Tidak ada seorang pun di dunia ini yang memahami apa itu mekanik kuantum. Ini mungkin perkara paling penting yang perlu anda ketahui tentangnya. Sudah tentu, banyak ahli fizik telah belajar menggunakan undang-undang dan bahkan meramalkan fenomena berdasarkan pengiraan kuantum. Tetapi masih belum jelas mengapa pemerhati eksperimen menentukan tingkah laku sistem dan menjadikannya satu daripada dua keadaan.
Berikut adalah beberapa contoh eksperimen dengan hasil yang pasti akan berubah di bawah pengaruh pemerhati. Mereka menunjukkan bahawa mekanik kuantum secara praktikal menangani campur tangan pemikiran sedar ke dalam realiti material.
Terdapat banyak tafsiran mekanik kuantum hari ini, tetapi Tafsiran Copenhagen mungkin yang paling terkenal. Pada tahun 1920-an, postulat umumnya dirumuskan oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg.
Tafsiran Copenhagen didasarkan pada fungsi gelombang. Ini adalah fungsi matematik yang mengandungi maklumat tentang semua kemungkinan keadaan sistem kuantum di mana ia wujud secara serentak. Menurut Tafsiran Copenhagen, keadaan sistem dan kedudukannya berbanding dengan keadaan lain hanya dapat ditentukan oleh pemerhatian (fungsi gelombang digunakan hanya untuk mengira kebarangkalian untuk mencari sistem dalam satu keadaan atau yang lain secara matematis).
Kita dapat mengatakan bahawa setelah pemerhatian, sistem kuantum menjadi klasik dan tidak lagi wujud di negeri-negeri lain daripada di mana ia diperhatikan. Kesimpulan ini mendapati penentangnya (ingat Einstein yang terkenal "Tuhan tidak bermain dadu"), tetapi ketepatan pengiraan dan ramalan masih ada.
Walaupun begitu, jumlah penyokong tafsiran Kopenhagen semakin menurun, dan alasan utama untuk ini adalah keruntuhan misteri fungsi gelombang semasa percubaan. Eksperimen pemikiran Erwin Schröderer yang terkenal dengan kucing yang lemah semestinya menunjukkan kemustahilan fenomena ini. Mari ingat perinciannya.
Di dalam kotak hitam terdapat kucing hitam dan dengannya sebotol racun dan mekanisme yang dapat melepaskan racun secara rawak. Sebagai contoh, atom radioaktif dapat memecahkan gelembung semasa kerosakan. Masa kerosakan atom tidak diketahui. Hanya separuh hayat yang diketahui, di mana kerosakan berlaku dengan kebarangkalian 50%.
Jelas sekali, bagi pemerhati luar, kucing di dalam kotak berada dalam dua keadaan: ia masih hidup jika semuanya berjalan lancar, atau mati sekiranya kerosakan berlaku dan botolnya pecah. Kedua-dua keadaan ini dijelaskan oleh fungsi gelombang kucing, yang berubah dari masa ke masa.
Video promosi:
Semakin lama masa berlalu, semakin besar kemungkinan berlaku kerosakan radioaktif. Tetapi sebaik sahaja kami membuka kotak, fungsi gelombang runtuh, dan kami segera melihat hasil eksperimen tidak berperikemanusiaan ini.
Sebenarnya, sehingga pemerhati membuka kotak itu, kucing akan menyeimbangkan hidup dan mati tanpa henti, atau akan hidup dan mati pada masa yang sama. Nasibnya hanya dapat ditentukan oleh tindakan pemerhati. Kelewatan ini ditunjukkan oleh Schrödinger.
1. Difraksi elektron
Menurut tinjauan ahli fizik terkenal oleh The New York Times, eksperimen difraksi elektron adalah salah satu kajian paling menakjubkan dalam sejarah sains. Apakah sifatnya? Terdapat sumber yang memancarkan pancaran elektron ke skrin yang sensitif terhadap cahaya. Dan ada halangan dalam cara elektron ini, plat tembaga dengan dua celah.
Apa jenis gambar yang dapat anda harapkan di layar jika elektron biasanya diberikan kepada kita sebagai bola bermuatan kecil? Dua jalur bertentangan dengan slot di plat tembaga. Tetapi pada hakikatnya, corak jalur putih dan hitam bergantian yang jauh lebih kompleks muncul di skrin. Ini disebabkan oleh fakta bahawa ketika melewati celah, elektron mulai berperilaku tidak hanya seperti zarah, tetapi juga seperti gelombang (foton atau zarah cahaya lain berperilaku dengan cara yang sama, yang dapat menjadi gelombang pada waktu yang sama).
