Есть тут физики?
Всем привет, ну объясните мне, простыми словами, что значит -задача трех тел?
вики гчень сложно.как я понимаю это то что может быть но невозможно? Как кот Шредингера
Всем привет, ну объясните мне, простыми словами, что значит -задача трех тел?
вики гчень сложно.как я понимаю это то что может быть но невозможно? Как кот Шредингера
Здравствуйте уважаемые пользователи Пикабу. В моём посте речь пойдёт о том почему невозможно управлять вселенной не привлекая внимания санитаров или же научно говоря от том почему о псевдонаучных спекуляциях и эффекте наблюдателя в квантовой физике. Поверхностно пробегусь по СТО Альберта Эйнштейна, коснусь вопроса парадоксов в квантовой механики и самых распространённых заблуждений на их счёт и то откуда они вообще берут свои корни.
Многие из вас наверняка слышали о знаменитом мысленном эксперименте, придуманном Шредингером на заре становления квантовой физики, которую в своё время не признавал даже Эйнштейн. Настолько она была невероятна.
В то время были открыты так называемые корпускулярно-волновые свойства фотонов (от слова «частица»).
Раньше долгие годы теория Ньютона о том, что пространство-время постоянно и статично, не поддавалась сомнению.
До тех пор, пока один ученый (не помню, как его звали), не забрался высоко в горы. Там он провёл эксперимент, который поразил всех ученых того времени.
Он направил поток света с одной горы на другую. И заметил, что луч света движется не прямо, а изгибается.
Тогда он понял, что пространство вблизи земли, на которой мы живём, не является евклидовым, то есть оно само искривлено.
На вопрос, почему так, ответил Эйнштейн в своей специальной теории относительности.
Гравитация вблизи массивных объектов, таких как земля, под действием её массы искажается. Представьте себе батут, на который положили металлический шар.
В данном случае батут двумерный. То же самое происходит под действием массы земли с самим пространством. Но не только с ним.
Эйнштейн также доказал в СТО, что время и пространство во вселенной неразрывны.
Время вблизи массивных объектов замедляется.
Скорость движения объектов тоже на это влияет.
Каким образом? Свет — это вневременное явление. У фотонов света нет времени. Они не имеют ускорения и массы.
Свет движется с постоянной скоростью, начиная с момента появления фотонов — приблизительно 300 000 километров за одну секунду.
Масса любых других объектов и частиц, из которых состоит материя, — является энергией.
Полная энергия любого материального объекта вычисляется по знаменитой формуле, которую открыл Эйнштейн:
E=mc2
Где E — это полная чистая энергия тела, m — его масса, а c2 — скорость света, умноженная на саму себя (в квадрате).
Таким образом, если расщепить кирпич на чистую энергию :) , то мало никому не покажется. Он сотрёт всю землю в порошок.
Если суммировать общие выводы СТО Эйнштейна, то мы имеем следующее.
Чем быстрее движется объект, тем время для него идёт медленнее.
Чем больше масса, тем сильнее искажается пространство-время. Время идёт медленнее относительно для объекта, который находится вблизи более массивного объекта.
Но это всё не касается света.
Свет уникален тем, что он не имеет хода времени и массы.
Есть мысленный эксперимент чтобы это представить - Представь себе космический корабль который летит со скоростью близкой к скорости света.
Скорость света не достижима для любого объекта и частицы которые имеет массу.
Чем больше она приближается к скорости близкой к скорости света, тем время течет медленней, масса такого объекта растет (помним что масса это энергия), а скорость света максимальна, в свою очередь свет может двигаться со скоростью света так как его фотоны не имеют массы.
Таким образом, чтобы достичь скорости света нам потребуется бесконечная энергия.
При росте скорости общая энергия объекта - E - будет возрастать бесконечно.
Это был краткий экскурс в СТО.
Частицы представляют из себя атомы, атомы состоят из более мелких частиц - электронов, протонов и нейронов.
Которые состоят в свою очередь из кварков.
Которые (по одной гипотезе которая носит название гипотеза супер струн или М-теория) представляют собой невообразимо мелкие многомерные браны.
Все бы ничего, но эти браны могут существовать лишь в многомерном пространстве - времени. С 11 и более измерениями.
В том время как наша вселенная 4 мерно. 3 пространственных измерения и одно временное.
Ученые не могут увидеть браны. Но есть один мысленный эксперимент.
