Xuddunta makaanikada quantum-ka

Richard Feynman, oo ka mid ahaa fiisigisyadii ugu waaweynaa qarnigii XNUMXaad, ayaa ku dooday in furaha fahamka makaanikada tirada ay tahay "tijaabo laba dildilaac ah". Tijaabadan fikradeed fudud, oo maanta la sameeyay, waxay sii waddaa inay soo saarto daah-furyo yaab leh. Waxay muujinayaan sida aan ula socon karin caqliga saliimka ah waa makaanikada quantum, taasoo ugu dambeyntii keentay hal-abuurradii ugu muhiimsanaa kontonkii sano ee la soo dhaafay.

Markii ugu horeysay wuxuu sameeyay tijaabo laba-jeex ah. Thomas Young (1) Ingriiska horraantii qarnigii sagaal iyo tobnaad.

tijaabi Yang

Tijaabada ayaa loo adeegsaday in lagu muujiyo in iftiinku uu yahay mawjad mawjad oo aan ahayn dabeecad jidheed, sida hore loo sheegay. Isaac Newton. Dhalinyaradu waxay muujiyeen in iftiinku addeeco faragelin - ifafaale in uu yahay sifada ugu dabeecadda badan (iyadoon loo eegin nooca hirarka iyo dhex dhexaadinta ay ku faafto). Maanta, makaanik-yada quantum-ka ayaa iswaafajiya labadan aragtiyood oo iska soo horjeeda.

Aynu dib u xasuusanno nuxurka tijaabada laba-jeexa ah. Sida caadada ah, waxaan ula jeedaa mawjad biyaha korkeeda saaran oo si xoog leh ugu faafta goobtii dhagaxa lagu tuuray. 

Mowjadu waxa ay samaysaa buulal is-daba-joog ah iyo biyo-mareenno ka soo burqanaya meesha qaska, iyada oo la ilaalinayo fogaan joogto ah oo u dhexeeya qolofka, taas oo loo yaqaan dhererka hirarka. Carro ayaa lagu dhejin karaa jidka mawjada, tusaale ahaan, qaab looxa ah oo leh laba meelood oo cidhiidhi ah oo la gooyey oo biyuhu si xor ah u socdaan. Ku tuurida dhagaxa biyaha, hirku wuxuu joogsadaa qaybta - laakiin maaha mid aad u sarreeya. Laba mowjadood oo cusub (2) ayaa hadda ku faafaya dhinaca kale ee xijaabka labada boosba. Waxay isku dhejiyaan midba midka kale, ama, sida aynu nidhaahno, waxay farageliyaan midba midka kale, abuurista qaab muuqaal ah oo dusha sare ah. Meelaha uu mawjad ka mid ah mawjad ka mid ah cidhifyada mawjada kale kula kulmo cidhifyada kale, bararka biyuhu way sii xoogaystaan, oo meelaha godan ee dooxa la kulmo, niyad-jabka ayaa sii kordha.

2. Faragelinta mowjadaha ka soo baxaya laba boos.

Tijaabada Young, iftiinka hal-midabka ah ee ka soo baxaya isha dhibicda ayaa soo mara diaphragm aan muuqan oo leh laba dalool oo ku dhufo shaashadda gadaashooda (maanta waxaan door bidinaa inaan isticmaalno iftiinka laysarka iyo array CCD). Sawir faragelin ah oo ah mowjad iftiin ah ayaa lagu arkay shaashadda qaab taxane ah oo iftiin beddel ah iyo xariijimo madow (3). Natiijadani waxay xoojisay aaminsanaanta in iftiinku yahay mowjad, ka hor intaan la daahfurin horraantii XNUMX-aadkii waxay muujin in iftiinku sidoo kale ahaa hirar. qulqulka photon waa qaybo khafiif ah oo aan lahayn cuf nasasho. Ka dib waxaa soo baxday in qarsoodiga ah mawjada-qayb labanlaabMarkii ugu horeysay ee la helay iftiin waxay sidoo kale khuseysaa qaybo kale oo lagu deeqay cuf. Isla markiiba waxay noqotay aasaaska sharaxaadda farsamada tirada cusub ee adduunka.

