डमी के लिए क्वांटम भौतिकी। क्वांटम भौतिकी क्या है: सरल शब्दों में सार। क्वांटम सिद्धांत

यदि आपको अचानक पता चला कि आप क्वांटम यांत्रिकी की मूल बातें और अभिधारणाएँ भूल गए हैं या यह नहीं जानते कि यह किस प्रकार का यांत्रिकी है, तो यह समय आपकी स्मृति में इस जानकारी को ताज़ा करने का है। आखिरकार, कोई नहीं जानता कि जीवन में क्वांटम यांत्रिकी कब काम आ सकती है।

व्यर्थ में आप यह सोचकर मुस्कुराते हैं और उपहास करते हैं कि आपको अपने जीवन में इस विषय से बिल्कुल भी निपटना नहीं पड़ेगा। आखिरकार, क्वांटम यांत्रिकी लगभग हर व्यक्ति के लिए उपयोगी हो सकती है, यहां तक ​​​​कि जो इससे असीम रूप से दूर हैं। उदाहरण के लिए, आपको अनिद्रा है। क्वांटम यांत्रिकी के लिए, यह कोई समस्या नहीं है! बिस्तर पर जाने से पहले एक पाठ्यपुस्तक पढ़ें - और आप पहले से ही तीसरे पृष्ठ पर अच्छी तरह सो जाते हैं। या आप इस तरह अपने कूल रॉक बैंड को नाम दे सकते हैं। क्यों नहीं?

एक तरफ मज़ाक करते हुए, चलिए एक गंभीर क्वांटम बातचीत शुरू करते हैं।

कहाँ से शुरू करें? बेशक, क्वांटम क्या है।

मात्रा

एक क्वांटम (लैटिन क्वांटम से - "कितना") कुछ भौतिक मात्रा का अविभाज्य भाग है। उदाहरण के लिए, वे कहते हैं - प्रकाश की मात्रा, ऊर्जा की मात्रा या क्षेत्र की मात्रा।

इसका क्या मतलब है? इसका मतलब है कि यह बस कम नहीं हो सकता। जब वे कहते हैं कि कुछ मूल्य परिमाणित हैं, तो वे समझते हैं कि यह मान कई विशिष्ट, असतत मूल्यों पर आधारित है। तो, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा मात्राबद्ध होती है, प्रकाश "भागों" में फैलता है, यानी क्वांटा।

"क्वांटम" शब्द के अपने आप में कई उपयोग हैं। प्रकाश की मात्रा (विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र) एक फोटॉन है। सादृश्य द्वारा, अन्योन्यक्रिया के अन्य क्षेत्रों के अनुरूप कणों या अर्ध-कणों को क्वांटा कहा जाता है। यहां हम प्रसिद्ध हिग्स बोसोन को याद कर सकते हैं, जो हिग्स क्षेत्र की मात्रा है। लेकिन हम अभी तक इन जंगलों में नहीं चढ़े हैं।

यांत्रिकी क्वांटम कैसे हो सकती है?

जैसा कि आप पहले ही देख चुके हैं कि अपनी बातचीत में हमने कई बार कणों का जिक्र किया है। शायद आप इस तथ्य के अभ्यस्त हैं कि प्रकाश एक तरंग है जो केवल गति से फैलती है साथ . लेकिन अगर आप हर चीज को क्वांटम वर्ल्ड यानी कणों की दुनिया के नजरिए से देखें तो सब कुछ पहचान से परे बदल जाता है।

क्वांटम यांत्रिकी सैद्धांतिक भौतिकी की एक शाखा है, जो क्वांटम सिद्धांत का एक घटक है जो सबसे प्राथमिक स्तर - कणों के स्तर पर भौतिक घटनाओं का वर्णन करता है।

इस तरह की घटनाओं का प्रभाव प्लैंक के स्थिरांक के परिमाण में तुलनीय है, और न्यूटन के शास्त्रीय यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स उनके विवरण के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त निकले। उदाहरण के लिए, के अनुसार शास्त्रीय सिद्धांतएक इलेक्ट्रॉन, नाभिक के चारों ओर उच्च गति से घूमता है, उसे ऊर्जा का विकिरण करना चाहिए और अंततः नाभिक पर गिरना चाहिए। जैसा कि आप जानते हैं, ऐसा नहीं होता है। यही कारण है कि वे क्वांटम यांत्रिकी के साथ आए - खोजी गई घटनाओं को किसी तरह समझाया जाना चाहिए, और यह बिल्कुल सिद्धांत निकला जिसमें स्पष्टीकरण सबसे स्वीकार्य था, और सभी प्रयोगात्मक डेटा "अभिसरण" थे।

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इतिहास का हिस्सा

क्वांटम सिद्धांत का जन्म 1900 में हुआ, जब मैक्स प्लैंक ने जर्मन फिजिकल सोसाइटी की एक बैठक में बात की। तब प्लैंक ने क्या कहा? और तथ्य यह है कि परमाणुओं का विकिरण असतत है, और इस विकिरण की ऊर्जा का सबसे छोटा हिस्सा बराबर है

जहाँ h प्लांक नियतांक है, nu आवृत्ति है।

तब अल्बर्ट आइंस्टीन ने "प्रकाश क्वांटम" की अवधारणा का परिचय देते हुए, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या करने के लिए प्लैंक की परिकल्पना का उपयोग किया। नील्स बोहर ने एक परमाणु में स्थिर ऊर्जा स्तरों के अस्तित्व को माना और लुई डी ब्रोगली ने तरंग-कण द्वैत के विचार को विकसित किया, अर्थात एक कण (कॉर्पसकल) में भी तरंग गुण होते हैं। श्रोडिंगर और हाइजेनबर्ग कारण में शामिल हो गए, और इसलिए, 1925 में, क्वांटम यांत्रिकी का पहला सूत्रीकरण प्रकाशित हुआ। दरअसल, क्वांटम यांत्रिकी एक पूर्ण सिद्धांत से बहुत दूर है, यह वर्तमान समय में सक्रिय रूप से विकसित हो रहा है। यह भी माना जाना चाहिए कि क्वांटम यांत्रिकी, अपनी मान्यताओं के साथ, उन सभी सवालों की व्याख्या करने में असमर्थ है, जिनका वह सामना करता है। यह बहुत संभव है कि इसे बदलने के लिए एक अधिक सटीक सिद्धांत आएगा।

क्वांटम दुनिया से परिचित चीजों की दुनिया में संक्रमण में, क्वांटम यांत्रिकी के नियम स्वाभाविक रूप से शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों में बदल जाते हैं। हम कह सकते हैं कि शास्त्रीय यांत्रिकी क्वांटम यांत्रिकी का एक विशेष मामला है, जब क्रिया हमारे परिचित और परिचित स्थूल जगत में होती है। यहां, शरीर प्रकाश की गति से बहुत कम गति से संदर्भ के गैर-जड़त्वीय फ्रेम में चुपचाप चलते हैं, और सामान्य तौर पर - चारों ओर सब कुछ शांत और समझ में आता है। यदि आप समन्वय प्रणाली में शरीर की स्थिति जानना चाहते हैं - कोई बात नहीं, यदि आप गति को मापना चाहते हैं - आपका हमेशा स्वागत है।

क्वांटम यांत्रिकी का प्रश्न के प्रति पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण है। इसमें भौतिक राशियों के मापन के परिणाम संभाव्य प्रकृति के होते हैं। इसका मतलब यह है कि जब कोई मान बदलता है, तो कई परिणाम संभव होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित संभावना से मेल खाता है। आइए एक उदाहरण दें: एक सिक्का एक मेज पर घूम रहा है। जबकि यह कताई कर रहा है, यह किसी विशेष राज्य (सिर-पूंछ) में नहीं है, लेकिन केवल इन राज्यों में से एक में होने की संभावना है।

यहाँ हम धीरे-धीरे आ रहे हैं श्रोडिंगर समीकरणतथा हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत.

किंवदंती के अनुसार, इरविन श्रोडिंगर, 1926 में एक वैज्ञानिक संगोष्ठी में तरंग-कण द्वैत पर एक रिपोर्ट के साथ बोलते हुए, एक निश्चित वरिष्ठ वैज्ञानिक द्वारा आलोचना की गई थी। बड़ों की बात मानने से इनकार करते हुए, इस घटना के बाद, श्रोडिंगर क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे में कणों का वर्णन करने के लिए तरंग समीकरण के विकास में सक्रिय रूप से लगे रहे। और उन्होंने शानदार ढंग से किया! श्रोडिंगर समीकरण (क्वांटम यांत्रिकी का मूल समीकरण) का रूप है:

इस प्रकार का समीकरण, एक आयामी स्थिर श्रोडिंगर समीकरण, सबसे सरल है।

यहाँ x कण की दूरी या निर्देशांक है, m कण का द्रव्यमान है, E और U क्रमशः इसकी कुल और स्थितिज ऊर्जाएँ हैं। इस समीकरण का हल तरंग फलन (साई) है।

क्वांटम यांत्रिकी में तरंग फ़ंक्शन एक और मौलिक अवधारणा है। तो, किसी भी राज्य में मौजूद किसी भी क्वांटम सिस्टम में एक तरंग कार्य होता है जो इस राज्य का वर्णन करता है।

उदाहरण के लिए, एक-आयामी स्थिर श्रोडिंगर समीकरण को हल करते समय, तरंग फ़ंक्शन अंतरिक्ष में कण की स्थिति का वर्णन करता है। अधिक सटीक रूप से, अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर एक कण खोजने की संभावना।दूसरे शब्दों में, श्रोडिंगर ने दिखाया कि प्रायिकता को एक तरंग समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है! सहमत हूँ, इस बारे में सोचा जाना चाहिए था!

लेकिन क्यों? हमें इन अतुलनीय संभावनाओं और तरंग कार्यों से क्यों निपटना है, जब, ऐसा प्रतीत होता है, किसी कण या उसकी गति से दूरी लेने और मापने से आसान कुछ नहीं है।

सब कुछ बहुत आसान है! दरअसल, स्थूल जगत में यह सच है - हम एक निश्चित सटीकता के साथ एक टेप माप के साथ दूरी को मापते हैं, और माप त्रुटि डिवाइस की विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है। दूसरी ओर, हम किसी वस्तु से दूरी लगभग सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, एक मेज से, आँख से। किसी भी मामले में, हम अपने और अन्य वस्तुओं के सापेक्ष कमरे में इसकी स्थिति को सटीक रूप से अलग करते हैं। कणों की दुनिया में, स्थिति मौलिक रूप से अलग है - हमारे पास सटीकता के साथ आवश्यक मात्रा को मापने के लिए भौतिक रूप से माप उपकरण नहीं हैं। आखिरकार, माप उपकरण मापा वस्तु के सीधे संपर्क में आता है, और हमारे मामले में वस्तु और उपकरण दोनों कण हैं। यह अपूर्णता है, एक कण पर काम करने वाले सभी कारकों को ध्यान में रखना मौलिक असंभव है, साथ ही माप के प्रभाव में प्रणाली की स्थिति में बदलाव का तथ्य, जो हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत को रेखांकित करता है।

आइए इसका सरलतम सूत्रीकरण प्रस्तुत करते हैं। कल्पना कीजिए कि कोई कण है, और हम उसकी गति जानना चाहते हैं और समन्वय करना चाहते हैं।

इस संदर्भ में, हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत कहता है कि एक ही समय में एक कण की स्थिति और वेग को सटीक रूप से मापना असंभव है। . गणितीय रूप से, यह इस प्रकार लिखा गया है:

यहाँ डेल्टा x निर्देशांक निर्धारित करने में त्रुटि है, डेल्टा v गति निर्धारित करने में त्रुटि है। हम इस बात पर जोर देते हैं कि यह सिद्धांत कहता है कि हम निर्देशांक को जितना अधिक सटीक रूप से निर्धारित करेंगे, उतनी ही कम सटीकता से हम गति को जान पाएंगे। और अगर हम गति को परिभाषित करते हैं, तो हमारे पास न तो होगा जरा सा विचारकण कहाँ है के बारे में।

अनिश्चितता के सिद्धांत के बारे में कई चुटकुले और उपाख्यान हैं। उनमें से एक यहां पर है:

एक पुलिसकर्मी क्वांटम भौतिक विज्ञानी को रोकता है।
- सर, क्या आप जानते हैं कि आप कितनी तेजी से आगे बढ़ रहे थे?
- नहीं, लेकिन मुझे ठीक-ठीक पता है कि मैं कहाँ हूँ।

और, ज़ाहिर है, हम आपको याद दिलाते हैं! यदि अचानक, किसी कारण से, एक संभावित कुएं में एक कण के लिए श्रोडिंगर समीकरण का समाधान आपको सो जाने नहीं देता है, तो संपर्क करें - पेशेवर जो अपने होंठों पर क्वांटम यांत्रिकी के साथ लाए गए थे!