Gelombang ini berinteraksi di ruang angkasa, bertembung dan saling menguatkan satu sama lain, dan sebagai hasilnya, corak kompleks jalur cahaya dan gelap bergantian dipaparkan di layar. Pada masa yang sama, hasil percubaan ini tidak berubah, walaupun elektron melewati satu persatu - bahkan satu zarah boleh menjadi gelombang dan melewati serentak melalui dua celah. Postulat ini adalah salah satu yang utama dalam tafsiran Copenhagen mengenai mekanik kuantum, ketika zarah secara serentak dapat menunjukkan sifat fizikal dan sifat eksotik "biasa" mereka seperti gelombang.
Tetapi bagaimana dengan pemerhati? Dialah yang menjadikan kisah kusut ini menjadi lebih membingungkan. Ketika ahli fizik semasa eksperimen seperti itu berusaha menentukan dengan bantuan instrumen, melalui celah mana elektron itu benar-benar melewati, gambar di skrin berubah secara dramatik dan menjadi "klasik": dengan dua bahagian yang diterangi tepat di seberang celah, tanpa garis gantian.
Elektron kelihatan enggan untuk mendedahkan sifat gelombang mereka kepada mata pemerhati. Ia kelihatan seperti misteri yang diselimuti kegelapan. Tetapi ada juga penjelasan yang lebih sederhana: pemantauan sistem tidak dapat dilakukan tanpa mempengaruhinya secara fizikal. Kami akan membincangkannya kemudian.
2. Fulleren yang dipanaskan
Eksperimen difraksi zarah tidak hanya dilakukan dengan elektron, tetapi juga dengan objek lain yang jauh lebih besar. Contohnya, mereka menggunakan molekul fullerenes, besar dan tertutup yang terdiri daripada beberapa puluh atom karbon. Baru-baru ini, sekumpulan saintis dari University of Vienna, yang diketuai oleh Profesor Zeilinger, cuba memasukkan unsur pemerhatian ke dalam eksperimen ini. Untuk melakukan ini, mereka menyinari molekul fullerene yang bergerak dengan sinar laser. Kemudian, dipanaskan oleh sumber luaran, molekul-molekul itu mula bersinar dan pasti menunjukkan kehadiran mereka untuk pemerhati.
Seiring dengan inovasi ini, tingkah laku molekul juga telah berubah. Sebelum permulaan pemerhatian yang komprehensif, fullerenes cukup berjaya menghindari halangan (menunjukkan sifat gelombang), serupa dengan contoh sebelumnya dengan elektron memukul skrin. Tetapi dengan kehadiran pemerhati, fullerenes mula berkelakuan seperti zarah fizikal yang benar-benar mematuhi undang-undang.
3. Dimensi penyejukan
Salah satu undang-undang yang paling terkenal di dunia fizik kuantum adalah prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang mana mustahil untuk menentukan kelajuan dan kedudukan objek kuantum pada masa yang sama. Semakin tepat kita mengukur momentum zarah, semakin kurang tepat kita dapat mengukur kedudukannya. Namun, di dunia nyata makroskopik kita, kesahihan undang-undang kuantum yang bertindak pada zarah kecil biasanya tidak disedari.
Eksperimen baru-baru ini Profesor Schwab dari Amerika Syarikat memberikan sumbangan yang sangat berharga untuk kawasan ini. Kesan kuantum dalam eksperimen ini ditunjukkan bukan pada tahap elektron atau molekul fullerene (dengan diameter kira-kira 1 nm), tetapi pada objek yang lebih besar, pita aluminium kecil. Pita ini dipasang pada kedua sisi sehingga bahagian tengahnya dalam keadaan tergantung dan dapat bergetar di bawah pengaruh luaran. Di samping itu, alat diletakkan di dekatnya yang dapat merekodkan kedudukan pita dengan tepat. Eksperimen tersebut mendedahkan beberapa perkara menarik. Pertama, apa-apa pengukuran yang berkaitan dengan kedudukan objek dan pemerhatian pita mempengaruhi, setelah setiap pengukuran kedudukan pita berubah.
Para eksperimen menentukan koordinat pita dengan ketepatan tinggi, dan dengan itu, sesuai dengan prinsip Heisenberg, mengubah kelajuannya, dan oleh itu kedudukan berikutnya. Kedua, agak tidak dijangka, beberapa pengukuran menyebabkan penyejukan pita. Oleh itu, pemerhati dapat mengubah ciri fizikal objek dengan kehadirannya semata-mata.
