Na hranici dvoch svetov  
Vďaka pokroku v oblasti nanotechnológií sa zrejme už čoskoro budeme môcť „na vlastné oči“ pozrieť, kde je hranica medzi platnosťou kvantovej a klasickej mechaniky. Rozriešil by sa tým jeden z najväčších problémov, ktoré sa s kvantovou mechanikou spájajú.

 

Naše bežné každodenné skúsenosti ukazujú, že na vysvetlenie pohybu veľkých, makroskopických objektov potrebujeme klasickú Newtonovu mechaniku (NM). Pomocou nej vieme veľmi presne opísať pohyb lôpt, rakiet, komárov či biliardových gúľ. Na veľmi malé, mikroskopické objekty potrebujeme zasa kvantovú mechaniku (KM). Tá objasňujeme správanie sa elementárnych častíc, atómov, molekúl či sústav zložených z malého počtu mikroskopických častíc. Mikroskopické objekty majú mnohé, z nášho (makroskopického) uhla pohľadu nepochopiteľné vlastnosti: sú časticami aj vlnami, tunelujú, riadia sa princípom neurčitosti, spájajú ich podivné korelácie... Makroskopické objekty sa ale správajú úplne inak. Fyzici veria, že klasický svet istým spôsobom „vyrastá“ z kvantového, ak máme vyššie teploty, energie alebo hmotnosti. Kvantové vlastnosti sa tak pri dostatočne veľkých systémoch vytrácajú, no ako sa to presne deje, nevie nikto. Otázkou preto je, kde prechádza hranica medzi kvantovým a klasickým svetom. Kde je ten zvláštny bod, v ktorom sa stráca kvantová „mystika“ a nastupuje všednosť klasickej mechaniky? Je to tisíc, milión alebo milión miliónov atómov? A prečo sa vlastne kvantové vlastnosti úplne vytratia? Na tieto fundamentálne otázky fyzici zatiaľ nedokážu úplne odpovedať.


Medzi komármi a elementárnymi časticami je stále strašne veľa „miesta“. Pre jedny platí KM, pre druhé NM. KM veľmi presne predpovedá výsledky všetkých doterajších experimentov s kvantovými objektmi (no jej „filozofické“ pochopenie asi nikdy nebude úplne uspokojivé). NM je jej priblížením pre dostatočne veľké telesá. Malo by sa preto dať prejsť pomocou KM od mikroskopických telies až k telesám makroskopickým a dospieť nakoniec k výsledkom, aké dáva klasická fyzika. Ideálne by bolo, ak by sa to dalo urobiť tak jednoducho, ako v špeciálnej teórii relativity (NM je priblížením teórie relativity pre pomalé telesá). Tam stačí predpokladať, že rýchlosť svetla c je nekonečná – urobiť limitu c → ∞. Žiaľ s KM sa to dosiaľ nikomu uspokojivo nepodarilo. Aj v tomto prípade možno urobiť formálny prechod, ak budeme požadovať aby Planckova konštanta h nadobudla hodnotu 0 (presnejšie musíme urobiť napr. limitu h/S → 0, kde S je účinok). Za tohto predpokladu prechádza známa Schrödingerova rovnica, základný vzťah KM, na Hamiltonovu-Jacobiho rovnicu z oblasti pôsobnosti klasickej NM. Aj Feynmanova formulácia KM pomocou dráhových integrálov umožňuje prechod ku klasike. Takýmto prístupom môžeme teda teoreticky ukázať, že rovnice KM sú správne, keďže je ich možné transformovať na rovnice NM. Práve to sa od teórie, ktorá by mala v sebe obsahovať NM, očakáva. No týmto spôsobom nedokážeme neodhaliť podrobnosti prechodu medzi KM a NM a navyše nefunguje úplne všeobecne (často dochádza k objaveniu sa matematicky nekorektného správania, keď h = 0).

Zvětšit obrázek
Obr. 1 Molekula fluorofulerénu C60F48 a výsledky dvojštrbinového experimentu s použitím týchto molekúl. Na x-ovej osi je uhol, pod ktorým molekuly vylietavali zo štrbiny a na y-ovej osi je počet molekúl, ktoré prileteli pod daným uhlom. Je vidieť zvlnenie, typické pre dvojštrbinový experiment s klasickým vlnením, hoci boli použité molekuly, čiže častice, aspoň z makroskopického pohľadu.

 

KM sa teda ukrýva vo svete extrémne malých rozmerov. Výnimočne ale vypláva do makrosveta. Tieto vzácne príležitosti, umožňujúce vidieť, ako to chodí v kvantovom svete, sú napríklad supravodivosť alebo supratekutosť. Oba javy sú spojené s nízkymi teplotami. Prechod od klasického ku kvantovému sa pritom pri určitej teplote deje skokom – formou fázového prechodu. Pri takýchto teplotách sa makroskopicky významné množstvá častíc v látkach dostávajú do základného energetického stavu, vďaka čomu môžeme vidieť kvantové správanie doslova na vlastné oči. KM spojená s fyzikou tuhých látok a štatistickou fyzikou tieto prípady uspokojivo vysvetľuje.


Mechanické kvantové vlastnosti však doteraz neboli pozorované pri systémoch väčších než zopár desiatok atómov. Obľúbeným nástrojom na demonštrovanie takýchto vlastností je dvojštrbinový experiment (Obr. 3). Pri ňom bolo kvantové správanie nájdené len pri niekoľkých ťažších molekulách, zložených z desiatok atómov (napr. fulerény a ich zlúčeniny, Obr. 1). Experimentátori sa stále pokúšajú hľadať väčšie systémy správajúce sa pri dvojštrbinovom experimente kvantovo. Takže by opúšťali zdroj diskrétne (po jednotlivých molekulách, telesách, kusoch,...), no na tienidle by sa periodicky opakovali miesta, kam by takéto „telesá“ dopadali a medzi nimi by boli miesta, kam by sa naopak nijaké nedostali (Obr. 3 dole). Inými známymi dôsledkami KM je kvantovanie energie, prípadne tunelovanie častíc. Aj tu by fyzici chceli preskúmať hraničné prípady, kedy už KM prestáva, alebo začína, platiť – chceli by nájsť systémy s čo najväčším počtom atómov, ktoré by dokázali tunelovať, na ktorých by pozorovali kvantovanie energie, a pod.

Zvětšit obrázek
Obr. 2  Schrödingerova mačka: Do miestnosti (alebo do krabice, ako v tomto prípade) umiestnime mačku a nádobu s jedom, pripojenú na prístroj. Prístroj obsahuje rádioaktívny atóm a senzor, ktorý zaregistruje jeho rozpad. Celé to uzavrieme. Pri rozpade atómu prístroj otvorí nádobu s jedom a mačku zabije. Keďže rádioaktívny rozpad je náhodný proces, nikdy nevieme presne, či mačka je mŕtva alebo živá, pokiaľ sa nepresvedčíme na vlastné oči. Pravdepodobnosť toho, že je mŕtva, sa s časom zväčšuje. Takže mačka je v superpozícii stavov živá a mŕtva, pričom „váha“ stavu mŕtva v tejto superpozícii s časom narastá. (Upozornenie pre ochrancov prírody a iné slabšie povahy: Tento experiment je len myšlienková konštrukcia, nikdy nebol vykonaný so žiadnym živým tvorom.) Kredit: brusselsjournal.com

Asi najznámejším a najdramatickejším príkladom simulujúcim správanie sa nášho makrosveta, keby kvantové zákony platili bez obmedzení na všetky telesá, je paradox Schrödingerovej mačky. V tomto myšlienkovom experimente Erwin Schrödinger (jeden zo zakladateľov KM) elegantným spôsobom vytvoril superpozíciu mŕtvej a živej mačky (Obr. 2). Zviera môže v tomto morbídnom stave vegetovať až pokiaľ superpozíciu jej možných stavov nenaruší kontakt s vonkajším svetom – a tým je pozorovanie. Ako náhle niekto nazrie do uzavretej debničky, kde je mŕtvo/živá mačka, tá skolabuje do jedného zo svojich dvoch stavov – to znamená, že ďalej už bude buď len mŕtva, alebo len živá. Pozorovateľ nakoniec uvidí obyčajnú mŕtvu, alebo živú mačku(1). Takto to v mikrosvete naozaj chodí a na takéto, či ešte divokejšie, veci by sme si museli zvykať, ak by platnosť KM nebola od istej úrovne obmedzená. Mačkám síce takéto situácie nehrozia, ale niektoré makroskopické fyzikálne javy sa už dali „presvedčiť“ a superpozíciu typu Schrödingerovej mačky vytvorili. Fyzici v roku 2000 dokázali vyrobiť v supravodivom prstenci prúd, tečúci v smere aj proti smeru hodinových ručičiek. Dokázali pritom, že tento systém bol naozaj v makroskopickej superpozícii kvantových stavov. Aj pre mechanické systémy môžeme vymyslieť Schrödingerovu mačku. Teoreticky nie je problém spočítať napríklad, ako by sa správalo malé kyvadlo v superpozícii stavov, v ktorej by sa pohybovalo v protichodných smeroch súčasne.


