5 مفهوم می تواند به شما در درک مکانیک و فناوری کوانتومی کمک کند – بدون ریاضی!

فازی در سطح گرانول اتفاق می افتد زیرا این ذرات ریز کمی مانند امواج عمل می کنند (شبیه به امواج آب و امواج رادیویی). تعریف دوگانگی ذرات را به خاطر بسپارید: ذرات ریز مانند الکترون ها و فوتون ها می توانند بسته به نحوه مشاهده آنها ، مانند امواج یا ذرات رفتار کنند. خواص موج مانند ذرات در سطح کوانتومی مانند امواج آب است. آنها می توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند و در نتیجه “موج” ایجاد شود. موج دار به ما امکان می دهد رفتار ذرات را پیش بینی کنیم (جایی که به احتمال زیاد یافت می شود ، چه انرژی آنها را خواهد داشت و چگونه آنها با ذرات دیگر تعامل خواهند داشت).

به عنوان نمونه نور کنید.

هنگامی که نور از قطرات آب عبور می کند ، نور می تواند مانند امواج عمل کند که الگوهای زیبای یک رنگین کمان را تشکیل می دهد.

از طرف دیگر ، هنگامی که نور به یک صفحه خورشیدی برخورد می کند ، مانند یک ذره عمل می کند. از آنجا که ما مشاهده می کنیم که انرژی فوتون ها در تکه ها سپرده می شوند (مانند یک توپ جامد که به صفحه نمایش ضربه می زند) ، ما آنها را به عنوان رفتار مانند ذرات درک می کنیم.

مفهوم عدم اطمینان برای اندازه گیری تمام سیستم های فیزیکی وجود دارد اما در مقیاس کوانتومی واقعاً آشکار می شود.

هنگامی که سعی می کنید وضعیت هر سیستم را اندازه گیری کنید ، به ناچار آن را در برخی از سطوح مختل می کنید. چرا؟ زیرا برای مشاهده آن ، شما به طور معمول باید با استفاده از نوعی کاوشگر با آن ارتباط برقرار کنید.

به عنوان مثال ، ما از فوتون ها استفاده می کنیم که اشیاء را خاموش می کنند تا آنها را با چشمان خود ببینیم ، نوعی اندازه گیری که به ما امکان می دهد موقعیت ، حرکت و اندازه یک شی را قضاوت کنیم. تندرست نور از آسمان خراش انرژی کافی زیادی برای ایجاد مزاحمت در آسمان خراش ندارد. اما اگر آسمان خراش به اندازه یک الکترون کوچک باشد ، انرژی می تواند به اندازه کافی قابل مقایسه با آسمان خراش باشد تا وضعیت آن را به میزان قابل توجهی مختل کند.

این بخشی از جوهر اصل عدم اطمینان هایزنبرگ است که می گوید عمل اندازه گیری وضعیت کوانتومی شی را مختل می کند. در نتیجه ، محدودیت هایی وجود دارد که چگونه جفت های خاصی از خواص مانند موقعیت و حرکت و زمان و انرژی می توانند به طور همزمان شناخته شوند.

گرفتاری کوانتومی هنگامی اتفاق می افتد که حالت های کوانتومی دو یا چند ذرات به شدت با همبستگی شوند. این بدان معناست که وضعیت یک ذره می تواند فوراً بر وضعیت دیگری تأثیر بگذارد ، بدون در نظر گرفتن فاصله. یک قیاس مشترک برای درک همبستگی این است که به دو فوتون درگیر به عنوان دو سکه فکر کنید که همیشه وقتی آنها را می چرخانید ، به همان روش فرود می آیند.

در حالی که دوگانگی ذرات موج ، ابر ، اصل عدم اطمینان هایزنبرگ و درگیری همه جلوه هایی از این واقعیت است که سیستم های کوانتومی رفتار مانند موج دارند ، چرخش به تنهایی خاموش است.

اگرچه عمیقاً با مکانیک کوانتومی در ارتباط است ، چرخش فقط یک ویژگی است که یک ذره در هنگام ایجاد آن ، شبیه به جرم و بار است. علی رغم نام آن ، اصطلاح “چرخش” به این معنی نیست که ذرات در واقع در حال چرخش است.

چرخش الکترون ها ، نوترون ها و پروتون هایی که اتم را تشکیل می دهند ، این امکان را برای آنها فراهم می کند که ساختارهای پایدار مانند عناصر ، سیارات و بدن ما را تشکیل دهند. بدن خود و هر چیزی که در دنیای فیزیکی با آن ارتباط برقرار کنید به شکل فعلی آن وجود دارد زیرا چرخش به حجم ذرات می دهد! الکترون ها به دلیل چرخش داده شده نمی توانند همان فضای را اشغال کنند. این همان چیزی است که حجم ماده را می دهد.

فوتون ها چرخش متفاوتی نسبت به الکترون ها ، پروتون ها و نوترون ها دارند و به آنها امکان می دهد همان فضای را اشغال کنند. این ویژگی های قابل توجه فوتون ها را به شما می دهد. اگر متوجه شده اید ، می توانید گرمای نور را احساس کنید ، و می توانید آن را ببینید ، اما نمی توانید آن را نگه دارید یا آن را لمس کنید مانند اینکه می توانید چیزهایی مانند مواد مانند مداد ، میز و حیوانات خانگی را نگه دارید.

در دسترس ساختن کوانتومی برای همه

من عمیقاً علاقه مند به ساخت مکانیک کوانتومی و فناوری کوانتومی در دسترس عموم هستم زیرا آینده ای را تصور می کنم که برنامه های کاربردی این فناوری ها نشانگر صدای متنوع همه جمعیت شناسی است.

تأثیر فناوری کوانتومی و محاسبات عمیق خواهد بود. Quantum ممکن است سیستم های ارتباطی ایمن تری برای ما به ارمغان بیاورد ، مشکلات مانند نحوه طراحی داروهای بهتر و موارد دیگر را حل کنیم. این بسیار مهم است که همه در شکل گیری چگونگی تحول این نوآوری ها برای بهره مندی از بشریت و سیاره نقش داشته باشند.