3. Aragtida tijaabada dhalinyarada

Qaybaha ayaa sidoo kale farageliya

Sannadkii 1961 kii, Klaus Jonsson oo ka tirsan jaamacadda Tübingen ayaa muujiyay faragelinta walxaha waaweyn ee elektarooniga ah isagoo isticmaalaya mikroskoob elektaroonig ah. Toban sano ka dib, saddex dhakhtar oo Talyaani ah oo physicists ah oo ka socda Jaamacadda Bologna ayaa sameeyay tijaabo la mid ah faragelinta hal elektaroonik ah (iyadoo la adeegsanayo waxa loogu yeero biprism halkii laga isticmaali lahaa laba-jeex). Waxay hoos u dhigeen xoogga iftiinka elektarooniga ah ilaa qiimaha hooseeya oo elektaroonnada ay u gudbaan biprism midba midka kale ka dib, midba midka kale. Electron-yadan waxa ay ka diiwaan gashanaayeen shaashada fluorescent.

Markii hore, dariiqyada elektarooniga ah ayaa si aan kala sooc lahayn loogu qaybiyay shaashadda, laakiin wakhti ka dib waxay sameeyeen sawir faragelin gaar ah oo ka mid ah faragelinta faragelinta. Waxa ay u muuqataa wax aan macquul ahayn in laba elektaroonig ah oo si isdaba joog ah u dhex mara jeexjeexyada xilliyo kala duwan ay midba midka kale faragelin karaan. Sidaa darteed, waa in aan qirno taas Mid ka mid ah elektarooniga ayaa farageliya naftiisa! Laakin markaa elektarooniga waa inuu soo maraa labada daldal ee isku mar.

Waxa laga yaabaa in aad dadajiso in aad eegto godka uu elektarooniga dhab ahaantii ka soo gudbay. Ka dib waxaan arki doonaa sida loo sameeyo indho-indheyntan oo kale iyada oo aan carqaladeynin dhaqdhaqaaqa elektarooniga. Waxay soo baxday in haddii aan helno macluumaadka ku saabsan waxa elektarooniga ah uu helay, markaa faragelinta ... way baaba'aysaa! Xogta "sida" waxay burburisaa faragelinta. Tani miyay ka dhigan tahay in joogitaanka kormeeraha miyir-qabka ah uu saameyn ku yeesho koorsada habka jireed?

Kahor intaadan ka hadlin xitaa natiijooyinka la yaabka leh ee tijaabooyinka laba-jibbaaran, waxaan samayn doonaa isbeddel yar oo ku saabsan cabbirrada walxaha faragelinta. Faragelinta Quantum ee walxaha tirada badan ayaa markii hore laga helay elektaroonnada, ka dibna qaybaha leh cufnaanta sii kordheysa: neutrons, protons, atomi, iyo ugu dambeyntii molecules kiimikaad ee waaweyn.

Sannadkii 2011, diiwaanka cabbirka shay waa la jabiyay, kaas oo lagu muujiyay ifafaale faragelinta quantum. Tijaabadan ayaa waxaa lagu sameeyay jaamacada Vienna,waxana sameeyay arday xiligaasi ku takhasusay cilmiga doctorate-ka. Sandra Eibenberger iyo asxaabteeda. Molecule-ka adag ee organic ka kooban ilaa 5 protons, 5 kun neutrons iyo 5 kun oo elektaroonig ah ayaa loo doortay tijaabada laba nasasho! Tijaabo aad u adag, faragelinta tirada unugyadan weyn ayaa la arkay.

Tani waxay xaqiijisay rumaynta in Shuruucda makaanikada quantum-ku ma adeecaan kaliya qaybaha hoose, laakiin sidoo kale shay kasta. Kaliya marka shaygu uu sii adag yahay, ayaa inta badan ay la falgashaa deegaanka, taas oo ku xad-gudeysa hantideeda tirada yar oo ay burburiso saameynta faragelinta..

Isku-xidhka Quantum-ka iyo kala-soocidda iftiinka

Natiijooyinkii ugu yaabka badnaa ee ka soo baxay tijaabadii laba-jiidhka ahayd ayaa ka yimid iyadoo la adeegsanayo hab gaar ah oo lagu dabagalo sawirka, kaas oo aan sinaba u carqaladayn dhaqdhaqaaqiisa. Habkani wuxuu adeegsadaa mid ka mid ah ifafaalaha quantum-ka ugu yaabka badan, waxa loogu yeero isugaynta tirada. Dhacdadan waxaa dib u ogaaday 30-meeyadii mid ka mid ah abuurayaasha ugu waaweyn ee makaanikada tirada, Erwin Schrödinger.

