untuk belajar fisika kuantum untuk pemula.

fisika kuantum- Ini adalah disiplin yang agak rumit, yang tidak mudah dipelajari semua orang. Namun demikian, fisika sebagai subjek menarik dan bermanfaat, oleh karena itu, fisika kuantum (http://www.cyberforum.ru/quantum-physics/) menemukan penggemarnya yang siap untuk mempelajarinya dan sebagai hasilnya dapat digunakan secara praktis. Agar lebih mudah mengasimilasi materi, Anda harus mulai dari awal, yaitu dengan buku teks fisika kuantum paling sederhana untuk pemula. Ini akan memungkinkan Anda untuk mendapatkan dasar yang baik untuk pengetahuan, dan pada saat yang sama, struktur pengetahuan Anda dengan baik di kepala Anda.

Anda perlu memulai belajar mandiri dengan literatur yang baik. Sastralah yang merupakan faktor penentu dalam proses memperoleh pengetahuan dan memastikan kualitasnya. Mekanika kuantum sangat menarik, dan banyak yang memulai studi mereka dengannya. Setiap orang harus tahu fisika, karena itu adalah ilmu kehidupan, yang menjelaskan banyak proses, dan membuatnya dapat dimengerti oleh orang lain.

Ingatlah bahwa ketika Anda mulai mempelajari fisika kuantum, Anda harus memiliki pengetahuan matematika dan fisika, karena tanpa mereka Anda tidak dapat mengatasinya. Akan lebih baik jika Anda memiliki kesempatan untuk menghubungi guru untuk menemukan jawaban atas pertanyaan Anda. Jika ini tidak memungkinkan, Anda dapat mencoba mengklarifikasi situasi di forum khusus. Forum juga bisa sangat berguna dalam pembelajaran.

Ketika Anda memutuskan pilihan buku teks, Anda harus siap dengan kenyataan bahwa itu cukup rumit dan Anda tidak hanya harus membacanya, tetapi mempelajari semua yang tertulis di dalamnya. Agar di akhir pelatihan tidak muncul pemikiran bahwa ini semua adalah pengetahuan yang tidak perlu bagi siapa pun, cobalah untuk menghubungkan teori dengan praktik setiap saat. Penting juga untuk menentukan terlebih dahulu tujuan Anda mulai belajar fisika kuantum, untuk mencegah munculnya pemikiran tentang ketidakbergunaan pengetahuan yang diperoleh. Orang terbagi dalam dua kategori: orang yang menganggap fisika kuantum sebagai subjek yang menarik dan berguna dan mereka yang tidak. Pilih sendiri kategori mana Anda termasuk dan tentukan apakah ada tempat untuk fisika kuantum dalam hidup Anda atau tidak. Anda selalu dapat tetap pada tingkat pemula dalam studi fisika kuantum, atau Anda dapat mencapai kesuksesan nyata, semuanya ada di tangan Anda.

Pertama-tama, pilihlah materi fisika yang sangat menarik dan berkualitas tinggi. Anda dapat menemukan beberapa di antaranya pada tautan di bawah ini.
Dan itu saja untuk saat ini! Pelajari fisika kuantum dengan cara yang menarik dan jangan menjadi teko!

Fisika klasik, yang ada sebelum penemuan mekanika kuantum, menggambarkan alam dalam skala konvensional (makroskopik). Sebagian besar teori dalam fisika klasik dapat diturunkan sebagai pendekatan yang beroperasi pada skala yang biasa kita gunakan. Fisika kuantum (alias mekanika kuantum) berbeda dari sains klasik karena energi, momentum, momentum sudut, dan besaran lain dari sistem terikat terbatas pada nilai diskrit (kuantisasi). Benda memiliki karakteristik khusus baik sebagai partikel maupun sebagai gelombang (dualitas partikel gelombang). Juga dalam ilmu ini ada batas akurasi yang dapat digunakan untuk mengukur kuantitas (prinsip ketidakpastian).

Kita dapat mengatakan bahwa setelah munculnya fisika kuantum dalam ilmu eksakta, semacam revolusi terjadi, yang memungkinkan untuk memeriksa kembali dan menganalisis semua hukum lama, yang sebelumnya dianggap sebagai kebenaran abadi. Apakah ini baik atau buruk? Mungkin ini bagus, karena sains sejati tidak boleh diam.

