Låt oss gå tillbaka till vad som är kvantmekanik och hur vi kan använda det.

Osynlig vy

Okej, så du känner kaffe, du är nästan vaken. Dina ögon är redo för dagsljus, de blinkar och låt lite ljus komma in. När man tänker på det, så partiklar av ljus som kommer in i ansiktet och i ögonen, bildade miljoner år sedan i mitten av solen, i en tid då våra förfäder började använda eld. Solen skulle inte inte skicka partiklar som kallas fotoner, om de inte behövs för samma fenomen som skulle kunna ligga till grund för vårt luktsinne, som tunneleffekt.

Cirka 150 miljoner kilometer skiljer solen och jorden, fotonerna tar bara åtta minuter för att övervinna detta avstånd. De flesta av deras resor sker inom solen, där en typisk foton spenderar miljontals år som försöker fly. Massan hålls sedan i mitten av våra stjärnor, där väte är ca 13 gånger tätare än bly, och fotoner kan resa endast oändligt liten bråkdel av en sekund innan den absorberas vätejoner, som sedan bränder en foton att färdas från solen, mm .. Efter miljarder Sådana växlingar framträder äntligen en foton på solens yta som har skenit i miljontals år.

Kvantmekanik (© Jay Smith)

Foton skulle aldrig uppstå, och solen skulle inte lysa om kvanttunnelning inte var. Solen och alla andra stjärnor skapar ljus genom kärnfusion, bryter vätejoner och skapar helium genom en process som släpper ut energi. Varje sekund omvandlas solen till omkring 4 av miljoner ton massa. Endast vätejoner, som enskilda protoner, har positiva elektriska laddningar och avstöter mot varandra. Så hur kan de gå ihop med varandra?
Vid kvanttunnelning tillåter protonens vågegenskaper att de ibland överlappar varandra lätt som vågor som förbinder till dammens yta. Att överlappningsprotonvågor tillföres tillräckligt nära så att ytterligare kraft, såsom en stark nukleär kraft som verkar endast vid mycket små avstånd, kan den övervinna den elektriska repulsionen av partiklarna. Protonerna kollapsar sedan och släpper ut en foton.

Våra ögon är mycket känsliga för fotoner

Våra ögon har utvecklats för att vara mycket känsliga för dessa fotoner. Några senaste experiment har visat att vi även kan upptäcka enskilda foton, vilket ger ett intressant alternativ: kan människor upptäcka några speciella fall av kvantmekanik? Betecknar det att en man, som en foton eller en elektron eller Schrödinger olyckliga katt, är död och levande samtidigt om han engagerar sig direkt i kvantvärlden? Hur kan en sådan upplevelse se ut?

Det mänskliga ögat

"Vi vet inte eftersom det prövats", säger Rebecca Holmes, fysiker vid Los Alamos National Laboratory i New Mexico. För tre år sedan tog han från University of Illinois i Urbana-Champaign, Holmes var en del av en grupp ledd av Paul Kwiat, som visade att människor kan upptäcka korta ljusblixtar, som består av tre fotoner. I 2016 fann att konkurrerande grupp forskare under ledning av fysikern Alipas Vaziriovou vid Rockefeller University i New York fann att människor faktiskt ser även enstaka fotoner. Vi ser emellertid att erfarenheten inte kan beskrivas noggrant. Vaziriová försökte hon se foton skurar och berättade tidningen Nature ': "Det är som att se ljuset. Det är nästan en känsla på tröskeln till fantasi. "

Kvantmekanik - Experiment

I den närmaste framtiden förväntar sig Holmes och Vaziri experiment för att testa vad människor uppfattar när fotoner sätts in i speciella kvanttillstånd. Till exempel kan fysiker koppla en enda foton till vad de kallar superposition, där fotoner existerar samtidigt på två olika platser. Holmes och hennes kollegor föreslog ett experiment som involverade två scenarier för att testa om människor kunde uppfatta överlagring av fotoner direkt. I det första scenariot skulle en foton nå antingen vänster eller höger sida av den mänskliga näthinnan, och man skulle märka på vilken sida av näthinnan en foton kände. I det andra scenariot skulle fotonen placeras i en kvantuppsättning som skulle möjliggöra att den verkar som omöjlig - att samtidigt flyga till höger och vänster sida av ögonhinnan.

Skulle man hitta ljus på båda sidor av näthinnan? Eller skulle fotoninteraktionen i ögat orsaka att superpositionen skulle kollapsa? Om så är fallet, skulle det vara så ofta till höger som till vänster, som teorin föreslår?

Rebecca Holmes säger:

"Baserat på standard kvantmekanik skulle superpositionens foton sannolikt inte se annorlunda än den faktiskt slumpmässigt skickade foton till vänster eller höger."

Om det visar sig att en del av experimentdeltagarna verkligen uppfattar foton på båda sidorna samtidigt betyder det att personen själv var i en kvantstat?