क्वांटम भौतिकी ने दुनिया की हमारी समझ को मौलिक रूप से बदल दिया है। क्वांटम भौतिकी के अनुसार, हम अपनी चेतना से कायाकल्प की प्रक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं!

ऐसा क्यों संभव है?दृष्टिकोण से क्वांटम भौतिकी, हमारी वास्तविकता शुद्ध क्षमता का स्रोत है, कच्चे माल का एक स्रोत है जो हमारे शरीर, हमारे दिमाग और पूरे ब्रह्मांड को बनाती है। सार्वभौमिक ऊर्जा और सूचना क्षेत्र कभी भी बदलना और बदलना बंद नहीं करता है, हर सेकेंड कुछ नया हो जाता है।

20वीं शताब्दी में, उप-परमाणु कणों और फोटॉनों के साथ भौतिक प्रयोगों के दौरान, यह पता चला कि किसी प्रयोग के पाठ्यक्रम को देखने का तथ्य उसके परिणामों को बदल देता है। हम जिस पर अपना ध्यान केंद्रित करते हैं वह प्रतिक्रिया कर सकता है।

इस तथ्य की पुष्टि एक क्लासिक प्रयोग से होती है जो हर बार वैज्ञानिकों को हैरान करता है। इसे कई प्रयोगशालाओं में दोहराया गया और हमेशा वही परिणाम प्राप्त हुए।

इस प्रयोग के लिए एक प्रकाश स्रोत और दो झिरियों वाला एक पर्दा तैयार किया गया। एक प्रकाश स्रोत के रूप में, एक उपकरण का उपयोग किया गया था जो एकल दालों के रूप में फोटॉन को "शॉट" करता था।

प्रयोग के दौरान निगरानी की गई। प्रयोग की समाप्ति के बाद, स्लिट्स के पीछे फोटोग्राफिक पेपर पर दो लंबवत धारियां दिखाई दे रही थीं। ये फोटॉन के निशान हैं जो स्लिट्स से गुजरते हैं और फोटोग्राफिक पेपर को रोशन करते हैं।

जब मानव हस्तक्षेप के बिना इस प्रयोग को स्वचालित मोड में दोहराया गया, तो फोटोग्राफिक पेपर पर तस्वीर बदल गई:

यदि शोधकर्ता ने उपकरण चालू किया और चला गया, और 20 मिनट के बाद फोटोग्राफिक पेपर विकसित हुआ, तो उस पर दो नहीं, बल्कि कई ऊर्ध्वाधर धारियां पाई गईं। ये विकिरण के निशान थे। लेकिन ड्राइंग अलग थी।

फोटोग्राफिक पेपर पर ट्रेस की संरचना एक लहर के निशान के समान होती है जो स्लिट्स से गुजरती है। प्रकाश एक तरंग या कण के गुणों को प्रदर्शित कर सकता है।

अवलोकन के सरल तथ्य के परिणामस्वरूप, तरंग गायब हो जाती है और कणों में बदल जाती है। यदि आप निरीक्षण नहीं करते हैं, तो फोटोग्राफिक पेपर पर तरंग का एक निशान दिखाई देता है। इस भौतिक घटना को प्रेक्षक प्रभाव कहा जाता है।

अन्य कणों के साथ भी यही परिणाम प्राप्त हुए। प्रयोगों को कई बार दोहराया गया, लेकिन हर बार उन्होंने वैज्ञानिकों को हैरान कर दिया। तो यह पता चला कि क्वांटम स्तर पर, पदार्थ व्यक्ति के ध्यान पर प्रतिक्रिया करता है। यह भौतिकी में नया था।

विचारों के अनुसार आधुनिक भौतिकीसब कुछ शून्य से साकार होता है। इस खालीपन को "क्वांटम क्षेत्र", "शून्य क्षेत्र" या "मैट्रिक्स" कहा जाता है। शून्य में ऊर्जा होती है जो पदार्थ में बदल सकती है।

पदार्थ में केंद्रित ऊर्जा होती है - यह 20 वीं शताब्दी की भौतिकी की मौलिक खोज है।

परमाणु में कोई ठोस भाग नहीं होते हैं। वस्तुएँ परमाणुओं से बनी होती हैं। लेकिन वस्तुएं ठोस क्यों हैं? एक ईंट की दीवार से जुड़ी एक उंगली उसमें से नहीं गुजरती है। क्यों? यह परमाणुओं और विद्युत आवेशों की आवृत्ति विशेषताओं में अंतर के कारण है। प्रत्येक प्रकार के परमाणु की अपनी कंपन आवृत्ति होती है। यह वस्तुओं के भौतिक गुणों में अंतर को निर्धारित करता है। यदि शरीर को बनाने वाले परमाणुओं की कंपन आवृत्ति को बदलना संभव था, तो एक व्यक्ति दीवारों से गुजर सकता था। लेकिन हाथ के परमाणुओं और दीवार के परमाणुओं की कंपन आवृत्तियां करीब हैं। इसलिए, उंगली दीवार पर टिकी हुई है।

किसी भी प्रकार की बातचीत के लिए, आवृत्ति अनुनाद आवश्यक है।

पर समझना आसान है सरल उदाहरण. यदि आप किसी पत्थर की दीवार को टॉर्च की रोशनी से रोशन करते हैं, तो रोशनी दीवार से अवरुद्ध हो जाएगी। हालांकि, इस दीवार से मोबाइल फोन का रेडिएशन आसानी से गुजर जाएगा। यह एक टॉर्च और एक मोबाइल फोन के विकिरण के बीच आवृत्ति अंतर के बारे में है। जब आप इस पाठ को पढ़ रहे होते हैं, तो आपके शरीर से बहुत अलग विकिरण की धाराएँ गुजर रही होती हैं। यह ब्रह्मांडीय विकिरण, रेडियो सिग्नल, लाखों के सिग्नल मोबाइल फोन, पृथ्वी से आने वाला विकिरण, सौर विकिरण, घरेलू उपकरणों द्वारा निर्मित विकिरण आदि।

आप इसे महसूस नहीं करते क्योंकि आप केवल प्रकाश देख सकते हैं और केवल ध्वनि सुन सकते हैं।आंखें बंद करके चुप बैठ जाएं तो भी लाखों टेलीफोन पर बातचीत, टीवी समाचार और रेडियो संदेशों की तस्वीरें। आप इसे नहीं समझते हैं, क्योंकि आपके शरीर और विकिरण को बनाने वाले परमाणुओं के बीच आवृत्तियों की कोई प्रतिध्वनि नहीं होती है। लेकिन अगर कोई प्रतिध्वनि होती है, तो आप तुरंत प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, जब आप याद करते हैं करीबी व्यक्तिजो सिर्फ तुम्हारे बारे में सोचता था। ब्रह्मांड में सब कुछ अनुनाद के नियमों का पालन करता है।

दुनिया ऊर्जा और सूचना से बनी है।आइंस्टीन ने दुनिया की संरचना के बारे में बहुत सोचने के बाद कहा: "ब्रह्मांड में मौजूद एकमात्र वास्तविकता क्षेत्र है।" जैसे लहरें समुद्र की रचना हैं, पदार्थ की सभी अभिव्यक्तियाँ: जीव, ग्रह, तारे, आकाशगंगाएँ क्षेत्र की रचनाएँ हैं।

प्रश्न उठता है कि पदार्थ का निर्माण क्षेत्र से कैसे होता है? पदार्थ की गति को कौन सा बल नियंत्रित करता है?

अनुसंधान वैज्ञानिकों ने उन्हें एक अप्रत्याशित उत्तर दिया। प्राप्त करने पर अपने भाषण के दौरान क्वांटम भौतिकी के निर्माता मैक्स प्लैंक नोबेल पुरुस्कारनिम्नलिखित कहा:

"ब्रह्मांड में सब कुछ बल के कारण बनाया और अस्तित्व में है। हमें यह मान लेना चाहिए कि इस शक्ति के पीछे एक चेतन मन है, जो सभी पदार्थों का मैट्रिक्स है।

मामला चेतना द्वारा शासित है

20वीं और 21वीं शताब्दी के मोड़ पर, सैद्धांतिक भौतिकी में नए विचार सामने आए जो अजीब गुणों की व्याख्या करना संभव बनाते हैं प्राथमिक कण. कण शून्य से प्रकट हो सकते हैं और अचानक गायब हो सकते हैं। वैज्ञानिक समानांतर ब्रह्मांडों के अस्तित्व की संभावना को स्वीकार करते हैं।शायद कण ब्रह्मांड की एक परत से दूसरी परत में चले जाते हैं। इन विचारों के विकास में स्टीफन हॉकिंग, एडवर्ड विटन, जुआन मालदासेना, लियोनार्ड सुस्किंड जैसी हस्तियां शामिल हैं।

सैद्धांतिक भौतिकी की अवधारणाओं के अनुसार, ब्रह्मांड एक घोंसले के शिकार गुड़िया जैसा दिखता है, जिसमें कई घोंसले के शिकार गुड़िया - परतें होती हैं। ये ब्रह्मांडों के रूप हैं - समानांतर दुनिया. एक दूसरे के बगल में बहुत समान हैं। लेकिन परतें एक-दूसरे से जितनी दूर होंगी, उनके बीच उतनी ही कम समानताएं होंगी। सैद्धांतिक रूप से, एक ब्रह्मांड से दूसरे ब्रह्मांड में जाने के लिए अंतरिक्ष यान की आवश्यकता नहीं होती है। सभी संभावित विकल्पएक दूसरे के अंदर स्थित है। इन विचारों को पहली बार वैज्ञानिकों ने 20वीं सदी के मध्य में व्यक्त किया था। 20वीं और 21वीं शताब्दी के मोड़ पर, उन्हें गणितीय पुष्टि प्राप्त हुई। आज, ऐसी जानकारी को जनता आसानी से स्वीकार कर लेती है। हालांकि, कुछ सौ साल पहले, इस तरह के बयानों के लिए उन्हें दांव पर जला दिया जा सकता था या पागल घोषित किया जा सकता था।

