Квантовая физика и нити пространства - страница 3

Одна из теорий квантовой механики допускает, что при манипуляции с частицами имеется возможность устранения независимости их поведения. Это физическое явление носит название квантовой запутанности. Она может возникать, как естественным, так и искусственным путем в результате столкновения частиц. В естественных условиях независимые состояния частиц встречаются значительно реже, чем связанные. Примером могут служить атомы химических элементов. Когда атомы стабильны, электронные облака и ядра в них находятся в запутанном состоянии, потому что расположение их составляющих электронов, протонов, нейтронов не может быть независимым. В лабораторных условиях независимости частиц лишают искусственно, Например, сталкивая их между собой. Суть её проста и в тоже время, сложная. Она заключается в том, что если связать между собой две элементарные частицы, то манипулируя одной, можно заставить другую реагировать в ответ на действия с первой частицей, даже если их удалить на значительные расстояния друг от друга. В большинстве экспериментов используют фотоны, которые связывают между собой с помощью лазеров. Неоднократно проведенные эксперименты неизменно подтверждали физическое существование квантовой запутанности. Так в 2008 году группа швейцарских исследователей разнесла два потока спутанных фотонов на 18 километров, а в 2010 году группе австрийских исследователей удалось разнести потоки запутанных фотонов на 144 километра. При этом было установлено, что скорость взаимодействия значительно превышала скорость света. Кроме квантовой запутанности в квантовом мире действует не менее странный закон ограничение скорости. Это доказали ученые из Университета в Бонне. Поставленные ими эксперименты показали, что максимальная скорость в квантовых операциях определяется неопределенностью их энергетических состояний. То есть, чем больше у неё энергетической свободы, тем с большей скоростью она может двигаться. Ученые проводили опыты по транспортировки атомов цезия. Было замечено, чем глубже была «долина», в которую они помещали атом цезия, тем больше у него было возможностей принять различные энергетические квантовые состояния, Тем быстрее можно было переместить атом из одного местоположения в другое.

Тунеллирование одна из заметных загадок странностей квантовой физики. Это явление квантовой природы, которое в классической механике не может происходить. Суть его заключается в следующем. Микрочастица может преодолеть потенциальный барьер, когда её полная энергия меньше высоты барьера. При тунеллировании сохраняются как полная энергия частицы, так и её и импульс. Из уравнения де Бройля следует, что элементарные частицы имеют определенный импульс и определенную длину волны. Из вероятностной интерпретации Борна следует, если частица не локализирована в пространстве, то неопределенность её положения становится бесконечной. Но в реальности длины волн не бесконечны, поэтому неопределенность положения частицы и неопределенность её импульса имеют ограниченное значение. Эффект квантового тунеллирования возникает, когда частицы движутся через барьер, который по канонам классической физики, они не могут пройти. Барьером может быть непроходимая среда в виде области с высоким потенциалом энергии. Если при столкновении частицы с барьером, она как квантовая волна не погаснет, а ее амплитуда уменьшится, то это будет означать уменьшение вероятности прохождения частицы сквозь барьер. Если барьер будет достаточно тонкий, то амплитуда частицы в этом случае может быть ненулевой с другой стороны барьера. Следовательно, существует вероятность того, что отдельные частицы будут проходить через барьер. В физике нет единого определения туннельного времени, потому что время не является оператором в квантовой механике. Эксперименты по определению времени прохождения сквозь барьер квантовых частиц вследствие малых масштабов времени (аттосекунды) и масштабов длины (субнанометры), а также из-за помех окружающей среды, очень затруднительны. Впервые тунелльное время было измерено и описано в 1962 году немецким физиком Томасом Хартманом и с тех пор носит название эффект Хартмана. В результате проведенных экспериментов Хартман установил. тунеллирование является сверхсветовым процессом. Неоднократно проведенные экспериментальные проверка эффекта Хартмана независимо с какой точностью физики определяли время туннелирования, он неизменно проявлялся. Последние сомнения в точности проведения экспериментов по определению времени туннелирования поставили исследователи из Университета Торонто Дэвид Спирингс и Изабель Рашико. Барьером для прохождения служил лазерный луч, сквозь который исследователи пропустили магнитное поле. Потом взяли атомы рубидия. Спины атомов были ориентированы в определенном направлении, Направили атомы на барьер. часть из них прошла через него. Затем измерили спины атомов рубидия на другой стороне барьера и определили время тунеллирования атомов через лазерный луч. В итоге оказалось, что скорость прохождения атомов сквозь барьер превышает скорость света 10