Teleportointi tai kyky siirtää ihmisiä ja esineitä heti paikasta toiseen voi muuttaa helposti sivilisaation ja yleensä koko maailman kehityssuuntaa. Esimerkiksi teleportaatio muuttaisi lopullisesti sodankäynnin periaatteet, tekisi kaikista kuljetusvälineistä tarpeettomia ja mikä parasta: lomat eivät enää olisi ongelma. Kuka ei halua omaa henkilökohtaista teleporttia kotona?
Luultavasti tästä syystä tämä kyky on ihmiskunnan halutuin. Tietysti ennemmin tai myöhemmin fysiikan on tehtävä tämä unelma totta. Katsotaanpa, mitä ihmiskunnalla on jo aikamme?
Haluaisin aloittaa kuuluisan tutkijan tarjouksella:
On hienoa, että kohtaamme paradoksi. Nyt voimme toivoa eteenpäin.
Niels Bohr
Teleportointi Newtonin mukaan
Newtonin teorian puitteissa teleportointi on yksinkertaisesti mahdotonta. Newtonin lait perustuvat ajatukseen, että aine koostuu pienistä kovista biljardipalloista. Esineet eivät liiku, ellei niitä työnnetä; esineet eivät katoa tai tule uudelleen esiin muualla. Mutta kvantiteoriassa hiukkaset kykenevät tekemään juuri sellaisia temppuja.
Newtonin mekaniikka kesti 250 vuotta ja kaadettiin vuonna 1925, kun Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ja heidän kollegansa kehittivät kvantiteorian. Yleensä, jos teleportaatio koskaan toteutetaan, se johtuu Quantum-teoriasta. Siksi tarkastellaan sitä yksityiskohtaisemmin.
Mainosvideo:
Kvanttiteoria
Yksi tärkeimmistä yhtälöistä teleportaatiossa on Schrödinger-aaltoyhtälö (katso kuva). Ehkä siellä on paikka puhua siitä, miltä se näytti. Erwin piti kerran luennon mielenkiintoisesta ilmiöstä, jossa sanottiin, että elektronit käyttäytyvät samalla tavalla kuin aallot. Yksi salissa läsnä olevista fyysikoista kollegoista Peter Debye kysyi: "Jos elektroni voidaan kuvata aallona, miltä sen aaltoyhtälö näyttää?"
Siihen mennessä, Newtonin ansiosta, kaikki jo tunsivat differentiaalilaskennan, fyysikot kuvasivat kaikki aallot differentiaalin kielellä. yhtälöt. Siksi Schrödinger otti tämän kysymyksen haasteena ja päätti kehittää samanlaisen yhtälön elektronille. Ja hän teki sen, kun Maxwell laski kerran yhtälönsä Faraday-kenttiä varten, Schrödinger laski yhtälön de Broglie-aallolle (ns. Elektroniaalto).
Pieni poikkeama aiheesta: Tieteen historioitsijat ovat viettäneet paljon vaivaa yrittääkseen selvittää, missä Schrödinger oli ja mitä hän teki, kun löysi kuuluisan yhtälönsä. Kävi ilmi, että hän oli vapaan rakkauden kannattaja ja meni usein lomalle rakastajatariensa kanssa. Hän piti jopa yksityiskohtaista päiväkirjaa, jossa hän kirjoitti kaikki rakastajatarinsa ja merkitsi jokaisen kokouksen monimutkaisella koodilla. Uskotaan, että yhtälö, kun yhtälö löydettiin, Schrödinger vietti Alpeilla, Villa Herwigissä, yhden tyttöystävänsä kanssa. Joten naiset voivat joskus auttaa stimuloimaan henkistä toimintaa;)
Mutta se ei ole niin yksinkertaista. Jos elektronia kuvataan aallona, mikä värähtelee siinä? Vastauksen uskotaan tällä hetkellä olevan seuraava Max Born -teos: Nämä aallot eivät ole muuta kuin todennäköisyyden aaltoja. Eli elektroni on hiukkanen, mutta todennäköisyys tämän partikkelin havaitsemiselle asetetaan de Broglie-aallolla. Osoittautuu, että yhtäkkiä aivan fysiikan keskuksessa - tieteessä, joka antoi meille tarkkoja ennusteita ja yksityiskohtaisia suuntaviivoja kaikille esineille, planeetoista ja komeetoista tykkipalloliin - oli sattuman ja todennäköisyyden käsitteitä! Tästä syystä Heisenbergin epävarmuusperiaate ilmestyi: on mahdotonta tietää tarkkaa nopeutta, elektronin tarkkaa sijaintia ja sen energiaa samana ajankohtana. Kvantitasolla elektronit voivat tehdä täysin käsittämättömiä asioita: katoavat, sitten ilmestyvät uudelleen, ovat kahdessa paikassa samanaikaisesti. No, siirrytään nyt suoraan teleportaatioon.