सब कुछ शून्य से उत्पन्न होता है। सब कुछ गतिमान है। आइटम एक भ्रम है। पदार्थ ऊर्जा से बना है। सब कुछ विचार से बनाया गया है। क्वांटम भौतिकी की इन खोजों में कुछ भी नया नहीं है। यह सब प्राचीन ऋषियों को पता था। कई रहस्यमय शिक्षाओं में, जिन्हें गुप्त माना जाता था और केवल दीक्षा के लिए उपलब्ध थे, यह कहा गया था कि विचारों और वस्तुओं के बीच कोई अंतर नहीं था।दुनिया में सब कुछ ऊर्जा से भरा है। ब्रह्मांड विचार के प्रति प्रतिक्रिया करता है। ऊर्जा ध्यान का अनुसरण करती है।

आप जिस पर अपना ध्यान केंद्रित करते हैं वह बदलना शुरू हो जाता है। विभिन्न योगों में ये विचार बाइबल, प्राचीन ज्ञानशास्त्रीय ग्रंथों, रहस्यमय शिक्षाओं में दिए गए हैं जो भारत में उत्पन्न हुए और दक्षिण अमेरिका. प्राचीन पिरामिडों के निर्माताओं ने इसका अनुमान लगाया था। यह ज्ञान उन नई तकनीकों की कुंजी है जिनका उपयोग आज वास्तविकता में हेरफेर करने के लिए किया जा रहा है।

हमारा शरीर ऊर्जा, सूचना और मन का एक क्षेत्र है, जो के साथ निरंतर गतिशील आदान-प्रदान की स्थिति में है वातावरण. मन के आवेग लगातार, हर सेकंड, शरीर को जीवन की बदलती मांगों के अनुकूल होने के लिए नए रूप देते हैं।

क्वांटम भौतिकी के दृष्टिकोण से, हमारा भौतिक शरीर, हमारे मन के प्रभाव में, सभी मध्यवर्ती युगों से गुजरे बिना एक जैविक युग से दूसरे जैविक युग में क्वांटम छलांग लगाने में सक्षम है। प्रकाशित

पी.एस. और याद रखें, सिर्फ अपने उपभोग को बदलकर हम दुनिया को एक साथ बदल रहे हैं! © ईकोनेट

पहले तो, मैं नहींमैं रिचर्ड फेनमैन को उद्धृत करूंगा, जिन्होंने एक बार कहा था कि "क्वांटम यांत्रिकी को नहीं समझना ठीक है, क्योंकि कोई भी इसे नहीं समझता है।" पहले ऐसा ही होता था, लेकिन समय बदल रहा है।

मैं यह नहीं कहूंगा: "क्वांटम यांत्रिकी को समझना असंभव है, आपको बस इसकी आदत डालने की जरूरत है।" (यह उद्धरण जॉन वॉन न्यूमैन को दिया गया है; वह उन अंधेरे समय में रहते थे जब कोई नहीं था और सचमुच मेंक्वांटम यांत्रिकी को नहीं समझा।)

आप "यदि कुछ स्पष्ट नहीं है, तो ऐसा होना चाहिए" शब्दों के साथ स्पष्टीकरण समाप्त नहीं कर सकते हैं। नहीं, तो नहीं होना चाहिए. शायद समस्या तुम हो। शायद आपके शिक्षक। किसी भी मामले में, यह होना चाहिए तय करना, और वापस बैठकर अपने आप को आश्वस्त न करें कि बाकी सभी को भी कुछ समझ में नहीं आता है।

मैं यह नहीं कहूंगा कि क्वांटम यांत्रिकी कुछ है अनोखा, अस्पष्टया मानव समझ के लिए दुर्गम. हां, यह प्रति-सहज है - लेकिन यह केवल हमारे अंतर्ज्ञान के लिए एक समस्या है। क्वांटम यांत्रिकी सूर्य, ग्रह पृथ्वी या मानव सभ्यता से बहुत पहले उत्पन्न हुई थी। वह आपके लिए बदलने वाली नहीं है। आम तौर पर, कोई नहीं है हतोत्साहित करने वाले तथ्य, वहाँ केवल तथ्यों से हतोत्साहित सिद्धांत; और यदि सिद्धांत अभ्यास के साथ मेल नहीं खाता है, तो इससे उसका श्रेय नहीं जाता है।

यह हमेशा वास्तविकता को पूरी तरह से सामान्य चीज मानने लायक है। ब्रह्मांड में समय की शुरुआत के बाद से नहीं हुआ है कुछ नहींअसामान्य।

हमारी लक्ष्य- इस क्वांटम दुनिया में घर जैसा महसूस करना सीखें। क्योंकि हम पहले से ही घर पर हैं।

इस पूरे चक्र के दौरान, मैं क्वांटम यांत्रिकी के बारे में बात करूंगा: सबसे साधारणसिद्धांत; और जहां दुनिया का सहज विचार उसके साथ मेल नहीं खाता, मैं उसका उपहास करूंगा अंतर्ज्ञानवास्तविकता के साथ असंगति के लिए।

दूसरे, मैं क्वांटम यांत्रिकी के अध्ययन के पारंपरिक क्रम का पालन नहीं करने जा रहा हूं, जो उस क्रम को दोहराता है जिसमें इसे खोजा गया था।

आमतौर पर यह सब कहानी से शुरू होता है कि पदार्थ कभी-कभी छोटे बिलियर्ड गेंदों के एक-दूसरे से टकराने की तरह व्यवहार करता है, और कभी-कभी एक पूल की सतह पर लहरों की तरह व्यवहार करता है। इसके बाद कई उदाहरण हैं जो पदार्थ के दोनों विचारों को दर्शाते हैं।

पहले, जब यह सब सिर्फ अपनी शैशवावस्था में था और किसी के पास नहीं था जरा सा भी विचार नहींभौतिकी की गणितीय नींव के बारे में, वैज्ञानिकों ने गंभीरता से माना कि सब कुछ परमाणुओं से बना था, जो बिलियर्ड गेंदों की तरह व्यवहार कर रहा था। और फिर वे मानने लगे कि हर चीज में लहरें होती हैं। और फिर वे फिर से बिलियर्ड बॉल्स पर वापस चले गए। यह सब वैज्ञानिकों को प्रेरित किया है आखिरकारभ्रमित हो गए, और केवल कुछ दशकों बाद - उन्नीसवीं शताब्दी के अंत तक - वे सब कुछ अपनी जगह पर रखने में कामयाब रहे।

यदि आप इसे लागू करते हैं ऐतिहासिक विश्वसनीयआधुनिक छात्रों को पढ़ाने के लिए दृष्टिकोण (जैसा कि वे अभी कर रहे हैं), स्वाभाविक रूप से उनके साथ वही होगा जो प्रारंभिक वैज्ञानिकों के साथ हुआ था, अर्थात् - वे पूर्ण और पूर्ण भ्रम में पड़ जाएंगे. भौतिक विज्ञान के छात्रों को तरंग-कण द्वैत के बारे में बताना चार तत्वों पर एक व्याख्यान के साथ एक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम शुरू करने जैसा है।

इलेक्ट्रॉन पसंद नहीं है नबिलियर्ड बॉल पर नसमुद्र की लहर के शिखर पर। इलेक्ट्रान एक गणितीय दृष्टिकोण से पूरी तरह से अलग वस्तु है, और यह ऐसा ही रहता है किन्हीं भी परिस्थितियों में. और यदि आप इसे दोनों के रूप में मानने की अपनी इच्छा में बने रहते हैं, जैसा आप चाहेंमैं आपको चेतावनी देता हूं: यदि आप दो खरगोशों का पीछा करते हैं, तो आप एक को नहीं पकड़ेंगे।

यही एकमात्र कारण नहीं है ऐतिहासिक क्रम- नहीं बेहतर चयन. आइए एक काल्पनिक प्रक्रिया का पालन करें शुरुआत से: लोग देखते हैं कि वे अन्य जानवरों से घिरे हुए हैं - यह पता चला है कि जानवरों के अंदर अंग हैं - और अंग, यदि आप बारीकी से देखते हैं, तो ऊतकों से बने होते हैं - एक माइक्रोस्कोप के तहत, आप देख सकते हैं कि ऊतक कोशिकाओं से बने होते हैं - कोशिकाएं होती हैं प्रोटीन और अन्य रासायनिक यौगिकों से बने - रासायनिक यौगिक परमाणुओं से बने होते हैं - परमाणु प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं - और बाद वाले जानवरों की तुलना में बहुत सरल और अधिक समझने योग्य हैं जिनके साथ यह सब शुरू हुआ, लेकिन हजारों साल बाद खोजा गया.

भौतिकी जीव विज्ञान से शुरू नहीं होती है। फिर यह प्रयोगशाला प्रयोगों और उनके परिणामों की चर्चा के साथ क्यों शुरू होना चाहिए, जो कि सबसे सरल प्रयोगों के मामले में भी, कई जटिल और जटिल प्रक्रियाओं का परिणाम हैं?

एक तरफ, मैं समझ सकता हूं कि प्रयोग सबसे आगे क्यों है। हम के बारे में हैं भौतिक विज्ञानहम अंत में कहते हैं।

दूसरी ओर, विद्यार्थियों को एक जटिल गणितीय उपकरण केवल उनके हाथ में देना ताकि वे एक साधारण अनुभव का विश्लेषण कर सकें - यह पहले से ही बहुत ज्यादा है. उदाहरण के लिए, प्रोग्रामर को पहले दो चर जोड़ना सिखाया जाता है, और उसके बाद ही बहु-थ्रेडेड अनुप्रयोग लिखना सिखाया जाता है; और इस तथ्य पर थूक दिया कि दूसरा "वास्तविक जीवन के करीब।"

शास्त्रीय यांत्रिकी क्वांटम यांत्रिकी से स्पष्ट रूप से पालन नहीं करता है। इसके अलावा, शास्त्रीय यांत्रिकी बहुत अधिक है उच्च स्तर. परमाणुओं और अणुओं की तुलना क्वार्क से करें: विज्ञान के लिए ज्ञात लाखों रसायन हैं, सौ रासायनिक तत्व और केवल छह क्वार्क हैं। सबसे पहले, सरल को समझना बेहतर है, और उसके बाद ही जटिल की ओर बढ़ना है।

आखिरकार, मैं क्वांटम यांत्रिकी को कड़ाई से यथार्थवादी स्थिति से मानूंगा - हमारी दुनिया क्वांटम है, हमारे समीकरण क्षेत्र का वर्णन करते हैं, इसके नक्शे का नहीं, और हमारे लिए परिचित दुनिया क्वांटम दुनिया में निहित है। अगर मेरे पाठकों में कोई यथार्थवाद विरोधी है - कृपयाअपनी टिप्पणियाँ रखें। यदि आप इसकी वैधता पर संदेह करते हैं तो क्वांटम यांत्रिकी को समझना और कल्पना करना अधिक कठिन है। मैं इसके बारे में निम्नलिखित लेखों में से एक में अधिक विस्तार से बात करूंगा।

मुझे लगता है कि इस परिचय में मैं जिस दृष्टिकोण को प्रस्तुत करूंगा, वह अधिकांश सैद्धांतिक भौतिकविदों के पास है। लेकिन आपको अभी भी पता होना चाहिए कि यह एकमात्र संभव दृष्टिकोण नहीं है, और वैज्ञानिकों का एक बड़ा हिस्सा यथार्थवादी स्थिति की शुद्धता पर संदेह करता है। हालांकि मेरा किसी अन्य सिद्धांत पर ध्यान देने का इरादा नहीं है तुरंत, मैं यह उल्लेख करने के लिए बाध्य महसूस करता हूं कि वे वहाँ है.

