Найден материал, существующий между классическим и квантовым мирами

8 Декабря 2016 в 15:00, Илья Хель 19 271 просмотр 77

Квантмех

Эксперименты с использованием лазерного света и кусочков серого материала размером с кончик ногтя могут предложить подсказки к фундаментальной научной загадке: какая связь между повседневным миром классической физики и скрытым квантовым миром, который подчиняется совершенно другим правилам?

«Мы обнаружили конкретный материал, который находится между этими двумя режимами», говорит Питер Армитаж, доцент физики в Университете Джона Хопкинса, опубликовавший свою работу в журнале Nature. Шесть ученых из Джона Хопкинса и Университета Рутгерса работали над материалами под названием топологические изоляторы, которые могут проводить электричество на своей поверхности толщиной в атом, но не внутри.


Топологические изоляторы были предсказаны в 1980-х годах, впервые обнаружены в 2007 году и с тех пор активно изучаются. Состоящие из сотен элементов, эти материалы могут демонстрировать квантовые свойства, которые обычно проявляются только на микроскопическом уровне, но при этом остаются видимыми невооруженному глазу.


Эксперименты, о которых написал Science, поместили эти материалы в отдельное состояние вещество, которое «проявляет макроскопические квантово-механические эффекты», говорит Армитаж. «Обычно мы считаем квантовую механику как теорию малых вещей, но в этой системе квантовая механика проявляется на макроскопических масштабах длин. Эксперименты стали возможны благодаря уникальной аппаратуре, разработанной в моей лаборатории».

В рамках экспериментов образцы темно-серого материала, изготовленные из элементов висмута и сеена — каждый несколько миллиметров в длину и разной толщины — поражались терагерцевыми световыми лучами, которые не видны невооруженным глазом. Исследователи измеряли отраженный свет по мере его перемещения через материальные образцы и обнаружили отпечатки квантового состояния материи.

В частности, они обнаружили, что, когда свет пропускался через материал, волна демонстрировала характеристики, связанные с физическими константами, которые обычно измеряются только в экспериментах атомного масштаба. Эти свойства соответствовали прогнозам, которые делались для квантового состояния.

Эти результаты углубляют понимание топологических изоляторов, а также могут способствовать развитию другой области, которую Армитаж называет «центральным вопросом современной физики». Какая связь есть между макроскопическим классическим миром и микроскопическим квантовым миром, из которого вытекает первый?

С начала 20 века ученые пытались понять, как один набор физических законов, управляющих объектами больше определенного размера, может сосуществовать с другим набором законов, управляющих атомными и субатомными масштабами. Как классическая механика вытекает из квантовой и где порог, который делит эти сферы?

На эти вопросы еще предстоит ответить, но топологические изоляторы могут быть частью решения.

«Это часть головоломки», говорит Армитаж.

Найден материал, существующий между классическим и квантовым мирами

77 комментариев

  1. zar

    Каждый день какие-то научные открытия которые должны перевернуть мир... Только как у нас были ямы на дорогах так ни чего не меняется... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • KRYPTO

      zar, В странах Запада, научной кузнице мира, дороги вполне нормальные. Вон и в России нашли дорогу, которая не нуждается в ремонте уже как 11 лет - полное соблюдение технологий и качественные материалы - вот и весь секрет долголетия. Плохие дороги - это не проблема науки, это проблема коррупции.

      • BATOU

        KRYPTO, Да и с дорогами впринципе прогресс есть кое-где. Могу сказать что у нас в городе и окрестностях за последние лет 5 состояние и качество дорожных покрытий улучшилось с состояния "бедная подвеска" до "комфортной ровной езды". Удивлен данным фактом, приятно удивлен... Дожились. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • GlobalElite

      zar, Конечно - квантовые супернано ямы между-мирами - это будущее!

    • doubovitski

      zar, Не спешите сообщение называть открытием. Нужно всё многократно проверить и, подтвердить или опровергнуть.
      Любителей сенсаций и у них- пруд пруди. Пример нашего Петрика вас не успокаивает?

