Hayu urang balikan deui naon mékanika kuantum na kumaha urang tiasa nganggo.

Sawangan anu teu katingali

Oke, ngarah bau kopi, anjeun ampir hudang. Panon anjeun siap pikeun rutinitas sapopoe, kedip-kedip sareng ngantepkeun sababaraha lampu. Nalika anjeun mikirkeun hal éta, partikel cahaya anu ngalebetkeun rupa sareng panon anjeun kabentuk sajuta taun ka pengker di tengah panonpoé, dina waktos karuhun urang mimitian nganggo seuneu. Panonpoé ogé moal ngirim partikel anu disebut foton upami henteu diperyogikeun pikeun fenomena anu sami anu tiasa dijantenkeun dasar bau urang, tunneling kuantum.

Sakitar 150 juta kilométer misahkeun Matahari sareng Bumi, foton ngan ukur nyandak dalapan menit kanggo nutupan jarak éta. Nanging, kaseueuran perjalanan aranjeunna lumangsung di jero panonpoé, dimana fotona anu khas nyéépkeun sajuta taun nyobian kabur. Perkara éta disimpen di tengah-tengah bintang urang, dimana hidrogén sakitar 13 kali langkung padet tibatan kalungguhan, sareng foton tiasa ngumbara fraksi sadetik sadetik sateuacan diserep ku ion hidrogén, anu teras ngabakar fotona kanggo ngumbara ti Surya, sareng sajabana Saatos sakitar samilyar tina interaksi sapertos kitu, fotona tungtungna némbongan dina permukaan Surya, anu parantos bersinar di dieu mang jutaan taun.

Mékanika Quantum (© Jay Smith)

Fotona moal pernah kabentuk, sareng Surya moal caang bari tanpa tunneling kuantum. Panonpoé sareng sadaya béntang anu sanésna nyiptakeun cahaya ku fusi nuklir, ngébréhkeun ion hidrogén sareng nyiptakeun hélium dina prosés anu ngaleupaskeun énergi. Unggal detik, panonpoé ngarobih sakitar 4 juta ton zat janten énergi. Ngan ukur ion hidrogén, sapertos proton masing-masing, anu gaduh muatan listrik anu positip sareng silih tolak. Janten kumaha aranjeunna tiasa saling ngagabung?
Dina tunneling kuantum, sifat gelombang proton kadang ngamungkinkeun aranjeunna tumpang tindih kalayan gampang sapertos ombak anu ngahiji dina permukaan kolam. Kanyataan yén tumpang tindih mawa gelombang proton cukup caket yén kakuatan anu sanés, sapertos kakuatan nuklir anu kuat anu ngan ukur dina jarak anu pondok pisan, tiasa ngatasi répéksi partikel listrik. Proton teras buruk pikeun ngaleupaskeun hiji foton.

Panon urang sénsitip pisan kana fotona

Panon urang parantos mekar janten peka pisan kana fotona ieu. Sababaraha percobaan anyar nunjukkeun yén urang bahkan tiasa mendakan foton masing-masing, anu nimbulkeun kamungkinan anu dipikaresep: naha manusa tiasa mendakan sababaraha kasus mékanika kuantum khusus? Naha ieu hartosna yén jalma, sapertos foton atanapi éléktron atanapi ucing hanjakal Schrödinger, parantos maot sareng hirup dina waktos anu sami upami anjeunna langsung aub dina dunya kuantum? Naon pangalaman sapertos kitu?

Panon manusa

"Kami henteu terang sabab teu aya anu nyobian," saur Rebecca Holmes, ahli fisika di Los Alamos National Laboratory di New Mexico. Tilu taun ka pengker, nalika anjeunna lulus ti Universitas Illionis di Urbane-Champaign, Holmes mangrupikeun bagian tina hiji tim anu dipimpin ku Paul Kwiat, anu nunjukkeun yén manusa tiasa mendakan lampu-lampu pondok anu diwangun ku tilu fotona. Dina 2016, anjeunna mendakan yén sakumpulan élmuwan anu kalapa, dipimpin ku fisikawan Alipaša Vaziri di Rockefeller University di New York, mendakan yén jalma-jalma leres-leres ningali fotona masing-masing. Nanging, urang tingali yén pangalaman henteu kedah dijelaskeun sacara tepat. Vaziri, anjeunna nyobian ningali fotona ngagenclang dirina sareng nyarios ka majalah 'Alam', "Éta henteu sapertos ningali cahaya. Ampir raos dina ambang lamunan. "