सारांशमेरा लक्ष्य आपको सोचना सिखाना है क्वांटम दुनिया के मूल निवासी, कैसे नहीं अनिच्छुक पर्यटक.

वास्तविकता पर पकड़ बनाएं। हम शुरू करते है।

विन्यास और आयाम

एक समय में इस सरल प्रयोग ने वैज्ञानिकों का सिर चकरा दिया। तथ्य यह है कि आधे मामलों में दर्पण की ओर जारी एक फोटॉन को पहले डिटेक्टर द्वारा पंजीकृत किया गया था, और आधे में - दूसरे द्वारा। और वैज्ञानिक - ध्यान, हंसने के लिए तैयार हो जाओ - मान लिया कि दर्पण या तो फोटॉन को अंदर जाने देता है या इसे प्रतिबिंबित करता है।

हा-हा-हा, एक दर्पण की कल्पना करें जो खुद चुन सकता है कि एक फोटॉन के माध्यम से जाना है या नहीं! यदि आप इसकी कल्पना कर सकते हैं, तो इसे वैसे भी न करें - अन्यथा आप उन वैज्ञानिकों की तरह ही भ्रमित हो जाएंगे। दोनों मामलों में दर्पण बिल्कुल एक जैसा व्यवहार करता है।

अगर हमने लिखने की कोशिश की कंप्यूटर प्रोग्राम, अनुकरणयह प्रयोग (और न केवल परिणाम की भविष्यवाणी करना), यह कुछ इस तरह दिखेगा ...

कार्यक्रम की शुरुआत में, हम एक चर घोषित करते हैं जो एक निश्चित गणितीय वस्तु को संग्रहीत करता है - विन्यास. यह दुनिया की स्थिति के कुछ विवरण का प्रतिनिधित्व करता है - इस मामले में, "एक फोटॉन बिंदु ए पर उड़ता है"।

वास्तव में, विन्यास का वर्णन एक सम्मिश्र संख्या द्वारा किया जाता है (याद रखें कि सम्मिश्र संख्याओं का रूप होता है (a + b .) मैं), जहां a और b वास्तविक संख्याएं हैं, और मैं- काल्पनिक इकाई, अर्थात्। इतनी संख्या कि मैं= -1)। हमारा विन्यास "फोटॉन एक बिंदु पर उड़ता है ए" भी कुछ संख्या से मेल खाती है। इसे होने दें (-1 + 0 मैं) भविष्य में, हम कॉन्फ़िगरेशन के अनुरूप संख्या को कॉल करेंगे, इसकी आयाम.

हम दो और कॉन्फ़िगरेशन पेश करते हैं: "एक फोटॉन उड़ता है एबिल्कुल बी"और" फोटॉन उड़ता है एबिल्कुल सी". हम अभी तक इन विन्यासों के आयामों को नहीं जानते हैं; प्रोग्राम निष्पादन के दौरान उन्हें मान असाइन किए जाएंगे।

आयाम की गणना उस नियम को लागू करके की जा सकती है जिसके अनुसार दर्पण प्रारंभिक विन्यास में संचालित होता है। विवरण में जाने के बिना, हम मान सकते हैं कि नियम इस तरह दिखता है: "फोटॉन के उड़ने पर 1 से गुणा करें; से गुणा करो मैंजब फोटॉन परावर्तित होता है। आइए हम नियम लागू करें: विन्यास का आयाम "फोटॉन उड़ता है बी» बराबर (-1 + 0 मैं) × मैं = (0 + -मैं), और विन्यास का आयाम "फोटॉन उड़ता है सी» बराबर (-1 + 0 मैं) × 1 = (-1 + 0 मैं) अंजीर में अन्य विन्यास। 1 चला गया है, तो हम कर रहे हैं।

सिद्धांत रूप में, कोई सोच सकता है कि "पहला डिटेक्टर एक फोटॉन पंजीकृत करता है" और "दूसरा डिटेक्टर एक फोटॉन पंजीकृत करता है" अलग कॉन्फ़िगरेशन के रूप में, लेकिन यह कुछ भी नहीं बदलता है; उनके आयाम क्रमशः दो पिछले विन्यासों के आयामों के बराबर होंगे। (पर वह स्वयंवास्तव में, उन्हें अभी भी दूरी के बराबर एक कारक से गुणा करने की आवश्यकता है एडिटेक्टरों के लिए, लेकिन हम मान लेंगे कि हमारे प्रयोग में सभी दूरियां एकता के गुणक हैं।)

तो, यहाँ कार्यक्रम की अंतिम स्थिति है:

• फोटॉन उड़ता है ए': (-1 + 0 मैं)
• फोटॉन से उड़ता है एमें बी»: (0 + - मैं)
• फोटॉन से उड़ता है एमें सी': (-1 + 0 मैं)

और शायद:

• "पहला डिटेक्टर चालू हुआ": (0 + - मैं)
• "दूसरा डिटेक्टर चालू हो गया": (-1 + 0 मैं)

बेशक, हम कितनी भी बार प्रोग्राम चलाएँ, अंतिम स्थिति वही रहेगी।
अब, बल्कि जटिल कारणों से, जिन पर मैं अभी तक नहीं जाऊँगा, वहाँ नहीं है सरलविन्यास के आयाम को मापने का तरीका। कार्यक्रम की स्थिति हमसे छिपी हुई है।

क्या करें?

हालांकि हम सीधे आयाम को माप नहीं सकते हैं, कुछहमारे पास - अर्थात्, एक जादुई माप कोंटरापशन है जो हमें विन्यास के आयाम मापांक का वर्ग बता सकता है। दूसरे शब्दों में, आयाम के लिए (a + b मैं) कोंटरापशन एक संख्या (a² + b²) के साथ उत्तर देगा।

यह कहना अधिक सटीक होगा कि जादू कोंटरापशन केवल पाता है रवैयाएक दूसरे के लिए वर्ग मॉड्यूल। लेकिन यह जानकारी भी यह समझने के लिए काफी है कि कार्यक्रम के अंदर क्या हो रहा है और यह किन कानूनों के अनुसार काम करता है।

gizmo की मदद से, हम आसानी से पता लगा सकते हैं कि "पहले डिटेक्टर निकाल दिया गया" और "दूसरा डिटेक्टर निकाल दिया गया" कॉन्फ़िगरेशन के मॉड्यूल के वर्ग समान हैं। और कुछ और जटिल प्रयोग करके हम स्वयं आयामों का अनुपात भी ज्ञात कर सकते हैं - मैं 1 करने के लिए

वैसे, यह किस तरह का जादुई मापने वाला कोंटरापशन है?

खैर, जब वास्तविक जीवन में ऐसे प्रयोग किए जाते हैं, तो जादू की बात यह है कि वे प्रयोग को एक-दो हजार बार चलाते हैं और सिर्फ यह गिनते हैं कि पहले डिटेक्टर में कितनी बार फोटॉन था, और दूसरे में कितने। इन मानों का अनुपात आयाम मॉड्यूल के वर्गों का अनुपात होगा। क्योंऐसा होगा - प्रश्न अलग है, बहुत अधिक जटिल है। इस बीच, आप यह समझे बिना गर्भनिरोधक का उपयोग कर सकते हैं कि यह कैसे और क्यों काम करता है। हर चीज़ का अपना समय होता है।

आप पूछ सकते हैं: "हमें क्वांटम सिद्धांत की बिल्कुल भी आवश्यकता क्यों है, यदि इसकी भविष्यवाणियां "बिलियर्ड" सिद्धांत की भविष्यवाणियों के साथ मेल खाती हैं?" दो कारण हैं। पहले तो, यथार्थ बात, आप जो कुछ भी सोचते हैं, वह अभी भी क्वांटम कानूनों का पालन करता है - आयाम, जटिल संख्या और वह सब। और दूसरी बात, "बिलियर्ड" सिद्धांत काम नहीं करता हैकिसी भी कम या ज्यादा जटिल प्रयोग के लिए। क्या आप एक उदाहरण चाहते हैं? कृप्या।

अंजीर पर। 2 आप बिंदुओं पर दो दर्पण देख सकते हैं बीतथा सी, और दो अर्ध-दर्पण बिंदुओं पर एतथा डी. बाद में मैं समझाऊंगा कि खंड क्यों डेएक बिंदीदार रेखा द्वारा खींचा गया; यह किसी भी तरह से गणना को प्रभावित नहीं करेगा।

आइए उन नियमों को लागू करें जिन्हें हम पहले से जानते हैं।

शुरुआत में, हमारे पास "फोटॉन मक्खियों के लिए" कॉन्फ़िगरेशन है ए”, इसका आयाम है (-1 + 0 मैं).

हम कॉन्फ़िगरेशन के आयामों पर विचार करते हैं "एक फोटॉन उड़ता है एमें बी"और" फोटॉन उड़ता है एमें सी»:

• फोटॉन से उड़ता है एमें बी» = मैं× "फोटॉन उड़ता है ए» = (0 + - मैं)
• फोटॉन से उड़ता है एमें सी» = 1 × «फोटॉन उड़ता है ए» = (-1 + 0 मैं)

यह सहज रूप से स्पष्ट है कि एक साधारण दर्पण आधे आधे दर्पण की तरह व्यवहार करता है: हमेशा एक फोटॉन को दर्शाता है, हमेशा आयाम को गुणा करता है मैं. इसलिए:

• फोटॉन से उड़ता है बीमें डी» = मैं× "फोटॉन उड़ता है एमें बी» = (1 + 0 मैं)
• फोटॉन से उड़ता है सीमें डी» = मैं× "फोटॉन उड़ता है एमें सी» = (0 + - मैं)

यह समझना महत्वपूर्ण है कि से बीमें डी' और यहां ये सीमें डी' दो अलग-अलग विन्यास हैं। आप सिर्फ यह नहीं लिख सकते हैं "एक फोटॉन उड़ता है" डी”, क्योंकि यह फोटॉन जिस कोण से आता है डीउसके साथ आगे क्या होता है इस पर निर्भर करता है।

• बीमें डी”, बराबर (1 + 0 मैं):
  • से गुणा मैं, और परिणाम है (0 + मैं डीमें इ»
  • 1 से गुणा किया गया और परिणाम (1 + 0 .) मैं) विन्यास के पक्ष में गिना जाता है "फोटॉन उड़ता है डीमें एफ»
• विन्यास का आयाम "फोटॉन उड़ता है सीमें डी”, के बराबर (0 + - मैं):
  • से गुणा मैं, और परिणाम है (1 + 0 मैं) विन्यास के पक्ष में गिना जाता है "फोटॉन उड़ता है डीमें एफ»
  • 1 से गुणा किया जाता है और परिणाम (0 + - मैं) विन्यास के पक्ष में गिना जाता है "फोटॉन उड़ता है डीमें इ»

• फोटॉन से उड़ता है डीमें इ» = (0 + मैं) + (0 + -मैं) = (0 + 0मैं) = 0
• फोटॉन से उड़ता है डीमें एफ» = (1 + 0 मैं) + (1 + 0मैं) = (2 + 0मैं)

आयाम के मॉड्यूल के वर्गों का अनुपात - 0 से 4; यह गणना से निम्नानुसार है कि पहला डिटेक्टर आम तौर परकाम नहीं करेगा! इसलिए, खंड डेऔर अंजीर में बिंदीदार रेखा द्वारा खींचा गया था। 2.

