Biblioteka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Biblioteka > Fizyka > ALICJA W KRAINIE KWANTÓW  



[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]  [8]  [9]  [10]  [11] 
- No cóż - powiedział Nauczyciel - to z pewnością bardzo interesująca teoria, niewątpliwie bardzo, bardzo interesująca. Jednakże mam nadzieję, że nie poczuje się pan urażony, gdy wyrażę obawę, iż przerzucił pan trudności z wyjaśnieniem zachowania elektronu na bardzo specyficzne zachowanie pańskiego potencjału kwantowego. Ponieważ według pana siła kwantowa musi wytworzyć zjawiska, które dla nas są wynikiem interferencji, musi ona zależeć od zdarzeń zachodzących w całkiem odległych miejscach. Jeśli na pańskim stole powstałaby trzecia szczelina, to siły kwantowe działające na cząstki by się zmieniły, nawet gdyby żadna cząstka nie przeszła przez ten otwór. Musi tak być, ponieważ efekty interferencyjne dla trzech otworów są inne niż dla dwóch, a pańska siła musi odtworzyć wszystkie te efekty interferencyjne, o których wiemy, że zachodzą. Co więcej, pański potencjał kwantowy - czy też układ sił kwantowych - wydaje się naprawdę bardzo skomplikowany. W tej teorii nie ma niczego takiego jak redukcja funkcji falowych, która występuje w normalnej teorii kwantowej, pański potencjał musi więc odzwierciedlać wszystkie warianty tego, co kiedykolwiek mogłoby się wydarzyć. Pod tym względem przypomina to teorię wielu światów. Zgodnie z pana teorią to, co obserwujemy, zależy od tego, jak poruszały się cząstki, gdy działała na nie pańska fala pilotująca, ale sama fala pilotująca zawierać będzie informację o wszystkich możliwych wydarzeniach i nie ma możliwości pozbycia się jej. Pańska fala musiałaby być niesłychanie skomplikowana, niczym suma wszystkich światów w teorii wielu światów, nawet jeśli jej przeważająca część może nie mieć wpływu na jakiekolwiek cząstki przez większość czasu. Fala pilotująca w pańskiej teorii wpływa na to, co cząstki robią, ale sposób, w jaki cząstki faktycznie się poruszają, nie ma żadnego wpływu na falę. Zależy ona jedynie od tego, co cząstki mogłyby zrobić. Nie ma żadnej odpowiedniości akcji i reakcji między cząstkami a falą pilotującą. Dla pana jako Mechanika Klasycznego musi to stanowić pewien kłopot. Nie chciałby pan chyba popaść w sprzeczność z prawem Newtona, że akcja i reakcja zawsze się równoważą?

W tym momencie Mechanik Kwantowy - który wszedł do sali zaraz po Mechaniku Klasycznym, ale do tej pory się nie odzywał - wystąpił do przodu i wziął kolegę za rękę.

- Chodź ze mną - powiedział. - Z pewnością nie chciałbyś się narazić na oskarżenie o herezję klasyczną w wyniku odrzucenia praw Newtona. Cała ta akademicka dyskusja, co elektrony mogłyby lub czego nie mogłyby robić, nie jest dla nas. My jesteśmy Mechanikami. Dla mnie jako Mechanika ważne jest przede wszystkim to, że prawa kwantowe istotnie działają, i to działają dobrze. Jeśli obliczę amplitudę dla jakiegoś procesu, to podpowiada mi ona, co się przypuszczalnie wydarzy. Daje mi prawdopodobieństwo różnych wyników, i to w sposób precyzyjny oraz wiarygodny. Nie jest moją rzeczą martwić się tym, co robią elektrony, kiedy na nie nie patrzę, dopóki potrafię z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć, co będą robić, gdy na nie spojrzę. Za to mi płacą.

Są rozmaite "rozwiązania" problemu pomiaru, ale żadne z  nich nie zostało powszechnie przyjęte. W praktyce mechanika kwantowa jest zwykle używana do otrzymywania amplitud, a za ich pomocą - rozmaitych prawdopodobieństw dla pewnych układów fizycznych. Amplitudy wykorzystywane są następnie do przewidywania zachowania dużych zespołów prostych układów atomowych, bez zbytniej troski o to, co się stanie się z pojedynczym układem. Wyniki dla zespołów mogą być porównane z  pomiarami, znów bez nadmiernej dbałości o to, w jaki sposób pomiary zostały dokonane. Praktyczne rozwiązanie tego problemu to zasada: "zamknij oczy i  licz". Taka interpretacja mechaniki kwantowej może być trudna do przyjęcia, ale nie ulega wątpliwości, że sprawdza się bardzo dobrze.

