Bohareng ba quantum mechanics

Richard Feynman, e mong oa litsebi tse kholo ka ho fetisisa tsa fisiks tsa lekholong la boXNUMX la lilemo, o ile a pheha khang ea hore senotlolo sa ho utloisisa quantum mechanics ke "teko e habeli". Teko ena e bonolo, e entsoeng kajeno, e ntse e tsoela pele ho hlahisa litšibollo tse makatsang. Li bontša kamoo ho sa lumellaneng le kutloisiso e tloaelehileng ke quantum mechanics, e ileng ea qetella e lebisitse ho liqapi tsa bohlokoa ka ho fetisisa tsa lilemo tse mashome a mahlano tse fetileng.

Ka lekhetlo la pele o ile a etsa teko ea likarolo tse peli. Thomas Young (1) Engelane qalong ea lekholo la leshome le metso e robong la lilemo.

Teko ea bacha

Teko e ile ea sebelisoa ho bontša hore leseli ke la mofuta oa leqhubu eseng la tlhaho ea 'mele, joalo ka ha ho boletsoe pejana. Isaac Newton. Bacha ba sa tsoa bontša hore leseli lea mamela kena lipakeng - ketsahalo eo e leng tšobotsi e khethollang ka ho fetisisa (ho sa tsotellehe mofuta oa leqhubu le mokhoa oo e jalang ka oona). Kajeno, mechanics ea quantum e lumellana le maikutlo ana a mabeli a hanyetsanang.

Hopola moelelo oa teko ea likarolo tse peli. Joalo ka tloaelo, ke bolela leqhubu holim'a metsi le hasang ka botebo ho potoloha sebaka seo lejoe lejoe le neng le akhetsoe ho sona. 

Leqhubu le thehoa ke li-crests le li-trough tse latellanang tse tsoang sebakeng sa tšitiso, ha li ntse li boloka sebaka se sa khaotseng pakeng tsa li-crests, tse bitsoang wavelength. Tšitiso e ka behoa tseleng ea leqhubu, ka mohlala, ka mokhoa oa boto e nang le libaka tse peli tse moqotetsane tse khaotsoeng moo metsi a ka phallang ka bolokolohi. Ho lahlela lejoana ka metsing, leqhubu le emisa karohanong - empa eseng hantle. Maqhubu a mabeli a macha (2) joale a ata ka lehlakoreng le leng la karohano ho tloha libakeng tseo ka bobeli. Li na le li-superimposed tse ling, kapa, ha re ntse re re, li kena-kenana, li etsa mohlala oa sebopeho holim'a metsi. Libakeng tseo karolo ea leqhubu le leng e kopanang le leqhubu la leqhubu le leng, leqhubu la metsi lea matlafala, 'me moo mokoti o kopanang le phula, ho tepella maikutlo hoa teba.

2. Tšitiso ea maqhubu a hlahang libakeng tse peli.

Tekong ea Young, leseli le nang le 'mala o le mong le tsoang mohloling le feta ka har'a diaphragm e opaque e nang le likheo tse peli ebe e otla skrine ka mor'a tsona (kajeno re ka khetha ho sebelisa lebone la laser le CCD). Setšoantšo sa tšitiso ea leqhubu la leseli se bonoa skrineng ka mokhoa oa letoto la mela e fapanyetsanang ea leseli le lefifi (3). Sephetho sena se ile sa tiisa tumelo ea hore leseli ke leqhubu, pele li sibolloa mathoasong a lilemo tsa bo-XNUMX li bontša hore leseli le eona ke leqhubu. ho phalla ha photon ke likaroloana tse bobebe tse se nang boima ba phomolo. Hamorao e ile ea e-ba hore mohlolo wave-particle dualityla pele le ileng la sibolloa bakeng sa leseli le sebetsa le ho likaroloana tse ling tse nang le boima. Haufinyane e ile ea e-ba motheo oa tlhaloso e ncha ea quantum mechanical ea lefatše.

