Физикам удалось обойти принцип неопределенности

9 Августа 2014 в 18:00, Илья Хель 10 661 просмотр 19

Принцип неопределенности

Квантовая механика накладывает ограничение на то, что мы можем знать о субатомных частицах. Если физики измеряют положение частицы, они не могут измерить ее импульс, так гласит теория. Однако в ходе нового эксперимента, как сообщает ScientificAmerican, удалось это правило обойти — так называемый принцип неопределенности — узнав о положении частицы совсем немного, и тем самым сохранив возможность измерения импульса.

Принцип неопределенности, сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1927 году, показывает настоящие чудеса природы на микроскопических масштабах. Квантовая механика показала, что частицы — не просто крошечные шарики, действующие подобно обычным объектам, которые мы можем увидеть и потрогать. Элементарные частицы существуют в тумане вероятностей, вместо того чтобы находиться в определенном месте в определенное время. Их шансы нахождения в любом определенном состоянии описывают уравнением квантовой волновой функции. Любое измерение частицы заставляет волновую функцию «коллапсировать», выбирать определенное значение.

Не так давно физики решили посмотреть, могут ли они преодолеть это ограничение, используя новую инженерную технику под названием compressive sensing — методику получения и восстановления сигнала на основе знаний о его предыдущих значениях, которые разреженны или сжаты. Этот инструмент давно применяется для эффективных расчетов в сфере цифровой фотографии, МРТ-сканирования и других технологий. Как правило, измерительные приборы проводят подробное чтение, а затем сжимают данные для удобства использования. К примеру, камеры делают крупные снимки в формате RAW, а затем преобразуют их в более сжатый формат JPEG. В компрессивном зондировании, однако, инженеры стремятся сжать сигнал во время измерения, что позволяет им делать меньше измерений — будто делая фотографии в формате JPEG, а не RAW.

Этот же метод получения минимальной информации, необходимой для измерения, был предложен как способ обойти принцип неопределенности. Чтобы проверить работу compressive sensing в квантовом мире, физик Джон Хоуэлл и его команда из Университета Рочестера измерила координаты и импульс фотона — частицы света. Они пустили лазер через коробку, наполненную рядом зеркал, которые могли быть направлены как на детектор, так и от него. Эти зеркала образовали фильтр, позволивший фотонам проникнуть в одни места и остаться заблокированными в других. Если фотон оказывался в детекторе, физики знали, что он был в одном из мест, где зеркала открывали свободный путь. Такой фильтр предоставил ученым возможность измерить положение частицы без фактического знания о нем, не давая волновой функции коллапсировать.

«Все, что мы знали, — это смог фотон пройти по этому пути или же нет, — говорит Грегори Хоуланд, автор работы на эту тему, опубликованной в начале лета в журнале Physical Review Letters. — Получается, вследствие этого мы все еще могли измерить импульс фотона. Правда, в ходе такого измерения мы получили немного помех. Но менее точное измерение импульса все же лучше, чем никакое».

Физики подчеркивают, что законов физики они не нарушали.

«Мы не нарушали принцип неопределенности, — говорит Хоуланд. — Мы просто его разумно использовали».

Эта техника может дать мощный толчок развитию таких технологий, как квантовая криптография и квантовые компьютеры, которые стремятся использовать квантовые свойства частиц в качестве полезных применений. Чем больше информации можно получить в ходе квантовых измерений, тем лучше такие технологии будут работать. Эксперимент Хоуланда может привести к появлению более эффективных квантовых измерений, чем было возможно до этого. Говоря простыми словами, физики нашли способ получить больше данных, проводя меньше измерений.

Физикам удалось обойти принцип неопределенности

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

19 комментариев

  1. Nether@

    По поводу "обхода" законов надо обращаться к Российской судебной системе, помогут обойти любой закон.

  2. The1Day

    Меня на самом деле всегда смущала формулировка "обойти закон", ведь их же придумывают люди, а им свойственно ошибаться, да и закон является законом до тех пор, пока не найдется более лучший закон, объясняющий больше явлений и более точно, чем предыдущий, ведь не зря многое называется теориями. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. Vladimir8

    На мой взгляд они просто сдвинули баланс. Это как настройка звука в колонках - правая/левая (положение/заряд), и то и другое не получится.
    Возможно такая комбинация (всего по чуть-чуть) и даст что-то в квантовой криптографии.