Einstein ee shakiga leh (fiiri sidoo kale 🙂 waxay ugu yeertay ficil rooxaan ah oo fogaan ah. Si kastaba ha ahaatee, nus qarni ka dib muhiimadda saameyntan ayaa la ogaaday, maantana waxay noqotay mawduuc xiiso gaar ah u leh physicists.

Maxay tani saamayn ku leedahay? Haddii laba qaybood oo isku dhow ay wakhti ka mid ah si adag isula falgalaan oo ay sameeyaan nooc ka mid ah "xiriir mataano ah", markaas xiriirku wuu sii jirayaa xitaa marka qaybuhu ay boqolaal kilomitir u jiraan. Kadibna qaybuhu waxay u dhaqmaan sidii hal nidaam. Taas macneheedu waxa weeye marka aynu fal ku samayno qayb qayb ka mid ah, waxay isla markiiba saamaynaysaa qayb kale. Si kastaba ha ahaatee, habkan ma gudbin karno macluumaadka meel fog.

Photon waa qayb aan tiro lahayn - qayb hoose oo iftiin ah, taas oo ah hirarka korantada. Ka dib marka la dhex maro saxan ka mid ah crystal u dhigma (oo loo yaqaan polarizer), iftiinku wuxuu noqdaa mid toosan, i.e. mawjadda korantada ee mawjada elektromagnetic-ka ayaa ku dul wareegaysa diyaarad gaar ah. Dhanka kale, marka la dhex maro nalka toosan ee saxan dhumuc gaar ah oo ka yimid crystal kale oo gaar ah (waxa loo yaqaan saxanka rubuc-mawjadaha), waxa loo rogi karaa iftiin wareeg ah, kaas oo vector beerta korantada u dhaqaaqo helical. saacada u jeedda ama ka soo horjeeda) dhaqdhaqaaqa jihada mawjada fidinta. Sidaas awgeed, qofku wuxuu ka hadli karaa sawir-qaadayaal toosan ama wareeg ah.

Tijaabo leh sawiro isku xidhan

4a. Karistaanka BBO ee aan toos ahayn ayaa u beddela sawir-qaade uu sii daayo laser argon oo u beddela laba sawir oo isku xidhan oo leh kala badh tamar iyo kala-saarid siman. Sawir-qaadayaashan waxay u kala firdhiyaan jihooyin kala duwan, waxaana ka diiwaan gashan qalabka wax baadha ee D1 iyo D2, oo ay ku xiran yihiin counter-concidence counter LK. Diaphragm leh laba dalool ayaa la dhigayaa waddada mid ka mid ah sawir-qaadayaasha. Marka ay labaduba diiwaan geliyaan imaatinka isku mar ee labada sawir-qaade, calaamada waxa lagu kaydiyaa xusuusta aaladda, iyo qalabka wax qabad ee D2 oo barbar socda godadka. Tirada sawir-qaadayaasha ee ku xiran booska aaladaha D2, oo sidaas loo duubay, ayaa lagu muujiyay sanduuqa, oo muujinaya maxima iyo minima, oo muujinaya faragelinta.

Sanadkii 2001, koox ka mid ah physicists Brazilian ee Belo Horizonte ayaa sameeyay iyadoo ay hogaaminayaan Stephen Walborn tijaabo aan caadi ahayn. Qorayaashu waxay isticmaaleen sifada crystal gaar ah (oo loo soo gaabiyo BBO), kaas oo qayb ka mid ah sawir-qaadayaasha uu sii daayo laser argon u beddelo laba photon oo tamar kala badh leh. Labadan sawir-qaade ayaa isku xidhan; Marka mid iyaga ka mid ah uu leeyahay, tusaale ahaan, polarization horizontal, ka kale ayaa leh polarization toosan. Sawir-qaadayaashani waxay u socdaan laba jiho oo kala duwan waxayna ciyaaraan door kala duwan tijaabada la tilmaamay.

