ลองกลับไปดูว่ากลศาสตร์ควอนตัมคืออะไรและเราจะใช้ประโยชน์ได้อย่างไร

มุมมองที่มองไม่เห็น

เอาล่ะคุณรู้สึกกาแฟแล้วล่ะ ตาของคุณพร้อมสำหรับแสงแดดแล้วกะพริบและปล่อยให้แสงเข้ามา เมื่อคุณนึกถึงอนุภาคแสงที่เข้าสู่ดวงตาและดวงตาของคุณเกิดขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีที่กลางดวงอาทิตย์ในขณะที่บรรพบุรุษของเราเริ่มใช้ไฟ ดวงอาทิตย์จะไม่ได้ส่งอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอนถ้าไม่จำเป็นสำหรับปรากฏการณ์เดียวกันซึ่งอาจเป็นพื้นฐานของกลิ่นของเราอุโมงค์ควอนตัม

เกี่ยวกับ 150 นับล้านกิโลเมตรแยกดวงอาทิตย์และโลกโฟตอนใช้เวลาเพียงแปดนาทีเพื่อเอาชนะระยะทางนี้ การเดินทางส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ซึ่งโฟตอนทั่วไปใช้เวลาหลายล้านปีในการหลบหนี มวลจะถูกเก็บไว้แล้วในช่วงกลางของดาวของเราซึ่งไฮโดรเจนเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 13 ครั้งหนาแน่นกว่าตะกั่วและโฟตอนสามารถเดินทางส่วนเท่านั้นขนาดเล็กกระจิริดของวินาทีก่อนที่จะถูกดูดซึมไฮโดรเจนไอออนที่แล้วยิงโฟตอนจะเดินทางจากดวงอาทิตย์ ฯลฯ .. หลังจากที่พันล้าน การปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวเกิดขึ้นในที่สุดโฟตอนบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่ได้รับการส่องแสงเป็นเวลาหลายล้านปี

กลศาสตร์ควอนตัม (© Jay Smith)

Photons จะไม่เกิดขึ้นและดวงอาทิตย์จะไม่ส่องแสงหากการเจาะอุโมงค์ควอนตัมไม่ได้ ดวงอาทิตย์และดวงดาวอื่น ๆ สร้างแสงโดยการหลอมนิวเคลียร์ไฮโดรเจนไอออนและสร้างฮีเลียมด้วยกระบวนการที่ปล่อยพลังงาน ทุกๆอาทิตย์ดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนเป็นประมาณสิบล้านตัน เฉพาะไอออนไฮโดรเจนเช่นเดียวกับโปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกและถูกขับออกจากกัน ดังนั้นวิธีที่พวกเขาสามารถผสานกับแต่ละอื่น ๆ ?
ในอุโมงค์ควอนตัมลักษณะคลื่นของโปรตอนช่วยให้บางครั้งพวกเขาทับซ้อนกันได้ง่ายเป็นคลื่นที่เชื่อมต่อกับพื้นผิวของบ่อ โดยการทับซ้อนกันคลื่นโปรตอนจะถูกนำมาใกล้พอที่จะทำให้ความแรงอื่น ๆ เช่นแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งซึ่งทำงานเฉพาะในระยะทางสั้น ๆ สามารถเอาชนะการขับไล่อนุภาคของไฟฟ้าได้ โปรตอนล่มสลายและปลดปล่อยโฟตอน

ตาของเรามีความไวต่อโฟตอน

สายตาของเรามีวิวัฒนาการไปมากไวต่อโฟตอนเหล่านี้ บางการทดลองเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถตรวจจับโฟตอนแต่ละตัวซึ่งเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ: คนสามารถตรวจพบกรณีพิเศษบางอย่างเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมได้หรือไม่? นั่นหมายความว่าผู้ชายคนหนึ่งเช่นโฟตอนหรืออิเล็กตรอนหรือแมวที่โชคร้ายของSchrödingerตายและมีชีวิตอยู่ในเวลาเดียวกันถ้าเขาเข้าร่วมโดยตรงในโลกควอนตัม? ประสบการณ์แบบนี้จะเป็นอย่างไร?