Teleportaatio ja kvantiteoria
Kun ihmisiltä kysytään: "Kuinka kuvittelet teleportoinnin?", Useimmat sanovat, että heidän on päästävä erityiseen hyttiin, kuten hissiin, joka vie heidät toiseen paikkaan. Mutta jotkut kuvittelevat sen toisin: he keräävät meiltä tietoa atomien, elektronien jne. Sijainnista. kehossamme kaikki nämä tiedot siirretään toiseen paikkaan, missä he keräävät sinut näiden tietojen avulla, mutta toiseen paikkaan. Tämä vaihtoehto on ehkä mahdoton Heisenbergin epävarmuusperiaatteen vuoksi: emme pysty selvittämään elektronien tarkkaa sijaintia atomissa. Tämä periaate voidaan kuitenkin voittaa kahden elektronin mielenkiintoisen ominaisuuden ansiosta: jos kaksi elektronia värähtelee alun perin yhdessä (tätä tilaa kutsutaan koherentiksi), niin ne kykenevät ylläpitämään aaltosynkronointia jopa suurella etäisyydellä toisistaan. Vaikka nämä elektronit ovat valovuosien päässä. Jos ensimmäiselle elektronille tapahtuu jotain, niin tieto siitä välitetään heti toiselle elektronille. Tätä ilmiötä kutsutaan kvantti-takertumiseksi. Hyödyntämällä tätä ilmiötä, fyysikot ovat viime vuosien aikana pystyneet siirtämään kokonaiset cesiumiatomit, ja pian he voivat pystyä siirtämään DNA-molekyylejä ja viruksia. Muuten, se pystyi todistamaan matemaattisen teleportoinnin perustavanlaatuisen mahdollisuuden vuonna 1993. IBM: n tutkijat Charles Bennettin johdolla. Joten he eivät vain osaa tehdä prosessoreita, jos joku ei tiennyt:)Hyödyntämällä tätä ilmiötä, fyysikot ovat viime vuosien aikana pystyneet siirtämään kokonaiset cesiumiatomit, ja pian he voivat pystyä siirtämään DNA-molekyylejä ja viruksia. Muuten, se pystyi todistamaan matemaattisen teleportoinnin perustavanlaatuisen mahdollisuuden vuonna 1993. IBM: n tutkijat Charles Bennettin johdolla. Joten he eivät vain osaa tehdä prosessoreita, jos joku ei tiennyt:)Hyödyntämällä tätä ilmiötä, fyysikot ovat viime vuosien aikana pystyneet siirtämään kokonaiset cesiumiatomit, ja pian he voivat pystyä siirtämään DNA-molekyylejä ja viruksia. Muuten, se pystyi todistamaan matemaattisen teleportoinnin perustavanlaatuisen mahdollisuuden vuonna 1993. IBM: n tutkijat Charles Bennettin johdolla. Joten he eivät vain osaa tehdä prosessoreita, jos joku ei tiennyt:)
Wienin yliopiston fyysikot pystyivät vuonna 2004 teleportoimaan valon hiukkasia Tonavan alla 600 metriä kuituoptisella kaapelilla, mikä asetti uuden etäisyysrekisterin. Vuonna 2006 makroskooppista esinettä käytettiin ensimmäistä kertaa tällaisissa kokeissa. Niels Bohr -instituutin ja Max Planck -instituutin fyysikot onnistuivat takertumaan valonsäteen ja cesiumatomista valmistetun kaasun. Monet biljoonat atomit osallistuivat tähän tapahtumaan!
