فیزیک کلاسیک، که قبل از اختراع مکانیک کوانتومی وجود داشت، طبیعت را در مقیاس معمولی (ماکروسکوپی) توصیف می کند. بیشتر نظریه‌های فیزیک کلاسیک را می‌توان به صورت تقریبی استنباط کرد که در مقیاس‌هایی که ما به آن عادت کرده‌ایم عمل می‌کنند. فیزیک کوانتومی (همچنین مکانیک کوانتومی است) با علم کلاسیک تفاوت دارد زیرا انرژی، تکانه، تکانه زاویه ای و سایر مقادیر یک سیستم جفت شده به مقادیر گسسته (کوانتیزاسیون) محدود می شود. اجسام هم به صورت ذرات و هم به صورت امواج (دوگانگی ذرات موج) ویژگی های خاصی دارند. همچنین در این علم محدودیت هایی برای دقت اندازه گیری کمیت ها وجود دارد (اصل عدم قطعیت).
می توان گفت پس از ظهور فیزیک کوانتومی در علوم دقیق، نوعی انقلاب رخ داد که امکان بازنگری و تجزیه و تحلیل همه قوانین قدیمی را که قبلاً حقایق غیرقابل انکار به شمار می رفتند، میسر ساخت. آیا این خوب است یا بد؟ شاید چیز خوبی باشد، زیرا علم واقعی هرگز نباید ثابت بماند.
با این حال، "انقلاب کوانتومی" تبدیل شده استنوعی ضربه برای فیزیکدانان مکتب قدیم، که باید با این واقعیت کنار می آمدند که آنچه قبلاً به آن اعتقاد داشتند، فقط مجموعه ای از نظریه های اشتباه و قدیمی است که نیاز به تجدید نظر و تطبیق فوری با واقعیت جدید دارند.. اکثر فیزیکدانان با اشتیاق این ایده های جدید در مورد یک علم شناخته شده را پذیرفتند و در مطالعه، توسعه و اجرای آن سهیم بودند. امروزه فیزیک کوانتومی دینامیک کل علم را به عنوان یک کل تعیین می کند. به لطف او بود که پروژه های آزمایشی پیشرفته (مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون) به وجود آمدند.
افتتاحیه
در مورد مبانی فیزیک کوانتومی چه می توان گفت؟ به تدریج از نظریه‌های مختلفی که برای توضیح پدیده‌هایی که نمی‌توان با فیزیک کلاسیک تطبیق داد، پدید آمد، مانند راه‌حل ماکس پلانک در سال 1900 و رویکرد او به مسئله تابش بسیاری از مسائل علمی، و مطابقت بین انرژی و فرکانس در مقاله‌ای در سال 1905. توسط آلبرت اینشتین، که اثرات فوتوالکتریک را توضیح داد. نظریه اولیه فیزیک کوانتومی در اواسط دهه 1920 توسط اروین شرودینگر، ورنر هایزنبرگ، ماکس بورن و دیگران به طور کامل مورد بازنگری قرار گرفت. نظریه مدرن در مفاهیم مختلف ریاضی توسعه یافته فرموله شده است. در یکی از آنها، تابع حسابی (یا تابع موج) اطلاعات جامعی در مورد دامنه احتمال مکان ضربه به ما می دهد.
مبانی فیزیک کوانتومی برای آدمک ها
بررسی علمی موججوهر نور بیش از 200 سال پیش آغاز شد، زمانی که دانشمندان بزرگ و شناخته شده آن زمان نظریه نور را بر اساس مشاهدات تجربی خود پیشنهاد، توسعه و اثبات کردند. اسمش را گذاشتند موج.
در سال 1803، دانشمند مشهور انگلیسی توماس یانگ آزمایش دوگانه معروف خود را انجام داد، در نتیجه او اثر معروف "درباره طبیعت نور و رنگ" را نوشت که نقش بسیار زیادی در شکل گیری ایده های مدرن در مورد این پدیده های آشنا این آزمایش نقش اساسی در پذیرش عمومی این نظریه داشت.
این گونه آزمایش‌ها اغلب در کتاب‌های مختلف توصیف شده‌اند، به عنوان مثال، "مبانی فیزیک کوانتومی برای آدمک‌ها". آزمایش‌های مدرن با شتاب ذرات بنیادی، برای مثال، جستجوی بوزون هیگز در برخورد دهنده بزرگ هادرون (به اختصار LHC) دقیقاً به منظور یافتن تأیید عملی بسیاری از نظریه‌های کوانتومی صرفا نظری انجام می‌شود.