3. Pono ea teko ea Young

Likaroloana le tsona lia kena-kenana

Ka 1961, Klaus Jonsson oa Univesithi ea Tübingen o ile a bontša tšitiso ea likaroloana tse kholo - lielektrone tse sebelisang microscope ea elektronike. Lilemo tse leshome hamorao, litsebi tse tharo tsa fisiks tsa Mataliana tse tsoang Univesithing ea Bologna li ile tsa etsa teko e tšoanang le tšitiso ea elektronike e le 'ngoe (ho sebelisa se bitsoang biprism sebakeng sa petso e habeli). Li ile tsa fokotsa matla a khanya ea elektrone ho ea boleng bo tlaase hoo lielektrone li ileng tsa feta ka har’a biprism ka ho latellana, ka ho latellana. Li-electrone tsena li ngolisitsoe skrineng sa fluorescent.

Qalong, litselana tsa elektronike li ne li ajoa ka mokhoa o sa reroang holim'a skrine, empa ha nako e ntse e ea li ile tsa theha setšoantšo se hlakileng sa tšitiso ea makhabane a tšitiso. Ho bonahala ho ke ke ha khoneha hore li-electrone tse peli tse fetang ka har'a li-slits ka ho latellana ka linako tse fapaneng li ka kena-kenana. Ka hona, re tlameha ho amohela seo elektrone e le 'ngoe e kena-kenana le eona! Empa joale elektrone e ne e tla tlameha ho feta har'a li-slits ka bobeli ka nako e le 'ngoe.

E ka 'na ea e-ba teko ea ho sheba lesoba leo elektrone e ileng ea feta ho lona. Hamorao re tla bona mokhoa oa ho etsa tlhokomeliso e joalo ntle le ho sitisa motsamao oa elektrone. Hoa etsahala hore haeba re fumana tlhahisoleseding mabapi le seo elektrone e se fumaneng, joale tšitiso ... e tla nyamela! Boitsebiso ba "joang" bo senya tšitiso. Na see se bolela hore ho ba teng ha motho ea shebeletseng ho susumetsa tsela ea 'mele?

Pele ke bua ka liphetho tse makatsang le ho feta tsa liteko tse habeli, ke tla etsa phallo e nyane mabapi le boholo ba lintho tse sitisang. Tšitiso ea quantum ea lintho tse boima e ile ea fumanoa pele bakeng sa lielektrone, joale bakeng sa likaroloana tse nang le boima bo ntseng bo eketseha: li-neutron, liprothone, liathomo, 'me qetellong bakeng sa limolek'hule tse kholo tsa lik'hemik'hale.

Ka 2011, tlaleho ea boholo ba ntho e ile ea robeha, eo ho eona ho ileng ha bontšoa ts'ebetso ea tšitiso ea quantum. Teko e ile ea etsoa Univesithing ea Vienna ke seithuti sa bongaka sa mehleng eo. Sandra Eibenberger le balekane ba hae. Ho ile ha khethoa molek'hule e rarahaneng ea lintho tse phelang e nang le liprothone tse ka bang 5, li-neutron tse likete tse 5 le lielektrone tse likete tse 5 bakeng sa teko ea likheo tse peli! Tekong e rarahaneng haholo, ho ile ha bonoa tšitiso ea quantum ea molek'hule ena e khōlō.

Sena se ile sa tiisa tumelo ea hore Melao ea quantum mechanics ha e mamele feela likaroloana tsa mantlha, empa le ntho e 'ngoe le e 'ngoe ea lintho tse bonahalang. Ke feela hore ntho e rarahane le ho feta, e sebelisana haholoanyane le tikoloho, e tlōlang thepa ea eona e poteletseng ea quantum le ho senya liphello tsa ho kena-kenana..