Namun, "revolusi kuantum" menjadi semacam pukulan bagi fisikawan sekolah lama, yang harus menerima kenyataan bahwa apa yang mereka yakini sebelumnya ternyata hanyalah seperangkat teori yang salah dan kuno yang sangat membutuhkan revisi. dan adaptasi dengan realitas baru. Sebagian besar fisikawan dengan antusias menerima ide-ide baru ini tentang sains yang terkenal, memberikan kontribusi mereka untuk studi, pengembangan, dan implementasinya. Saat ini, fisika kuantum mengatur dinamika sains secara keseluruhan. Berkat dia, proyek eksperimental mutakhir (seperti Large Hadron Collider) muncul.

Pembukaan

Bagaimana dengan dasar-dasar fisika kuantum? Secara bertahap muncul dari berbagai teori yang dirancang untuk menjelaskan fenomena yang tidak dapat didamaikan dengan fisika klasik, misalnya, solusi Max Planck pada tahun 1900 dan pendekatannya terhadap masalah radiasi dari banyak masalah ilmiah, serta korespondensi antara energi dan frekuensi dalam sebuah artikel 1905 oleh Albert Einstein, yang menjelaskan efek fotolistrik. Teori awal fisika kuantum direvisi secara menyeluruh pada pertengahan 1920-an oleh Werner Heisenberg, Max Born, dan lainnya. Teori modern dirumuskan dalam berbagai konsep matematika yang dirancang khusus. Di salah satunya, fungsi aritmatika (atau fungsi gelombang) memberi kita informasi komprehensif tentang amplitudo probabilitas lokasi pulsa.

Penelitian ilmiah tentang esensi gelombang cahaya dimulai lebih dari 200 tahun yang lalu, ketika para ilmuwan besar dan terkenal pada masa itu mengusulkan, mengembangkan, dan membuktikan teori cahaya berdasarkan pengamatan eksperimental mereka sendiri. Mereka menyebutnya gelombang.

Pada tahun 1803, ilmuwan Inggris terkenal Thomas Young melakukan eksperimen gandanya yang terkenal, sebagai hasilnya ia menulis karya terkenal "On the Nature of Light and Color", yang memainkan peran besar dalam pembentukan ide-ide modern tentang fenomena yang sudah dikenal ini. . Eksperimen ini berperan penting dalam penerimaan umum teori ini.

Eksperimen semacam itu sering dijelaskan dalam berbagai buku, misalnya, "Fundamentals of Quantum Physics for Dummies". Eksperimen modern dengan percepatan partikel elementer, misalnya, pencarian Higgs boson di Large Hadron Collider (disingkat LHC) dilakukan hanya untuk menemukan konfirmasi praktis dari banyak teori kuantum teoretis murni.

Sejarah

Pada tahun 1838, Michael Faraday menemukan sinar katoda yang menyenangkan seluruh dunia. Penelitian sensasional ini diikuti oleh pernyataan tentang masalah radiasi, yang disebut "benda hitam" (1859), yang dibuat oleh Gustav Kirchhoff, serta asumsi terkenal oleh Ludwig Boltzmann bahwa keadaan energi dari setiap sistem fisik juga dapat menjadi diskrit (1877) ). Kemudian, hipotesis kuantum yang dikembangkan oleh Max Planck (1900) muncul. Ini dianggap sebagai salah satu dasar fisika kuantum. Berani tentang fakta bahwa energi dapat dipancarkan dan diserap dalam "kuanta" (atau paket energi) diskrit, itu persis sesuai dengan pola radiasi benda hitam yang diamati.

