Физика: Кванттык бөлүкчөлөрдүн кыймылы
Кванттык бөлүчөлөр
Балким силер көп жолу айтып бере алгыз кванттык физика жана кванттык механика жөнүндө сырларды уккансыңар. Анын закондору сырдуу өзүнө тартат жана аны физиктер өздөрү моюндарына алып, аларды аягына чейин түшүнбөйт. Кванттык механика-бул кванттык физиканын бөлүгү. Эмнеге бул илимдердиаягына чейин түшүнүш аябай оор? Жооп жөнөкөй эле: кванттык физика жана кванттык механика (кванттык физиканын бөлүгү) кичи дүйнөнүн закондорун изилдейт, жана бул мыйзамдар биздин биз жашаган ири дүйнө закондорунан толугу менен айырмаланат. Бизди биз көрүп турган тело курчап турат, биз алардын жайгашкан жерин, көлөмүн, ылдамдыгын жана кыймылынын траекториясын баалай алабыз. Бирок кичи дүйнө бар, анда биз таптакыр башка көлөмдөгү объектилер менен иш жүргүзөбүз. Канчалык кичинекей көлөмдөгү бөлүкчө менен кванттык механика иш алып бараарын түшүнүш үчүн элестетип көрөлү, атомдор мейкиндикте канчалык орун ээлейт болду экен. Атомдордун көлөмдөрү массасы сыяктуу эле өзгөчө кичинекей жана 1 нм (нанометр) тегереги болот же 1*10 -9м. Эгерде атомдун көлөмү чекитинин диаметри 0,1мм ге чейин чоңойтсок, анда азыркы силер окуп жаткан тамгалар бийиктиги 500метр же километр болот. Ошондуктан бизге кичи дүйнөдөгү кванттык бөлүкчөлөр менен эмне болоорун кандай кыймылдап кайсы законго баш ийээрин элестетүү өтө кыйын.
Атомдун моделинин анимациясы:
Ири дүйнөнүн объектиси-бизди ар тараптан курчап турган тело бир гана аныкталган бир оорунда жана бир аныкталган абалда болушу мүмкүн. Бирок кванттык бөлүкчө өзүнүн закону боюнча гана болот.
“Корпускулярдык-толкундуу дуализм”? Ал жаратылыштын эки анжылыгын билдирет. Бул жерде сөз эң майда бөлүкчөлөр (атомдор, электрондор) кичи дүйнө жөнүндө сөз болуп жатат, анда алар бир эле убакта толкундар жана бөлүкчөлөр. Жарык жана электрондор кванттык жаратылышка ээ, бир эле убакта толкун дагы бөлүкчө дагы.
Кванттык механика бизге, каалаган кванттык бөлүкчө эреже боюнча бир нече абалда же бир эле убакта, мейкиндикте бир нече чекитте жайгашат деп айтат.
Баардык кванттык бөлүкчөлөр, жөнөкөй бөлүкчөлөрдөй же ушул эле бөлүкчөлөрдөн турган атомдор жана малекулалар толкун сыяктуу жүрүш-турушту жарыялайт, анда алар бири бири менен өз ара кыймылда боло алышат. Мындай кванттык абалда алар ар кандай кызыктуу кванттык жүрүш туруш кыла алышат, эки орундан бир убакта , бир эле убакта эки багытка айланышы, өтө алгыз барьерден өтүп кетүү же алыскы партнерлор менен таң калыштуу баш адаштырган байланыштар сыяктуу.
Мындай учурда, кванттык бөлүкчөдөн турган сиз, бир эле убакта эки жерде боло албайсыз? Бул нерсе биздин азыркы жетишпеген заманыбызда аябай пайдалуу болмок. Буга жооп абдан эле жөнөкөй: Тело канчалык чоң жана салмактуу болгон сайын ошончолук кичине толкундуу касиетке ээ жана адамдын көлөмү жана салмактуу тело же дагы болушунча чоң жана көрүнүктүүлөр кичине кванттык толкун узундугуна ээ болушат ал эми ченөө эффектисине ээ эмес. Бирок тереңирээк карап көрсөк силер ойлойсунар, силердин денеңердеги ар бир атом каралат же, анын тегерегиндеги башка атомдор менен ченелет, анда ар бир ал ээ боло алчу минималдык кванттык касиет ачпагандай бат бузулат.
Мааниси мында, ар бир бөлүкчө (ыктымалдуулук теориясы) мындай же андай абалда жайгашат деген мүмкүндүк шкаласына ээ. Биз качан артка бурулганыбызда жана кайрадан алдыга караганыбызда ошол мүмкүндүк шкаласына жараша бөлүкчөлөрдү алардын ар кандай боло ала турган абалдарында болууга күчтөй алабыз. Изилдөөдө бөлүкчөлөрдү ар кайсы орундардан издешкен, андан кийин аны көзөмөлдөөнү токтотушкан, анан кайра абалы кандай өзгөргөнүн карап башташкан. Жыйынтыгы таң калтыра тургандай болду. Окумуштуулар жыйынтык чыгаруу менен чындыгында мүмкүндүк шкаласын түзө алышты, анда тигил же бул бөлүкчө жайгаша алат. Бул теорияны азыркыга чейин эч ким кабыл албай коё албайт, ошондуктан ал эң туура деп эсептелинет.