  2. pathetic

    И это "Тардис". (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. sandy1906

    Фрактальная топология и странная кинетика: от теории перколяции к проблемам космической электродинамики.
    http://314159.ru/zeleny/zeleny1.pdf

    Есть над чем подумать, спасибо за тему. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  4. Aldo

    Ох уж эти интерпретации квантовой механики. Если есть тут оьразованные в теме люди, то наверное ужаснутся моей писанине, но буду рад если кто-то меня поправит)) Пока что нет никаких здравых способов объяснить пресловутый двухщелевой эксперимент. Мне лично симпатична транзакционная интерпретация, потому включает в себя нюанс, который игнорируется остальными – а именно, потенциальную возможность временных флуктуаций на квантовом уровне. Ведь, если подумать, то возможно время действительно ведёт себя несколько иначе на квантовом уровне. В частности, об этом нам говорит константа скорости света, во всяком случае мне так кажется – я никогда не мог вдуплить почему свет движется всегда на одной скорости независимо от скорости наблюдателя, и единственный вывод который я могу сдалать со своей необразованной в этом вопросе точки зрения – для света, нет времени как такового. Соответственно, можно задать вопрос, что же такое время, и если вспомнить известную всем интерпретацию Хокинга, что время есть проявление энтропии во Вселенной, то логично предположить, что квантовые частицы не подчиняются законам термодинамики. И возвращаясь к двум щелям: так как наблюдатель и устройство находятся в определенной зависимости от само-собой разумеющегося понятия "пространство-время", а квант нет, то будто бы кажется логичным то, что в определенный момент времени мы не можем сразу определить оба свойства кванта: кинетическую и динамическую. Ну и чтобы подытожить, есть идея как квантовая механика связана с ньютоновской: как только частицы начинают взаимодействовавать гравитационно, они теряют свойства квантов (хотя в этом случае парадоксально отклонение света в условиях сильной гравитации, хотя думаю и на это можно что-то придумать)). (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Admin

      Aldo, Все процессы в пространстве происходят с одинаковой скоростью, значит, если при определенных условиях скорость света в вакууме будет ниже (ракета уже летит на околосветовой скорости), то и скорость часов тоже станет ниже. Вот и вся СТО. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • botan

        Admin, простраство - в какой точке? в каком месте? уточните (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Admin

          botan, Смотря какой "религии" вы придерживаетесь.
          В теории эфира - в любой неподвижной относительно эфира точке.
          В теории относительности - в любой неподвижной точке инерциальной системы отсчета. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • Aldo

            Admin, Так время при возрастании скорости замедляется или наоборот? Что значит "скорость света будет ниже?" (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • Admin

              Aldo, Это значит, что если скорость ракеты относительно наблюдателя равна c/2, то скорость света внутри ракеты в направлении движения ракеты относительно ракеты с точки зрения наблюдателя тоже равна c/2. Итого c/2 + c/2 = c. Пока все сходится. Но для пилота ракеты скорость света тоже будет казаться с, хотя она на самом деле c/2. Почему так происходит? Потому что "квантовый метаболизм" пилота в направлении движения ракеты замедляется вдвое.
              Если же свет в ракете движется от носа к хвосту, то скорость света внутри ракеты относительно ракеты(!) с точки зрения наблюдателя равна -1.5*c. Итого c/2 - 1.5*c = -с.
              Но для пилота скорость света опять будет казаться с. Это потому что "квантовый метаболизм" пилота в направлении противоположном движению ракеты ускоряется в 1.5 раза.
              Получается, что "квантовый метаболизм" одновременно и замедляется и ускоряется. Грубо говоря, электрон вращяясь вокруг ядра в направлении движения ракеты движется дольше, а в противоположном направлении быстрее. Пилот в метре за собой видет более давнее прошлое, чем перед собой (неодновременность событий). Для него время неравномерно. Но так как все его приборы подвержены таким же искажениям, все измерения показывают полную равномерность и стабильность скорости света во всех направлениях.
              Возможно, что бы объяснить все детали, нужно написать целый трактат. В один комментарий вложиться очень тяжело. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • Aldo

                Admin, На мой скромный взгляд, все бы может быть ничего в качестве гипотезы (наверное), если бы не проблема со сторонним наблюдателем – для любого из наблюдателей скорость света будет всегда с, куда бы свет не двигался и откуда бы не испускался, разве нет? Скорость света внутри ракеты для стороннего наблюдателя не будет с/2, а будет с, как и для наблюдателя, который двигается со скоростью с/2, а внутри ракеты тоже не будет 1.5с. Если бы всё было так просто, то во первых не было бы парадокса. Рассуждения с электроном могла бы иметь место в том случае, если бы скорость менялась относительно наблюдателей, а так, наверное, нет. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                • Admin