Представьте муравья, который ползёт по электропроводу. Мы смотрим на него издалека и видим, что он то исчезает на другой стороне провода, то появляется.
В данном примере для нас электропровод — двумерный объект, по которому ползёт муравей. То же самое и с бранами — струнами чистой энергии, которые колеблются в гораздо более многомерном пространстве.
Снова мы отошли от нашего кота.
И так вернёмся к опыту Юнга, положившему начало квантовой механике.
Представьте себе такой эксперимент: луч света испускают из источника света в доску, в которой есть две щели.
Он ведёт себя как волна. Почему?
Это просто — волновая интерференция.
А теперь как её представить?
Вместо света мы возьмём волны воды, которые движутся в сторону доски с двумя щелями.
Ударяясь о эту доску, волны частично гасятся. А частично создают колебания на другой стороне доски, создавая другие волны.
На другой стороне доски получаются две волны, которые сталкиваются друг с другом, пересекаясь и создавая волновую интерференцию.
Сейчас посмотрите на эту картинку внимательно, и вы поймёте, о чём идёт речь.
Это интерференция механических волн.
Что касается волн света, то он ведёт себя точно так же.
Но ученые решили попробовать кое-что, что повлекло за собой квантовую теорию о представлении нашего мира.
Они взяли и выстрелили одним единственным фотоном в одну единственную щель на доске. В результате произошло удивительное: свет в лице единственного фотона всё равно являл из себя волну, что является недопустимым по классической механике Ньютона.
Тем самым нарушая её законы и продолжая представлять из себя волну.
Дальше интереснее.
Оказалось, когда с фотоном происходит какое-либо взаимодействие, допустимое в нашей вселенной, например, вблизи фотона находится другой объект или частица, то фотон снова становится частицей.
Ученые назвали это явление — схлопыванием волновой функции.
Обозвали такое схлопывание — эффектом наблюдателя.
Дальше ещё интереснее. Оказалось, что более тяжёлые частицы, вплоть до сложнейших молекул и атомов, ведут себя точно так же при таких же условиях этого эксперимента.
Тогда ученые предложили так называемую копенгагенскую интерпретацию квантовой физики.
В которой говорится, что законы квантового мира существуют лишь для маленьких объектов типа фотонов, электронов и атомов.
Но мы, люди, включая всю материю во вселенной, состоим из этих частиц и не подчиняемся законам квантового мира.
Многие ученые понимали и понимают, что копенгагенская интерпретация по сути своей представляет из себя — мы ничего не знаем о истинной природе и свойствах физики, лежащей в основе нашего мира.
Учёные разделились на два лагеря: прогрессивный — релятивистов и консервативный — классический.
Релятивисты более прогрессивны, но зачастую выдвигали и выдвигают довольно интересные гипотезы, зачастую такие, которые на данный момент развития науки и технологий невозможно доказать экспериментально.
Классический лагерь придерживается в своём большинстве копенгагенской интерпретации, которая разделяет мир макро- и микрообъектов на невообразимый и недоступный в нашем мире и в нашем воображении квантовый мир и мир больших объектов, подчиняющийся ньютоновской механике.
Как я уже говорил ранее, Эйнштейн был ярым сторонником второго лагеря учёных.
И как-то в шутку заявил: «Если квантовая механика верна для больших объектов, то получается, если я не смотрю на луну, она перестаёт существовать». Чем вызвал волну так называемого псевдонаучного учения о влиянии сознания на материю среди недалёких людей.
Он имел в виду другое, представляя в данном примере на свой взгляд всю абсурдность взаимосвязи квантовой механики и мира больших объектов.
И тут масла в огонь подлил Шрёдингер, представив миру свой эксперимент (мысленный, кот не пострадал, а пострадал ли бы кот — это вопрос сугубо философский).
Кота мысленно поместили в коробку, в которой установлен механизм с колбой с ядом и молоточком, который разбивает её в том случае, если частица (да, да, та самая — квантовая) исчезает. Тут стоит пояснить, в физике есть понятие, обозначаемое буквой лямбда — период полураспада частицы.
Это период, во время которого по истечении определённого времени (у каждой из частиц он свой) частица перестаёт существовать с вероятностью 50 на 50 процентов.
Таким образом, наблюдающий за коробкой с котом человек может сказать по истечении этого времени, что кот — либо жив, либо мёртв.
