Mechanika kwantowa stanowi prawdziwy przełom w nauce, umożliwiając naukowcom wyjaśnienie wielu zjawisk na poziomie atomów i cząstek subatomowych. Nic dziwnego, że tak dynamicznie rozwijająca się dziedzina wiedzy wywarła ogromny wpływ na współczesny obraz rzeczywistości. Możesz to zweryfikować, patrząc na 17 przykładów tego, jak mechanika kwantowa zmieniła się i nadal zmienia nasz pogląd na wszechświat.
1. Wszechświat może być hologramem
Jedną z interpretacji modelu świata, uwarunkowaną postulatami mechaniki kwantowej, jest idea, że nasz trójwymiarowy wszechświat to tylko hologram. Naukowcy z niemiecko-brytyjskiego obserwatorium donoszą o prawdopodobnym wykryciu małych zmarszczek w czasoprzestrzeni, które mogą dostarczyć dowodów na teorię pikselizacji kwantowej.
2. Wraz z rozwojem technologii innowacje stają się mniej dokładne
Wraz z postępem w dziedzinie rozwoju technologicznego naturalnie rośnie potrzeba ich dokładności. Błąd różnych urządzeń, takich jak zegary i termometry, można przypisać zjawisku szumu kwantowego. Szum ten uniemożliwia uzyskanie doskonałych pomiarów. Jednak eliminując tę interferencję, można stworzyć technikę o maksymalnej dokładności wskaźników, podobną do zegarów atomowych czy termometrów kwantowych.
Film promocyjny:
3. Światło można kontrolować i koncentrować, aby spełniało różne funkcje
Co dziwne, laser, którego odkrycie stało się możliwe dzięki mechanice kwantowej, był kiedyś uważany za temat bez praktycznego znaczenia. Jednak wbrew temu przekonaniu rozwój zakresu tej technologii zapewnił pojawienie się różnorodnych wynalazków, od odtwarzacza CD po systemy obrony przeciwrakietowej.
4. Losowość można obliczyć i przewidzieć
Zdaniem naukowców z punktu widzenia mechaniki kwantowej nic nie może być naprawdę przypadkowe. Mając wyczerpujące informacje o ruchu kości, byliby w stanie dokładnie zasymulować rzut kostką i przewidzieć z wyprzedzeniem jego wynik. Tworząc szum kwantowy i mierząc jego poziomy, można generować liczby losowe, które można wykorzystać do szyfrowania danych.
5. Obiekty zachowują się inaczej podczas pomiaru
Kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej zakłada, że cząstki zmieniają swoje zachowanie podczas pomiaru. Zgodnie z tą koncepcją cząstki mają różne stany, ale w momencie ich obserwacji zmuszone są przyjąć jeden z nich. Może to zabrzmieć dziwnie, ale ta interpretacja jest poparta matematyczną koncepcją załamania funkcji falowej.
6. Istnieje więcej niż jeden wszechświat
Koncepcja multiwersu, czyli istnienie wielości wszystkich możliwych rzeczywistości, jest również wytworem różnych interpretacji fizyki kwantowej. Potwierdzają to dane z orbitujących obserwatoriów, które obserwują szczątkowe zjawiska Wielkiego Wybuchu, a także modele matematyczne, które sugerują cykliczny wszechświat.
7. Wymiarów jest znacznie więcej
Teoria strun, zrodzona z mechaniki kwantowej, z kolei dała początek spekulacjom na temat prawdopodobieństwa (lub jego braku) wielu wymiarów. Zdaniem badaczy Wszechświat zawiera co najmniej 11 wymiarów, które najwyraźniej wydają się nie tylko możliwe, ale także warunkiem koniecznym funkcjonowania teorii strun.
8. Geometria klejnotu jako nowe spojrzenie na koncepcję fizyki kwantowej
Fizycy odkryli geometryczny obiekt podobny do wielopłaszczyznowego klejnotu. Odkrycie radykalnie upraszcza obliczenia interakcji cząstek i kwestionuje klasyczne naukowe rozumienie przestrzeni i czasu jako głównych składników rzeczywistości.