Spokojnie odprowadził milczącego kolegę na bok, a następnie, zwracając się do Alicji, zapytał:

- Czy sądzisz, że dowiedziałaś się już wystarczająco dużo o obserwatorach i pomiarach?

- Cóż - zaczęła Alicja - prawdę mówiąc, czuję się bardziej zdezorientowana niż byłam, zanim tu przyszłam.

- Dobrze - przerwał jej stanowczo Mechanik Kwantowy. - Uważam, że to wystarczy. Dowiedziałaś się już dość dużo. Chodź teraz ze mną i obejrzyj niektóre z rezultatów teorii kwantowej. Pozwól, że pokażę ci osobliwości Krainy Kwantów.

Robert Gilmore
(tekst i ilustracje)


Przypisy

1. Problem pomiaru polega na tym, że wybranie jednej z możliwości i zredukowanie wszystkich pozostałych amplitud w niczym nie przypomina innych zachowań kwantowych i nie jest jasne, w jaki sposób może zachodzić. Najprostsze jego sformułowanie brzmi: jak można kiedykolwiek cokolwiek zmierzyć? Według powszechnie przyjętego w mechanice kwantowej poglądu, jeśli jest kilka możliwości, to dla każdej z nich istnieć będzie amplituda, całkowita zaś amplituda dla układu jest sumą - lub inaczej superpozycją - wszystkich. Jeśli na przykład cząstka może przejść przez kilka szczelin, to całkowita amplituda dla układu składa się z amplitudy dla każdej ze szczelin i może zachodzić interferencja między poszczególnymi amplitudami. Jeśli układ będzie pozostawiony sam sobie, to amplitudy zmieniać się będą w gładki i przewidywalny sposób. Jeśli wykonujemy pomiar na układzie, który opisywany jest sumą amplitud odpowiadających różnym możliwym wartościom mierzonej wielkości, to zgodnie z teorią z jakimś prawdopodobieństwem zaobserwujemy jedną z tych wartości. Bezpośrednio po pomiarze wartość ta jest znaną wielkością (ponieważ właśnie ją zmierzyliśmy), a więc suma stanów własnych redukuje się do jednego z nich, odpowiadającego tej wartości, którą właśnie uzyskaliśmy.

2. Ortodoksyjny opis pomiaru w mechanice kwantowej ma tę wadę, że proces dokonywania pomiaru wydaje się nie do pogodzenia z resztą teorii. Jeśli teoria kwantowa jest prawdziwa w odniesieniu do atomów, a tak właśnie sądzimy, to powinna stosować się do całego świata i wszystkich jego elementów, w tym instrumentów pomiarowych. Tam, gdzie układ kwantowy może dać różne wartości, jego amplituda jest sumą stanów odpowiadających każdej z możliwych wartości. Gdy przyrząd pomiarowy sam w sobie jest układem kwantowym i mógłby zarejestrować wiele wartości, nie ma on prawa po prostu wybrać jednej z nich. Powinien znajdować się w stanie, który jest sumą amplitud dla wszystkich wyników, jakie mógłby zmierzyć, tak więc nie dałoby się dokonać żadnej jednoznacznej obserwacji.

Wygląda na to, że z tych rozważań wynikają następujące wnioski:

a) nigdy niczego tak naprawdę nie obserwujemy
lub
b) teoria kwantowa to same bzdury.

Żadnej z powyższych konkluzji nie da się obronić (niezależnie od tego, jak bardzo pociągająca by się wydawała). Wiemy bardzo dobrze, że w istocie obserwujemy zdarzenia, nie możemy też zaprzeczyć, iż teoria kwantowa odnosi jeden sukces za drugim, skutecznie opisując wszystkie obserwacje, podczas gdy żadne z alternatywnych rozwiązań teoretycznych nie sprawdza się równie dobrze. Nie możemy więc teorii kwantowej zbyt pochopnie odrzucić.
[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]  [8]  [9]  [10]  [11] 
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach