Teleportácia alebo schopnosť okamžite presúvať ľudí a objekty z jedného miesta na druhé, môže ľahko zmeniť smer rozvoja civilizácie a celého sveta všeobecne. Napríklad teleportácia by raz a navždy zmenila princípy vojny, urobila by zbytočnými všetky dopravné prostriedky a najlepšie: prázdniny by už neboli problémom. Kto nechce mať doma vlastný teleport?
Pravdepodobne z tohto dôvodu je táto schopnosť medzi ľuďmi najžiadanejšia. Samozrejme, skôr alebo neskôr to bude fyzika, ktorá bude musieť tento sen splniť. Pozrime sa, čo už má ľudstvo v našej dobe?
Chcel by som začať citátom od známeho vedca:
Je úžasné, že čelíme paradoxu. Teraz môžeme dúfať, že sa pohneme vpred.
Niels Bohr
Teleportácia podľa Newtona
V rámci Newtonovej teórie je teleportácia jednoducho nemožná. Newtonove zákony sú založené na myšlienke, že záležitosť je tvorená malými tvrdými biliardovými loptičkami. Objekty sa nepohybujú, pokiaľ nie sú tlačené; objekty inde nezmiznú alebo sa znova neobjavia. Ale v kvantovej teórii sú častice schopné robiť len také triky.
Newtonovská mechanika trvala 250 rokov a bola zvrhnutá v roku 1925, keď Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger a ich kolegovia vyvinuli kvantovú teóriu. Všeobecne platí, že ak sa niekedy uskutoční teleportácia, bude to vďaka kvantovej teórii. Preto sa na to pozrime podrobnejšie.
Propagačné video:
Kvantová teória
Jednou z najdôležitejších rovníc v teleportácii je Schrödingerova vlnová rovnica (pozri fotografiu). Možno existuje miesto, kde sa dá hovoriť o tom, ako to vyzeralo. Erwin kedysi prednášal o zaujímavom fenoméne, v ktorom bolo povedané, že elektróny sa správajú rovnako ako vlny. Peter Debye, jeden z kolegov fyzikov prítomných v hale, položil otázku: „Ak je elektrón možné charakterizovať ako vlnu, ako vyzerá jej vlnová rovnica?“
Dovtedy vďaka Newtonovi každý už poznal diferenciálny počet, fyzici popísali akúkoľvek vlnu v jazyku diferenciálu. rovnice. Preto Schrödinger vzal túto otázku ako výzvu a rozhodol sa vyvinúť podobnú rovnicu pre elektrón. A urobil to, keď Maxwell raz odvodil svoje rovnice pre Faradayove polia, Schrödinger odvodil rovnicu pre de Broglieovu vlnu (tzv. Elektrónová vlna).
Malá odchýlka od témy: Historici vedy vynaložili veľa úsilia na to, aby zistili, kde Schrödinger bol a čo robil, keď objavil svoju slávnu rovnicu. Ukázalo sa, že bol zástancom slobodnej lásky a často chodil so svojimi milenkami na dovolenku. Dokonca si udržiaval podrobný denník, v ktorom vstúpil do všetkých svojich milénok a každé stretnutie označil komplexným kódom. Verí sa, že o víkende, keď bola objavená rovnica, Schrödinger strávil v Alpách, vo vile Herwig, s jednou zo svojich priateľiek. Ženy tak niekedy môžu pomôcť stimulovať duševnú aktivitu;)
Nie je to však také jednoduché. Ak je elektrón opísaný ako vlna, čo v ňom vibruje? Odpoveďou je v súčasnosti nasledovná téza Maxa Born: Tieto vlny nie sú ničím iným ako pravdepodobnostnými vlnami. To znamená, že elektrón je častica, ale pravdepodobnosť detekcie tejto častice je stanovená de Broglieho vlnou. Ukazuje sa, že náhle v samom centre fyziky - veda, ktorá nám dávala presné predpovede a podrobné trajektórie akýchkoľvek objektov, od planét a komét až po delové gule - existovali koncepcie náhody a pravdepodobnosti! Preto sa objavil Heisenbergov princíp neurčitosti: nie je možné poznať presnú rýchlosť, presnú polohu elektrónu a jeho energiu v rovnakom okamihu. Na kvantovej úrovni môžu elektróny robiť úplne nepredstaviteľné veci: zmiznú, potom sa znova objavia, sú na dvoch miestach súčasne. Teraz prejdeme priamo na teleportáciu.