สายตามนุษย์

Rebecca Holmes, นักฟิสิกส์แห่ง Los Alamos National Laboratory ประเทศเม็กซิโกกล่าวว่า "เราไม่รู้เพราะไม่มีใครพยายามทำ สามปีที่ผ่านมาเขาจบการศึกษาจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign โฮล์มส์เป็นส่วนหนึ่งของทีมที่นำโดยพอล Kwiat ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคนที่สามารถตรวจจับการกระพริบของแสงสั้นประกอบด้วยสามโฟตอน ใน 2016 เธอพบว่ากลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่แข่งขันกันซึ่งนำโดยนักฟิสิกส์ Alipawa Vaziri จาก Rockefeller University ในนิวยอร์กพบว่าผู้คนมองเห็นโฟตอนแต่ละอย่าง อย่างไรก็ตามเราพบว่าประสบการณ์ดังกล่าวไม่สามารถอธิบายได้อย่างถูกต้อง Vaziri เธอได้พยายามที่จะเห็นโฟตอนกะพริบและบอกกับนิตยสาร Nature ว่า "ไม่ใช่แค่การได้เห็นแสง เกือบจะเป็นความรู้สึกที่จุดเริ่มต้นของจินตนาการ "

กลศาสตร์ควอนตัม - การทดลอง

ในอนาคตอันใกล้นี้โฮล์มส์และวาซิรีคาดว่าการทดลองเพื่อทดสอบสิ่งที่ผู้คนรับรู้เมื่อโฟตอนถูกแทรกเข้าสู่สถานะควอนตัมพิเศษ ตัวอย่างเช่นนักฟิสิกส์สามารถเชื่อมโยงโฟตอนเดียวกับสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าการซ้อนทับซึ่งมีโฟตอนอยู่พร้อมกันในสองตำแหน่งที่แตกต่างกัน โฮล์มส์และเพื่อนร่วมงานแนะนำการทดลองที่เกี่ยวข้องกับสองสถานการณ์เพื่อทดสอบว่าผู้คนสามารถรับรู้การซ้อนโฟตอนได้โดยตรงหรือไม่ ในสถานการณ์แรกโฟตอนหนึ่งจะไปถึงด้านซ้ายหรือด้านขวาของเรตินาของมนุษย์และจะสังเกตเห็นว่าเรโฟตอนรู้สึกว่าโฟตอนใด ในสถานการณ์ที่สองโฟตอนจะถูกวางไว้ในปริมาณควอนตัมที่จะทำให้มันดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะบินไปทางขวาและซ้ายของเรตินาตาพร้อมกัน

หนึ่งจะหาแสงทั้งสองด้านของจอประสาทตา? หรือโฟตอนปฏิสัมพันธ์ในดวงตาจะทำให้เกิดการซ้อนทับเพื่อยุบ? ถ้าเป็นเช่นนั้นมันจะเป็นบ่อยเท่าทางซ้ายมือตามทฤษฎีหรือไม่?

Rebecca Holmes กล่าวว่า:

"ขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ควอนตัมมาตรฐานโฟตอน superposition อาจจะไม่ได้ดูแตกต่างจากโฟตอนจริงที่สุ่มส่งไปทางซ้ายหรือขวา"

หากปรากฎว่าผู้เข้าร่วมการทดสอบบางคนได้รับรู้โฟตอนในเว็บไซต์ทั้งสองแห่งในเวลาเดียวกันหมายความว่าบุคคลนั้นอยู่ในสถานะควอนตัมหรือไม่?