Albert Einstein, yang dikenal di seluruh dunia, memberikan kontribusi besar bagi fisika kuantum. Terkesan oleh teori kuantum, ia mengembangkan teorinya sendiri. Teori relativitas umum - begitulah namanya. Penemuan dalam fisika kuantum juga mempengaruhi perkembangan teori relativitas khusus. Banyak ilmuwan di paruh pertama abad terakhir mulai mempelajari ilmu ini atas saran Einstein. Saat itu dia sudah maju, semua orang menyukainya, semua orang tertarik padanya. Tidak mengherankan, karena dia menutup begitu banyak "lubang" dalam ilmu fisika klasik (walaupun dia juga menciptakan yang baru), menawarkan pembenaran ilmiah untuk perjalanan waktu, telekinesis, telepati, dan dunia paralel.

Peran pengamat

Setiap peristiwa atau keadaan tergantung langsung pada pengamat. Biasanya, beginilah dasar-dasar fisika kuantum dijelaskan secara singkat kepada orang-orang yang jauh dari ilmu pasti. Namun, pada kenyataannya, semuanya jauh lebih rumit.

Ini sangat cocok dengan banyak tradisi okultisme dan agama, yang sejak dahulu kala menekankan kemampuan orang untuk mempengaruhi peristiwa di sekitar mereka. Di satu sisi, ini juga menjadi dasar untuk penjelasan ilmiah tentang persepsi ekstrasensor, karena sekarang pernyataan bahwa seseorang (pengamat) mampu mempengaruhi peristiwa fisik dengan kekuatan pikiran tampaknya tidak masuk akal.

Setiap keadaan sendiri dari peristiwa atau objek yang diamati sesuai dengan vektor pengamatnya sendiri. Jika spektrum operator (pengamat) diskrit, objek yang diamati hanya dapat mencapai nilai eigen diskrit. Artinya, objek pengamatan, serta karakteristiknya, sepenuhnya ditentukan oleh operator ini.

Tidak seperti mekanika klasik konvensional (atau fisika), Anda tidak dapat membuat prediksi simultan dari variabel konjugasi seperti posisi dan momentum. Misalnya, elektron dapat (dengan probabilitas tertentu) ditempatkan kira-kira di wilayah ruang tertentu, tetapi posisi persisnya secara matematis sebenarnya tidak diketahui.

Kontur kerapatan konstan, sering disebut sebagai "awan", dapat ditarik di sekitar inti atom untuk mengkonseptualisasikan di mana elektron paling mungkin berada. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg membuktikan ketidakmampuan untuk menunjukkan dengan tepat lokasi partikel dalam hal momentum konjugasinya. Beberapa model dalam teori ini memiliki sifat komputasi abstrak murni dan tidak menyiratkan nilai yang diterapkan. Namun, mereka sering digunakan untuk menghitung interaksi kompleks pada tingkat hal-hal halus lainnya. Selain itu, cabang fisika ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengasumsikan kemungkinan keberadaan nyata banyak dunia. Mungkin kita akan dapat melihat mereka segera.

Fungsi gelombang

Hukum fisika kuantum sangat banyak dan beragam. Mereka bersinggungan dengan konsep fungsi gelombang. Beberapa yang khusus menciptakan penyebaran probabilitas, yang pada intinya adalah konstan atau tidak bergantung pada waktu, misalnya, ketika, dalam posisi energi yang tidak bergerak, waktu tampaknya menghilang dalam kaitannya dengan fungsi gelombang. Ini adalah salah satu efek mendasar dari fisika kuantum. Fakta yang menarik adalah bahwa fenomena waktu telah direvisi secara radikal dalam sains yang tidak biasa ini.

Teori gangguan

Namun, ada beberapa cara yang dapat diandalkan untuk merancang solusi yang diperlukan untuk bekerja dengan rumus dan teori dalam fisika kuantum. Salah satu metode tersebut, umumnya dikenal sebagai "teori gangguan", menggunakan hasil analitik untuk model mekanika kuantum dasar. Itu dibuat untuk mendapatkan hasil dari eksperimen untuk mengembangkan model yang lebih kompleks yang terkait dengan model yang lebih sederhana. Ini adalah jenis rekursi yang kita dapatkan.

Pendekatan ini sangat penting dalam teori kekacauan kuantum, yang sangat populer untuk menafsirkan berbagai peristiwa dalam realitas mikroskopis.