Teleportácia a kvantová teória
Keď sa ľudí pýtajú: „Ako si predstavujete proces teleportácie?“, Väčšina hovorí, že musia sedieť v špeciálnej kajute, podobnej výťahu, ktorý ich dovedie na iné miesto. Niektorí si to však predstavujú inak: zhromažďujú od nás informácie o polohe atómov, elektrónov atď. v našom tele sa všetky tieto informácie prenášajú na iné miesto, kde vás pomocou týchto informácií znova zhromažďujú, ale na inom mieste. Táto možnosť je pravdepodobne nemožná z dôvodu Heisenbergovho princípu neurčitosti: nebudeme schopní zistiť presné umiestnenie elektrónov v atóme. Tento princíp sa však dá prekonať vďaka zaujímavej vlastnosti dvoch elektrónov: ak dva elektróny spočiatku vibrujú unisono (tento stav sa nazýva koherentný), potom sú schopné udržať synchronizáciu vĺn dokonca aj vo veľkej vzdialenosti od seba. Aj keď sú tieto elektróny vzdialené roky. Ak sa niečo stane prvému elektrónu, informácie o tom budú okamžite odoslané druhému elektrónu. Tento jav sa nazýva kvantové zapletenie. Fyzici využívajúci tento fenomén v posledných rokoch dokázali teleportovať celé atómy cézia a čoskoro môžu byť schopní teleportovať molekuly DNA a vírusy. Mimochodom, v roku 1993 bolo možné matematicky dokázať základnú možnosť teleportácie. vedci z IBM pod vedením Charlesa Bennetta. Takže nielen vedia, ako vyrobiť procesory, ak niekto nevedel:)Fyzici využívajúci tento fenomén v posledných rokoch dokázali teleportovať celé atómy cézia a čoskoro môžu byť schopní teleportovať molekuly DNA a vírusy. Mimochodom, v roku 1993 bolo možné matematicky dokázať základnú možnosť teleportácie. vedci z IBM pod vedením Charlesa Bennetta. Takže nielen vedia, ako vyrobiť procesory, ak niekto nevedel:)Fyzici využívajúci tento fenomén v posledných rokoch dokázali teleportovať celé atómy cézia a čoskoro môžu byť schopní teleportovať molekuly DNA a vírusy. Mimochodom, v roku 1993 bolo možné matematicky dokázať základnú možnosť teleportácie. vedci z IBM pod vedením Charlesa Bennetta. Takže nielen vedia, ako vyrobiť procesory, ak niekto nevedel:)
V roku 2004 boli fyzici na viedenskej univerzite schopní teleportovať ľahké častice vo vzdialenosti 600 metrov pod riekou Dunaj pomocou optických káblov, čím sa dosiahol nový rekord vzdialenosti. V roku 2006 sa v týchto experimentoch prvýkrát použil makroskopický objekt. Fyzikom z Niels Bohr Institute a Max Planck Institute sa podarilo zamotať lúč svetla a plyn tvorený atómami cézia. Na tejto udalosti sa zúčastnilo veľa biliónov atómov!
Bohužiaľ, použitie tejto metódy na teleportovanie pevných a relatívne veľkých objektov je veľmi nepohodlné, takže teleportácia bez zapletenia sa pravdepodobne bude vyvíjať rýchlejšie. Poďme to analyzovať nižšie.
Teleportácia bez zapletenia
Výskum v tejto oblasti sa rýchlo zvyšuje. V roku 2007 sa uskutočnil dôležitý objav. Fyzici navrhli metódu teleportácie, ktorá nevyžaduje zapletenie. Koniec koncov, je to najkomplexnejší prvok kvantovej teleportácie, a ak sa vám ho nepodarí použiť, budete sa môcť vyhnúť mnohým súvisiacim problémom. Takže tu je podstata tejto metódy: Vedci berú lúč atómov rubídia, prekladajú všetky svoje informácie do lúča svetla, vysielajú lúč dolu káblom z optických vlákien a potom znova vytvárajú pôvodný lúč atómov inde. Za túto štúdiu zodpovedný Dr. Aston Bradley nazval túto metódu klasickým teleportáciou.
Prečo je však táto metóda možná? Je to možné vďaka nedávno objavenému stavu hmoty „Bose-Einsteinov kondenzát“alebo KBE (na obrázku vľavo je rozmotaný v elipsoidnej pasci). Je to jedna z najchladnejších látok v celom vesmíre. Najnižšia teplota v prírode je v prírode: 3 kelviny, t.j. tri stupne nad absolútnou nulou. Je to kvôli zvyškovému teplu Veľkého tresku, ktorý stále vyplňuje vesmír. Ale CBE existuje od jednej milióntiny po miliardtinu stupňa nad absolútnou nulou. Túto teplotu je možné získať iba v laboratóriu.
Keď sa látka ochladí na stav CBE, všetky atómy klesnú na najnižšiu energetickú úroveň a začnú vibrovať jednotne (stávajú sa koherentnými). Vlnové funkcie všetkých týchto atómov sa prekrývajú, takže v istom zmysle sa CBE podobá obrovskému „superatómu“. Existenciu tejto látky predpovedali Einstein a Schatiendranath Bose v roku 1925, ale tento kondenzát bol objavený až v roku 1995 v laboratóriách Massachusettsovho technologického inštitútu a University of Colorado.
Pozrime sa teda na samotný princíp teleportácie s účasťou KBE. Najskôr sa supercoldná látka zbiera z atómov rubídia v stave CBE. Potom sú do tejto BEC poslané bežné atómy rubídia, ktorých elektróny tiež začínajú klesať na najnižšiu energetickú úroveň, zatiaľ čo emitujú svetelnú kvantu, ktoré sú zasielané optickým káblom. Navyše tento lúč obsahuje všetky informácie potrebné na opis počiatočného lúča látky. Po prechode káblom vstúpi svetelný lúč do iného BEC, ktorý ho zmení na počiatočný tok látky.
Vedci považujú túto metódu za mimoriadne sľubnú, existujú však jej vlastné problémy. Napríklad CBE je veľmi ťažké získať aj v laboratóriu.
Výkon
Môžeme so všetkým, čo sa doteraz dosiahlo, povedať, kedy my sami získame túto úžasnú schopnosť? V nasledujúcich rokoch fyzici dúfajú, že teleportujú komplexné molekuly. Potom bude pravdepodobne trvať niekoľko desaťročí, kým sa vyvinie spôsob teleportovania DNA alebo možno nejakého vírusu. Technické výzvy, ktoré bude potrebné prekonať na ceste k tomuto úspechu, sú však úžasné. Je pravdepodobné, že prebehne mnoho storočí, kým budeme môcť teleportovať bežné objekty, ak je to možné.
Použitý materiál: Michio Kaku "Fyzika nemožného"