                  Aldo, Прочитайте внимательно: "скорость света внутри ракеты ОТНОСИТЕЛЬНО РАКЕТЫ с точки зрения наблюдателя тоже равна c/2"
                  Относительно наблюдателя скорость света конечно с, но относительно летящей (с точки зрения наблюдателя) ракеты v = с - v_ракеты = c/2 (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                  • Aldo

                    Admin, Я достаточно внимательно прочитал. Не вяжется вообще никак. Испустим четыре пучка света: навстречу ракете, позади ракеты, внутри в хвосте и внутри в носу. И посадим двух наблюдателей: одного в середине ракеты и другого в стороне. Для всех скорость света из любого источника будет всегда с. А по вашим вычислениям так не получается никак. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • Admin

                      Aldo, От неподвижного наблюдателя испускается два луча света - вперед и назад. На одинаковом расстоянии от него стоят зеркала, которые отражают этот свет обратно к наблюдателю.
                      То же самое происходит и с подвижным пилотом, но с точки зрения неподвижного наблюдателя.
                      http://i12.pixs.ru/storage/2/6/6/STOpng_5555820_24352266.png (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                      • Admin

                        Admin, Мы все живем в искаженном мире относительно Солнца (Земля то движется). Но все наши приборы как и мы сами тоже искажены, поэтому искажений не замечаем. Разница скорости света на Земле относительно Земли с точки зрения Солнца не равна c потому что она равна c относительно Солнца. Но с точки зрения Земли в её искаженном мире скорость света всегда равна c. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                        • Admin

                          Admin, Вот что будет, если исказим наш график, что бы он был ровным с точки зрения пилота
                          http://i12.pixs.ru/storage/5/8/7/STO2png_3750544_24352587.png (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                          • Aldo

                            Admin, Сорри, я не понимаю (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                            • Admin

                              Aldo, Ну что ж, учите мат.часть. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                              • Aldo

                                Admin, Да я уже погуглил, нашел некую "баллистическую" гипотезу, которая очень напоминает то, что вы писали. Была успешно опровергнута экспериментально. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                • Admin

                                  Aldo, 1. Всего лишь напоминает.
                                  2. Можно увидеть ссылку? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                • Admin
                                  • Aldo

                                    Admin, Что значит ничего общего – вы тоже складываете скорости. Это неважно. Закончим, потому что я ничерта не понимаю из ваших рассуждений. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                    • Admin

                                      Aldo, Видимо потому что не умеете читать графики (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                      • Aldo

                                        Admin, Вроде умею и часто этим занимаюсь по долгу службы, но ваш график совершенно неясное нечто. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                        • Admin

                                          Aldo, Что же тут не ясно? Есть ось пространства (x), есть ось времени (t). Есть процессы, которые происходят в пространстве с течением времени. Мысленно расставьте на нижней оси километры (по 300 тысяч километров), а на левой оси секунды. Вертикальная линия - график перемещения наблюдателя, горизонтальная - линия одновременности событий относительно наблюдателя, диагональные линии - графики распространения импульса света от наблюдателя и обратно к нему. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                          • Aldo

                                            Admin, Теперь понятнее, но всё равно свет приобретает относительный характер и для стороннего наблюдателя не будет константой уже, раз он подвержен искажениям, как и пилот. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                            • Admin

                                              Aldo, http://i11.pixs.ru/storage/0/9/3/StrVisuali_3318879_24380093.png
                                              Из картинки видно, что свет везде распространяется под углом ровно 45°, то есть с одинаковой скоростью относительно любого наблюдателя с точки зрения этого же наблюдателя. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                              • Aldo

                                                Admin, Короче почитал я тут опять вагон статеек про СТО, связь времени и скорости, и почему для каждого наблюдателя скорость света всегда постоянна. И по всем законам логики вы неправы – дело не в том, что свет движется с разной скоростью, а в том, что время течет относительно на разных скоростях для наблюдателя. Ракета, двигающаяся со скоростью 98% скорости света, за 10 лет слетает к другой звезде (по времени пилота), а за 10 лет которые пройдут на Земле эта же ракета для тех кто смотрит со стороны пролетит куда меньшее расстояние. Именно с этим связан парадокс скорости света. Следовательно, во первых ваша интерпретация явлений не согласуется с СТО, хотя про время вы указали верно, но я склонен доверять СТО просто потому, что данная математическая модель общепризнана, а оснований считать, что вы видите шире, чем великие математики мира сего, у меня нет, без обид. :) А во вторых мои рассуждения касались природы инвариантности скорости света. Вы же опровергаете саму идею, что "с" – максимальна и постоянна. А вот физики со мной согласятся, думаю, что для света времени нет как такового. Если бы наблюдатель двигался со скоростью света, за какой промежуток времени для него самого он бы добрался до пункта назначения? Если мы нарисуем диаграмму Минковского, то поймём, что число это будет 0. Он бы не сдвинулся во времени. Вот только вопрос – не сдвинулся бы для себя или для стороннего наблюдателя?)) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                                • Admin