Этот эксперимент показал миру парадокс того, как квантовый мир прямо влияет на мир больших объектов, вызвав ещё большую запутанность в умах учёных.
Получается, что кот и жив, и мёртв одновременно?
Но мы же понимаем, что А не равно Б.
Спекуляции, вызванные на фоне волны популярности этого мысленного эксперимента, до сих пор порождают много псевдонаучных версий о влиянии «эффекта наблюдателя» на внешний мир. Некоторые люди заблуждаются настолько, что наделили сознание человека магическими свойствами, способными определить наличие жизни у кота в коробке после вскрытия. Поговаривают, что некоторые особо изощрённые товарищи в тайне могут управлять вселенной… не привлекая при этом внимания санитаров.
Но это уже совсем другая история. В следующей части я расскажу о возможной связи многомировой интерпретации квантовой механики, когда немного передохну и соберусь с мыслями.
Во второй части (если вам понравилась первая), я попытаюсь объяснить такое что квантовое бессмертие и почему оно имеет место быть в нашем мире - по мнению некоторых учёных, одним из которых был сам Хью Эверетт, по одной, отрицавшего ЗОЖ и отправившийся покорять просторы мультивселенной. (шутка в стиле Моргана Фримена). Я сейчас за ЗОЖ и вам советую. Поэтому во второй части я попытаюсь выразить свою мысль насчет гипотезы квантового бессмертия, проделав мысленный эксперимент - по аналогии с мысленным экспериментов с котом Шредингера, или простыми словами раскрою суть многомировой интерпретации и парадокса квантового бессмертия - на примере револьвера.
Порой встречаю в сети (в частности, здесь на Пикабу) непонимание многомировой интерпретации квантовой механики, она же интерпретация Эверетта. В то же время мне кажется, что это самая простая, естественная и логичная интерпретация. Здесь я попробую объяснить ее совсем на пальцах, простыми словами и с рисунками в пейнте, но и, по возможности, без грубых ошибок из-за переупрощения. Понятия из квантовой механики я буду выделять жирным шрифтом. Поехали.
Давным-давно, в Вене, в самой обычной австрийской семье жил самый обычный мальчик по имени Эрвин. И не просто жил, но и работал лаборантом в нашей с вами лаборатории. И так бы он и остался никому не известным обычным мальчиком, если бы в один прекрасный день не принял судьбоносное решение. Он решил во благо науки рискнуть жизнью собственного кота. Выглядело это как-то так:
Эрвин жертвует кота на благо науки. ноябрь 1935, фото в цвете
Экспериментальная установка была простой: кот сажается в коробку. В эту же самую коробку кладется ампула с ядом (с синильной кислотой, уточнение специально для лиги зануд), небольшое количество радиоактивного вещества, таймер, счетчик Гейгера и специальное устройство. Это специальное устройство подключено к таймеру и счетчику Гейгера. Если за отведенное время счетчик Гейгера показывает количество распадов атомов радиоактивного вещества, превышающее пороговое, то специальное устройство разбивает ампулу с ядом. Порог срабатывания подобран таким образом, чтобы вероятность срабатывания составляла 50%.
Иными словами, поведение установки действительно случайно и непредсказуемо. С одинаковой вероятностью ампула как будет разбита, так и останется целой. После открывания коробки, кот в ней с вероятностью 50% окажется живым, а с вероятностью 50% - мертвым.
Принципиальная схема экспериментальной установки нашего лаборанта. ноябрь 1935, коллаж
Собственно, на примере этого эксперимента уже можно начать понимать некоторые понятия квантовой механики.
Каждая квантовомеханическая система (в нашем случае - система из одного объекта: кота) находится в каком-то состоянии. Описание текущего состояния квантовомеханической системы производится с помощью волновой функции. Физический смысл этой функции довольно прост: для каждого чистого состояния мы записываем коэффициент, квадрат модуля которого равен вероятности наблюдать систему в этом состоянии. Почему именно квадрату? Так математика удобнее сходится. Там вообще-то фаза еще есть, но эти мелочи нам не важны сейчас.
У нас есть два чистых состояния системы: кот жив и кот мертв. Мы обозначим их |🐱> и |🙀>, соответственно. А состояние суперпозиции, когда кот сидит в коробке ни жив ни мертв, тогда будет 1/√2(|🐱> + |🙀>). Один разделить на корень из двух - это просто число, квадрат модуля которого равен 1/2, и потому обозначает, что вероятность того, что кот жив, равна 1/2, как и вероятность того, что кот мертв.