Aturan dan hukum

Aturan mekanika kuantum sangat mendasar. Mereka berpendapat bahwa ruang penyebaran sistem benar-benar mendasar (memiliki produk titik). Pernyataan lain adalah bahwa efek yang diamati oleh sistem ini pada saat yang sama adalah sejenis operator yang mempengaruhi vektor di lingkungan ini. Namun, mereka tidak memberi tahu kami ruang Hilbert mana atau operator mana yang ada saat ini. Mereka dapat dipilih dengan tepat untuk mendapatkan deskripsi kuantitatif dari sistem kuantum.

Signifikansi dan pengaruh

Sejak dimulainya sains yang tidak biasa ini, banyak aspek anti-intuitif dan hasil studi mekanika kuantum telah memicu perdebatan filosofis yang keras dan banyak interpretasi. Bahkan pertanyaan mendasar, seperti aturan untuk menghitung amplitudo yang berbeda dan distribusi probabilitas, patut dihormati dari masyarakat dan banyak ilmuwan terkemuka.

Misalnya, dia pernah dengan sedih mengatakan bahwa dia sama sekali tidak yakin bahwa ada ilmuwan yang memahami mekanika kuantum sama sekali. Menurut Steven Weinberg, saat ini tidak ada interpretasi mekanika kuantum yang cocok untuk semua orang. Ini menunjukkan bahwa para ilmuwan telah menciptakan "monster", sepenuhnya memahami dan menjelaskan keberadaannya yang mereka sendiri tidak mampu. Namun, ini tidak merusak relevansi dan popularitas ilmu ini, tetapi menarik spesialis muda yang ingin memecahkan masalah yang sangat sulit dan tidak dapat dipahami.

Selain itu, mekanika kuantum memaksa revisi lengkap dari hukum fisika objektif Semesta, yang merupakan kabar baik.

interpretasi Kopenhagen

Menurut interpretasi ini, definisi standar kausalitas yang kita ketahui dari fisika klasik tidak lagi diperlukan. Menurut teori kuantum, kausalitas dalam pemahaman kita yang biasa tidak ada sama sekali. Semua fenomena fisik di dalamnya dijelaskan dalam hal interaksi partikel elementer terkecil di tingkat subatomik. Area ini, meskipun tampaknya tidak mungkin, sangat menjanjikan.

Psikologi kuantum

Apa yang bisa dikatakan tentang hubungan antara fisika kuantum dan kesadaran manusia? Ini ditulis dengan indah dalam sebuah buku yang ditulis oleh Robert Anton Wilson pada tahun 1990 berjudul Quantum Psychology.

Menurut teori yang diuraikan dalam buku itu, semua proses yang terjadi di otak kita ditentukan oleh hukum yang dijelaskan dalam artikel ini. Artinya, ini adalah semacam upaya untuk mengadaptasi teori fisika kuantum ke psikologi. Teori ini dianggap parascientific dan tidak diterima oleh civitas akademika.

Buku Wilson terkenal karena fakta bahwa ia memberikan di dalamnya serangkaian teknik dan praktik berbeda yang, pada tingkat tertentu, membuktikan hipotesisnya. Dengan satu atau lain cara, tetapi pembaca harus secara independen memutuskan apakah dia percaya atau tidak tentang kelayakan upaya tersebut untuk menerapkan model matematika dan fisik untuk humaniora.

Beberapa orang menganggap buku Wilson sebagai upaya untuk membenarkan pemikiran mistik dan mengaitkannya dengan formulasi fisik model baru yang terbukti secara ilmiah. Pekerjaan yang sangat tidak sepele dan mencolok ini tetap diminati selama lebih dari 100 tahun. Buku ini diterbitkan, diterjemahkan dan dibaca di seluruh dunia. Siapa tahu, mungkin, dengan berkembangnya mekanika kuantum, sikap komunitas ilmiah terhadap psikologi kuantum juga akan berubah.

Kesimpulan

Berkat teori luar biasa ini, yang segera menjadi ilmu tersendiri, kami dapat menjelajahi realitas di sekitarnya pada tingkat partikel subatom. Ini adalah tingkat terkecil dari semua yang mungkin, sama sekali tidak dapat diakses oleh persepsi kita. Apa yang fisikawan ketahui sebelumnya tentang dunia kita perlu segera direvisi. Tentu semua orang setuju dengan ini. Menjadi jelas bahwa partikel yang berbeda dapat berinteraksi satu sama lain pada jarak yang sama sekali tidak terpikirkan, yang hanya dapat kita ukur dengan rumus matematika yang kompleks.