                                                  Aldo, Вообще-то то что я говорю никак не расходится с СТО. А графики как раз таки и описывают СТО. А все что Вы написали в последнем комменте как раз таки и есть то что я хотел сказать. И видно на этих графиках. Просто вы совсем не разобрались в СТО. Читайте, изучайте дальше. Да прибудет с Вами сила! https://habrahabr.ru/post/169347/
                                                  А то что я хотел донести в самом начале, так это то, что если каждая точка ракеты будет двигаться со скоростью света, то пилот не сможет сдвинуться с места, потому что тогда ему придется набрать скорость выше скорости света! То есть его "квантовый метаболизм" будет равен нулю и время для него остановится. Чем быстрее движется тело, тем медленнее в нем проходят все процессы (но не все так просто, еще искажается пространство, нарушается принцип одновременности, сокращаются расстояния и еще кучу всего)

                                                  • Aldo

                                                    Admin, Тогда мне непонятна идея "с/2" (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                                  • Aldo

                                                    Admin, А статью почитаю, спасибо (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                                  • Admin

                                                    Admin, Перепроверил я еще раз все формулы (преобразования Лоренца) - что бы быть абсолютно точным, нужно линейно уменьшить график в Корень(1 - v²/c²), при этом на скорости света график уменьшится до точки, а во всех остальных случаях будет иметь идентичную форму, но уже меньший размер - тем меньший, чем выше скорость. Это и есть замедление "квантового метаболизма". Но линия распространения импульса света все равно всегда будет под углом ±45°

              • ted-ufa

                Admin, Интересная тема, дайте мне таблетку и я выйду из матрицы. Либо все вышележащие теории выходят из того, что свет подчиняется законам импульса и у него есть масса. И СТО интересная теория. Получается мы до сих пор спорим о том, чем по сути является световая волна и какие у нее особенности. Можем мы ли догнать свет или выпустить его с каким либо импульсом, чтобы увеличить скорость выше скорости света, чтобы мы могли его складывать или вычитать из других скоростей относительео того или иного наблюдающего? Помоему мы просто не достаточно знаем про сам свет,движение фотона и волновые теории.

                • Admin

                  ted-ufa, Вы, да, не знаете. А научное сообщество уже давно разобралось. Все процессы во вселенной происходят с одинаковой и максимальной скоростью. Свет распространяется со скоростью света потому что он движется по прямой, а электрон летит медленнее, потому что внутри него уже происходят некие процессы, причем, скорость этих процессов + скорость движения электрона всегда в сумме дают максимальную скорость, то есть скорость света. Т.о. если электрон двигается на околосветовой скорости, то процессы внутри него искажаются так, что бы следовать вышеприведенной формуле. И да, у света есть и масса и импульс, но не масса покоя. То есть любые процессы (энергия) порождает массу. Т.к. внутри фотона процессов нет, то и нет массы покоя и следовательно фотон не может замедляться (кроме случаев движения в плотной среде) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Aldo

        Admin, Что-то вы напутали, не? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. Aldo

    А вообще трудности исследования квантовых частиц не позволяют делать сколько-нибудь адекватные выводы. Наткнулся тут на комментарий выпускника какого-то из смежных с квантовой физикой факультетов, который её изучал. Далее, приблизительный перевод: "ситуация аналогична тому, как зоолог изучает анатомию слона, анализируя звуковые записи страшных шумов падающих на землю искромсанных обломков от столкновения слонов, запущенных с двух гигантских слоновых катапульт, направленных друг на друга")) Оригинал: "situation analogous to a zoologist exploring elephant anatomy while restricted to analyzing audio recordings of the thumping noises made by the mangled debris falling to earth below the collision zone between two colossal elephant catapults aimed at each other..." (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. sandy1906

    А ведь научное познание такое и есть. Оно достоверно, но в рамках интерпретаций и отдельных моделей.
    А ваше мнение о вневременном пребывании квантового состояния очень интересно. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  7. grems

    Про свет, могу сказать , что это волна, и как бы ты не бежал навстречу источнику , будет изменятся только восприятие этой волны , как более или менее плотной , но не ее скорость.