यदि अर्ध-दर्पण एक फोटॉन को बेतरतीब ढंग से प्रतिबिंबित या संचारित करते हैं, तो दोनों डिटेक्टर समान दर पर प्रतिक्रिया देंगे। लेकिन यह प्रायोगिक परिणामों से मेल नहीं खाता। बस इतना ही।
आपको आपत्ति हो सकती है: “बस इतना ही नहीं! मान लीजिए, उदाहरण के लिए, जब एक दर्पण एक फोटॉन को प्रतिबिंबित करता है, तो उसके साथ कुछ ऐसा होता है कि वह दूसरी बार प्रतिबिंबित नहीं होगा? और, इसके विपरीत, जब एक दर्पण एक फोटॉन से गुजरता है, तो अगली बार उसे प्रतिबिंबित करना होगा।

सबसे पहले, ओकाम का उस्तरा। यह एक जटिल स्पष्टीकरण का आविष्कार करने के लायक नहीं है यदि पहले से ही एक सरल है (यदि, निश्चित रूप से, हम क्वांटम यांत्रिकी पर विचार करते हैं) सरल...) और दूसरी बात, मैं एक और प्रयोग कर सकता हूं जो इस वैकल्पिक सिद्धांत को भी खारिज कर देगा।

के बीच एक छोटी अपारदर्शी वस्तु रखें बीतथा डी, ताकि विन्यास का आयाम "फोटॉन उड़ता है बीमें डी' हमेशा शून्य के बराबर था।

अब विन्यास का आयाम "फोटॉन उड़ता है डीमें एफ» के बराबर है (1 + 0 मैं), और विन्यास का आयाम "एक फोटॉन उड़ता है डीमें इ» - (0 + - मैं) मॉड्यूल के वर्ग 1 के बराबर हैं। इसका मतलब है कि आधे मामलों में पहला डिटेक्टर काम करेगा, और आधे में दूसरा।

यह असंभवसमझाएं कि क्या हम मानते हैं कि एक फोटॉन एक छोटी बिलियर्ड बॉल है जो दर्पणों से परिलक्षित होती है।

मुद्दा यह है कि आयाम को एक संभावना के रूप में नहीं सोचा जा सकता है। संभाव्यता सिद्धांत में, यदि कोई घटना एक्सहो सकता है या नहीं हो सकता है, तो किसी घटना की संभावना जेडपी के बराबर है ( जेड|एक्स)पी( एक्स) + पी ( जेड|¬ एक्स)पी(¬ एक्स), जहां सभी संभावनाएं सकारात्मक हैं। यदि आप संभावना जानते हैं जेडउसे उपलब्ध कराया एक्सहुआ 0.5 है, और प्रायिकता एक्स- 0.3, तब पूर्ण संभावना जेडकम से कम 0.15, ध्यान दिए बिनापर क्या होता है अगर एक्सनहीं होगा। कोई नकारात्मक संभावनाएं नहीं हैं। संभव और असंभव घटनाएँ एक दूसरे को रद्द नहीं कर सकतीं। और आयाम - कर सकते हैं।

यहाँ एक उदाहरण है गलतसोच: "एक फोटॉन उड़ता है बीया में सी, लेकिन वह सकता हैअलग तरह से उड़ता है, और यह इस संभावना को प्रभावित करता है कि वह अंदर उड़ेगा इ…»

घटनाएँ जो नहींहुआ, दुनिया पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। एकमात्र वस्तु शायददुनिया को प्रभावित करना हमारी कल्पना है। "हे भगवान, इस कार ने मुझे लगभग टक्कर मार दी," आप सोचते हैं, और एक मठ में जाने का फैसला करते हैं ताकि आप फिर कभी खतरनाक कारों से न मिलें। लेकिन वास्तव में अभी भी नहीं खुदएक घटना, लेकिन केवल आपकी कल्पना, जो आपके मस्तिष्क में निहित है - जिसे आप से बाहर निकाला जा सकता है, महसूस किया जा सकता है और यह सुनिश्चित करने के लिए वापस रखा जा सकता है कि यह काफी वास्तविक है।

वास्तव में वह सब कुछ जो दुनिया को प्रभावित करता है। (यदि आपको नहीं लगता कि ऐसा है, तो "वास्तविक" को परिभाषित करने का प्रयास करें।) विन्यास और आयाम सीधे दुनिया को प्रभावित करते हैं, इसलिए वे वास्तविक भी हैं। यह कहना कि एक विन्यास "क्या हो सकता था" यह कहना उतना ही अजीब है जितना कि कुर्सी"क्या हो सकता था" है।

फिर विन्यास क्या है?

जारी रहती है।

वास्तव में, सब कुछ थोड़ा अधिक जटिल है जितना आप इस लेख को पढ़ने के बाद सोच सकते हैं।
प्रत्येक विन्यास वर्णन करता है सबब्रह्मांड में कण। आयाम है निरंतरसंपूर्ण कॉन्फ़िगरेशन स्थान पर वितरण, और असतत नहीं, जैसा कि हमने आज माना। दरअसल, फोटॉन एक जगह से दूसरी जगह टेलीपोर्ट नहीं करते हैं। हाथों हाथ, और दुनिया के प्रत्येक भिन्न राज्य को एक नए विन्यास द्वारा वर्णित किया गया है। आखिरकार, हम उस तक पहुंचेंगे।

अगर आपको इस पैराग्राफ से कुछ समझ में नहीं आता है, तो चिंता न करें, मैं सब कुछ समझा दूंगा। फिर।

• अनुवाद

ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी के भौतिक विज्ञानी ओवेन मारोनी के अनुसार, 1900 के दशक में क्वांटम सिद्धांत के आगमन के बाद से, हर कोई इस सिद्धांत की विचित्रता के बारे में बात कर रहा है। यह कैसे कणों और परमाणुओं को एक ही समय में कई दिशाओं में जाने देता है, या एक ही समय में दक्षिणावर्त और वामावर्त घुमाता है। लेकिन शब्द कुछ भी साबित नहीं कर सकते। मारुनी कहते हैं, "अगर हम जनता को बताते हैं कि क्वांटम सिद्धांत बहुत अजीब है, तो हमें इस दावे को प्रयोगात्मक रूप से परखने की जरूरत है।" "अन्यथा, हम विज्ञान नहीं कर रहे हैं, लेकिन बोर्ड पर सभी प्रकार के झगड़ों के बारे में बात कर रहे हैं।"

यही कारण है कि मारुनी और उनके सहयोगियों ने . के सार को प्रकट करने के लिए प्रयोगों की एक नई श्रृंखला विकसित करने के विचार के लिए प्रेरित किया तरंग क्रिया- क्वांटम विषमताओं में अंतर्निहित रहस्यमय इकाई। कागज पर, तरंग फ़ंक्शन केवल एक गणितीय इकाई है, जिसे साई (Ψ) (उन स्क्विगल्स में से एक) अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है, और इसका उपयोग कणों के क्वांटम व्यवहार का वर्णन करने के लिए किया जाता है। प्रयोग के आधार पर, तरंग फ़ंक्शन वैज्ञानिकों को कुछ में एक इलेक्ट्रॉन के अवलोकन की संभावना की गणना करने की अनुमति देता है विशिष्ट स्थान, या संभावना है कि इसका स्पिन ऊपर या नीचे है। लेकिन गणित यह नहीं कहता कि वेव फंक्शन वास्तव में क्या है। क्या यह कुछ भौतिक है? या वास्तविक दुनिया के बारे में पर्यवेक्षक की अज्ञानता के साथ काम करने के लिए सिर्फ एक कम्प्यूटेशनल टूल?

प्रश्न का उत्तर देने के लिए उपयोग किए जाने वाले परीक्षण बहुत सूक्ष्म होते हैं, और उन्हें अभी भी एक निश्चित उत्तर देना होता है। लेकिन शोधकर्ता आशावादी हैं कि संप्रदाय निकट है। और वे अंततः उन सवालों का जवाब देने में सक्षम होंगे जिन्होंने दशकों से सभी को पीड़ा दी है। क्या एक कण वास्तव में एक ही समय में कई स्थानों पर हो सकता है? क्या ब्रह्मांड लगातार समानांतर दुनिया में विभाजित है, जिनमें से प्रत्येक में हमारा अस्तित्व है? वैकल्पिक संस्करण? क्या "उद्देश्य वास्तविकता" नामक कुछ भी है?

क्वींसलैंड विश्वविद्यालय (ऑस्ट्रेलिया) के भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो फेड्रिसी कहते हैं, "इस तरह के सवाल जल्दी या बाद में किसी के लिए भी उठते हैं।" "वास्तव में वास्तविक क्या है?"

वास्तविकता के सार के बारे में विवाद तब भी शुरू हुआ जब भौतिकविदों को पता चला कि एक लहर और एक कण एक ही सिक्के के दो पहलू हैं। एक उत्कृष्ट उदाहरण डबल स्लिट प्रयोग है, जहां अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों को एक बाधा में निकाल दिया जाता है जिसमें दो स्लिट होते हैं: इलेक्ट्रॉन ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि यह एक ही समय में दो स्लिट से गुजरता है, इसके दूसरी तरफ एक धारीदार हस्तक्षेप पैटर्न बनाता है। 1926 में, ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर इस व्यवहार का वर्णन करने के लिए एक तरंग फ़ंक्शन के साथ आए और एक समीकरण प्राप्त किया जिसकी गणना किसी भी स्थिति के लिए की जा सकती है। लेकिन इस समारोह की प्रकृति के बारे में न तो वह और न ही कोई और कुछ कह सका।

अज्ञान में अनुग्रह

व्यावहारिक दृष्टि से इसकी प्रकृति महत्वपूर्ण नहीं है। 1920 के दशक में नील्स बोहर और वर्नर हाइजेनबर्ग द्वारा बनाई गई क्वांटम सिद्धांत की कोपेनहेगन व्याख्या, वास्तव में क्या होता है, इसके बारे में सोचे बिना, टिप्पणियों के परिणामों की भविष्यवाणी करने के लिए एक उपकरण के रूप में तरंग फ़ंक्शन का उपयोग करता है। बेल्जियम में कैथोलिक विश्वविद्यालय के एक सांख्यिकीय भौतिक विज्ञानी जीन ब्रिकमोंट कहते हैं, "भौतिकविदों को इस 'चुप रहो और गिनती' व्यवहार के लिए दोषी नहीं ठहराया जा सकता है, क्योंकि इससे परमाणु और परमाणु भौतिकी, ठोस राज्य भौतिकी और कण भौतिकी में महत्वपूर्ण सफलताएं मिली हैं।" "इसलिए लोगों को सलाह दी जाती है कि वे मूलभूत मुद्दों के बारे में चिंता न करें।"

लेकिन कुछ लोग अभी भी चिंतित हैं। 1930 के दशक तक, आइंस्टीन ने कोपेनहेगन व्याख्या को खारिज कर दिया था, कम से कम इसलिए नहीं कि इसने दो कणों को अपने तरंग कार्यों को उलझाने की अनुमति दी, जिससे ऐसी स्थिति पैदा हो गई जिसमें उनमें से एक का माप तुरंत दूसरे को एक राज्य दे सकता था, भले ही वे अलग हो गए हों बड़ी दूरियाँ। इस "दूरी पर भयानक बातचीत" के साथ नहीं रखने के लिए, आइंस्टीन ने यह मानना ​​​​पसंद किया कि कणों के तरंग कार्य अपूर्ण थे। उन्होंने कहा कि शायद कणों में कुछ छिपे हुए चर हैं जो माप के परिणाम को निर्धारित करते हैं, जो क्वांटम सिद्धांत द्वारा नहीं देखा गया था।