Rebecca Holmes เขาเสริม:

"อาจกล่าวได้ว่าผู้สังเกตการณ์อยู่คนเดียวในการซ้อนทับของควอนตัมในระยะเวลาสั้น ๆ แต่ก็ไม่มีใครพยายามทำมาก่อนดังนั้นเราจึงไม่ทราบจริงๆ นั่นเป็นเหตุผลที่เราสามารถทดลองได้ "

คุณรับรู้วิธีของคุณเอง

ตอนนี้ขอกลับไปที่ถ้วยกาแฟ คุณรู้สึกว่าแก้วเป็นชิ้นเนื้อแข็งแน่นในการสัมผัสกับผิวหนังของมือคุณ แต่มันเป็นเพียงภาพลวงตา เราไม่เคยแตะต้องอะไรเลยอย่างน้อยก็ไม่ได้อยู่ในความรู้สึกของทั้งสองชิ้นที่เป็นของแข็งของสิ่งที่สัมผัส มากกว่าร้อยละ 99,9999999999 ของอะตอมประกอบด้วยพื้นที่ว่างเกือบทั้งหมดของมวลศูนย์กลางในแกน

กลศาสตร์ควอนตัม (© Jay Smith)

เมื่อคุณถือถ้วยด้วยมือของคุณดูเหมือนว่าเขา ความแข็งแรงมาจากความต้านทานของอิเล็กตรอนในถ้วยและในมือ. อิเล็กตรอนเองไม่มีปริมาตรเลยพวกมันเป็นเพียงศูนย์ที่เป็นศูนย์ของสนามประจุไฟฟ้าเชิงลบซึ่งล้อมรอบอะตอมและโมเลกุลเหมือนกับเมฆ กฎของกลศาสตร์ควอนตัม จำกัด เฉพาะระดับพลังงานที่อยู่รอบ ๆ อะตอมและโมเลกุล. ในขณะที่มือคว้าถ้วยจะผลักดันอิเล็กตรอนจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งและจะต้องใช้พลังงานของกล้ามเนื้อที่สมองตีความว่าเป็นตัวต้านทานเมื่อสัมผัสกับบางสิ่งบางอย่าง

สัมผัสของเราขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนมากระหว่างอิเล็กตรอนรอบโมเลกุลของร่างกายของเราและโมเลกุลของวัตถุที่เรากำลังสัมผัส จากข้อมูลนี้สมองของเราสร้างภาพลวงตาที่เรามีร่างกายที่แข็งแรงซึ่งเคลื่อนที่ไปทั่วโลกที่เต็มไปด้วยวัตถุแข็งอื่น ๆ. การติดต่อกับพวกเขาไม่ได้ทำให้เราเข้าใจถึงความเป็นจริงที่แน่นอน เป็นไปได้ว่าการรับรู้ของเราไม่สอดคล้องกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงๆ โดนัลด์ฮอฟฟ์แมนนักประสาทวิทยาด้านความรู้ความเข้าใจแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเออร์ไวน์เชื่อว่าประสาทสัมผัสและสมองของเรามีวิวัฒนาการมาเพื่อบดบังธรรมชาติที่แท้จริงของความเป็นจริงไม่ให้เปิดเผย

"ความคิดของฉันคือความจริงที่ว่ามันคืออะไรที่ซับซ้อนเกินไปและต้องใช้เวลาและพลังงานมากเกินไปในการประมวลผล"

การเปรียบเทียบภาพของโลกในสมองกับส่วนติดต่อแบบกราฟิกในเครื่องคอมพิวเตอร์

Hoffman เปรียบเทียบภาพของการสร้างโลกในสมองของเราด้วยอินเทอร์เฟซแบบกราฟิกบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ไอคอนสีทั้งหมดบนหน้าจอเช่นตะกร้าตัวชี้เมาส์และโฟลเดอร์ไฟล์ไม่เกี่ยวข้องเลยกับสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ พวกเขาเป็นเพียง abstractions, simplifications ที่ช่วยให้เราสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน

ตามมุมมองของ Hoffman วิวัฒนาการได้เปลี่ยนสมองของเราให้มีสมรรถภาพเหมือนกับส่วนติดต่อแบบกราฟิกที่ไม่สามารถผลิตโลกได้อย่างสุจริต วิวัฒนาการไม่สนับสนุนการพัฒนาการรับรู้ที่ถูกต้องเพียงใช้สิ่งที่ช่วยให้รอด