Mid ka mid ah sawir-qaadayaasha aan magacaabi doonno xakamaynta, waxay si toos ah ugu socotaa qalabka wax baadha ee photon D1 (4a). Qalabka wax baadha waxa uu diiwaangeliyaa imaatinka isaga oo u soo diraya calaamad koronto qalab loo yaqaan hit counter. LK Tijaabada faragelinta ayaa lagu samayn doonaa sawirka labaad; waanu wici doonaa photon signal. Jidkeeda waxa ku jira laba kala go'an, oo ay ku xigto sawir-qaade labaad, D2, oo waxyar ka fog isha sawir-qaade ee D1. Baarahani wuxuu boodboodi karaa agagaarka booska labajibbaaran mar kasta oo uu helo calaamadda ku habboon miiska garaaca. Marka qalabka wax baadha D1 uu diiwan galiyo sawir qaade, waxa uu calaamad u diraa miiska shilka. Haddii daqiiqad gudaheed D2 uu sidoo kale diiwaan geliyo photon oo uu u soo diro signalka mitirka, markaa waxay aqoonsan doontaa inay ka timid photons isku xiran, xaqiiqdana waxaa lagu kaydin doonaa xusuusta qalabka. Habkani waxa uu meesha ka saarayaa diiwaan gelinta sawir-qaadayaasha random-ka ee gelaya qalabka wax baadha.

Sawirada isku xidhani waxay sii jiraan 400 ilbiriqsi. Wakhtigan ka dib, qalabka wax baadha ee D2 waxa lagu barakiciyay 1 mm marka loo eego booska godadka, iyo tirinta sawir qaadaha isku xidhani waxay qaadataa 400 ilbiriqsi oo kale. Kadibna qalabka wax qabadku mar kale ayaa loo dhaqaajiyaa 1 mm oo habka ayaa lagu soo celiyaa marar badan. Waxay soo baxday in qaybinta tirada sawir-qaadista ee lagu duubay habkan iyadoo ku xiran booska qalabka wax-qabadka D2 uu leeyahay sifo maxima iyo minima u dhiganta iftiinka iyo mugdiga iyo faragelinta faragelinta ee tijaabada Young (4a).

Waxaan mar kale ogaanay taas sawir-qaade keli ah oo dhex mara laba-jeexan ayaa midba midka kale farageliya.

Sidee?

Talaabada xigta ee tijaabadu waxay ahayd in la go'aamiyo daloolka uu soo maro sawir gaar ah oo aan dhibin dhaqdhaqaaqiisa. Guryaha halkan lagu isticmaalo saxan rubuc ah. Saxan rubuc-mawjad ah ayaa la hor dhigay jeex kasta, mid ka mid ah taas oo beddeshay polarization-ka tooska ah ee sawirka dhacdada oo u beddelay wareeg saacadle ah, kan kalena wareegga wareegga wareegga ee gacanta bidix (4b). Waxaa la xaqiijiyay in nooca sawir-qaadista uusan saameyn ku yeelan tirada sawir-qaadista ee la tiriyay. Hadda, iyada oo la go'aaminayo wareegtada polarization of photon ka dib markii ay soo martay jeexjeexyada, waxaa suurtagal ah in la tilmaamo mid ka mid ah sawir-qaadista. Ogaanshaha "jihada" waxay burburisaa faragelinta.

4b. Marka la dhigo taarikada rubuca-mawjadaha (leydiyada hadhka leh) ee godadka hortooda, "waddadee" macluumaadka ayaa la heli karaa oo sawirka faragelinta ayaa meesha ka baxaya.

4c. Dhigista dabaysha sida habboon u jihaysan P horteeda baaraha D1 waxay tirtirtaa "habkee" macluumaadka waxayna soo celisaa faragelinta.

Xaqiiqdii, ka dib meelaynta saxda ah ee taarikada rubuca-mawjadaha hortooda jeexjeexyada, qaybinta hore loo arkay ee tirinta, tilmaanta faragelinta, baaba'a. Waxyaabaha ugu yaabka badan ayaa ah in tani ay dhacdo iyada oo aan ka qaybqaadaneynin kormeere miyir leh oo samayn kara cabbirada ku habboon! Meelaynta taarikada rubuc-mawjadaha kaliya waxay soo saartaa saameyn joojin.. Haddaba sidee buu photon-ku ku ogaanayaa in ka dib marka la geliyo taarikada, aan ogaan karno farqiga u dhexeeyay?