Ho kenella ha quantum le polarization ea leseli

Liphello tse makatsang ka ho fetisisa tsa liteko tsa li-slit tse peli li tsoa ho sebelisa mokhoa o khethehileng oa ho latela photon, e sa kang ea senya ho sisinyeha ha eona ka tsela leha e le efe. Mokhoa ona o sebelisa e 'ngoe ea lintho tse makatsang ka ho fetesisa tsa quantum, tse bitsoang quantum entanglement. Ketsahalo ena e ile ea hlokomeloa morao koana lilemong tsa bo-30 ke e mong oa baqapi ba ka sehloohong ba quantum mechanics, Erwin Schrödinger.

Einstein ea nang le lipelaelo (bona hape 🙂 o ba bitsitse ketso ea ghostly a le hole. Leha ho le joalo, ke halofo ea lekholo feela hamorao bohlokoa ba phello ena bo ile ba phethahala, 'me kajeno e fetohile taba e thahasellisang ka ho khetheha ho litsebi tsa fisiks.

Phello ee e mabapi le eng? Haeba likaroloana tse peli tse atamelaneng ka nako e itseng li sebelisana ka matla hoo li etsang mofuta oa "kamano ea mafahla", joale kamano e ntse e tsoela pele le ha likaroloana li arohane ka lik'hilomithara tse makholo. Joale likaroloana li itšoara joaloka tsamaiso e le 'ngoe. Sena se bolela hore ha re etsa ketso karolong e le 'ngoe, hang-hang e ama karolo e 'ngoe. Leha ho le joalo, ka tsela ena re ke ke ra fetisa boitsebiso bo sa feleng re le hōle.

Photon ke karoloana e se nang boima - karolo ea motheo ea leseli, e leng leqhubu la motlakase. Ka mor'a ho feta poleiti ea kristale e lumellanang (e bitsoang polarizer), leseli le fetoha polarized linearly, i.e. leqhubu la sebaka sa motlakase sa leqhubu la motlakase le a sisinyeha sefofaneng se itseng. Ka lehlakoreng le leng, ka ho fetisa leseli la polarized ka poleiti ea botenya bo itseng ho tloha kristale e 'ngoe (seo ho thoeng ke "quarter-wave plate"), e ka fetoloa leseli le pota-potileng, moo vector ea motlakase e tsamaeang ka helical. clockwise or counterclockwise) tshisinyo ka nqa ya leqhubu la phatlalatso. Ka hona, motho a ka bua ka linearly kapa circularly polarized photon.

Liteko tsa li-photon tse ferekaneng

4a. Kristale ea BBO e se nang moeli e fetola fotone e hlahisoang ke laser ea argon hore e be li-photon tse peli tse ferekaneng tse nang le halofo ea matla le polarization ea mahlakoreng a mabeli. Li-photon tsena li hasana ka litsela tse fapaneng 'me li ngotsoe ke li-detectors D1 le D2, tse kopantsoeng ke k'hamera ea tšohanyetso LK. Diaphragm e nang le likheo tse peli e behoa tseleng ea e 'ngoe ea photon. Ha li-detectors ka bobeli li ngolisa ho fihla hoo e batlang e le ka nako e le 'ngoe ha li-photon ka bobeli, letšoao le bolokoa mohopolong oa sesebelisoa,' me mochine oa D2 o tsamaea o tsamaisana le li-slits. Palo ea li-photon ho itšetlehile ka boemo ba detector D2, kahoo e tlalehiloe, e bontšoa ka lebokoseng, e bontšang maxima le minima, e bontšang tšitiso.

Ka 2001, sehlopha sa litsebi tsa fisiks tsa Brazil se Belo Horizonte se ile sa sebetsa tlas'a tataiso ea Stephen Walborn teko e sa tloaelehang. Bangoli ba eona ba sebelisitse thepa ea kristale e khethehileng (e khutsufalitsoeng e le BBO), e fetolang karolo e itseng ea li-photons tse hlahisoang ke laser ea argon ho li-photon tse peli tse nang le halofo ea matla. Li-photon tsena tse peli li tšoasehile; ha e 'ngoe ea tsona e na le, mohlala, polarization e otlolohileng, e' ngoe e na le polarization e otlolohileng. Li-photon tsena li tsamaea ka litsela tse peli tse fapaneng 'me li bapala likarolo tse fapaneng tekong e hlalositsoeng.