تاریخ
در سال 1838، مایکل فارادی، برای خوشحالی تمام جهان، پرتوهای کاتدی را کشف کرد. این مطالعات هیجان انگیز با بیانی در مورد مشکل تشعشع، به اصطلاح "جسم سیاه" (1859) توسط گوستاو کیرشهوف و همچنین فرض معروف لودویگ بولتزمن که حالت های انرژی هر سیستم فیزیکی نیز می تواند گسسته باشد (1877). بعدها، فرضیه کوانتومی توسعه یافته توسط ماکس پلانک (1900) ظاهر شد. این یکی از پایه های فیزیک کوانتومی در نظر گرفته می شود. فرضیه جسورانه پلانک مبنی بر اینکه انرژی هم می تواند در کوانتوم های گسسته ساطع شود و هم جذب شود.(یا بسته های انرژی)، دقیقاً با الگوهای مشاهده شده تابش جسم سیاه مطابقت دارد.
آلبرت انیشتین مشهور جهان سهم بزرگی در فیزیک کوانتومی داشت. او تحت تأثیر نظریه های کوانتومی، نظریه های خود را توسعه داد. نظریه نسبیت عام - این چیزی است که به آن می گویند. اکتشافات در فیزیک کوانتوم نیز بر توسعه نظریه نسبیت خاص تأثیر گذاشت. بسیاری از دانشمندان در نیمه اول قرن گذشته به پیشنهاد انیشتین شروع به مطالعه این علم کردند. او در آن زمان در خط مقدم بود، همه او را دوست داشتند، همه به او علاقه داشتند. جای تعجب نیست، زیرا او «حفره‌های» بسیاری را در علم فیزیک کلاسیک بست (اما، سوراخ‌های جدیدی نیز ایجاد کرد)، توجیهی علمی برای سفر در زمان، تله‌کینزیس، تله‌پاتی و جهان‌های موازی ارائه کرد.
نقش ناظر
هر رویداد یا حالتی مستقیماً به ناظر بستگی دارد. معمولاً اصول فیزیک کوانتومی به طور مختصر برای افرادی که از علوم دقیق دور هستند توضیح داده می شود. با این حال، واقعیت بسیار پیچیده تر است.
این کاملاً با بسیاری از سنت‌های غیبی و مذهبی که برای قرن‌ها بر توانایی افراد برای تأثیرگذاری بر وقایع اطراف خود تأکید کرده‌اند، مطابقت دارد. به نوعی، این نیز مبنای توضیح علمی ادراک فراحسی است، زیرا اکنون این جمله که یک شخص (ناظر) قادر است با قدرت فکر بر رویدادهای فیزیکی تأثیر بگذارد، پوچ به نظر نمی رسد.
هر حالت ویژه یک رویداد یا شی مشاهده شده با آن مطابقت داردبردار ویژه ناظر اگر طیف عملگر (ناظر) گسسته باشد، شی مشاهده شده فقط می تواند به مقادیر ویژه گسسته برسد. یعنی موضوع مشاهده و همچنین ویژگی های آن کاملاً توسط همین عملگر تعیین می شود.
مبانی فیزیک کوانتوم در کلمات پیچیده
بر خلاف مکانیک کلاسیک معمولی (یا فیزیک)، نمی توان متغیرهای مزدوج مانند موقعیت و تکانه را به طور همزمان پیش بینی کرد. به عنوان مثال، الکترون‌ها می‌توانند (با احتمال مشخصی) تقریباً در یک منطقه خاص از فضا قرار گیرند، اما موقعیت دقیق ریاضی آنها در واقع ناشناخته است.
خطوط چگالی احتمال ثابت، که اغلب به عنوان "ابر" نامیده می شود، می تواند در اطراف هسته یک اتم ترسیم شود تا تصور شود که الکترون در کجا قرار دارد. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ عدم توانایی در مکان یابی دقیق یک ذره را با توجه به تکانه مزدوج آن ثابت می کند. برخی از مدل‌ها در این نظریه دارای یک ویژگی محاسباتی کاملاً انتزاعی هستند و بر ارزش کاربردی دلالت نمی‌کنند. با این حال، آنها اغلب برای محاسبه فعل و انفعالات پیچیده در سطح ذرات زیر اتمی و سایر موارد ظریف استفاده می شوند. علاوه بر این، این شاخه از فیزیک به دانشمندان این امکان را می دهد که امکان وجود واقعی بسیاری از جهان ها را فرض کنند. شاید به زودی بتوانیم آنها را ببینیم.