Selain itu, mekanika kuantum (dan fisika kuantum) telah membuktikan adanya banyak realitas paralel, perjalanan waktu, dan hal-hal lain yang selama ini dianggap hanya sebagai fiksi ilmiah sepanjang sejarah. Ini tidak diragukan lagi merupakan kontribusi besar tidak hanya untuk sains, tetapi juga untuk masa depan umat manusia.

Bagi pecinta gambaran ilmiah dunia, ilmu ini bisa menjadi teman sekaligus musuh. Faktanya adalah bahwa teori kuantum membuka banyak peluang untuk berbagai spekulasi tentang topik parascientific, seperti yang telah ditunjukkan dengan contoh salah satu teori psikologis alternatif. Beberapa okultis modern, esoteris, dan pendukung gerakan keagamaan dan spiritual alternatif (paling sering - psikokultus) beralih ke konstruksi teoretis ilmu ini untuk mendukung rasionalitas dan kebenaran teori, kepercayaan, dan praktik mistik mereka.

Ini adalah kasus yang belum pernah terjadi sebelumnya ketika spekulasi sederhana dari para ahli teori dan rumus matematika abstrak menyebabkan revolusi ilmiah yang nyata dan menciptakan ilmu baru yang mencoret semua yang diketahui sebelumnya. Sampai batas tertentu, fisika kuantum menyangkal hukum logika Aristotelian, karena menunjukkan bahwa ketika memilih "salah satu" ada satu lagi (dan mungkin beberapa) opsi alternatif.

Halo para pembaca yang budiman. Jika Anda tidak ingin ketinggalan kehidupan, untuk menjadi orang yang benar-benar bahagia dan sehat, Anda harus tahu tentang rahasia fisika kuantum modern, setidaknya memiliki sedikit gagasan tentang kedalaman alam semesta yang telah digali para ilmuwan hari ini. Anda tidak punya waktu untuk masuk ke detail ilmiah yang mendalam, tetapi hanya ingin memahami esensinya, tetapi melihat keindahan dunia yang tidak dikenal, maka artikel ini: fisika kuantum untuk teko biasa, atau Anda dapat mengatakan untuk ibu rumah tangga hanya untuk Anda. Saya akan mencoba menjelaskan apa itu fisika kuantum, tetapi dengan kata-kata sederhana, untuk menunjukkan dengan jelas.

"Apa hubungan antara kebahagiaan, kesehatan, dan fisika kuantum?" Anda bertanya.

Faktanya adalah membantu menjawab banyak pertanyaan yang tidak dapat dipahami terkait dengan kesadaran manusia, pengaruh kesadaran pada tubuh. Sayangnya, kedokteran, berdasarkan fisika klasik, tidak selalu membantu kita menjadi sehat. Dan psikologi tidak bisa mengatakan secara normal bagaimana menemukan kebahagiaan.

Hanya pengetahuan yang lebih dalam tentang dunia yang akan membantu kita memahami bagaimana benar-benar mengatasi penyakit dan di mana kebahagiaan berada. Pengetahuan ini ditemukan di lapisan terdalam alam semesta. Fisika kuantum datang untuk menyelamatkan kita. Anda akan segera mengetahuinya.

Apa yang Dipelajari Fisika Kuantum dalam Kata-Kata Sederhana

Ya, memang fisika kuantum sangat sulit untuk dipahami karena mempelajari hukum-hukum dunia mikro. Artinya, dunia berada di lapisan yang lebih dalam, pada jarak yang sangat kecil, di mana sangat sulit bagi seseorang untuk melihat.

Dan dunia, ternyata, berperilaku di sana sangat aneh, misterius, dan tidak dapat dipahami, tidak seperti biasanya.

Oleh karena itu semua kompleksitas dan kesalahpahaman fisika kuantum.

Tetapi setelah membaca artikel ini, Anda akan memperluas cakrawala pengetahuan Anda dan melihat dunia dengan cara yang sama sekali berbeda.