Valitettavasti tämän menetelmän käyttäminen kiinteiden ja suhteellisen suurten esineiden teleportoimiseksi on erittäin hankalaa, joten teleportaatio ilman takertumista todennäköisesti kehittyy nopeammin. Analysoidaan sitä alla.
Teleportointi ilman takertumista
Tämän alan tutkimus on nopeasti lisääntymässä. Vuonna 2007 tehtiin tärkeä löytö. Fyysikot ovat ehdottaneet teleportaatiomenetelmää, joka ei vaadi takertumista. Loppujen lopuksi tämä on kvantti-teleportaation monimutkaisin osa, ja jos onnistuu olemaan käyttämättä sitä, pystyt välttämään monia siihen liittyviä ongelmia. Joten tässä on tämän menetelmän pääsisältö: Tutkijat ottavat rubidiumatomien säteen, kääntävät kaiken sen tiedon valonsädeksi, lähettävät sen säteen alas valokuitukaapelin ja luovat sitten alkuperäisen atomien säteen muualla. Tutkimuksesta vastuussa oleva tohtori Aston Bradley kutsui tätä menetelmää klassiseksi teleportaatioksi.
Mutta miksi tämä menetelmä on mahdollista? Se on mahdollista äskettäin löydetyn aineen tilan "Bose-Einsteinin kondensaatti" tai KBE vuoksi (vasemmalla olevassa kuvassa se on kiertynyt ellipsoidiloukkuun). Se on yksi kylmäimmistä aineista koko maailmankaikkeudessa. Luonnossa alin lämpötila löytyy avaruudesta: 3 kelviniä, ts. kolme astetta absoluuttisen nollan yläpuolella. Tämä johtuu Ison räjähdyksen jäljellä olevasta kuumuudesta, joka silti täyttää maailmankaikkeuden. Mutta CBE on miljoonasosasta miljardiin asteeseen absoluuttisen nollan yläpuolella. Tämän lämpötilan voi saada vain laboratoriossa.
Kun aine jäähdytetään CBE-tilaan, kaikki atomit putoavat alimmalle energiatasolle ja alkavat värähtellä yhdessä (tulevat koherentiksi). Kaikkien näiden atomien aaltofunktiot ovat päällekkäisiä, joten CBE muistuttaa tietyssä suhteessa jättiläistä "superatomia". Einstein ja Schatiendranath Bose ennustivat tämän aineen olemassaolon vuonna 1925, mutta kondensaatti löydettiin vasta vuonna 1995 Massachusettsin teknillisen instituutin ja Coloradon yliopiston laboratorioissa.
Joten nyt tarkastellaan itse teleportoinnin periaatetta KBE: n osallistumisella. Ensin kerätään superkylmä aine rubidiumatomista CBE-tilassa. Sitten tavalliset rubidiumiatomit lähetetään tälle BEC: lle, jonka elektronit myös alkavat laskea alimmalle energiatasolle emittoidessaan samalla valokvantteja, jotka puolestaan siirretään kuituoptisen kaapelin kautta. Lisäksi tämä säde sisältää kaikki tarvittavat tiedot aineen alkuperäisen säteen kuvaamiseksi. Kun kaapeli on kulkenut, valonsäde tulee toiseen BEC: iin, joka muuttaa sen alkuperäiseksi ainevirtaukseksi.
Tutkijoiden mielestä tämä menetelmä on erittäin lupaava, mutta siinä on omia ongelmia. Esimerkiksi CBE: tä on erittäin vaikea saada edes laboratoriossa.
ulostulo
Voimmeko sanoa, kun kaikki tähän mennessä saavutettu on, kun saamme tämän upean kyvyn? Fyysikot toivovat tulevina vuosina teleportoivan monimutkaisia molekyylejä. Sen jälkeen kuluu todennäköisesti useita vuosikymmeniä, jotta kehitetään tapa siirtää DNA: ta tai ehkä jonkinlaista virusta. Tekniset haasteet, jotka on kuitenkin voitettava matkalla kohti tällaista saavutusta, ovat kuitenkin uskomattomia. On todennäköistä, että useita vuosisatoja kuluu ennen kuin pystymme teleportoimaan tavallisia esineitä, jos se on mahdollista.
Käytetty materiaali: Michio Kaku "Mahdoton fysiikka"