तब से प्रयोगों ने कुछ दूरी पर एक भयावह बातचीत की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया है, जो छिपे हुए चर की अवधारणा को खारिज कर देता है। लेकिन इसने अन्य भौतिकविदों को उनके अपने तरीके से व्याख्या करने से नहीं रोका है। ये व्याख्याएं दो शिविरों में आती हैं। कुछ लोग आइंस्टीन से सहमत हैं कि तरंग कार्य हमारी अज्ञानता को दर्शाता है। इन्हें ही दार्शनिक साई-महामारी मॉडल कहते हैं। अन्य लोग वेव फंक्शन को एक वास्तविक चीज़ के रूप में देखते हैं - साइओनिक मॉडल।

अंतर को समझने के लिए, श्रोडिंगर ने आइंस्टीन को 1935 के पत्र में वर्णित विचार प्रयोग पर विचार करें। बिल्ली स्टील के डिब्बे में है। बॉक्स में रेडियोधर्मी सामग्री का एक नमूना होता है जिसमें एक घंटे में क्षय उत्पाद उत्सर्जित करने का 50% मौका होता है, और एक उपकरण जो उत्पाद का पता चलने पर बिल्ली को जहर देगा। चूंकि रेडियोधर्मी क्षय एक क्वांटम-स्तरीय घटना है, श्रोडिंगर लिखते हैं, क्वांटम सिद्धांत के नियम कहते हैं कि घंटे के अंत में, बॉक्स के अंदर का तरंग कार्य एक मृत और एक जीवित बिल्ली का मिश्रण होना चाहिए।

"मोटे तौर पर," फेड्रिची इसे हल्के ढंग से कहते हैं, "मानसिक-महामारी मॉडल में, बॉक्स में बिल्ली या तो जीवित है या मृत है, और हम इसे नहीं जानते क्योंकि बॉक्स बंद है।" और अधिकांश साइओनिक मॉडल में, कोपेनहेगन व्याख्या के साथ समझौता होता है: जब तक पर्यवेक्षक बॉक्स नहीं खोलता, तब तक बिल्ली एक ही समय में जीवित और मृत दोनों होगी।

लेकिन यह वह जगह है जहाँ तर्क सिर पर आता है। कौन सी व्याख्या सत्य है? प्रयोगात्मक रूप से इस प्रश्न का उत्तर देना कठिन है क्योंकि मॉडलों के बीच का अंतर बहुत सूक्ष्म है। उन्हें अनिवार्य रूप से उसी क्वांटम घटना की भविष्यवाणी करनी चाहिए जो अत्यधिक सफल कोपेनहेगन व्याख्या है। क्वींसलैंड विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी एंड्रयू व्हाइट का कहना है कि क्वांटम प्रौद्योगिकी में अपने 20 साल के करियर में, "यह समस्या एक विशाल चिकने पहाड़ की तरह थी, जिस पर आप चढ़ नहीं सकते थे।"

2011 में क्वांटम मापन प्रमेय के प्रकाशन के साथ सब कुछ बदल गया, जो "तरंग फ़ंक्शन को अज्ञानता" दृष्टिकोण को समाप्त करने के लिए प्रतीत होता था। लेकिन करीब से जांच करने पर, यह पता चला कि यह प्रमेय उनके लिए पैंतरेबाज़ी करने के लिए पर्याप्त जगह छोड़ देता है। फिर भी, इसने भौतिकविदों को तरंग समारोह की वास्तविकता का परीक्षण करके विवाद को हल करने के तरीकों के बारे में गंभीरता से सोचने के लिए प्रेरित किया है। मारुनी ने पहले ही एक प्रयोग विकसित कर लिया था जो सैद्धांतिक रूप से काम करता था, और उन्होंने और उनके सहयोगियों ने जल्द ही इसे व्यवहार में लाने का एक तरीका खोज लिया। प्रयोग पिछले साल फेड्रिसी, व्हाइट और अन्य द्वारा किया गया था।

परीक्षण के विचार को समझने के लिए, कार्ड के दो डेक की कल्पना करें। एक में केवल लाल होते हैं, दूसरे में केवल इक्के होते हैं। "आपको एक कार्ड दिया जाता है और यह अनुमान लगाने के लिए कहा जाता है कि यह किस डेक से है," उसी विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी मार्टिन रिंगबॉयर कहते हैं। यदि यह एक लाल इक्का है, "एक क्रॉसओवर है और आप निश्चित रूप से नहीं बता सकते।" लेकिन अगर आप जानते हैं कि प्रत्येक डेक में कितने कार्ड हैं, तो आप गणना कर सकते हैं कि ऐसी अस्पष्ट स्थिति कितनी बार होगी।

खतरे में भौतिकी

क्वांटम सिस्टम में भी यही अस्पष्टता होती है। यह पता लगाना हमेशा संभव नहीं होता है, उदाहरण के लिए, एक माप द्वारा एक फोटॉन का ध्रुवीकरण कैसे किया जाता है। "वास्तविक जीवन में, पश्चिम के दक्षिण से पश्चिम को बताना आसान है, लेकिन क्वांटम सिस्टम में यह इतना आसान नहीं है," व्हाइट कहते हैं। मानक कोपेनहेगन व्याख्या के अनुसार, ध्रुवीकरण के बारे में पूछने का कोई मतलब नहीं है, क्योंकि प्रश्न का कोई उत्तर नहीं है - जब तक कि एक और माप उत्तर को सटीक रूप से निर्धारित नहीं करता है। लेकिन "अज्ञानता के रूप में तरंग कार्य" मॉडल के अनुसार, सवाल समझ में आता है - यह सिर्फ प्रयोग में है, जैसा कि कार्ड के डेक के साथ होता है, पर्याप्त जानकारी नहीं होती है। मानचित्रों की तरह, यह भविष्यवाणी करना संभव है कि इस तरह की अज्ञानता से कितनी अस्पष्टताओं की व्याख्या की जा सकती है, और मानक सिद्धांत द्वारा अनुमत बड़ी संख्या में अस्पष्टताओं के साथ तुलना की जा सकती है।

यह वही है जो फेडरिची और टीम ने परीक्षण किया था। समूह ने फोटॉन बीम में ध्रुवीकरण और अन्य गुणों को मापा, और चौराहे का एक स्तर पाया जिसे "अज्ञानता" मॉडल द्वारा समझाया नहीं जा सकता था। परिणाम एक वैकल्पिक सिद्धांत का समर्थन करता है - यदि वस्तुनिष्ठ वास्तविकता मौजूद है, तो तरंग कार्य मौजूद है। बॉन विश्वविद्यालय (जर्मनी) के भौतिक विज्ञानी एंड्रिया अल्बर्टी कहते हैं, "यह प्रभावशाली है कि टीम इतने सरल प्रयोग के साथ इतनी जटिल समस्या को हल करने में सक्षम थी।"

निष्कर्ष अभी तक ग्रेनाइट में उकेरा नहीं गया है: चूंकि डिटेक्टरों ने परीक्षण में इस्तेमाल किए गए फोटॉनों के केवल पांचवें हिस्से पर कब्जा कर लिया है, इसलिए किसी को यह मानना ​​​​होगा कि खोए हुए फोटॉन ठीक उसी तरह से व्यवहार करते हैं। यह एक मजबूत धारणा है, और समूह अब घाटे को कम करने और अधिक निश्चित परिणाम देने के तरीकों पर काम कर रहा है। इस बीच, ऑक्सफोर्ड में मारुनी टीम न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय (ऑस्ट्रेलिया) के साथ काम कर रही है ताकि इस प्रयोग को आसानी से ट्रेस आयनों के साथ दोहराया जा सके। "अगले छह महीनों में, हमारे पास इस प्रयोग का एक निर्विवाद संस्करण होगा," मारुनी कहते हैं।

लेकिन भले ही वे सफल हों और "वेव फंक्शन ऐज रियलिटी" मॉडल जीत जाएं, तो इन मॉडलों में भी है विभिन्न प्रकार. प्रयोगकर्ताओं को उनमें से किसी एक को चुनना होगा।

सबसे शुरुआती व्याख्याओं में से एक 1920 के दशक में फ्रांसीसी लुई डी ब्रोगली द्वारा बनाई गई थी, और 1950 के दशक में अमेरिकी डेविड बोहम द्वारा विस्तारित की गई थी। ब्रोगली-बोहम मॉडल के अनुसार, कणों का एक निश्चित स्थान और गुण होता है, लेकिन वे एक निश्चित "पायलट वेव" द्वारा निर्देशित होते हैं, जिसे एक तरंग फ़ंक्शन के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह दोहरे भट्ठा प्रयोग की व्याख्या करता है, क्योंकि पायलट तरंग दोनों झिल्लियों से होकर गुजर सकती है और एक व्यतिकरण पैटर्न उत्पन्न कर सकती है, हालांकि इसके द्वारा खींचा गया इलेक्ट्रॉन स्वयं दो झिरियों में से केवल एक से होकर गुजरता है।

2005 में, इस मॉडल को अप्रत्याशित समर्थन मिला। भौतिक विज्ञानी इमैनुएल किला, जो अब पेरिस में लैंगविन संस्थान में है, और पेरिस डाइडरोट विश्वविद्यालय के यवेस कोडियर ने छात्रों से पूछा कि उन्हें क्या लगता है कि यह एक साधारण समस्या है: एक प्रयोग स्थापित करने के लिए जिसमें एक ट्रे पर गिरने वाले तेल की बूंदें विलय के कारण विलीन हो जाएंगी ट्रे का कंपन। बूंदों के आसपास सभी को आश्चर्यचकित करने के लिए, लहरें बनने लगीं क्योंकि ट्रे एक निश्चित आवृत्ति पर कंपन करती थी। "बूंदों ने अपनी लहरों पर अपने आप आगे बढ़ना शुरू कर दिया," फोर्ट कहते हैं। "यह एक दोहरी वस्तु थी - एक तरंग द्वारा खींचा गया कण।"

तब से, फोर्ट और कौडियर ने दिखाया है कि इस तरह की तरंगें अपने कणों को डबल-स्लिट प्रयोग में ठीक उसी तरह मार्गदर्शन कर सकती हैं जैसे पायलट तरंग सिद्धांत भविष्यवाणी करता है, और अन्य क्वांटम प्रभावों को पुन: उत्पन्न कर सकता है। लेकिन यह क्वांटम दुनिया में पायलट तरंगों के अस्तित्व को साबित नहीं करता है। "हमें बताया गया था कि शास्त्रीय भौतिकी में इस तरह के प्रभाव असंभव हैं," फोर्ट कहते हैं। "और यहां हमने दिखाया कि क्या संभव है।"