  Obr. 3  Dvojštrbinový experiment: máme zdroj častíc alebo vlnenia. ktoré potom prechádzajú dvoma štrbinami v inak nepriehľadnom (nepriepustnom) materiáli a dopadajú na tienidlo za štrbinami (viac tu (video) alebo Wikipedia). Klasické vlnenie (hore), prechádzajúc štrbinami, zanechá na tienidle rad postupne slabnúcich svetlých pásov, oddelených tmavými miestami. Vlna pritom prechádza súčasne jedným aj druhým otvorom – každý otvor sa stane zdrojom vlnenia. V každom mieste tienidla sa tak sčítavajú vlnenia z dvoch zdrojov. Podľa rozdielu dráh, ktoré jednotlivé vlnenia do tohto bodu prejdú sa vytvorí na tienidle buď maximum (keď majú obe vlnenia súčasne maximá) alebo minimum (jedno vlnenia má maximum, druhé minimum). Ak by sme mali na tienidle detektory vlnenia, tak podľa ich polohy môžu zaznamenať hodnoty intenzity vlnenia od 0 % do 100 %. Klasické častice (stred) dopadnú len do blízkeho okolia dvoch oblastí za štrbinami. Každá častica dopadá vcelku a prechádza jedinou štrbinou. Pričom vieme, že keď častica prejde pravou štrbinou skončí nakoniec v pravom páse na tienidle (rovnako pre ľavé). Detektor častíc by buď zaznamenával celé častice alebo nič, no nestalo by sa, že by sme zachytili napr. 50 % častice. Kvantové častice (dole) dopadajú vcelku, čím pripomínajú klasické častice – detektor by zaznamenal buď celú časticu alebo nič, no vytvárajú rad postupne slabnúcich pásov (stále menej a menej častíc) oddelených miestami, kam nijaké častice nedopadnú – presne ako klasické vlnenie. Nevieme pritom povedať, či častica šla jedným alebo druhým otvorom. Dokonca aj keby sme znížili intenzitu zdroja tak, že by sa medzi zdrojom častíc a tienidlom v danom okamihu nachádzala len jediná častica, aj tak by sa po istom čase vytvoril interferenčný obrazec. Môžeme povedať, že aj jediná častica sa pohybuje akýmsi zvláštnym, kvantovým spôsobom cez oba otvory.

