Kvantemekanikk lar deg se, føle og berøre partikler (del 2)

2 22. 11. 2018
6. internasjonale konferanse for eksopolitikk, historie og spiritualitet

La oss gå tilbake til hva kvantemekanikk er og hvordan vi kan bruke den.

Et usynlig syn

Ok, så du lukter kaffe, du er nesten våken. Øynene dine er klare for den daglige rutinen, blinker og slipper inn noe lys. Når du tenker på det, dannet lyspartiklene som kommer inn i ansiktet og øynene for en million år siden i sentrum av solen, på en tid da våre forfedre begynte å bruke ild. Solen ville ikke engang sende partikler kalt fotoner hvis de ikke var nødvendige for det samme fenomenet som kunne være grunnlaget for vår luktesans, kvantetunnel.

Cirka 150 millioner kilometer skiller solen og jorden, fotoner tar bare åtte minutter å dekke denne distansen. Imidlertid foregår det meste av reisen i solen, hvor en typisk foton bruker en million år på å prøve å unnslippe. Saken lagres altså midt i stjernen vår, der hydrogen er omtrent 13 ganger tettere enn bly, og fotoner kan bevege seg i en uendelig liten brøkdel av et sekund før de blir absorbert av hydrogenioner, som deretter skyter et foton for å reise fra solen osv. Etter omtrent en milliard av slike interaksjoner dukker det endelig opp et foton på overflaten av Solen, som har strålt her i millioner av år.

Kvantemekanikk (© Jay Smith)

Fotoner ville aldri ha dannet seg, og solen ville ikke ha strålt uten kvantetunnel. Solen og alle de andre stjernene skaper lys ved kjernefusjon, bryter opp hydrogenioner og skaper helium i en prosess som frigjør energi. Hvert sekund omdanner solen om lag 4 millioner tonn materie til energi. Bare hydrogenioner, som individuelle protoner, har positive elektriske ladninger og avviser hverandre. Så hvordan kan de smelte sammen?
I kvantetunnel lar bølgenaturen til protonene dem noen ganger overlappe seg som bølger som smelter sammen på overflaten av en dam. Det at de overlapper bringer protonbølgene nær nok til at en annen kraft, for eksempel en sterk kjernekraft som bare virker på veldig korte avstander, kan overvinne partikkelenes elektriske frastøting. Protonene forfaller så for å frigjøre en foton.

Øynene våre er veldig følsomme for fotoner

Øynene våre har utviklet seg til å være veldig følsomme for disse fotonene. Noen nylige eksperimenter har vist at vi til og med kan oppdage individuelle fotoner, noe som gir en interessant mulighet: kunne mennesker oppdage noen spesielle tilfeller av kvantemekanikk? Betyr dette at en person, som et foton eller et elektron eller Schrödingers uheldige katt, er død og i live på samme tid hvis han er direkte involvert i kvanteverdenen? Hvordan kunne en slik opplevelse se ut?

Menneskelig øye

"Vi vet ikke fordi ingen prøvde," sa Rebecca Holmes, fysiker ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico. For tre år siden da hun ble uteksaminert fra University of Illinois i Urbane-Champaign, var Holmes en del av et team ledet av Paul Kwiat, som viste at mennesker kan oppdage korte lysglimt bestående av tre fotoner. I 2016 fant hun ut at en konkurrerende gruppe forskere, ledet av fysikeren Alipaša Vaziri ved Rockefeller University i New York, fant at folk faktisk så individuelle fotoner. Vi ser imidlertid at opplevelsen kanskje ikke blir beskrevet nøyaktig. Vaziri, hun prøvde å se fotonet blinker selv, sa til bladet Nature, "Det er ikke som å se lys. Det er nesten en følelse på terskelen til fantasi. "

Kvantemekanikk - eksperimenter

I nær fremtid forventer Holmes og Vaziri å teste hva folk oppfatter når fotoner settes inn i spesielle kvantetilstander. For eksempel kan fysikere knytte en enkelt foton til det de kaller en superposisjon, der fotoner eksisterer samtidig på to forskjellige steder. Holmes og hennes kolleger designet et eksperiment som involverte to scenarier for å teste om mennesker direkte kan oppfatte superposisjonen til fotoner. I det første scenariet ville en foton komme inn på venstre eller høyre side av den menneskelige netthinnen, og man ville merke på hvilken side av netthinnen han følte fotonet. I det andre scenariet vil fotonet plasseres i en kvanteoverstilling som gjør det mulig å gjøre det tilsynelatende umulige - å fly til høyre og venstre side av netthinnen samtidig.

Ville man oppdage lys på begge sider av netthinnen? Eller ville samspillet mellom et foton i øyet føre til at superposisjonen 'kollapset'? I så fall ville det skje så ofte både på høyre og venstre side, som teorien antyder?

Rebecca Holmes sier:

"Basert på standard kvantemekanikk, ville en foton i superposisjon sannsynligvis ikke se annerledes ut enn en virkelig tilfeldig overført foton venstre eller høyre."

Hvis det viser seg at noen deltakere i eksperimentet faktisk oppfattet foton begge steder samtidig, betyr det da at personen selv var i kvantetilstand?