توابع موج
قوانین فیزیک کوانتوم بسیار حجیم و متنوع هستند. با هم تلاقی می کنندمفهوم توابع موج برخی از توابع موجی خاص، گسترش احتمالات را ایجاد می کنند که ذاتاً ثابت یا مستقل از زمان است، برای مثال، زمانی که در یک حالت ثابت انرژی، به نظر می رسد زمان نسبت به تابع موج ناپدید می شود. این یکی از تأثیرات فیزیک کوانتومی است که برای آن اساسی است. واقعیت عجیب این است که پدیده زمان به طور اساسی در این علم غیرعادی تجدید نظر شده است.
نظریه اغتشاش
با این حال، چندین راه قابل اعتماد برای توسعه راه حل های مورد نیاز برای کار با فرمول ها و نظریه ها در فیزیک کوانتومی وجود دارد. یکی از این روش ها که معمولاً به عنوان "نظریه اغتشاش" شناخته می شود، از یک نتیجه تحلیلی برای یک مدل مکانیکی کوانتومی ابتدایی استفاده می کند. این برای به دست آوردن نتایج از آزمایشات برای توسعه یک مدل حتی پیچیده تر که به یک مدل ساده تر مربوط می شود، ایجاد شد. بازگشت اینگونه است.
این رویکرد به ویژه در نظریه آشوب کوانتومی، که برای تفسیر رویدادهای مختلف در واقعیت میکروسکوپی بسیار محبوب است، اهمیت دارد.
قوانین و قوانین
قوانین مکانیک کوانتومی اساسی هستند. آنها ادعا می کنند که فضای استقرار یک سیستم کاملاً اساسی است (آن یک محصول نقطه ای دارد). بیانیه دیگر این است که اثرات مشاهده شده توسط این سیستم در عین حال عملگرهای عجیب و غریبی هستند که بر بردارها در همین محیط تأثیر می گذارند. با این حال، آنها به ما نمی گویند که در کدام فضای هیلبرت یا کدام عملگرها وجود دارنداین لحظه. آنها را می توان به طور مناسب برای ارائه یک توصیف کمی از یک سیستم کوانتومی انتخاب کرد.
معنا و تأثیر
از همان آغاز این علم غیرعادی، بسیاری از جنبه ها و نتایج ضد شهودی مطالعه مکانیک کوانتومی بحث های فلسفی بلند و تفسیرهای بسیاری را برانگیخته است. حتی سؤالات اساسی، مانند قوانین محاسبه دامنه‌های مختلف و توزیع‌های احتمال، شایسته احترام عموم و بسیاری از دانشمندان برجسته است.
ریچارد فاینمن، برای مثال، یک بار با تأسف اظهار داشت که او اصلاً مطمئن نیست که هیچ یک از دانشمندان اصلاً مکانیک کوانتومی را درک کنند. به گفته استیون واینبرگ، در حال حاضر هیچ تفسیری از مکانیک کوانتومی وجود ندارد که برای همه مناسب باشد. این نشان می دهد که دانشمندان یک "هیولا" ایجاد کرده اند، تا به طور کامل وجود آن را درک کرده و توضیح دهند که خود قادر به انجام آن نیستند. با این حال، این به هیچ وجه به ارتباط و محبوبیت این علم لطمه نمی زند، بلکه متخصصان جوانی را جذب می کند که می خواهند مشکلات واقعاً پیچیده و غیرقابل درک را حل کنند.
علاوه بر این، مکانیک کوانتومی مجبور به تجدید نظر کامل در قوانین فیزیکی عینی جهان شده است که خبر خوبی است.
تفسیر کپنهاگ
طبق این تفسیر، تعریف استاندارد علیت که از فیزیک کلاسیک برای ما شناخته شده است، دیگر مورد نیاز نیست. بر اساس نظریه های کوانتومی، علیت به معنای معمول برای ما اصلا وجود ندارد. همه پدیده های فیزیکی در آنها از نقطه نظر تعامل کوچکترین ابتدایی توضیح داده شده استذرات در سطح زیراتمی این منطقه، با وجود نامحتمل به نظر می رسد، بسیار امیدوار کننده است.
