⚡ Превращение частицы в волну вполне удалось увидеть. Как это сделали?

Наверняка вы много раз слышали что для наблюдения того или иного квантового эффекта или фиксации того или иного свойства выходящего за рамки представления классической или школьной физики необходимо опустить температуру системы до значений абсолютного нуля Ну или хотя бы приблизиться к ним меня как и раньше зовут Юрий Трифонов и сегодня мы с вами попробуем разобраться Каким образом низкая температура с физической точки зрения влияет на способность наблюдать Такие интересные и даже я бы сказал нестандартные для классического восприятия эффекты явления параметры и прочее прочее прочее для того чтобы понимать причину такого специфического поведения системы при абсолютном нуле нужно вообще разобраться с тем что происходит с системой при понижении температуры здесь нужно обратиться к таким явлениям как внутренняя энергия к таким явлениям как типовое движения И вообще разобраться с термодинамическими параметрами Давайте вспомним Что такое температура с точки классической физики собственно не будет неправильным сказать что температура - это мера кинетической энергии этой системы фактически температура - это косвенная или даже нет это прямая характеристика того насколько интенсивно перемещаются частички внутри того или иного рассматриваемого тела той или иной рассматриваемой системы если частички перемещаются быстро если частички постоянно пульсируют и находятся в непрерывном и хаотическом или там упорядоченном не столь важно движение то мы можем смело говорить о том что система имеет высокую энергию и система обладает при этом высокой температурой фактически разогрев сковородки на газовой плите - это процесс увеличения интенсивности движения частичек внутри этой сковородки Ну а температура при этом это как раз-таки характеристика и показатель того насколько интенсивно эти частички движутся Это очевидно из того что мы сейчас с вами сказали а что случается если температура системы понижается здесь в общем-то тоже довольно-таки очевидно из стандартных закономерностей что интенсивность движения частиц при этом уменьшается Чем больше мы охлаждаем систему тем меньше у неё тепловой энергии и тем менее интенсивно в нём движутся частицы опять ничего принципиально нового я вам сейчас не сказал теперь обратимся к тому что мы называем абсолютным нулём абсолютный нуль в понимании физики - это такая предельная сти при которой пропадают любые тепловые движения этот параметр часто называют тепловой смертью тепловой смертью Вселенной иногда при достижении этого барьера можно смело сказать что все частички внутри тела перестают двигаться частички перестают двигаться поэтому нет температуры Поэтому вся энергия у системы отнято вся тепловая энергия у системы и из-за этого система находится в абсолютном равновесии нету стандартных тепловых колебаний нет ничего всё замирает это такой я не знаю даже анабиоз или что-то такое частички находятся в таком непонятном хитром состоянии когда их практически Ну никак невозможно описать кроме как точку и вот про это кстати говоря мы чуть позже поговорим Ну так вот когда мы достигли температуры абсолютного нуля то мы не можем говорить о тепловом движении Что это значит Это значит что если мы не можем наблюдать тепловое движение то и тепловое движение не может нам помешать Вы наверняка не раз слышали Что для того чтобы работал квантовый компьютер который многие утверждают что не существует необходимо добиться предельно низких температур как всегда идеальный показатель там Абсолютный ноль но добиваться абсолютных значений как Мы помним в лабораторных условиях Ну мягко говоря не всегда просто поэтому во всех этих примерах которые мы сейчас будем разбирать будем исходить из того что температура близка к абсолютным показателям что это недельное значение и кстати говоря я ещ сейчас проработал информацию потом м канале напишу комментарий на эту тему нужно посмотреть реально ли достигли температуры абсолютного нуля в лабораторных условиях тот самый кубит тот самый скажем так квантовый процессор работает благодаря тому что мы можем наблюдать квантовые явления в нашем макромире Помните я вам чуть выше сказал что нужно обратить внимание на то что нам система мешает так вот представим себе интересное такое явление есть непонятная хитрая малень сложно наблюдаемое и не энергетически эффективное явление например там представим себе матрас состоящий из большого количества пружин где есть маленькая пружинок которая тоже колеблется и вот мы этот матрас начинаем сжимать все пружины ходят с какой-то интенсивностью с какой-то там силой сжатия обладают какой-то упругостью при этом маленькая пружинка колеблется допустим в противофазе этому движению и система вроде как это всё допускает но с учётом того что в какой-то момент может произойти спонтанное нажатие на эту пружинку