Si kastaba ha ahaatee, tani maaha dhammaadka yaababka. Hadda waxaan dib u soo celin karnaa faragelinta photon ee calaamadda iyada oo aan si toos ah u saameynin. Si tan loo sameeyo, jidka kontoroolka photon-ka ee gaarey baaraha D1, dhig polarizer si ay ugu gudbiso iftiin leh polarization ah isku darka polarizations ee labada sawir ee isku xiran (4c). Tani waxay isla markiiba beddeshaa polarity photon signal si waafaqsan. Hadda ma suurtowdo in si hubaal ah loo ogaado waxa ay tahay kala-soocida dhacdo photon ee godadka, iyo iyada oo la siidaayo sawir qaade. Xaaladdan oo kale, faragelinta ayaa dib loo soo celiyay!

Tirtir xogta doorashada ee daahday

Tijaabooyinka aan kor ku soo sheegnay waxaa loo qaaday si ay photon-ka kontoroolka u diiwaan gashan tahay qalabka wax baadha ee D1 ka hor inta aanay sawirka calaamaduhu gaadhin qalabka wax baadha D2. Tirtiridda macluumaadka "wadadee" waxaa la sameeyay iyadoo la beddelayo polarization of photon-ka kantaroolka ka hor intaysan calaamada sawir-qaaduhu gaadhin baaraha D2. Markaa qofku wuxuu qiyaasi karaa in photon-ka xakameynaya uu mar hore u sheegay "mataanaha" waxa la sameeyo marka xigta: in la farageliyo ama aan la soo celin.

Hadda waxaan u bedeleynaa tijaabada si ay koontaroolka photon-ka ku dhufato qalabka wax qabad ee D1 ka dib marka sawir-qaadaha calaamaduhu ka diiwaangashan yahay qalabka D2. Si taas loo sameeyo, ka fogee qalabka wax baadha D1 isha photon. Habka faragelinta ayaa u eg sidii hore. Hadda aynu dhigno taarikada rubu-mawjadaha hortooda meelaha goynta ah si aan u go'aamino waddada uu sawirku maray. Habka faragelinta ayaa meesha ka baxaysa. Marka xigta, aynu tirtirno macluumaadka "habkee" inagoo gelinaya polarizer si habboon u jihaysan horteeda baaraha D1. Habka faragelinta ayaa mar kale soo muuqda! Haddana tir tiritaanka ayaa la sameeyay ka dib markii sawirka signalka lagu diiwaangeliyay baaraha D2. Sidee tani suurtogal u tahay? Photon-ku wuxuu ahaa inuu ka warqabo isbeddelka polarity ka hor intaanay wax macluumaad ah oo ku saabsan gaadhin.

5. Tijaabooyin leh laydhka laysarka.

Isku dhafka dabiiciga ah ee dhacdooyinka halkan ayaa loo rogaa; saamayn ayaa ka horraysa sabab! Natiijadani waxay wiiqaysaa mabda'a sababaha dhabta ah ee inagu xeeran. Mise waxaa laga yaabaa in waqtigu uusan macno lahayn marka ay timaaddo walxaha isku xidhan? Isku-xidhka Quantum-ku wuxuu jebiyaa mabda'a deegaanka ee fiisigiska qadiimiga ah, marka loo eego shayga ay saameyn karto oo keliya deegaankiisa dhow.

Tan iyo tijaabada Brazil, tijaabooyin badan oo la mid ah ayaa la sameeyay, kuwaas oo si buuxda u xaqiijinaya natiijooyinka halkan lagu soo bandhigay. Gabagabadii, akhristuhu wuxuu jeclaan lahaa inuu si cad u sharaxo sirta dhacdooyinkan lama filaanka ah. Nasiib darro, tan lama samayn karo. Caqliga makaanikada quantum waa ka duwan yahay caqli-galnimada adduunka aan aragno maalin kasta. Waa inaan si is-hoosaysiin ah u aqbalnaa tan oo aan ku faraxsanahay in sharciyada makaanikada quantum-ka ay si sax ah u qeexayaan dhacdooyinka ka dhacaya microcosm-ka, kuwaas oo si faa'iido leh loogu isticmaalo aaladaha farsamada ee weligood horumarsan.