Väčšina fyzikov verí, že makroskopické objekty sa neriadia KM, lebo sú v neustálom kontakte so svojim okolím. Pri teoretickom popise takého, s prostredím interagujúceho kvantového systému, treba vytvoriť vhodný kvantový model okolia (najčastejšie pomocou sústavy oscilátorov) a „dať ho do kontaktu“ s kvantovým systémom (pioniermi v tomto smere boli Feynman a Vernon, neskôr Caldeira a Leggett). Až potom sa môžeme korektne zaoberať prechodom ku NM. Podstatou vlastnosťou okolia je, že neustále narúša krehké kvantové superpozície stavov a tým spôsobuje vytratenie kvantových vlastností. Tomuto procesu sa odborne hovorí dekoherencia (priekopníkom dekoherencie, ako javu zodpovedného za narušenie KM vlastností, je americký fyzik poľského pôvodu, Wojciech H. Zurek). Systémy, ktoré sú v kontakte so svojim okolím, pripomínajú Schrödingerovu mačku, neustále vyrušovanú pozorovateľmi. V takomto prípade by superpozícia stavov mŕtva a živá, trvala len veľmi krátko. Dokonca tak krátko, že by sme ju vôbec nemohli pozorovať (my by sme boli v tomto prípade len jedným z mnohých pozorovateľov, kontrolujúcich stav mačky, takže v sekunde pred nami sa na ňu určite niekto iný pozrel a narušil jej superpozíciu). Napríklad elektróny v dvojštrbinovom experimente môžu byť osvetlené svetlom s vlnovou dĺžkou dostatočne malou na to, aby sa dalo zistiť, ktorou štrbinou prešli. Takéto elektróny ale nevytvoria kvantový interferenčný obrázok (Obr. 3 dole), ale obrázok obyčajných klasických častíc (Obr. 3 stred). Namiesto elektrónov v superpozícii stavov „prešiel 1. štrbinou“ a „prešiel 2. štrbinou“ zostane približne polovica elektrónov v stave „prešiel 1. štrbinou“ a druhá v stave „prešiel 2. štrbinou“. Tým zmizne celé čaro KM(2). Ak by sme dokázali kvantový systém izolovať od svojho okolia, potlačili by sme dekoherenciu. Takto izolovaný sytém by si mal zachovať svoje kvantové správanie. Numerické simulácie prechodu od KM ku klasike (limita h → 0) pri niektorých systémoch naozaj ukazujú, že kvantové interferencie nevymiznú, pokiaľ nezavedieme do hry dekoherenciu (kým nezahrnieme do výpočtov aj pôsobenie okolia). Samozrejme aj keby sme dokázali dekoherenciu obmedziť, budú platiť niektoré principiálne obmedzenia. Takže pre veľmi hmotné telesá ani pri dokonalej izolácii nebudeme môcť ich kvantové vlastnosti vidieť, lebo budú hlboko pod rozlišovacou schopnosťou našich prístrojov (vzdialenosť energetických hladín už pre relatívne malé telesá je taká mizivá, že sa nám zdá, akoby sa energia menila plynule a nikdy nebudeme môcť pozorovať jej kvantovanie).

 

Tento názor nie je ale úplne všeobecne prijatý. Alternatívnu teóriu vytvoril aj jeden z najlepších žijúcich teoretikov, Roger Penrose. Vychádza z toho, že kvantová mechanika nie je (zatiaľ) úplnou teóriou, pretože v sebe neobsahuje gravitáciu. Podľa Penrosea bude mať práve gravitácia posledné slovo a ona dokáže narušiť kvantovú superpozíciu aj pri systémoch dokonale izolovaných od svojho okolia. Takejto dekoherencii, spôsobenej gravitáciou, by sa nedalo nijakým spôsobom vyhnúť. Jediná vec, rozhodujúca o dekoherencii, bude hmotnosť systému. Hoci Penrose stavia svoje riešenie na dosiaľ neznámej teórii, experimentálne by sa dalo o správnosti jeho teórie rozhodnúť. Experimentálna realizácia takýchto myšlienok zatiaľ ale nebola úspešná, no rozvoj nanotechnológií dáva fyzikom reálnu šancu konečne sa na hranicu medzi kvantovým a klasickým svetom pozrieť.


Nanoelektromechanické systémy (NEMS) sú veľmi sľubnou oblasťou pre objavenie kvantových efektov. 75 rokov po publikovaní slávnej Schrödingerovej mačky sa experimentátori pomaly blížia do oblasti, ktorá umožní testovať prechod od kvantovky ku klasike. Vlastné frekvencie NEMSov prekračujú v súčasnosti 1 GHz. Energia spojená s ich osciláciou sa tak stáva porovnateľná s energiou neusporiadaného tepelného pohybu pri teplote 0,05 K. Po ochladení pod túto teplotu by sme mali byť schopní vidieť javy ako je superpozícia, entanglement (previazanie), diskrétnosť energetických hladín oscilátora, tunelovanie... Samozrejme za podmienky, že navyše dokážeme NEMS dostatočne izolovať od jeho okolia.