4. Zarah pembekuan
Seperti yang anda ketahui, zarah radioaktif yang tidak stabil reput bukan sahaja dalam percubaan dengan kucing, tetapi juga oleh mereka sendiri. Setiap zarah mempunyai jangka hayat rata-rata, yang ternyata dapat meningkat di bawah pengawasan pengamat. Kesan kuantum ini diramalkan seawal tahun 1960-an, dan bukti eksperimennya yang cemerlang muncul dalam sebuah makalah yang diterbitkan oleh sebuah kumpulan yang diketuai oleh ahli fizik pemenang Hadiah Nobel Wolfgang Ketterle dari MIT.
Dalam karya ini, pelanggaran atom rubidium teruja yang tidak stabil telah dikaji. Sejurus selepas penyusunan sistem, atom-atom itu bersemangat menggunakan sinar laser. Pemerhatian dilakukan dalam dua mod: berterusan (sistem sentiasa terkena denyut cahaya kecil) dan berdenyut (sistem ini disinari dengan denyutan yang lebih kuat dari semasa ke semasa).
Hasil yang diperoleh sepenuhnya sesuai dengan ramalan teori. Kesan cahaya luaran melambatkan kerosakan zarah, mengembalikannya ke keadaan semula, yang jauh dari keadaan reput. Besarnya kesan ini juga sesuai dengan ramalan. Hayat maksimum atom rubidium teruja tidak stabil meningkat 30 kali ganda.
5. Mekanik dan kesedaran kuantum
Elektron dan fulleren berhenti menunjukkan sifat gelombang mereka, plat aluminium menyejukkan, dan zarah yang tidak stabil memperlahankan kerosakannya. Mata pengawas yang berwaspada secara harfiah mengubah dunia. Mengapa ini tidak menjadi bukti penglibatan minda kita dalam kerja dunia? Mungkin Carl Jung dan Wolfgang Pauli (ahli fizik Austria, pemenang Nobel, pelopor mekanik kuantum) betul ketika mereka mengatakan bahawa undang-undang fizik dan kesedaran harus dilihat saling melengkapi?
Kita selangkah lagi untuk menyedari bahawa dunia di sekitar kita hanyalah produk ilusi dari fikiran kita. Ideanya menakutkan dan menggoda. Mari cuba kembali kepada ahli fizik. Terutama dalam beberapa tahun kebelakangan ini, apabila semakin sedikit orang yang mempercayai penafsiran mekanik kuantum Copenhagen, dengan fungsi gelombang samarnya runtuh, merujuk kepada decoherence yang lebih biasa dan boleh dipercayai.
Maksudnya adalah bahawa dalam semua eksperimen ini dengan pemerhatian, para eksperimen pasti mempengaruhi sistem. Mereka menyalakannya dengan laser dan memasang alat pengukur. Mereka disatukan dengan prinsip penting: anda tidak dapat memerhatikan sistem atau mengukur sifatnya tanpa berinteraksi dengannya. Sebarang interaksi adalah proses mengubah sifat. Terutama apabila sistem kuantum kecil terkena objek kuantum kolosal. Beberapa pemerhati Buddha yang berkecuali selama-lamanya tidak mungkin pada dasarnya. Dan di sini istilah "decoherence" dimainkan, yang tidak dapat dipulihkan dari sudut termodinamik: sifat kuantum sistem berubah ketika berinteraksi dengan sistem besar lain.
Semasa interaksi ini, sistem kuantum kehilangan sifat asalnya dan menjadi klasik, seolah-olah "mematuhi" sistem yang besar. Ini juga menjelaskan paradoks kucing Schrödinger: kucing itu terlalu besar sistemnya, jadi ia tidak boleh diasingkan dari dunia lain. Reka bentuk eksperimen pemikiran ini tidak sepenuhnya betul.
Bagaimanapun, jika kita menganggap realiti tindakan penciptaan dengan kesedaran, decoherence nampaknya merupakan pendekatan yang jauh lebih mudah. Mungkin terlalu selesa. Dengan pendekatan ini, seluruh dunia klasik menjadi satu akibat besar dari decoherence. Dan seperti yang dinyatakan oleh pengarang salah satu buku paling terkenal di lapangan, pendekatan ini secara logik membawa kepada pernyataan seperti "tidak ada zarah di dunia" atau "tidak ada masa pada tahap yang mendasar."
Adakah benar dalam pencipta-pemerhati atau dalam proses penyahtinjaan yang kuat? Kita harus memilih antara dua kejahatan. Walaupun begitu, para saintis semakin yakin bahawa kesan kuantum adalah manifestasi dari proses mental kita. Dan di mana pemerhatian berakhir dan realiti bermula bergantung kepada kita masing-masing.
Berdasarkan bahan dari topinfopost.com