1980 के दशक में विकसित वास्तविकता-आधारित मॉडल का एक और सेट, बड़ी और छोटी वस्तुओं के बीच गुणों में मजबूत अंतर को समझाने का प्रयास करता है। "इलेक्ट्रॉन और परमाणु एक ही समय में दो स्थानों पर क्यों हो सकते हैं, लेकिन टेबल, कुर्सियाँ, लोग और बिल्लियाँ नहीं हो सकते हैं," ट्राएस्टे विश्वविद्यालय (इटली) के भौतिक विज्ञानी एंजेलो बसी कहते हैं। "पतन मॉडल" के रूप में जाना जाता है, इन सिद्धांतों का कहना है कि अलग-अलग कणों के तरंग कार्य वास्तविक हैं, लेकिन उनके क्वांटम गुणों को खो सकते हैं और कण को ​​​​अंतरिक्ष में एक निश्चित स्थिति में ला सकते हैं। मॉडल इस तरह से बनाए गए हैं कि इस तरह के पतन की संभावना एक कण के लिए बेहद कम है, ताकि परमाणु स्तर पर क्वांटम प्रभाव हावी हो। लेकिन जब कण आपस में जुड़ते हैं तो पतन की संभावना तेजी से बढ़ जाती है, और मैक्रोस्कोपिक वस्तुएं अपने क्वांटम गुणों को पूरी तरह से खो देती हैं और शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के अनुसार व्यवहार करती हैं।

इसका परीक्षण करने का एक तरीका बड़ी वस्तुओं में क्वांटम प्रभाव देखना है। यदि मानक क्वांटम सिद्धांत सही है, तो कोई आकार सीमा नहीं है। और भौतिकविदों ने पहले ही बड़े अणुओं के साथ डबल-स्लिट प्रयोग किया है। लेकिन अगर पतन मॉडल सही हैं, तो एक निश्चित द्रव्यमान से परे क्वांटम प्रभाव दिखाई नहीं देगा। विविध समूहठंडे परमाणुओं, अणुओं, धातु समूहों और नैनोकणों का उपयोग करके इस द्रव्यमान की खोज करने की योजना है। उन्हें अगले दस वर्षों में परिणाम मिलने की उम्मीद है। मारुनी कहती हैं, "इन प्रयोगों में सबसे अच्छी बात यह है कि हम क्वांटम सिद्धांत को सटीक परीक्षणों में डाल देंगे, जहां अभी तक इसका परीक्षण नहीं किया गया है।"

समानांतर दुनिया

इस व्याख्या को मानक क्वांटम सिद्धांत से अलग करना मुश्किल है, क्योंकि उनकी भविष्यवाणियां मेल खाती हैं। लेकिन पिछले साल, ब्रिस्बेन में ग्रिफ़िथ विश्वविद्यालय के हॉवर्ड वाइसमैन और उनके सहयोगियों ने एक परीक्षण योग्य मल्टीवर्स मॉडल के साथ आया था। उनके मॉडल में कोई तरंग कार्य नहीं है - कण शास्त्रीय भौतिकी, न्यूटन के नियमों का पालन करते हैं। और क्वांटम दुनिया के अजीब प्रभाव दिखाई देते हैं क्योंकि समानांतर ब्रह्मांडों में कणों और उनके क्लोनों के बीच प्रतिकारक बल होते हैं। "उनके बीच प्रतिकारक बल लहरें बनाता है जो सभी समानांतर दुनिया के माध्यम से फैलती हैं," वाइसमैन कहते हैं।

का उपयोग करते हुए कंप्यूटर सिमुलेशन, जिसमें 41 ब्रह्मांडों ने बातचीत की, उन्होंने दिखाया कि मॉडल मोटे तौर पर कई क्वांटम प्रभावों को पुन: पेश करता है, जिसमें डबल-स्लिट प्रयोग में कण प्रक्षेपवक्र शामिल हैं। दुनिया की संख्या में वृद्धि के साथ, हस्तक्षेप का पैटर्न वास्तविक दुनिया की ओर जाता है। क्योंकि सिद्धांत की भविष्यवाणियां दुनिया की संख्या में भिन्न होती हैं, वाइसमैन कहते हैं, यह परीक्षण करना संभव है कि क्या मल्टीवर्स मॉडल सही है - अर्थात, कोई तरंग कार्य नहीं है और यह वास्तविकता शास्त्रीय कानूनों के अनुसार काम करती है।

चूंकि इस मॉडल में तरंग फ़ंक्शन की आवश्यकता नहीं है, यह व्यवहार्य रहेगा, भले ही भविष्य के प्रयोग "अज्ञानता" मॉडल को खारिज कर दें। इसके अलावा, अन्य मॉडल जीवित रहेंगे, उदाहरण के लिए, कोपेनहेगन व्याख्या, जो दावा करती है कि कोई नहीं है वस्तुगत सच्चाई, लेकिन केवल गणनाएं हैं।

लेकिन फिर, जैसा कि व्हाइट कहते हैं, यह प्रश्न अध्ययन का विषय बन जाएगा। और जबकि कोई नहीं जानता कि यह कैसे करना है, "क्या वास्तव में दिलचस्प होगा एक परीक्षण विकसित करना जो यह जांचता है कि क्या हमारे पास एक वस्तुनिष्ठ वास्तविकता है।"

इस दुनिया में कोई नहीं समझता कि क्वांटम यांत्रिकी क्या है। उसके बारे में जानना शायद यह सबसे महत्वपूर्ण बात है। बेशक, कई भौतिकविदों ने क्वांटम कंप्यूटिंग के आधार पर कानूनों का उपयोग करना और यहां तक ​​​​कि घटनाओं की भविष्यवाणी करना भी सीख लिया है। लेकिन यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि प्रयोग का पर्यवेक्षक प्रणाली के व्यवहार को क्यों निर्धारित करता है और इसे दो राज्यों में से एक लेने के लिए मजबूर करता है।

यहां परिणामों के साथ प्रयोगों के कुछ उदाहरण दिए गए हैं जो प्रेक्षक के प्रभाव में अनिवार्य रूप से बदल जाएंगे। वे दिखाते हैं कि क्वांटम यांत्रिकी व्यावहारिक रूप से भौतिक वास्तविकता में सचेत विचार के हस्तक्षेप से संबंधित है।

आज क्वांटम यांत्रिकी की कई व्याख्याएँ हैं, लेकिन कोपेनहेगन व्याख्या शायद सबसे अच्छी तरह से जानी जाती है। 1920 के दशक में, इसके सामान्य अभिधारणाओं को नील्स बोहर और वर्नर हाइजेनबर्ग द्वारा तैयार किया गया था।

कोपेनहेगन व्याख्या का आधार तरंग फलन था। यह एक गणितीय फलन है जिसमें क्वांटम सिस्टम की सभी संभावित अवस्थाओं के बारे में जानकारी होती है जिसमें यह एक साथ मौजूद होता है। कोपेनहेगन इंटरप्रिटेशन के अनुसार, एक प्रणाली की स्थिति और अन्य राज्यों के सापेक्ष इसकी स्थिति केवल अवलोकन द्वारा निर्धारित की जा सकती है (तरंग फ़ंक्शन का उपयोग केवल गणितीय रूप से एक राज्य या किसी अन्य में सिस्टम की संभावना की गणना करने के लिए किया जाता है)।

यह कहा जा सकता है कि अवलोकन के बाद, एक क्वांटम प्रणाली शास्त्रीय हो जाती है और जिस राज्य में इसे देखा गया था, उसके अलावा अन्य राज्यों में तुरंत मौजूद नहीं रहता है। इस निष्कर्ष ने अपने विरोधियों को पाया (याद रखें प्रसिद्ध आइंस्टीन के "भगवान पासा नहीं खेलते हैं"), लेकिन गणना और भविष्यवाणियों की सटीकता अभी भी अपनी थी।

फिर भी, कोपेनहेगन व्याख्या के समर्थकों की संख्या घट रही है, और मुख्य कारणयह प्रयोग के दौरान वेव फंक्शन का रहस्यमय तात्कालिक पतन है। एक गरीब बिल्ली के साथ इरविन श्रोडिंगर के प्रसिद्ध विचार प्रयोग को इस घटना की बेरुखी का प्रदर्शन करना चाहिए। आइए विवरण याद रखें।

ब्लैक बॉक्स के अंदर एक काली बिल्ली बैठी है और उसके साथ जहर की एक शीशी और एक तंत्र है जो जहर को बेतरतीब ढंग से छोड़ सकता है। उदाहरण के लिए, क्षय के दौरान एक रेडियोधर्मी परमाणु बुलबुले को तोड़ सकता है। सही समयपरमाणु का क्षय अज्ञात है। केवल आधा जीवन ज्ञात है, जिसके दौरान 50% की संभावना के साथ क्षय होता है।

जाहिर है, एक बाहरी पर्यवेक्षक के लिए, बॉक्स के अंदर की बिल्ली दो अवस्थाओं में होती है: यह या तो जीवित है, अगर सब कुछ ठीक हो गया, या मर गया, अगर क्षय हो गया और शीशी टूट गई। इन दोनों अवस्थाओं का वर्णन कैट वेव फंक्शन द्वारा किया जाता है, जो समय के साथ बदलता रहता है।

जितना अधिक समय बीत चुका है, उतनी ही अधिक संभावना है कि रेडियोधर्मी क्षय हुआ है। लेकिन जैसे ही हम बॉक्स खोलते हैं, वेव फंक्शन ध्वस्त हो जाता है और हमें तुरंत इस अमानवीय प्रयोग के परिणाम दिखाई देते हैं।

वास्तव में, जब तक प्रेक्षक बॉक्स नहीं खोलता, तब तक बिल्ली जीवन और मृत्यु के बीच अंतहीन संतुलन बनाए रखेगी, या जीवित और मृत दोनों होगी। इसका भाग्य पर्यवेक्षक के कार्यों के परिणामस्वरूप ही निर्धारित किया जा सकता है। इस बेतुकेपन की ओर इशारा श्रोडिंगर ने किया था।

द्वारा किए गए प्रसिद्ध भौतिकविदों के एक सर्वेक्षण के अनुसार नईयॉर्क टाइम्स, इलेक्ट्रॉन विवर्तन प्रयोग विज्ञान के इतिहास में सबसे आश्चर्यजनक अध्ययनों में से एक है। इसकी प्रकृति क्या है? एक स्रोत है जो एक प्रकाश संवेदनशील स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉनों की एक किरण का उत्सर्जन करता है। और इन इलेक्ट्रॉनों के रास्ते में एक बाधा है, दो स्लॉट वाली तांबे की प्लेट।

यदि इलेक्ट्रॉनों को आमतौर पर हमें छोटी आवेशित गेंदों के रूप में दर्शाया जाता है, तो हम स्क्रीन पर किस चित्र की अपेक्षा कर सकते हैं? तांबे की प्लेट में खांचे के विपरीत दो धारियां। लेकिन वास्तव में, स्क्रीन पर बारी-बारी से सफेद और काली धारियों का एक बहुत अधिक जटिल पैटर्न दिखाई देता है। यह इस तथ्य के कारण है कि स्लिट से गुजरते समय, इलेक्ट्रॉन न केवल कणों के रूप में व्यवहार करना शुरू करते हैं, बल्कि तरंगों (फोटॉन या अन्य प्रकाश कण जो एक ही समय में एक लहर हो सकते हैं, उसी तरह व्यवहार करते हैं) के रूप में व्यवहार करना शुरू करते हैं।

ये तरंगें अंतरिक्ष में परस्पर क्रिया करती हैं, टकराती हैं और एक-दूसरे को मजबूत करती हैं, और परिणामस्वरूप, बारी-बारी से प्रकाश और अंधेरे धारियों का एक जटिल पैटर्न स्क्रीन पर प्रदर्शित होता है। साथ ही इस प्रयोग का परिणाम नहीं बदलता है, भले ही इलेक्ट्रॉन एक-एक करके गुजरें - यहां तक ​​कि एक कण भी तरंग हो सकता है और एक ही समय में दो स्लिट्स से गुजर सकता है। क्वांटम यांत्रिकी की कोपेनहेगन व्याख्या में यह अभिधारणा मुख्य में से एक थी, जब कण एक साथ अपने "साधारण" का प्रदर्शन कर सकते हैं भौतिक गुणऔर लहर जैसे विदेशी गुण।