Secara singkat tentang sejarah fisika kuantum

Semuanya dimulai pada awal abad ke-20, ketika fisika Newton tidak dapat menjelaskan banyak hal dan para ilmuwan menemui jalan buntu. Kemudian Max Planck memperkenalkan konsep kuantum. Albert Einstein mengambil ide ini dan membuktikan bahwa cahaya tidak merambat terus menerus, tetapi dalam porsi - kuanta (foton). Sampai saat itu, diyakini bahwa cahaya memiliki sifat gelombang.

Tetapi ternyata kemudian, setiap partikel elementer bukan hanya kuantum, yaitu partikel padat, tetapi juga gelombang. Beginilah dualisme gelombang-partikel muncul dalam fisika kuantum, paradoks pertama dan awal penemuan fenomena misterius dunia mikro.

Paradoks yang paling menarik dimulai ketika eksperimen terkenal dengan dua celah dilakukan, setelah itu ada lebih banyak misteri. Kita dapat mengatakan bahwa fisika kuantum dimulai dengan dia. Mari kita lihat itu.

Eksperimen celah ganda dalam fisika kuantum

Bayangkan sebuah piring dengan dua garis vertikal. Kami akan menempatkan layar di belakang piring ini. Jika kita mengarahkan cahaya ke pelat, maka kita akan melihat pola interferensi di layar. Yaitu, garis vertikal gelap dan terang bergantian. Interferensi adalah hasil dari perilaku gelombang sesuatu, dalam kasus kami cahaya.

Jika Anda melewatkan gelombang air melalui dua lubang yang terletak bersebelahan, Anda akan memahami apa itu interferensi. Artinya, cahaya ternyata bersifat gelombang. Tetapi seperti yang dibuktikan oleh fisika, atau lebih tepatnya Einstein, ia disebarkan oleh partikel-foton. Sudah paradoks. Tapi tidak apa-apa, kita tidak akan terkejut lagi dengan dualitas gelombang-partikel. Fisika kuantum memberi tahu kita bahwa cahaya berperilaku seperti gelombang tetapi terdiri dari foton. Tapi keajaiban baru saja dimulai.

Mari kita letakkan pistol di depan pelat dengan dua slot, yang tidak akan memancarkan cahaya, tetapi elektron. Mari kita mulai menembak elektron. Apa yang akan kita lihat di layar di belakang piring?

Bagaimanapun, elektron adalah partikel, yang berarti bahwa aliran elektron yang melewati dua celah seharusnya hanya menyisakan dua garis pada layar, dua lintasan berlawanan dengan celah. Bayangkan kerikil terbang melalui dua slot dan mengenai layar?

Tapi apa yang sebenarnya kita lihat? Semua pola interferensi yang sama. Apa kesimpulannya: elektron merambat dalam gelombang. Jadi elektron adalah gelombang. Tapi ini adalah partikel elementer. Sekali lagi, dualisme gelombang-partikel dalam fisika.

Tetapi kita dapat berasumsi bahwa pada tingkat yang lebih dalam, sebuah elektron adalah sebuah partikel, dan ketika partikel-partikel ini berkumpul, mereka mulai berperilaku seperti gelombang. Misalnya, gelombang laut adalah gelombang, tetapi terdiri dari tetesan air, dan pada tingkat molekul yang lebih kecil, dan kemudian atom. Oke, logikanya kuat.

Kemudian mari kita menembak dari meriam bukan dengan aliran elektron, tetapi melepaskan elektron secara terpisah, setelah jangka waktu tertentu. Seolah-olah kami tidak melewati gelombang laut melalui celah-celah, tetapi meludahkan tetesan terpisah dari pistol air anak-anak.

Sangat logis bahwa dalam kasus ini, tetesan air yang berbeda akan jatuh ke celah yang berbeda. Pada layar di belakang pelat, orang tidak dapat melihat pola interferensi dari gelombang, tetapi dua garis berbeda dari tumbukan yang berlawanan di setiap celah. Kita akan melihat hal yang sama jika kita melempar batu kecil, mereka, terbang melalui dua celah, akan meninggalkan jejak, seperti bayangan dari dua lubang. Sekarang mari kita menembak elektron individu untuk melihat dua garis ini di layar dari dampak elektron. Mereka melepaskan satu, menunggu, yang kedua, menunggu, dan seterusnya. Ilmuwan fisika kuantum mampu melakukan eksperimen semacam itu.