Балдар жана чоңдор үчүн мультикти алсак, анда 2 жылчык жана көзөмөлдөөчүлөр менен кванттык механиканын фундаменталдык эксперименти жөнүндө айтып берет. Мультиктеги көзөмөлдөөчүнүн “көзүнө” көңүл бөлсөңөр. Ал физик окумуштуулар үчүн абдан олуттуу табышмак болду (папкада).
3. 3. Баардык маалыматтар катары менен болушун каалайсынарбы? Канаданын териялык физика институтунан даярдалган документалдык фильмди көргүлө. Анда 20 минут ичинде кыскача хронологиялык тартипте силерге кванттык физиканын баардык ачылыштары, 1900 жылдагы Планктын ачылышы, андан кийин азыркы убакта кванттык физиканын базалык билимине кандай практикалык иштер иштелип жатканы: чекиттүү атомдук сааттан баштап супер ылдам кванттык компьютерлерге чейин баарын айтып берет.
Пайдалуу шилтемелер
Здесь вы найдете много полезных и нужных формул, таблиц и справочной информации. А онлайн калькулятор поможет рассчитать объем. Для расчета задайте необходимые данные. Вычисления производятся в миллиметрах, сантиметрах, метрах. Результат выводится в кубических сантиметрах, литрах и кубических метров. Попробуем? http://mozgan.ru/Geometry#block1
Укротители кванта. Что день грядущий нам готовит. https://www.youtube.com/watch?v=EqAYSvxDny0
Глоссарий
- Жарыктын интерференциясы – бул жарыктын “толкундуу” жүрүшү, экранда көп кезектешкен ачык жана кара вертикалдуу сызыкчалардын көрүнүшү. Ошондой эле бул вертикалдык сызыкчалар интерференционалдык сүрөт деп аталат.
- Квант (латындан quantum – “канча”) – бул кайсы бир физикалык чоңдуктун бөлүнбөгөн порциясы. Мисалы, жарыктын свети, энергиянын кванты жана талаанын кванты деп айтылат.
- Кванттык механика – бул теретикалык физиканын бөлүмү, кванттык теорияны түзүүчү, физикалык кубулушту анын эң жөнөкөй деңгээли- бөлүкчөлөрдүн деңгээлин сүрөттөйт.
- “Корпускулярно-толкундуу дуализм”- эки анжылыкты билдирет. Бул жерде сөз эң майда бөлүкчөлөр (атомдор, электрондор) кичи дүйнө жөнүндө сөз болуп жатат, анда алар бир эле убакта толкундар жана бөлүкчөлөр. Жарык жана электрондор кванттык жаратылышка ээ, бир эле убакта толкун дагы бөлүкчө дагы.
- “Супер абал” кванттык объек бир эле убакта 2 же андан көп траекторияларда, 2 же андан көп чекиттерде боло алаарын билдирет.
- Толкундуу функция- бул кванттык объектинин (фотон жана электрон) абалынын сүрөттөлүшү.
- Фотон-жарыктын ылдамдыгы менен учуучу жөнөкөй бөлүкчө.
Библиография
- Квантовая механика для «чайников». https://zaochnik.ru/blog/kvantovaya-mexanika-dlya-chajnikov/
- Квантовая физика для чайников. https://blogs.elenasmodels.com/ru/kvanotaja-fizika-dlya-chainokov/
- Квантовая физика простыми словами http://alenakraeva.com/new-digital-world/kvantovaya-fizika-prostymi-slovami-dlya-chajnikov/
- Физика микромира http://nuclphys.sinp.msu.ru/cur/microcosm.htm
- Электронные облака – орбитали http://www.alhimik.ru/teleclass/glava2/gl-2-5.shtml
- https://zaochnik.ru/blog/kvantovaya-mexanika-dlya-chajnikov/
- http://blogs.elenasmodels.com/ru/kvanotaja-fizika-dlya-chainokov/
ванттык физиканын эч кимге түшүнүксүз жана табышмактуу закондору- кичи дүйнөнүн закондорун окумуштуулар биздин силер менен жашап жаткан дүйнөбүзгө кызматка койгулары келип жатат. Кванттык физика бир аз мурунураакта эле математикалык эсептерде, физиктердин арасындагы талаштарда, ойдогу эксперименттерде гана болсо, ал эми азыр биз кванттык компьютерлердин активдүү чыгарылышы жөнүндө сүйлөшүп атканыбызга ишенүүгө да кыйын! Биздин күндөрдө физиканын бирден бир заманбап жана авангарддык темаларынын бири – кванттык компьютерлердин реалдуу прибор катары түзүлүшү. Кванттык компьютерлер көз ачып жумганча аткарган тапшырмаларды азыркы эң кубаттуу компьютерлер чыгарууга жылдар кетет. Биз силер менен дагы бир технологиялык революциянын күбөсү боло алабыз- ал кванттык! Атактуу физик Ричар Фейнман: “Ишенгендик менен айта алам, кванттык физиканы эч ким түшүнө албайт” – деп айткан. Ричард Фейман кванттык компьютерлердин пайда болуш мүмкүнчүлүктөрүн алдын ала айткан биринчи физик. Кванттык компьютерлер адамзатка видеолорду көрүш үчүн же социалдык тармактарда сүйлөшүш үчүн керек эмес. Буларды азыркы компьютерлер эле эң сонун кыла алат. Кванттык компьютерлер туура жообун табуу үчүн көп сандаган варианттарды чогултуш керек болгон маселелерди чыгарууга керек. Бул ири маалыматтар базасы боюнча, оптималдуу маршрутту тез салуу, дарыларды тандоо, жаңы материалдарды түзүү жана башка адамдар үчүн көптөгөн негизги маселелерди издөө. Көрсөтмө курал катары 2 мисалды алсак болот, аны математикада рюзак жана коммивояжёр мисалдары деп аташат.