в какой-то момент эта пружинка там за что-то зацепится и так далее она скорее всего начнёт колебаться вместе со всей системой и вот это вот сжатие большого матраса приведёт скорее всего к тому что мы будем сжимать в этом же направлении Нашу маленькую пружинку Хотя при этом теоретически возможно что среди вот этих вот пружин в матрасе где-нибудь маленькая пружинка начнёт колебаться вот таким образом И вот теперь посмотрим на любую макро систему любая макросистема по крайней мере относительно термодинамики устроена примерно как матрас частички колеблются у некоторых точек равновесия некоторые частички вообще путешествуют по всей системе и есть вот эти вот несчастные квантовые явления которые практически в макромире не наблюдают эффекты макромира эффекты классической физики такая там инерция такие там теплоёмкость такие там как вот всё остальное что мы изучали ещ в школе тем или иным образом препятствует проявлению квантового свойства и вот теперь представим что в обычной термодинамической системе существует непонятный вот такой вот маленький и сложно наблюдаемый параметр Так мы его никогда просто не увидим или он будет просто заглушен теми макро явлениями которые наблюдаются Именно поэтому про квантовый компьютер о котором мы сказали стоит рассуждать только в разрезе низких температур когда температура системы понижена мы можем сохранять то самое шаткое квантовое состояние Согласно теории это устроено там простым образом у нас тот самый кубит находится в состоянии равновесие в квантовой суперпозиции Мы помним что квантовая суперпозиция - это статистическая штука которая говорит что у системы есть сразу все состояния но с разными вероятностями их существования Ну а для того чтобы выявить конкретное состояние которое нас интересует мы должны провести измерение измерение благодаря работе закона наблюдателя про который у нас конечно был ролик он где-нибудь там в подсказках плывёт или по ссылочки будет должен тем или иным способом здесь очень интересный момент который спорные непонятные и много здесь всегда разговоров на эту тему Но эффект наблюдателя тем или иным способом должен на систему воздействовать и система должна перейти в то или иное состояние опустим сечас те сложные рассуждения которые уже были в тех вот предыдущих роликах на которые не будем думать почему эффект наблюдателя каким-то образом влияет на систему как это происходит Что именно делает наблюдатель и Можно ли считать что Вариант действительно Случайный хотя на мой взгляд Я уже много раз говорил что считать так нельзя и вот это вот всё это к вопросу не относится рассмотрим именно вот квантовое явление фактически нам для того чтобы квантовое вычисление было закончено необходимо чтобы отработал эффект наблюдателя но ение квантовой у на нечего будет измерять а квантовая суперпозиция - это очень такое хитрое не стойкое нестабильное состояние которое очень сложно сохранить именно по этой причине когда мы говорим про квантовую суперпозиции нам нужно чтобы ей ничего другого не мешало Именно поэтому мы стараемся достичь температуры абсолютного нуля или близ темпера для того чтобы рабо ком главны сложных ограничений которые нужно обойти для того чтобы квантовые компьютеры стали доступны широкому пользователю стали доступны для нас с вами вот в домашних условиях Потому что сейчас наблюдается очень интересная штука у нас на канале Я думаю вы знаете есть рубрика квантовый компьютер в телеграме она есть и там мы много раз рассматривали фотографии существующего так называемого квантового процессора и видели что по сути процессор квантового компютера от процессора обычного компютера тем что он чуточку больше а ВС остальное вот эти вот целые огромные комнаты ВС это системы грубо говоря жизнеобеспечение этого процессора и фактически процессор не будет работать если не создана низкая температур напрямую квантовым явлениям мешает тепловое движение частичек для того чтобы избавиться от теплового движения частичек Что нужно сделать из того что мы сейчас с вами сказали чуть выше напрямую следует что нужно притормозить это движение благо мы понимаем как притормозить движение частиц которые находятся ещё где-то на микроуровне и которые поддаются остановке посредством отвода энергии от этой системы отвод энергии от этой системы - это фактически понижение температуры системы и Чем ниже будет температура системы что следует из того что мы с вами уже проговорили тем менее интенсивным будет движение частичек входящих в состав этой системы когда система остановилась тот самый пример про матрас обсуждаемый чуть выше мы можем рассматривать как возможность движения вот этих вот квантовых пружинок маленьких которые могут проявлять своё истинное свойство примерно так происходит и в квантовом компьютере примерно так происходит при наблюдении того или иного квантового явления нет помех квантовая система работает теперь касательно интересного наблюдения которое мы хотели обозначить относительно Недавно были проведены исследования благодаря которым наконец удалось запечатлеть явление вот этого вот корпускулярно-волнового дуализма Хотя сейчас наверно месте не говорить что явление волновой природы частиц поскольку это уже вроде как синонимы волновая природа частиц - это более ёмкое явление и так вот есть ряд фотографий которые я сейчас конечно же приведу которые были сделаны с помощью наблюдения за системой при переходе её к минимально возможном энергетическом состоянии то что вы видите на экране - это атомы лития фотографируя эту систему много раз с учётом того что никакие внешние явления классической физики на систему не влияют мы можем сказать что те колебания которые мы наблюдаем это и есть проявление волновой природы частицы поскольку волновая природа частиц - это явление квантовое очень легко заглушить фактически мы как всегда косвенно здесь конечно да можно придраться но мы наблюдаем что частичка или то что мы называем частичкой ведёт себя примерно как волна особенно когда мы наблюдаем некоторое статистическое распределение мы понимаем что фактически мы видим вместо точки синусоиду и вот те фотографии которые вы видели чуть выше Посмотрите на них ещё раз показывают нам что точки превращаются в то что иллюстрирует некоторое состояние волны иными словами мы наблюдаем состояние корпускулярно нового дуализма а говоря более простым и подходящим здесь языком мы наблюдаем что частицы проявляют волновые свойства или мы наблюдаем природу частиц я-то предлагаю сейчас исходить вообще только из того что любая частица любая частица квантового уровня - это волна а волновая природа частиц при некоторых условиях проявляет свойство характерные для классических явлений и вот вот эти вот фотографии вот эти вот измерения позволяют предположить что скорее всего мы в общем-то в этих предположениях правы и насколько мне известно этот эксперимент считается чуть ли не одним из первых который позволил это зачалить и реально увидеть вот в таких вот лабораторных условиях согласитесь это очень интересно И самое главное это очень важно волновая природа - это свойство квантовое и для того чтобы увидеть волновую природу системе ничего не должно мешать поэтому мы пошли простым путём мы лишили систему всей тепловой энергии и при таких условиях частица просто технически не могла проявлять свои термодинамические свойства здесь стоило бы вспомнить Такие интересные штуки как например сверхтекучесть Если вы помните конечно Про это была статья ссылка будет в описании вы вспомните что это такое но косвенно - это Преодоление потенциального барьера которые частичка бы преодолевать была бы не должна это сугубо квантовое явление и в мире классической физике классической механике мы такого наблюдать не должны А мы наблюдаем дальше сверхпроводимость - это явление полной потери сопротивления у проводника фактически здесь можно конечно попробовать притянуть механику классическую и сказать что это не совсем таки квантовое явление но тем не менее сверхпроводимость проще объяснить через квантовую физику а заключается она в том что грубо говоря у проводника пропало любое внутреннее трение это очень интересно потому что ну сопротивление - это неотъемлемая часть любой макро системы квантовый компьютер Мы уже сказали работает при низких температурах и вот любое квантовое явление Тот же эффект наблюдателя эффект квантовой позиции и прочее прочее прочее проявляет себя именно когда ему не мешают макро явление и тут мы наблюдали почему это происходит Мы видели что частица которая должна была полностью остановиться является точкой проявляет те свойства которые ей должна так сказать даровать немножко странно звучит но тем не менее фактически система ведёт себя так как это описывает математика фактически система ведёт себя так как должна была вести волна при том что физические частицы находятся в состоянии покоя это вот очень интересно важно и обязательно это стоит обращать внимание Ну я думаю из всего что мы с вами сказали напрямую следует ответ на вопрос почему ведь собственно именно так заявлена тема ролика причина простая нам не должны мешать макро явления нам не должны мешать те явления которые могут разрушить квантовую суперпозиции помешать проработать эффекту наблюдателя или исключить там допустим магнитную левитацию обязательно Оцените ролик лайком обязательно подпишитесь на кана очень важны как для продвижения проекта так и для меня чем больше лайков тем больше зрителей видят мои ролики и тем больше людей знают что физика на самом деле - это значительно более интересная штука чем то что нам пытаются преподавать в школе и так далее и тому подобное Ну и просто мне приятно что вы мою работу оцениваете высоко И ставите лайки До новых встреч всем всего самого наилучшего пока