เป็นฮอฟแมนพูดว่า:

แบบฟอร์มครอบงำความเป็นจริง

ฮอฟแมนและนักศึกษาปริญญาโทของเขาได้ทดสอบเครื่องคอมพิวเตอร์หลายร้อยหลายพันแบบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเพื่อทดสอบแนวคิดของพวกเขาในการจำลองรูปแบบชีวิตเทียมที่มีการโต้แย้งทรัพยากรที่ จำกัด ไม่ว่าในกรณีใดสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ถูกตั้งโปรแกรมให้เหมาะกับสมรรถภาพทางกายเมื่อความเป็นจริงไม่เหมือนกันกับการรับรู้ที่ถูกต้อง

ตัวอย่างเช่นถ้าสิ่งมีชีวิตหนึ่งได้รับการออกแบบให้สามารถรับรู้ได้อย่างถูกต้องตัวอย่างเช่นปริมาณน้ำทั้งหมดที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมจะพบสิ่งมีชีวิตที่ปรับให้รับรู้สิ่งที่ง่ายกว่าเช่นปริมาณน้ำที่ต้องการในการดำรงชีวิต ดังนั้นในขณะที่สิ่งมีชีวิตหนึ่งสามารถสร้างรูปแบบที่ถูกต้องมากขึ้นของความเป็นจริงคุณสมบัตินี้จะไม่เพิ่มขีดความสามารถในการอยู่รอดของตัวเอง การศึกษาของฮอฟแมนทำให้เขาได้ข้อสรุปที่โดดเด่น:

"ในขอบเขตที่เราปรับตัวเพื่อรักษาชีวิตเราจะไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับความเป็นจริงได้ เราไม่สามารถทำมันได้ "

ทฤษฎีควอนตัม

ความคิดของเขาสอดคล้องกับสิ่งที่นักฟิสิกส์บางคนคิดว่าเป็นแนวคิดหลักของทฤษฎีควอนตัมนั่นคือการรับรู้ถึงความเป็นจริงไม่ได้มีวัตถุประสงค์ทั้งหมดเราไม่สามารถแยกออกจากโลกที่เราสังเกตได้

ฮอฟแมนมองมุมมองนี้อย่างเต็มที่:

"อวกาศเป็นเพียงโครงสร้างข้อมูลและวัตถุทางกายภาพเป็นโครงสร้างข้อมูลที่เราสร้างขึ้นเองในเที่ยวบิน เมื่อฉันมองไปที่เนินเขาฉันจะสร้างโครงสร้างข้อมูลนี้ แล้วฉันมองไปที่อื่นและทำลายโครงสร้างข้อมูลนี้เพราะฉันไม่ต้องการมันอีกต่อไป "

ดังที่งานของ Hoffman แสดงให้เห็นว่าเรายังไม่ได้พิจารณาความหมายทั้งหมดของทฤษฎีควอนตัมและสิ่งที่กล่าวเกี่ยวกับธรรมชาติของความเป็นจริง ตลอดชีวิตของเขาพลังค์พยายามที่จะเข้าใจทฤษฎีที่เขาช่วยสร้างขึ้นและเขามักจะเชื่อในการรับรู้ที่เป็นเป้าหมายของจักรวาลที่ดำรงอยู่โดยไม่ขึ้นกับเรา

เขาเคยเขียนเกี่ยวกับเหตุผลที่เขาตัดสินใจที่จะอุทิศตัวเองเพื่อฟิสิกส์กับคำแนะนำของครูของเขา:

โลกภายนอกเป็นสิ่งที่เป็นอิสระจากมนุษย์มันเป็นสิ่งที่แน่นอนและการค้นหากฎหมายที่ใช้กับมันอย่างดูเหมือนจะให้ฉันเป็นประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในชีวิต "

อาจจะต้องใช้เวลาอีกศตวรรษก่อนที่การปฏิวัติฟิสิกส์ครั้งอื่นจะพิสูจน์ว่าเขาถูกหรือผิดเช่นเดียวกับศาสตราจารย์ Philip von Jolly