Mékanika kuantum - ékspérimén

Dina waktos anu caket, Holmes sareng Vaziri ngarepkeun ékspérimén sareng naon anu ditingali ku manusa nalika fotona dilebetkeun kana kaayaan kuantum khusus. Salaku conto, ahli fisika tiasa ngaitkeun hiji fotona kana naon anu disebatna superposisi, dimana fotona aya sakaligus dina dua tempat anu béda. Holmes sareng réréncanganna ngararancang percobaan anu ngalibatkeun dua skénario pikeun nguji naha manusa sacara langsung tiasa ningali superposisi foton. Dina skénario anu munggaran, hiji foton bakal lebet di sisi kénca atanapi katuhu rétina manusa, sareng hiji bakal aya bewara di sisi rétina anu anjeunna ngaraosan fotona. Dina skénario kadua, fotona bakal ditempatkeun dina superposisi kuantum anu ngamungkinkeun ngajantenkeun siga anu teu mungkin - ngapung ka beulah katuhu sareng kénca rétina dina waktos anu sami.

Naha anjeun mendakan cahaya dina dua sisi rétina? Atanapi interaksi fotona dina panon nyababkeun superposisi 'runtuh'? Upami kitu, naha éta bakal sering kajadian di dua belah katuhu sareng kénca, sakumaha tiori nunjukkeun?

Rebecca Holmes nyarios:

"Dumasar kana mékanika kuantum standar, foton dina superposisi sigana moal katingali béda tibatan foton anu leres-leres dikirimkeun ka kénca atanapi ka katuhu."

Upami tétéla yén sababaraha pamilon dina ékspérimén leres-leres merhatoskeun fotona dina kadua tempat dina waktos anu sami, naha éta hartosna yén jalma éta sorangan dina kaayaan kuantum?

Rebecca Holmes nambihan:

"Anjeun tiasa nyarios yén panitén éta nyalira dina superposisi kuantum dina waktos anu pondok, tapi teu acan aya anu nyobian, janten kami leres-leres henteu terang. Kusabab kitu anjeun ngalakukeun percobaan sapertos kitu. "

Anjeun ngarasa ku cara sorangan

Ayeuna hayu urang balikan deui kana cangkir kopi. Anjeun ngaraoskeun cangkir salaku bahan anu padet, pageuh dina kulit panangan anjeun. Tapi éta ngan ukur ilusi. Kami henteu pernah némpél naon-naon, sahenteuna henteu dina hartos tina dua potongan masalah anu némpél. Langkung ti 99,9999999999 persén atom diwangun ku rohangan kosong, kalayan ampir sadaya masalah terkonsentrasi dina inti.

Mékanika Quantum (© Jay Smith)

Nalika anjeun nyepeng cangkir nganggo panangan, sigana milikna kakuatan asalna tina résistansi éléktron dina cangkir sareng dina panangan. Éléktron dirina sorangan teu ngagaduhan volume, éta ngan ukur dimensi nol tina kolom muatan listrik négatip anu ngurilingan atom sareng molekul sapertos awan. Hukum mékanika kuantum ngawatesan aranjeunna kana tingkat énergi anu khusus di sekitar atom sareng molekul. Nalika panangan nyeepkeun cangkir, éta nyurung éléktron ti hiji tingkat ka tingkat séjén, sareng ieu peryogi énergi otot, anu otak nafsirkeun salaku résistansi nalika urang némpél hal anu padet.

Rasa sentuhan urang asalna tina interaksi anu rumit pisan antara éléktron di sakuliling molekul awak urang sareng molekul objék anu urang keuna. Tina inpormasi ieu, uteuk urang nyiptakeun ilusi yén urang ngagaduhan awak padet anu ngalir di sakumna dunya anu pinuh ku objék padet anu sanés. Kontak sareng aranjeunna henteu masihan kami rasa kanyataan anu pas. Tiasa waé yén henteu aya anggapan urang anu saluyu sareng anu leres-leres kajadian. Donald Hoffman, ahli saraf kognitif di University of California, Irvine, yakin yén indera sareng otak urang parantos mekar pikeun nyamarkeun alam sajati kanyataan, henteu ngungkabkeunana.