До открытия коробки кот находится в смешанном состоянии 1/√2(|🐱> + |🙀>). Когда же мы открываем коробку и заглядываем внутрь, происходит измерение, приводящее к разрушению суперпозиции, или, что то же самое, коллапсу волновой функции - она схлопывается из смешанного состояния в одно из чистых (|🐱> или |🙀>).
В этот момент внимательный читатель воскликнет: "Стоп-стоп! Мне кажется, ты втираешь какую-то дичь! Во-первых, что такое "измерение"? А если я только одним глазком подсмотрю? А если я коробку открывать не буду, а просвечу ее рентгеном? Во-вторых, что это за магический "коллапс волновой функции"? А если я издалека посмотрю, то что, это я таким образом быстрее скорости света поменяю состояние потенциально огромной области пространства? Ну а в-третьих, это вообще не многомировая интерпретация, а копенгагенская!"
И читатель будет прав. Описанная выше интерпретация квантовой механики - копенгагенская - проста для поверхностного понимания, но вводит некоторые понятия, которые при ближайшем рассмотрении кажутся очень странными, контрынтуитивными и не помогают строить рассуждения. Этим она многим и не нравится, и поэтому мы и хотим что-нибудь получше - а именно, многомировую интерпретацию. Но сначала нам нужно рассмотреть еще одно понятие из квантовой механики, поэтому мы проведем еще несколько экспериментов.
Принципиальная схема второй экспериментальной установки
Во втором эксперименте возьмем двух котов и посадим их в две коробки, со всей той же машинерией, что и раньше. Теперь в нашей квантовомеханической системе два кота и четыре чистых состояния: |🐱🐱>, |🐱🙀>, |🙀🐱> и |🙀🙀>. А смешанное состояние, когда оба кота ни живы, ни мертвы (или, что то же самое, каждое из четырех состояний имеет вероятность 1/4), будет 1/2 (|🐱🐱> + |🐱🙀> + |🙀🐱> + |🙀🙀>). Заметим, что справедливо следующее математическое выражение:
1/2 (|🐱🐱> + |🐱🙀> + |🙀🐱> + |🙀🙀>) = 1/√2(|🐱> + |🙀>) * 1/√2(|🐱> + |🙀>).
То есть, наше смешанное состояние большой системы (состоящей из двух котов) раскладывается в произведение состояний маленьких систем по отдельности. Такие системы называются не запутанными.
Попробуем теперь сделать запутать наших котов. Чтобы сделать это, проделаем в стенке между коробками дверцу, и откроем ее, прежде чем открывать коробки. Если хотя бы один кот был отравлен, то и второй тоже умрет.
Принципиальная схема эксперимента по достижению квантовой запутанности
Что мы видим в этом эксперименте? Сначала система находилась в состоянии 1/2(|🐱🐱> + |🐱🙀> + |🙀🐱> + |🙀🙀>), как и в прошлый раз. Потом мы открыли дверцу, и состояния, когда умер только лишь один из двух котов, превратились в состояние, когда они умерли оба. То есть, система перешла в состояние 1/2|🐱🐱> + √3/2|🙀🙀>. Мы помним, что квадрат модуля коэффициента перед состоянием - это вероятность наблюдать систему в этом состоянии, то есть, наши коты с вероятностью 1/4 оба живы и с вероятностью 3/4 оба мертвы. Ну и, открыв коробку, мы, как и в прошлый раз, сколлапсировали волновую функцию в одно из базовых состояний.
В отличие от предыдущего эксперимента, здесь состояние 1/2|🐱🐱> + √3/2|🙀🙀> не раскладывается в произведение каких-нибудь состояний отдельных котов. То есть, наши коты запутаны. Мы смогли этого добиться благодаря тому, что они провзаимодействовали друг с другом при открытии дверцы между коробками.
Ну и самый последний эксперимент. Пусть наш лаборант-живодер Эрвин, раз такой смелый, сам полезает в коробку и повторит в ней первый эксперимент, а мы посмотрим.
Эрвин в коробке проводит эксперимент над котом. ноябрь 1935, фото в цвете
Эрвин равновероятно находится или в радостном состоянии (|😃> ), или в грустном (|😢>). Кот тоже равновероятно или жив (|🐱>), или мертв (|🙀>). Все вместе это задается состоянием суперпозиции 1/2(|😃🐱> + |😃🙀> + |😢🐱> + |😢🙀>). Как легко заметить, Эрвин и кот не запутаны.