  8. khch

    Нестыковка микромира и макромира может быть следствием (это исключительно мое мнение) и доказательством симулированности нашей вселенной. Эта нестыковка примерно тоже самое, как немаштабируемость программы для компьютера и действий процессора. Он постоянно что-то считает, даже не относящееся к самой программе, а мы, пытаясь пересчитать нули и единицы не понимаем почему они не совсем соотносятся с бегающим по экрану человечком....
    А может я и не прав....

    • Aldo

      khch, Вероятнее всего квантовым парадоксам есть более приземленные объяснения, просто мы не можем их найти. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • khch

        Aldo, может быть, может быть. Что, впрочем, не исключает некоторой вероятности симуляции нашего мира...

        • deaddreams

          khch, такое предположение далеко не абсурдно...если склоняться к версии симуляции нашей вселенной

          • khch

            deaddreams, Странно, что эта мысль беспокоит только меня. Конечно мне совсем не хочется чтобы я, да что там я, у меня семья, родные, были бы симуляцией на компьютере в реальном мире. Остается только надеятся на то, что мне не придется искать выход из матрицы. Что, скорее всего будет невозможно))))
            PS А ведь вариант симуляции так же вероятен, как и вариант реальной вселенной...

            • Aldo

              khch, Этот вариант невероятен просто никак. Для этого нет предпосылок, ничем не подтвержденная идея, как и десятки других. Она непроверяема, математически необоснована, неофициальна. Так что успокойся что-ли. :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • khch

                Aldo, ALDO ты считаешь, что одна и та же скорость света для всех наблюдателей - это нормально, а вариант симуляции невероятен????
                По-моему для нормальной вселенной ГораздО вероятней вариант симуляции нежели этот бред про движение света.

              • khch

                Aldo, Ты задумывался над аналогией про искривление пространства с простыней??? Там же получается, что гравитация есть воздействие, самая сильная часть которого как будто в четвертом измерении!!! В остальных измерениях, в которых мы ищем это взаимодействие (то есть там гда можем считать) оно очень слабое.

      • khch

        Aldo, Я полагаю, что если не придавать этому мистического ореола, то "матрица" тоже достаточно приземленный вариант.
        Для кого-то...

  9. Хутор

    Материал-то какой? Как звать его?

    "висмута и сеена" - может селена? Это селенид висмута?

  10. sandy1906

    Дискретизация/разбиение света как электро-магнитной волны на составляющие эту волну отдельные/дискретные системки отсчёта (фотончики с массой) помогает понять что такое давление света.
    Но если мы движемся навстречу пучку света, тогда мы ощутим большее давление света? По Эйнштейну ответ отрицателен, так как свет одинаков по своей скорости для всех систем отсчёта одновременно. То есть фотон должен иметь переменную массу и переменную энергию одновременно для всех систем отсчёта. А физика говорит, что его энергия инвариантна и равна одному кванту (произведение постоянной Планка на частоту колебаний фотона).

    Немыслимо пока как такое возможно. Выходит, что свет - это парадокс (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Aldo

      sandy1906, Странно что все эти парадоксы не освещаются и не анализируются – не могу найти адекватную информацию в сети по всем этим делам. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  11. sandy1906

    Думаем дальше... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  12. art-krik

    Какой финиш у всех открытий???

  13. sandy1906

    Наука - это особенный статус и инструмент, доступный лишь избранным/сведущим/подготовленным людям, которые глубоко заняты особым порядком познавательной деятельности.
    Мы тут угуглимся в конец, а так и останемся дилетантами в познании мира.
    Лишь немногие, зашедшие сюда, выйдут в мир настоящего постижения. Это те, кто генетически обусловлен на саморазвитие своего интеллекта, самопознание.

    Смех (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  14. Aldo

    Есть много других более интересных и логичных интерпретаций, не пойму почему вам так нравится эта гипотеза. Во первых она говорит только о самом факте измерения и не намекает что люди влияют на вселенную, во вторых включает статистический компонент. И вообще что-то утверждать на основании своих желаний и предпочтений неправильно. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Aldo

      Aldo, Вы так говорите, будто бы навели уже порядок на всех уровнях. Расскажите, к чему все эти риторические вопросы. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.