  4. vassa

    Коллапс волновой функции это мгновенное изменение математического описания квантового состояния объекта, а не описание физического состояния элементарной частицы. Если математика не в ладу с физикой, то это вовсе не значит что, что-то в самом деле может МГНОВЕННО коллапсировать.
    Дурдом однако - "Элементарные частицы существуют в тумане вероятностей".
    В тумане сознание "британских ученых".
    Элементарные частицы существуют в реальном мире, а не в виртуальном мире математических теорий.

    • vacok

      Под "туманом вероятностей" скорее всего имелось ввиду некое "облако" в котором может витать частица и за пределами которой, по закону Гайзенберга, она находится не может. Т.е. каждой определённой точке соответствует некая неопределенность - (число - которое описывает возможность нахождения в данной точке). (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • Vladimir8

      А что такое физическое описание обьекта в твоем понимании? Масса, заряд, скорость, положение?
      Все верно говорится в статье (мгногновенно коллапсируется нахождение в определеном состоянии - измерение "заставляет" частицу определиться, т.е. мнговенно поменять значение волновой функции).
      Мгновенно, именно так, почитай опять же принцип квантовой криптографии, связанные фотоны, кубиты и т.д. все строится на мгновенности.

      Еще разок - "нахождение в любом определенном состоянии описывается уравнением квантовой волновой функции", измерение "заставляет" частицу менять это состояние (вылезти из сумрака :) ).
      Это происходит из-за принципа неопределенности Гейзенберга (в статье же об этом пишется, плюс для дается ссылка почитать что это за зверь).

      Элементарные частицы НЕ СУЩЕСТВУЮТ в реальном мире, они имеют КВАНТОВУЮ ВЕРОЯТНОСТЬ (это не теория веорятности, почитай про кота Шредингера) существования в нескольких местах одновременно (пока не измеришь где конкретно они находятся). Вот и мучаются люди из-за женской неопределенности частиц.

      • vassa

        "... измерение «заставляет» частицу определиться, т.е. мнговенно поменять значение волновой функции."
        "Элементарные частицы НЕ СУЩЕСТВУЮТ в реальном мире, они имеют КВАНТОВУЮ ВЕРОЯТНОСТЬ... существования в нескольких местах одновременно"
        ======
        Бред, ничто реально существующее не может МГНОВЕННО изменяться и находиться в нескольких местах одновременно.
        Квант наименьшая неделимая частица или наименьшее значение энергии для изменения физического состояния объекта.
        Любая точка в пространстве может иметь только одно значение координат в любой системе отсчета.
        Всего вместе с античастицами открыто более 350 элементарных частиц.
        Спрашивается что понаоткрывали атомщики и математики если эти частицы не существуют в реальном мире?

  5. X-FAIL

    Немного научной прозы.
    Автор теории---Господь Бог.
    С его слов записанно---раб Божий X-FAIL
    Эпиграф---*Имеющий уши да услышит* Иисус Христос
    Формула пространственной энергии
    V=L в кубе*T
    L---измеряется в метрах
    T---измеряется в секундах
    V---измеряется в пространах
    Формула гравитационной энергии
    G=M*O*T
    M---в килограммах
    O---объём тела
    Т---время существования тела
    G---в гравитонах

    И для смеха ,но всерьёз энергия слова.Она зависит от количества букв в слове,гарнитуры шрифта ,его размера, цвета ,количества употребления слова, языка на котором написано слово.
    В отдельную группу выделены матерные слова к сожаленью запрещеные депутатами. Слова есть , а употреблять их нельзя ,не по Божески это.Сколько энергии в них! Как они убедительны!

  6. X-FAIL

    ДА, РЕБЯТА ТУГОДУМЫ,ДА!

  7. dus

    Так че там с котом?!замучили? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • glitch

      Шредингер придумал свое уравнение и решил провести эксперимент на коте. Бедняшка-кот превратился в "облако вероятностей". Не дай Бог пернжить такое кому-нибудь! Шредингера посадили за жестокое обращение с животными, но уравнение запретить не смогли. С тех пор областью интересов квантмеха стали котики. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.