Rebecca Holmes legger til:

"Du kan si at observatøren var alene i en kvanteoverstilling på ubetydelig kort tid, men ingen har prøvd det ennå, så vi vet egentlig ikke. Det er derfor å gjøre et slikt eksperiment. "

Du oppfatter på din egen måte

La oss nå gå tilbake til kaffekoppen. Du føler kruset som et solid stykke materiale, godt i kontakt med huden på hånden din. Men det er bare en illusjon. Vi berører aldri noe, i det minste ikke i betydningen av de to solide materialbitene som berører. Mer enn 99,9999999999 prosent av et atom består av tomt rom, med nesten all saken konsentrert i kjernen.

Kvantemekanikk (© Jay Smith)

Når du holder på koppen med hendene, ser det ut til å være hans styrken kommer fra motstanden til elektronene i koppen og i hånden. Elektronene i seg selv har ikke noe volum i det hele tatt, det er bare de tilsynelatende nulldimensjonene til feltet med negativ elektrisk ladning som omgir atomer og molekyler som en sky. Kvantemekanikkens lover begrenser dem til spesifikke energinivåer rundt atomer og molekyler. Når hånden tar tak i koppen, skyver den elektroner fra ett nivå til et annet, og dette krever muskelenergi, som hjernen tolker som motstand når vi berører noe fast.

Berøringsfølelsen vår stammer fra det ekstremt komplekse samspillet mellom elektroner rundt kroppens molekyler og molekylene til gjenstandene vi berører. Fra denne informasjonen skaper hjernen vår en illusjon om at vi har en solid kropp som beveger seg rundt i en verden full av andre faste gjenstander. Kontakt med dem gir oss ikke en nøyaktig følelse av virkeligheten. Det er mulig at ingen av våre oppfatninger samsvarer med det som virkelig skjer. Donald Hoffman, en kognitiv nevrolog ved University of California, Irvine, mener at sansene og hjernen vår har utviklet seg til å tilsløre virkeligheten, ikke for å avsløre den.

"Min idé er at det faktum, uansett hva det er, er for komplisert og vil ta oss for mye tid og energi å behandle."

Sammenligning av bildet av verden i hjernen med det grafiske grensesnittet i datamaskinen

Hoffman sammenligner bildet av konstruksjonen av verden i hjernen vår, med det grafiske grensesnittet på dataskjermen. Alle de fargerike ikonene på skjermen, for eksempel papirkurven, musepekeren og filmappene, har ingenting å gjøre med det som egentlig skjer på datamaskinen. Det er bare abstraksjoner, forenklinger som lar oss kommunisere med kompleks elektronikk.

Ifølge Hoffman har evolusjon endret hjernen vår til å fungere akkurat som et grafisk grensesnitt som ikke gjengir verden trofast. Evolusjon støtter ikke utviklingen av nøyaktig oppfatning, den bruker bare det som tillater overlevelse.

Som Hoffman sier:

"Form hersker over virkeligheten."

Hoffman og hans studenter har testet hundretusener av datamodeller de siste årene for å teste ideene sine i simuleringer av kunstige livsformer som konkurrerer om begrensede ressurser. I alle fall er organismer programmert til å prioritere fysisk form når fakta ikke samsvares med de som er laget for nøyaktig oppfatning.

For eksempel, hvis en organisme er designet for å oppfatte nøyaktig, for eksempel den totale mengden vann som er tilstede i miljøet, og den møter en organisme som er innstilt på å oppfatte noe enklere, for eksempel den optimale mengden vann som trengs for å holde seg i live. Så mens en organisme kan skape en mer nøyaktig form for virkelighet, øker ikke denne egenskapen dens evne til å overleve. Hoffmans studier førte ham til en bemerkelsesverdig konklusjon:

"I den grad vi er innstilt på å opprettholde liv, vil vi ikke være innstilt på virkeligheten. Vi kan ikke gjøre det. "

Kvanteteori

Tankene hans sammenfaller med det noen fysikere anser som den sentrale ideen om kvanteteori - oppfatningen av virkeligheten er ikke helt objektiv, vi kan ikke skilles fra den verden vi observerer.

Hoffman fanger fullstendig denne oppfatningen:

"Rom er bare en datastruktur, og fysiske objekter er i seg selv datastrukturer som vi skaper underveis. Når jeg ser på en bakke, lager jeg denne datastrukturen. Så ser jeg bort og bryter denne datastrukturen fordi jeg ikke trenger den lenger. "

Som Hoffmans arbeid viser, har vi ennå ikke vurdert den fulle betydningen av kvanteteori og hva den sier om virkeligheten. I det meste av livet søkte Planck selv å forstå teorien han hjalp til med å skape, og han trodde alltid på en objektiv oppfatning av universet som eksisterte uavhengig av oss.

Han skrev en gang om hvorfor han bestemte seg for å forfølge fysikk, mot råd fra læreren sin:

"Omverdenen er noe uavhengig av mennesket, det er noe absolutt, og søket etter lover som gjelder dette virket absolutt for meg å være den edleste vitenskapelige opplevelsen av livet."

Det kan ta ytterligere et århundre før en annen revolusjon i fysikk beviste om han hadde rett eller feil, som hans professor Philip von Jolly.

Kvantemekanikk

Andre deler fra serien