E 'ngoe ea lifoto tseo re tla li reha mabitso laola, e ea ka ho toba ho mochine oa photon D1 (4a). Sesebelisoa se ngolisa ho fihla ha sona ka ho romela letšoao la motlakase ho sesebelisoa se bitsoang hit counter. LK Teko ea tšitiso e tla etsoa ho photon ea bobeli; re tla mmitsa pontšo ea photon. Ho na le lekhalo le habeli tseleng ea lona, ​​​​ho lateloa ke mochine oa bobeli oa photon, D2, hole hanyane ho tloha mohloling oa photon ho feta detector D1. Sesebelisoa sena se ka qhoma ho pota-potile sebaka se habeli nako le nako ha se fumana lets'oao le nepahetseng ho tsoa ho counter counter. Ha detector D1 e ngolisa photon, e romela letšoao ho counter coincidence counter. Haeba ka motsotsoana mochine oa D2 o boetse o ngolisa photon mme o romela letšoao ho meter, joale o tla hlokomela hore o tsoa ho li-photon tse kentsoeng, 'me ntlha ena e tla bolokoa mohopolong oa sesebelisoa. Ts'ebetso ena ha e kenyelle ho ngolisoa ha li-photon tse sa reroang tse kenang sebui.

Li-photon tse ferekaneng li tsoela pele ka metsotsoana e 400. Ka mor'a nako ena, mochine oa D2 o tlosoa ka 1 mm mabapi le boemo ba li-slits, 'me ho bala li-photon tse kentsoeng ho nka metsotsoana e meng ea 400. Ebe detector e boetse e tsamaisoa ke 1 mm mme mokhoa ona o phetoa hangata. Hoa etsahala hore kabo ea palo ea li-photon tse tlalehiloeng ka tsela ena ho itšetlehile ka boemo ba mochine oa D2 o na le maxima le minima ea tšobotsi e lumellanang le leseli le lefifi le li-fringe tsa tšitiso tekong ea Young (4a).

Re fumana hape seo li-photon tse le 'ngoe tse fetang lekhalo le habeli lia kena-kenana.

Joang?

Mohato o latelang oa teko e ne e le ho fumana lesoba leo photon e itseng e ileng ea feta ho lona ntle le ho senya motsamao oa eona. Thepa e sebelisoang mona kotara wave plate. Ho ne ho behiloe poleiti ea kotara ea wave ka pel'a sekheo se seng le se seng, e 'ngoe ea eona e fetotseng polarization ea linear ea photon ea ketsahalo hore e be selikalikoe ho ea ka nako ea oache, 'me e' ngoe ho ea ka letsohong le letšehali la polarization (4b). Ho ile ha netefatsoa hore mofuta oa photon polarization ha oa ka oa ama palo ea lifoto tse baloang. Hona joale, ka ho etsa qeto ea ho potoloha ha polarization ea photon ka mor'a hore e fete ka har'a li-slits, ho ka khoneha ho bontša hore na ke efe ea tsona photon e fetileng. Ho tseba "ka tsela efe" ho senya tšitiso.

4b. Ka ho beha lipoleiti tsa kotara ea maqhubu (li-rectangles tse shaded) ka pel'a li-slits, "ka tsela efe" tlhahisoleseding e ka fumanoa 'me setšoantšo sa ho kena-kenana se tla nyamela.

4c. Ho beha polarizer e shebaneng hantle le P ka pel'a detector D1 ho hlakola "ka tsela efe" tlhahisoleseling le ho khutlisetsa tšitiso.

Ebile, ka mor'a ho behoa ka nepo ha lipoleiti tsa kotara-wave ka pel'a li-slits, kabo ea lipalo e neng e hlokometsoe pele, e bontšang ho kena-kenana, e nyamela. Ntho e makatsang ka ho fetisisa ke hore sena se etsahala ntle le ho kenya letsoho ha motho ea hlokometseng ea ka etsang litekanyo tse loketseng! Ho behoa ha lipoleiti tsa quarter-wave ho hlahisa phello ea ho hlakola tšitiso.. Joale photon e tseba joang hore ka mor’a ho kenya lipoleiti, re ka tseba lekhalo leo e fetang ho lona?