Рюкзак маселеси. Ушундай бир маселеге дагы бир мисал. Силер, кабылышкансыңар, саякаттан кайтып жатып ал жактан баалуу нерсе алгыңар келет, ошол эле убакта багаждын салмагы чектелген. Капа болбогула: бул маанисиз маселе. Аны силер эле эмес, эң кубаттуу компьютер да чече албайт. Рюкзака максималдуу суммага алынган нерселерди таңгактоону кантип чечиш керек? Муну менен салмакка берилген лимиттен ашпаш керек. Бул маселени чечиш үчүн коммивояжёр маселесин чече албаган сыяктуу эле адам өмүрү жетишпейт.
Коммивояжёр жана рюкзакка берилген маселелер сыяктуу эң кубаттуу компьютерлер пайдаланып акылга сыярлык убакытта чече албаган маселелер NP-толугу менен деп аталат. Алар адамдын кадимки жашоосунда эң маанилүү. Бул оптимизациялоо маселелери, складдагы чектелген көлөмдөгү товарларды текчелерге жайгаштыруудан баштап, капиталдык салуунун стратегиясынын оптималдуулугунун тандоосуна чейинки маселелер. Азыр адамзаттын үмүтү мындай маселелер кванттык компьютерлердин жардамы менен бат чечилет деген.
Эмне үчүн кванттык компьютерлердин пайда болушунан коркушат?
Криптографиялык технологиянын негизги бөлүгү, мисалы, паролдорду сактоодо, финансылык транзакциялардагы өз алдынча жазышууларда принциптер мындайча түзүлгөн, аны азыркы компьютерлер берилген маселелерди кыска убакытта чечип бере албайт. Мисалы, эки санды компьютер тез эле көбөйтүп бере алат, ал эми жөнөкөй көбөйтүүчүнүн жыйынтыгын ажыратуу ага жеңил эмес ( тагыраак айтканда көп убакыт керек).
7. Биздин ири дүйнөбүздөгү ассоциация- түшүнүү үчүн эң жакшы мисал.
Юла сыяктуу тыйынды столдо айланткыла. Тыйын айланып жатканда, анда мүнөздүү мааниси жок- башы же куйругу. Бирок силер качан “өлчөөнү” чечсеңер анда тыйынды колунар менен басасыңар, мына ошондо кана тыйындын так абалын аласыңар- башы же куйругу. Эми элестеткиле бул тыйын азыр чечим чыгарат, силерге кандай маанини көрсөтөт- башыбы же куйругубу? Электрон дагы ушул сыяктуу. Кванттык объект мына ушундай чечкиндүү- өзүнүн абалы үчүн өзү чечим кабыл алат. Ал кандай чечим кабыл алаарын биз алдын ала айта албайбыз, магниттик талаага учканда биз аны ченейбиз. Ал арканын векторун алууну чечет деген ыктымалдуулук “өйдө” же ”ылдый”- 50 гө 50%. Бирок ал чечээри менен- ал аныкталган бир абалда арканын мүнөздүү бир багытында жайгашат. Анын чечилишинин себеби биздин “ченөө” болуп саналат!
Белгисиздиктин принциптери темасына көптөгөн тамашалар жана анекдоттор бар.
Милиция кванттык физикти токтотуп сурайт
- Сэр, сиз кандай ылдамдык менен келе жатканыңызды билесизби?
- Жок, бирок мен кайсы жерде экенимди даана билем.
- Кванттык механика жөнүндөгү ыр кандай эле?
- Кайсы?
- Жанагы көптөгөн чындыктар жөнүндөгү. Дагы ошондой эле байкоочу байкалып жаткан нерсени түзгөнчү
- “Мен караш үчүн бурулдум, ал мага бурулдубу, караш үчүн, мени карадыбы деп, ”
- Дал өзү..