Когда же Эрвин открывает коробку с котом и заглядывает в нее (то есть, когда в первом эксперименте у нас происходило измерение и коллапс волновой функции), это приводит к их запутыванию. После открытия коробки у нас либо Эрвин рад, а кот жив, либо Эрвин грустен, а кот мертв, то есть, состояние системы 1/√2(|😃🐱> + |😢🙀>).
Собственно, здесь мы и приходим к ключевым моментам многомировой интерпретации квантовой механики. Нет измерений и нет коллапса волновой функции, равно как и нет мгновенного изменения состояния удаленных друг от друга систем. То, что копенгагенская интерпретация называет "измерением" - это всего лишь запутывание наблюдателя с объектом его измерения. Разумеется, если он с ним запутался, то в каждой из веток волновой функции (в данном случае - |😃🐱> и |😢🙀> по отдельности) нет смысла делать повторные измерения, так как они приведут к тому же самому наблюдаемому результату (то есть, с точки зрения Эрвина, наблюдателя, наблюдается коллапс волновой функции).
"Мирами" в этой многомировой интерпретации иногда называют ветви волновой функции. Мол, у нас есть один мир, где Эрвин рад и кот жив, и другой мир, где Эрвин грустен и кот мертв. Какой из них более реален? Да никакой, они одинаково реальны или нереальны, пока мы большую коробку не откроем (и уже сами не запутаемся с Эрвином и котом).
Достоинство многомировой интерпретации квантовой механики, на мой взгляд, в том, что она отвечает на вопросы, которые остаются у читателя, осознавшего копенгагенскую интерпретацию. Причем отвечает достаточно полно и по существу, не приводя к новым вопросам. Ну а недостаток в том, что слово "многомировая" из названия ассоциируется с какими-то путешествиями между вселенными и прочей антинаучной дичью.
Надеюсь, кому-нибудь это было интересно, если остались вопросы - пишите
Евгений Хуторянский (Хьюстон, США) Продолжаю выкладывать видео замечательного человека (тот кто делает такие видосики, в плане физики априори человек замечательный)
Источник: БУКВАЛЬНО
Писал уже где-то в Инстаграме, но не услышали. Повторяюсь. Ошибки задачи Шредингера.
В физике есть 3 способа доказательства:
1. Математический: 2=2
2. Логический: если не умер - значит жив
3. Статистический - вероятность возможных событий: смерть - 60%, жизнь - 40%
Ошибка господина Шредингера в том, что он пытается доказать жизнь/смерть кота, используя одновременно 1. и 3. способы. Таких примеров в физике очень много, например - дифракция на щели. Какова вероятность того, что данный фотон попадёт в 3-й диф.максимум? - что будет означать смерть кота Шредингера? Дифракция на щели имеет вероятный характер: здесь каждый фотон своим полем размазан по всей интерференционной картине и говорить о том что он попадет в данную точку пространства, в данный момент времени - ошибка. Он такой же, как и остальные частицы и находится везде на картине с данной вероятностью. И в данный момент времени - это не частица, а их суперпозиция.
Или: сок корней дерева имеющего одинаковый хим.состав, образующий яблоки у дикой яблоне где-то есть и большие, красные, но в основном маленькие зелёные кислые (или листья!). Сок, выходящий из корней, размазан по дереву неравномерно, образуя вероятную схему распределения. Судить о том: куда попадет определенная молекула сока из общего потока одинаковых молекул бессмысленно. Они одинаковые, не отличающиеся друг от друга ни для вас, ни для Природы. Поэтому их глобальное распределение - наложенное на описанный сюжет электромагнитного поля, состоящее из большого количества интерферирующих между собой волновых пакетов (3 способ), а не отдельных частиц (1 способ)
Что доказывает мысленный эксперимент господина Шредингера (царствие небесное: живёт не человек, а память). Если вы доказываете какое-либо событие - используйте один из трёх выше описанных видов доказательства, не перемешиваяих между собой.
Тогда этот вызов для вас! Мы зашифровали звездных капитанов команд нового юмористического шоу, ваша задача — угадать, кто возглавил каждую из них.
Переходите по ссылке и проверьте свою юмористическую интуицию!