Leha ho le joalo, sena ha se qetello ea ntho e makatsang. Hona joale re ka tsosolosa tšitiso ea photon ntle le ho e ama ka ho toba. Ho etsa sena, tseleng ea taolo ea photon e fihlang mochineng oa D1, beha polarizer ka tsela eo e fetisang leseli ka polarization e leng motsoako oa polarizations ea li-photon tse peli tse khomaretsoeng (4c). Sena se fetola hang-hang polarity ea photon ea signal ka tsela e nepahetseng. Hona joale ha ho sa khoneha ho tseba hantle hore na polarization ea ketsahalo ea photon ke efe ho li-slits, le hore na photon e ile ea feta ka eona. Tabeng ena, tšitiso e tsosolosoa!

Hlakola lintlha tse liehileng tsa khetho

Liteko tse hlalositsoeng ka holimo li entsoe ka tsela eo photon ea taolo e ngolisitsoeng ke detector D1 pele photon ea signal e fihla ho detector D2. Ho hlakoloa ha "tsela efe" ho ile ha etsoa ka ho fetola polarization ea photon ea taolo pele letšoao la photon le fihla ho detector D2. Joale motho a ka nahana hore photon e laolang e se e boleletse "mafahla" a eona hore na a etse eng ka mor'a moo: ho kenella kapa che.

Hona joale re fetola teko ka tsela eo photon ea taolo e otlang detector D1 ka mor'a hore photon ea signal e ngolisoe ho detector D2. Ho etsa sena, suthela sesupa D1 hole le mohloli oa photon. Mokhoa oa tšitiso o shebahala o tšoana le pele. Joale ha re beheng lipoleiti tsa quarter-wave ka pel'a likheo ho fumana hore na photon e nkile tsela efe. Mokhoa oa ho kena-kenana oa nyamela. Ka mor'a moo, ha re hlakole tlhahisoleseling ea "tsela efe" ka ho beha polarizer e shebaneng hantle ka pel'a sesupa D1. Mokhoa oa tšitiso o hlaha hape! Leha ho le joalo ho hlakoloa ho ile ha etsoa ka mor'a hore letšoao la photon le ngolisoe ke detector D2. See se khoneha joang? Photon e ne e lokela ho hlokomela phetoho ea polarity pele tlhahisoleseding leha e le efe e mabapi le eona e ka fihla ho eona.

5. Liteko ka lebone la laser.

Tatelano ea tlhaho ea liketsahalo e khutlisetsoa morao mona; phello e etella sesosa pele! Sephetho sena se nyenyefatsa molao-motheo oa causality 'neteng e re potolohileng. Kapa mohlomong nako ha e na taba ha ho tluoa ho likaroloana tse ferekaneng? Quantum entanglement e tlola molao-motheo oa sebaka sa fisiks ea khale, ho latela moo ntho e ka angoang feela ke tikoloho ea eona e haufi.

Ho tloha tekong ea Brazil, liteko tse ngata tse tšoanang li entsoe, tse tiisang ka botlalo liphetho tse hlahisitsoeng mona. Qetellong, 'mali a ka rata ho hlalosa ka ho hlaka sephiri sa liketsahalo tsena tse neng li sa lebelloa. Ka bomalimabe, sena ha se khonehe. Monahano oa quantum mechanics o fapane le monahano oa lefats'e oo re o bonang letsatsi le letsatsi. Re tlameha ho amohela sena ka boikokobetso 'me re thabele taba ea hore melao ea quantum mechanics e hlalosa ka nepo liketsahalo tse etsahalang ho microcosm, tse sebelisoang hamolemo lisebelisoa tsa tekheniki tse tsoetseng pele ho feta.