Tapi horor. Alih-alih dua rumbai ini, semua interferensi yang sama dari beberapa rumbai diperoleh. Bagaimana? Hal ini dapat terjadi jika elektron terbang secara bersamaan melalui dua celah, dan di belakang pelat, seperti gelombang, akan bertabrakan dengan dirinya sendiri dan berinterferensi. Tapi ini tidak mungkin, karena sebuah partikel tidak bisa berada di dua tempat pada waktu yang sama. Itu baik terbang melalui slot pertama atau melalui yang kedua.

Di sinilah hal-hal yang benar-benar fantastis dari fisika kuantum dimulai.

Superposisi dalam fisika kuantum

Dengan analisis yang lebih dalam, para ilmuwan menemukan bahwa setiap partikel kuantum dasar atau cahaya yang sama (foton) sebenarnya dapat berada di beberapa tempat pada waktu yang sama. Dan ini bukan keajaiban, tetapi fakta nyata dari mikrokosmos. Inilah yang dikatakan fisika kuantum. Itulah sebabnya, menembakkan partikel terpisah dari meriam, kita melihat hasil interferensi. Di belakang pelat, elektron bertabrakan dengan dirinya sendiri dan menciptakan pola interferensi.

Objek-objek makrokosmos yang biasa bagi kita selalu berada di satu tempat, mereka memiliki satu keadaan. Misalnya, Anda sekarang duduk di kursi, menimbang, katakanlah, 50 kg, memiliki detak jantung 60 denyut per menit. Tentu saja, bacaan ini akan berubah, tetapi akan berubah seiring waktu. Lagi pula, Anda tidak bisa berada di rumah dan di tempat kerja pada saat yang bersamaan, beratnya 50 dan 100 kg. Semua ini bisa dimengerti, ini adalah akal sehat.

Dalam fisika mikrokosmos, semuanya berbeda.

Mekanika kuantum menegaskan, dan ini telah dikonfirmasi secara eksperimental, bahwa setiap partikel elementer dapat secara bersamaan tidak hanya di beberapa titik dalam ruang, tetapi juga memiliki beberapa keadaan pada saat yang sama, misalnya, berputar.

Semua ini tidak sesuai dengan kepala, merusak gagasan biasa tentang dunia, hukum fisika lama, membalikkan pemikiran, kita dapat dengan aman mengatakan itu membuat Anda gila.

Inilah cara kita memahami istilah "superposisi" dalam mekanika kuantum.

Superposisi berarti bahwa suatu objek mikrokosmos dapat secara bersamaan ditempatkan di berbagai titik ruang, dan juga memiliki beberapa keadaan pada saat yang bersamaan. Dan ini normal untuk partikel elementer. Ini adalah hukum dunia mikro, tidak peduli betapa aneh dan fantastisnya kelihatannya.

Anda terkejut, tetapi ini hanya bunga, keajaiban, teka-teki, dan paradoks fisika kuantum yang paling tidak dapat dijelaskan masih akan datang.

Fungsi gelombang runtuh dalam fisika dengan kata-kata sederhana

Kemudian para ilmuwan memutuskan untuk mencari tahu dan melihat lebih tepat apakah elektron benar-benar melewati kedua celah tersebut. Tiba-tiba ia melewati satu celah, dan kemudian entah bagaimana memisahkan dan menciptakan pola interferensi, melewatinya. Yah, Anda tidak pernah tahu. Artinya, Anda perlu meletakkan semacam perangkat di dekat celah, yang akan secara akurat merekam lintasan elektron yang melewatinya. Tidak lebih cepat diucapkan daripada dilakukan. Tentu saja, ini sulit untuk diterapkan, Anda tidak memerlukan perangkat, tetapi sesuatu yang lain untuk melihat lintasan elektron. Tetapi para ilmuwan melakukannya.