روانشناسی کوانتومی
در مورد رابطه بین فیزیک کوانتومی و آگاهی انسان چه می توان گفت؟ این به زیبایی در کتابی نوشته رابرت آنتون ویلسون در سال 1990 به نام روانشناسی کوانتومی نوشته شده است.
طبق تئوری مطرح شده در کتاب، تمام فرآیندهایی که در مغز ما اتفاق می افتد به دلیل قوانینی است که در این مقاله توضیح داده شده است. یعنی این نوعی تلاش برای تطبیق نظریه فیزیک کوانتومی با روانشناسی است. این نظریه، فراعلمی تلقی می شود و توسط جامعه دانشگاهی به رسمیت شناخته نمی شود.
کتاب ویلسون به این دلیل قابل توجه است که او در آن مجموعه ای از تکنیک ها و شیوه های مختلف ارائه می دهد که کم و بیش فرضیه او را ثابت می کند. به هر طریقی، خواننده باید خودش تصمیم بگیرد که آیا به عملی بودن چنین تلاش هایی برای به کار بردن مدل های ریاضی و فیزیکی در علوم انسانی اعتقاد دارد یا خیر.
برخی کتاب ویلسون را تلاشی برای توجیه تفکر عرفانی و گره زدن آن به فرمول‌های فیزیکی جدید اثبات شده علمی می‌دانستند. این اثر بسیار بی اهمیت و چشمگیر بیش از 100 سال است که مورد تقاضا بوده است. این کتاب در سراسر جهان منتشر، ترجمه و خوانده می شود. چه کسی می داند، شاید با توسعه مکانیک کوانتومی، نگرش جامعه علمی نسبت به روانشناسی کوانتومی نیز تغییر کند.
نتیجه گیری
به لطف این نظریه قابل توجه، که به زودی به یک علم جداگانه تبدیل شد، ما توانستیم محیط زیست را کشف کنیم.واقعیت در سطح ذرات زیر اتمی این کوچکترین سطح ممکن است که برای درک ما کاملاً غیرقابل دسترس است. آنچه فیزیکدانان قبلاً در مورد جهان ما می دانستند نیاز به بازنگری فوری دارد. کاملاً همه با این موافق هستند. آشکار شد که ذرات مختلف می توانند در فواصل کاملاً غیرقابل تصور با یکدیگر تعامل داشته باشند، که ما فقط می توانیم آن را با فرمول های پیچیده ریاضی اندازه گیری کنیم.
علاوه بر این، مکانیک کوانتومی (و فیزیک کوانتومی) امکان بسیاری از واقعیت‌های موازی، سفر در زمان و چیزهای دیگری را که در طول تاریخ فقط به عنوان یک داستان علمی تخیلی در نظر گرفته می‌شد، اثبات کرده است. این بدون شک کمک بزرگی نه تنها به علم، بلکه برای آینده بشریت است.
برای دوستداران تصویر علمی جهان، این علم می تواند هم دوست باشد و هم دشمن. واقعیت این است که نظریه کوانتومی فرصت‌های گسترده‌ای را برای گمانه‌زنی‌های مختلف در مورد یک موضوع فراعلمی باز می‌کند، همانطور که قبلاً در مثال یکی از نظریه‌های روان‌شناختی جایگزین نشان داده شد. برخی از غیبت شناسان، باطنی گرایان و حامیان جنبش های دینی و معنوی بدیل (اغلب روان پرستان) برای اثبات عقلانیت و حقیقت نظریه ها، باورها و اعمال عرفانی خود به سازه های نظری این علم روی می آورند.
این مورد بی‌سابقه‌ای است، زمانی که حدس‌های ساده نظریه‌پردازان و فرمول‌های انتزاعی ریاضی منجر به یک انقلاب علمی واقعی شد و علم جدیدی را ایجاد کرد که همه چیزهایی را که قبلاً شناخته شده بود خط زد. در برخیفیزیک کوانتومی قوانین منطق ارسطویی را رد کرده است، زیرا نشان داده است که هنگام انتخاب "یا-یا" یک گزینه دیگر (و شاید چندین) وجود دارد.