Rebecca Holmes Han tillägger:

"Det kan sägas att observatören var ensam i quantum superpositionen i en något försumbar tid, men ingen har provat det ännu, så vi vet inte riktigt. Det är därför vi kan göra ett sådant experiment. "

Du uppfattar ditt eget sätt

Nu, låt oss gå tillbaka till koppen med kaffe. Du känner rånen som en massiv bit material, fast i kontakt med huden på din hand. Men det är bara en illusion. Vi rör aldrig någonting, åtminstone inte i betydelsen av de två fasta bitarna av materia som berör. Mer än 99,9999999999 procent av en atom består av ett tomt utrymme, med nästan hela massan centrerad i kärnan.

Kvantmekanik (© Jay Smith)

När du håller en kopp med dina händer verkar det som att hans styrkan kommer från elektronernas motstånd i koppen och i handen. Elektronerna själva har ingen volym, de är bara de uppenbara nolldimensionerna av det negativa elektriska laddningsfältet som omger atomer och molekyler som ett moln. Kvantmekanikens lagar är begränsade till specifika energinivåer kring atomer och molekyler. När handen tar tag i koppen, trycker den elektroner från en nivå till en annan, och det kräver muskelens energi att hjärnan tolkar som motstånd när man rör på något solidt.

Vår känsla av beröring bygger på en extremt komplex samverkan mellan elektronerna kring våra kroppsmolekyler och molekylerna i föremålen vi rör. Från denna information skapar vår hjärna illusionen att vi har en solid kropp som rör sig runt en värld full av andra soliga föremål. Kontakt med dem ger oss inte en exakt känsla av verkligheten. Det är möjligt att ingen av våra uppfattningar motsvarar vad som verkligen händer. Donald Hoffman, en kognitiv neurolog vid University of California, Irvine, tror att våra sinnen och hjärnor har utvecklats för att dölja verklighetens sanna natur, inte för att avslöja den.

"Min uppfattning är att faktum, vad det än är, är för komplicerat, och det tar för mycket tid och energi att bearbeta det."

Jämförelse av en världsbild i hjärnan med ett grafiskt gränssnitt på datorn

Hoffman jämför bilden av världens konstruktion i vår hjärna med det grafiska gränssnittet på datorskärmen. Alla färgikoner på skärmen, som korg, muspekare och filmapp, är inte relaterade till vad som verkligen händer inne i datorn. Det är bara abstraktioner, förenklingar som gör det möjligt för oss att kommunicera med komplex elektronik.

Enligt Hoffmans syn har evolutionen förändrat vår hjärna för att fungera precis som ett grafiskt gränssnitt som inte producerar världen ganska troget. Evolution stöder inte utvecklingen av korrekt uppfattning, det använder bara det som möjliggör överlevnad.

Som Hoffman säger:

"Form dominerar verkligheten."

Hoffman och hans doktorander har testat hundratusentals datamodeller de senaste åren för att testa sina idéer i simuleringar av artificiella livsformer som strider mot begränsade resurser. I vilket fall som helst är organismerna programmerade för att ge preferens till fysisk kondition, när realiteterna inte är desamma som de som är gjorda för korrekt uppfattning.

Till exempel om en organism konstruerad för att noggrant urskilja, till exempel, den totala mängden vatten som är närvarande i miljön, och körs in i en organism som är avstämd för att känna av något enklare, t ex den optimala mängden vatten som behövs för att överleva. Så medan en organism kan skapa en mer exakt form av verklighet, ökar inte denna egenskap sin överlevnadskapacitet. Hoffmans studie ledde honom till en anmärkningsvärd slutsats:

"I den utsträckning vi är inställda på att upprätthålla livet, kommer vi inte att vara anpassade till verkligheten. Vi kan inte göra det. "

Quantumteori

Hans tankar håller med vad vissa fysiker betraktas som den centrala idén om kvantmekaniska teorin - det verklighetsuppfattning är inte helt objektiv, kan vi inte separera från världen, som vi observerar.

Hoffman ser fullständigt denna uppfattning:

"Rymden är bara en datastruktur, och fysiska objekt är i sig de datastrukturer vi skapar under flygningen. När jag tittar på en kulle skapar jag denna datastruktur. Då tittar jag någon annanstans och bryter denna datastruktur eftersom jag inte behöver det längre. "

Som Hoffmans arbete visar har vi ännu inte beaktat kvantteoriens fulla betydelse och vad den säger om verklighetens natur. Under större delen av sitt liv försökte Planck själv förstå den teori han hjälpte till att skapa och trodde alltid på en objektiv uppfattning om universum som existerar oberoende av oss.

Han skrev en gång om varför han bestämde sig för att ägna sig åt fysiken mot hans lärares råd:

"Den yttre världen är något oberoende av människan, det är något absolut, och sökandet efter de lagar som gäller för detta verkar absolut vara den mest upphöjda vetenskapliga erfarenheten av livet."

Kanske tar det ytterligare ett sekel innan en annan revolution i fysiken visar om han hade rätt eller fel, som sin professor Philip von Jolly.