लेकिन पर्यवेक्षक के बारे में क्या? यह वह है जो इस भ्रमित करने वाली कहानी को और भी भ्रमित करता है। जब इस तरह के प्रयोगों में भौतिकविदों ने यह निर्धारित करने के लिए उपकरणों का उपयोग करने की कोशिश की कि एक इलेक्ट्रॉन वास्तव में किस स्लिट से होकर गुजरा, तो स्क्रीन पर चित्र नाटकीय रूप से बदल गया और "शास्त्रीय" बन गया: बिना किसी वैकल्पिक धारियों के सीधे दो प्रबुद्ध वर्गों के साथ।

इलेक्ट्रॉन अपनी तरंग प्रकृति को दर्शकों की चौकस निगाहों के सामने प्रकट करने के लिए अनिच्छुक लग रहे थे। यह अंधेरे में डूबा एक रहस्य जैसा लगता है। लेकिन एक सरल व्याख्या है: सिस्टम का अवलोकन बिना किए नहीं किया जा सकता है शारीरिक प्रभावउस पर। इसकी चर्चा आगे करेंगे।

2. गर्म फुलरीन

कण विवर्तन पर प्रयोग न केवल इलेक्ट्रॉनों के साथ किए गए, बल्कि अन्य, बहुत बड़ी वस्तुओं के साथ भी किए गए। उदाहरण के लिए, फुलरीन का उपयोग किया गया था, बड़े और बंद अणु जिसमें कई दसियों कार्बन परमाणु होते थे। हाल ही में, प्रोफेसर ज़िलिंगर के नेतृत्व में वियना विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के एक समूह ने इन प्रयोगों में अवलोकन के एक तत्व को शामिल करने का प्रयास किया। ऐसा करने के लिए, उन्होंने लेजर बीम के साथ चलती फुलरीन अणुओं को विकिरणित किया। फिर, एक बाहरी स्रोत द्वारा गर्म किए जाने पर, अणु चमकने लगे और अनिवार्य रूप से पर्यवेक्षक को अपनी उपस्थिति दर्शाते हैं।

इस नवाचार के साथ-साथ अणुओं के व्यवहार में भी बदलाव आया है। इस तरह के एक व्यापक अवलोकन से पहले, फुलरीन ने एक बाधा को काफी सफलतापूर्वक (तरंग गुणों का प्रदर्शन) से बचा लिया, जैसा कि पिछले उदाहरण में एक स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉनों के साथ होता है। लेकिन एक पर्यवेक्षक की उपस्थिति से, फुलरीन पूरी तरह से कानून का पालन करने वाले भौतिक कणों की तरह व्यवहार करने लगे।

3. शीतलक माप

क्वांटम भौतिकी की दुनिया में सबसे प्रसिद्ध कानूनों में से एक हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत है, जिसके अनुसार एक ही समय में एक क्वांटम वस्तु की गति और स्थिति को निर्धारित करना असंभव है। हम किसी कण के संवेग को जितना अधिक सटीक रूप से मापते हैं, हम उसकी स्थिति को उतना ही कम सटीक रूप से माप सकते हैं। हालांकि, हमारे मैक्रोस्कोपिक वास्तविक दुनिया में, छोटे कणों पर काम करने वाले क्वांटम कानूनों की वैधता आमतौर पर किसी का ध्यान नहीं जाता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका के प्रो. श्वाब के हाल के प्रयोगों ने इस क्षेत्र में बहुत मूल्यवान योगदान दिया है। इन प्रयोगों में क्वांटम प्रभाव इलेक्ट्रॉनों या फुलरीन अणुओं (जिनका अनुमानित व्यास 1 एनएम है) के स्तर पर नहीं, बल्कि बड़ी वस्तुओं पर, एक छोटे एल्यूमीनियम रिबन पर प्रदर्शित किया गया था। इस टेप को दोनों तरफ इसलिए लगाया गया था ताकि इसका मध्य एक निलंबित अवस्था में हो और बाहरी प्रभाव में कंपन कर सके। इसके अलावा, टेप की स्थिति को सटीक रूप से रिकॉर्ड करने में सक्षम एक उपकरण पास में रखा गया था। प्रयोग के परिणामस्वरूप, कई दिलचस्प चीजें खोजी गईं। सबसे पहले, वस्तु की स्थिति और टेप के अवलोकन से संबंधित किसी भी माप ने इसे प्रभावित किया, प्रत्येक माप के बाद टेप की स्थिति बदल गई।

प्रयोगकर्ताओं ने उच्च सटीकता के साथ टेप के निर्देशांक निर्धारित किए, और इस प्रकार, हाइजेनबर्ग सिद्धांत के अनुसार, इसकी गति को बदल दिया, और इसलिए बाद की स्थिति। दूसरे, और काफी अप्रत्याशित रूप से, कुछ मापों के कारण टेप ठंडा हो गया। इस प्रकार, एक पर्यवेक्षक वस्तुओं की भौतिक विशेषताओं को उनकी उपस्थिति मात्र से बदल सकता है।

4. बर्फ़ीली कण

जैसा कि आप जानते हैं, अस्थिर रेडियोधर्मी कण न केवल बिल्लियों के प्रयोगों में, बल्कि स्वयं भी क्षय होते हैं। प्रत्येक कण का औसत जीवनकाल होता है, जो, जैसा कि यह पता चला है, एक पर्यवेक्षक की चौकस नजर के तहत बढ़ सकता है। इस क्वांटम प्रभाव की भविष्यवाणी 60 के दशक में की गई थी, और इसका शानदार प्रायोगिक प्रमाण के नेतृत्व वाले एक समूह द्वारा प्रकाशित एक पेपर में दिखाई दिया नोबेल पुरस्कार विजेतामैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वोल्फगैंग केटरल भौतिकी में।

इस कार्य में अस्थिर उत्तेजित रूबिडियम परमाणुओं के क्षय का अध्ययन किया गया। सिस्टम की तैयारी के तुरंत बाद, परमाणु एक लेजर बीम का उपयोग करके उत्साहित थे। अवलोकन दो मोड में हुआ: निरंतर (सिस्टम लगातार छोटे प्रकाश दालों के संपर्क में था) और स्पंदित (सिस्टम को समय-समय पर अधिक शक्तिशाली दालों के साथ विकिरणित किया गया था)।

प्राप्त परिणाम सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के पूर्ण अनुरूप थे। बाहरी प्रकाश प्रभाव कणों के क्षय को धीमा कर देते हैं, उन्हें उनकी मूल स्थिति में वापस कर देते हैं, जो कि क्षय की स्थिति से बहुत दूर है। इस प्रभाव की भयावहता भी भविष्यवाणियों के साथ मेल खाती है। अस्थिर उत्तेजित रूबिडियम परमाणुओं का अधिकतम जीवनकाल 30 के कारक से बढ़ गया।

5. क्वांटम यांत्रिकी और चेतना

इलेक्ट्रॉन और फुलरीन अपने तरंग गुण दिखाना बंद कर देते हैं, एल्युमिनियम प्लेट शांत हो जाते हैं, और अस्थिर कण अपने क्षय को धीमा कर देते हैं। देखने वाले की चौकस निगाह सचमुच दुनिया को बदल देती है। यह संसार के कार्यों में हमारे मन के शामिल होने का प्रमाण क्यों नहीं हो सकता? शायद कार्ल जंग और वोल्फगैंग पॉली (ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी, नोबेल पुरस्कार विजेता, क्वांटम यांत्रिकी के अग्रणी) सही थे, आखिरकार, जब उन्होंने कहा कि भौतिकी और चेतना के नियमों को एक दूसरे के पूरक के रूप में माना जाना चाहिए?

हम यह मानने से एक कदम दूर हैं कि हमारे आस-पास की दुनिया हमारे दिमाग का एक भ्रामक उत्पाद है। विचार डरावना और आकर्षक है। आइए फिर से भौतिकविदों की ओर मुड़ने का प्रयास करें। खासकर हाल के वर्षों में, जब कम और कम कम लोगक्वांटम यांत्रिकी की कोपेनहेगन व्याख्या अपने रहस्यमय तरंग कार्य के साथ ढह जाती है, और अधिक सांसारिक और विश्वसनीय decoherence में बदल जाती है।

तथ्य यह है कि अवलोकन के साथ इन सभी प्रयोगों में, प्रयोगकर्ताओं ने अनिवार्य रूप से प्रणाली को प्रभावित किया। उन्होंने इसे एक लेज़र से जलाया और मापक यंत्र स्थापित किए। वे एक महत्वपूर्ण सिद्धांत द्वारा एकजुट थे: आप एक प्रणाली का निरीक्षण नहीं कर सकते हैं या इसके गुणों को इसके साथ बातचीत किए बिना माप नहीं सकते हैं। कोई भी इंटरैक्शन गुणों को संशोधित करने की एक प्रक्रिया है। खासकर जब एक छोटी क्वांटम प्रणाली विशाल क्वांटम वस्तुओं के संपर्क में आती है। कुछ शाश्वत तटस्थ बौद्ध पर्यवेक्षक सिद्धांत रूप में असंभव हैं। और यहां शब्द "डिकोहेरेंस" खेल में आता है, जो थर्मोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से अपरिवर्तनीय है: एक सिस्टम के क्वांटम गुण किसी अन्य बड़ी प्रणाली के साथ बातचीत करते समय बदलते हैं।

इस बातचीत के दौरान, क्वांटम सिस्टम अपने मूल गुणों को खो देता है और शास्त्रीय हो जाता है, जैसे कि एक बड़ी प्रणाली का "पालन" करना। यह श्रोडिंगर की बिल्ली के विरोधाभास की भी व्याख्या करता है: बिल्ली बहुत बड़ी प्रणाली है, इसलिए इसे बाकी दुनिया से अलग नहीं किया जा सकता है। इस विचार प्रयोग की रूपरेखा पूरी तरह से सही नहीं है।

किसी भी मामले में, यदि हम चेतना द्वारा सृजन के कार्य की वास्तविकता को मानते हैं, तो विसंगति अधिक सुविधाजनक दृष्टिकोण प्रतीत होती है। शायद बहुत सुविधाजनक भी। इस दृष्टिकोण के साथ, संपूर्ण शास्त्रीय दुनिया अव्यवस्था का एक बड़ा परिणाम बन जाती है। और सबसे अधिक में से एक के लेखक के रूप में प्रसिद्ध किताबेंइस क्षेत्र में, ऐसा दृष्टिकोण तार्किक रूप से "दुनिया में कोई कण नहीं हैं" या "मौलिक स्तर पर कोई समय नहीं है" जैसे बयानों की ओर जाता है।

सत्य क्या है : रचयिता-पर्यवेक्षक या शक्तिशाली विकृति में? हमें दो बुराइयों के बीच चयन करने की जरूरत है। फिर भी, वैज्ञानिक तेजी से आश्वस्त हो रहे हैं कि क्वांटम प्रभाव हमारी अभिव्यक्तियाँ हैं दिमागी प्रक्रिया. और जहां अवलोकन समाप्त होता है और वास्तविकता शुरू होती है, हम में से प्रत्येक पर निर्भर करता है।