Tetapi pada akhirnya, hasilnya mengejutkan semua orang.

Segera setelah kita mulai melihat melalui celah mana elektron lewat, ia mulai berperilaku tidak seperti gelombang, tidak seperti zat aneh yang secara bersamaan terletak di berbagai titik ruang, tetapi seperti partikel biasa. Artinya, ia mulai menunjukkan sifat-sifat khusus kuantum: ia terletak hanya di satu tempat, melewati satu celah, dan memiliki satu nilai putaran. Ini bukan pola interferensi yang muncul di layar, tetapi jejak sederhana di seberang celah.

Tapi bagaimana ini mungkin. Seolah elektron sedang bercanda, bermain dengan kita. Pada awalnya, ia berperilaku seperti gelombang, dan kemudian, setelah kami memutuskan untuk mengamati perjalanannya melalui celah, ia menunjukkan sifat-sifat partikel padat dan hanya melewati satu celah. Tapi begitulah dalam mikrokosmos. Ini adalah hukum fisika kuantum.

Para ilmuwan telah melihat sifat misterius lain dari partikel elementer. Ini adalah bagaimana konsep ketidakpastian dan keruntuhan fungsi gelombang muncul dalam fisika kuantum.

Ketika sebuah elektron terbang ke celah, ia berada dalam keadaan tak tentu atau, seperti yang kami katakan di atas, dalam superposisi. Artinya, ia berperilaku seperti gelombang, terletak secara bersamaan di berbagai titik dalam ruang, memiliki dua nilai putaran sekaligus (putaran hanya memiliki dua nilai). Jika kita tidak menyentuhnya, tidak mencoba melihatnya, tidak mengetahui dengan pasti di mana letaknya, tidak mengukur nilai putarannya, ia akan terbang seperti gelombang secara bersamaan melalui dua celah, yang berarti itu akan menciptakan pola interferensi. Fisika kuantum menjelaskan lintasan dan parameternya menggunakan fungsi gelombang.

Setelah kita melakukan pengukuran (dan dimungkinkan untuk mengukur sebuah partikel dari dunia mikro hanya dengan berinteraksi dengannya, misalnya, menabrak partikel lain dengannya), maka terjadi keruntuhan fungsi gelombang.

Artinya, sekarang elektron yang terletak persis di satu tempat dalam ruang, memiliki satu nilai spin.

Anda dapat mengatakan bahwa partikel elementer seperti hantu, tampaknya ada, tetapi pada saat yang sama tidak berada di satu tempat, dan dengan probabilitas tertentu dapat berada di mana saja dalam deskripsi fungsi gelombang. Tetapi segera setelah kita mulai bersentuhan dengannya, ia berubah dari objek hantu menjadi zat nyata nyata yang berperilaku seperti objek biasa di dunia klasik.

"Ini luar biasa," katamu. Tentu saja, tetapi keajaiban fisika kuantum baru saja dimulai. Yang paling luar biasa belum datang. Tapi mari kita istirahat dari banyaknya informasi dan kembali ke petualangan kuantum lain kali, di artikel lain. Sampai saat itu, renungkan apa yang telah Anda pelajari hari ini. Apa yang dapat menyebabkan keajaiban seperti itu? Bagaimanapun, mereka mengelilingi kita, ini adalah milik dunia kita, meskipun pada tingkat yang lebih dalam. Apakah kita masih berpikir bahwa kita hidup di dunia yang membosankan? Tapi nanti kita ambil kesimpulan.

Saya mencoba menjelaskan dasar-dasar fisika kuantum secara singkat dan jelas.

Tetapi jika Anda tidak memahami sesuatu, maka tontonlah kartun tentang fisika kuantum ini, tentang eksperimen dengan dua celah, semuanya juga diceritakan di sana dengan bahasa yang jelas dan sederhana.

Kartun tentang fisika kuantum:

Atau Anda dapat menonton video ini, semuanya akan terjadi, fisika kuantum sangat menarik.

Video tentang fisika kuantum:

Dan seperti yang Anda tidak tahu tentang hal itu sebelumnya.

Penemuan modern dalam fisika kuantum mengubah dunia material kita yang biasa.