"Ideu kuring nyaéta kanyataan, naon waé, rumit teuing sareng bakal nyandak urang teuing waktos sareng tanaga pikeun ngolah."

Babandingan gambar dunya dina uteuk sareng antarmuka grafis dina komputer

Hoffman ngabandingkeun gambar pangwangunan dunya dina otak urang, sareng antarbeungeut grafis dina layar komputer. Sadaya ikon warna-warni dina layar, sapertos Recycle Bin, pointer mouse, sareng folder file, henteu aya hubunganana sareng naon anu leres-leres di jero komputer. Éta ngan ukur abstraksi, panyederhanaan anu ngamungkinkeun urang komunikasi sareng éléktronika kompléks.

Dina pandangan Hoffman, épolusi parantos ngarobah uteuk urang pikeun dianggo sapertos antar muka grafis anu henteu nyababkeun dunya kalayan satia. Évolusi henteu ngadukung ngembangkeun persépsi anu akurat, éta ngan ukur nganggo anu ngamungkinkeun salamet.

Sakumaha Hoffman nyarios:

"Formulir ngatur kanyataan."

Hoffman sareng murid lulusanna parantos diuji ratusan rébu model komputer dina taun-taun ayeuna pikeun nguji ideu na dina simulasi bentuk kahirupan jijieunan bersaing pikeun sumber anu kawates. Bisi kumaha waé, organisme diprogram pikeun ngaheulakeun kabugaran fisik nalika kanyataan henteu cocog sareng anu didamel pikeun persépsi anu akurat.

Salaku conto, upami hiji organisme didesain pikeun sacara akurat nampi, contona, jumlah cai anu aya di lingkungan, sareng éta manggih hiji organisme anu disetél pikeun nampi hal anu langkung saderhana, contona, jumlah optimal cai anu diperyogikeun pikeun tetep hirup. Janten sanaos hiji organisme tiasa nyiptakeun bentuk réalitas anu langkung akurat, sipat ieu henteu ningkatkeun kamampuanna pikeun salamet. Panilitian Hoffman nyababkeun anjeunna kana kacindekan anu luar biasa:

"Sajauhna urang cocog sareng ngajaga kahirupan, urang moal diluyukeun sareng kanyataan. Kami henteu tiasa ngalakukeun éta. "

Téori kuantum

Pikiranana saluyu sareng anu dianggap sababaraha ahli fisika janten ideu sentral tina téori kuantum - persépsi kanyataan henteu sadayana obyektif, urang moal tiasa leupas tina dunya anu urang titénan.

Hoffman nangkep lengkep pandangan ieu:

"Spasi ngan ukur struktur data, sareng objék fisik mangrupikeun struktur data anu urang jiptakeun dina hiber. Nalika kuring ningali bukit, kuring nyiptakeun struktur data ieu. Maka kuring neuteup ka jauh sareng ngarusak struktur data ieu kusabab kuring henteu peryogi deui. "

Sakumaha karya Hoffman nunjukkeun, urang henteu acan ngémutan hartos lengkep tina téori kuantum sareng naon anu dicarioskeun ngeunaan alam réalitas. Kanggo kaseueuran hirupna, Planck nyalira ngusahakeun ngartos tiori anu anjeunna ngabantosan pikeun nyiptakeun, sareng anjeunna teras percanten kana persépsi objektif ngeunaan alam semesta anu aya sacara mandiri ti urang.

Anjeunna pernah nyerat naha anjeunna milih ngudag fisika, ngalawan naséhat guruna:

"Dunya luar mangrupikeun hal anu mandiri ti manusa, éta mangrupikeun hal anu mutlak, sareng milarian hukum anu berlaku pikeun ieu saolah-olah kuring mangrupikeun pangalaman ilmiah anu paling luhur dina kahirupan."

Butuh abad anu sanés pikeun révolusi sanés dina fisika pikeun ngabuktikeun naha anjeunna leres atanapi lepat, sapertos profésorna Philip von Jolly.