9. Można znaleźć rewolucyjne środki transportu
Nie jest to już temat czysto science fiction: materię można rozłożyć na cząsteczki, które po przetransportowaniu będą w stanie przywrócić dawny wygląd. Stało się to możliwe dzięki eksperymentom nad transferem danych, a także dużych molekuł, ale nie rozważa się jeszcze zastosowania takiej technologii u ludzi w najbliższej przyszłości. Dziś można zeskanować każdą cząsteczkę w ludzkim ciele i złożyć ją w innym miejscu, ale zgodnie z postulatami fizyki kwantowej obiekt zmienia się pod wpływem takich działań. W związku z tym nie można odtworzyć dokładnej kopii przenoszonego obiektu.
10. Energia elektryczna może znaleźć zastosowanie w medycynie
Naukowcy odkryli niedawno maleńkie kryształy półprzewodników, które mogą stać się podstawą przełomu w dziedzinie medycyny w najbliższej przyszłości. Uważa się, że te kropki kwantowe świecą pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Jeśli tak, mogą być przyczepione do komórek rakowych w celu zlokalizowania i zniszczenia tych ostatnich.
11. Istnieje cząstka, która nadaje masę nawet najmniejszym formom materii
Naukowcy są przekonani, że bozon Higgsa, znany również jako „boska cząstka”, jest zdolny do nadawania masy pewnym podstawowym cząstkom, takim jak elektrony i gluony. Odkrywając i izolując bozon Higgsa, naukowcy byliby w stanie zrozumieć, w jaki sposób można zrównoważyć materię za pomocą antymaterii i co tak naprawdę stało się ze wszechświatem po Wielkim Wybuchu.
12. Światło może pomóc rozpoznać działania hakerów
Aby chronić wrażliwe informacje przed zagrożeniem ingerencji z zewnątrz, kryptografia kwantowa opracowała metodę kodowania danych w pojedynczych cząstkach światła lub fotonach. Sekret tej metody tkwi w obecności „klucza” składającego się z zer i jedynek, który pozwala programowi wykryć obecność hakera w czasie rzeczywistym, podczas gdy próbuje on ujawnić tajne dane.
13. Komputery mogą działać szybciej niż jakiekolwiek obecnie istniejące urządzenie cyfrowe
Rozwój komputerów kwantowych to stosowana dziedzina mechaniki kwantowej, która może zrewolucjonizować informatykę. W porównaniu z komputerami cyfrowymi, które kodują dane w systemie binarnym, komputery kwantowe wykorzystują właściwości kwantowe do przechowywania danych i wykonywania operacji, w wyniku czego obliczenia i algorytmy można wykonywać znacznie szybciej.
14. Zjawisko tunelowania kwantowego można zastosować w odniesieniu do nowoczesnych gadżetów
W mechanice kwantowej tunelowanie kwantowe jest opisywane jako proces przenikania cząstki przez barierę, której normalnie nie jest w stanie pokonać. Zjawisko to jest istotne dla działania różnych urządzeń, takich jak przełączniki, układy pamięci flash czy pendrive'y.
15. Płyny mogą przeciwstawić się grawitacji
Niektóre duże układy mogą wykazywać skutki mechaniki kwantowej, takie jak zjawisko nadciekłości. Jest to stan skupienia materii, w którym zachowuje się jak ciecz o zerowej lepkości, co pozwala na samonapędzanie się niezależnie od grawitacji. W obecnych warunkach efekt ten znalazł największe zastosowanie w tworzeniu nowoczesnych lodówek i rozwoju spektroskopii.
16. Turbulencje powietrza można regulować
Brazylijscy naukowcy rozpoczęli prace nad wytworzeniem turbulencji kwantowych w skrajnie zimnych warunkach wewnątrz komory laboratoryjnej wypełnionej gazem. Badanie turbulencji w kontrolowanym środowisku może ostatecznie doprowadzić naukowców do sposobu radzenia sobie z nimi. W ten sposób można rozwiązać problem niestabilności statku powietrznego podczas lotu.
17. Ludzie mogą podróżować tam iz powrotem w czasie
Badania w mechanice kwantowej stworzyły warunki do eksperymentów dotyczących możliwości podróżowania z naszego świata do alternatywnego czasu i przestrzeni. Na podstawie wyników eksperymentów przeprowadzonych w 2010 roku naukowcy byli w stanie określić, w jaki sposób izolowany kawałek metalu może się poruszać i jednocześnie stać. Wynika to ze zdolności cząstek kwantowych do poruszania się w przód iw tył w obrębie kontinuum czasu. Ta cecha może prawdopodobnie doprowadzić naukę do stworzenia sposobów podróżowania w czasie w najbliższej przyszłości.
Autor: Katrin Straszewski