Zvětšit obrázek
Obr. 4 Mikrooscilátor – len niekoľko milióntin metra veľký mechanický oscilátor. Oscilácie sú v tomto prípade periodické oscilácie okolo nanodrôtu prechádzajúceho stredom štruktúry. Podstatne menší oscilátor, vytvorený vlastne len zo stredového nanodrôtu, sa môže pri schladení na stotinu kelvina začať správať kvantovo. Kredit: Univ. of Pennsylvania / J. Li & S. Evoy

 

Teoretici už vo svojich článkoch dávno riešia, ako by prejav takýchto, čisto kvantových efektov mal vyzerať a kedy ba sa mal objaviť. Tím z Izraelskej univerzity si napríklad vybral ako model na oboch koncoch upevnený nanodrôt, vibrujúci pôsobením vonkajšej periodickej sily (Obr. 4). Na základe KM aj NM modelovali správanie sa nanooscilátora, pričom jeho parametre zvolili tak, aby preň pri klasickom popise existovali dva stacionárne stavy – dve rôzne amplitúdy kmitov (hodnoty maximálnej výchylky). Postupným znižovaním teploty okolia sa nakoniec dostane oscilátor do stavu, keď bude môcť, podľa NM, kmitať len jediným z oboch spôsobom – len s jednou hodnotou amplitúdy. Energia spojená s neusporiadaným tepelným pohybom nebude stačiť na „prepnutie“ medzi stavmi s rôznou amplitúdou (takéto NEMSy už boli experimentálne vytvorené). Podľa KM však aj pri tejto teplote existuje nenulová pravdepodobnosť, že sa amplitúda kmitov zmení. Náhodne bude teda oscilátor kmitať raz s jednou, potom zasa s druhou hodnotou amplitúdy. Úlohou experimentátorov by bolo potom rozkmitať oscilátor vždy rovnakým spôsobom a po istom čase zmerať, aká je jeho amplitúda. Ak sa dopracujú zakaždým k rovnakej hodnote, je NEMS ešte v klasickom režime. Ak však budú pozorovať obe hodnoty amplitúdy, bude to značiť, že sa už dostali do kvantového sveta. Podľa výpočtov by sa tento prechod odohral pri nanodrôte s hmotnosťou 10-21 kg (asi 3 060 atómov zlata) pri teplote 0,01 Kelvina. Pri systémoch, ktoré sú ľahšie, prípadne majú vyššie vlastné frekvencie, by mohli byť teploty prechodu vyššie.


Ak by boli objavené nejaké odchýlky od teoreticky predpovedaného správania, dalo by sa dokonca uvažovať aj nad Penroseovou teóriou prechodu z kvantového do klasického sveta. To by určite umožnilo lepšie pochopiť úlohu samotnej gravitácie v KM. No aj „obyčajné“ priame pozorovanie kvantových vlastností mechanických systémov by bolo dôležitým výsledkom. V priebehu najbližších rokov preto môžeme očakávať realizáciu experimentov tohto typu. Ak sa experimentátori posnažia, možno sa Roger Penrose (8. augusta oslávi 79 rokov) dočká na staré kolená aj Nobelovej ceny  :).

 


Poznámky k odkazom texte:

(1) Napísaný bol aj sci-fi román. V ňom pri autonehode jeden vodič zahynul a druhý spolujazdec bol v kóme. Nik však nevedel, ktorý z nich je ktorý a tak sa ich duchovia túlali po meste v živo/mŕtvom kvantovom stave. Až identifikácia mŕtvoly jednoznačne určila mŕtveho čím umožnila zranenému precitnúť z kómy.


(2) Toto je napríklad aj dôvod, prečo je také ťažké vytvoriť kvantový počítač – potrebovali by ste totiž čo najviac častíc, ktoré by dokázali vydržať v superpozíciách kvantových stavov.

Datum: 19.05.2010 10:21
Tisk článku

Fyzika pro gymnázia Molekulová fyzika a termika - Bartuška Karel, Svoboda Emanuel
 
 
cena původní: 164 Kč
cena: 146 Kč
Fyzika pro gymnázia Molekulová fyzika a termika
Bartuška Karel, Svoboda Emanuel

Diskuze:

Nase empirie fandi KM

Jiri Hasek,2010-05-26 18:25:45

KM se osvedcuje i za podminek NM. NM je zjesnoduseni KM za podminek vyplyvajicich z KM. NM se ma ke KM analogicky jako se ma elektrostatika k Maxwellove teorii elektromagnetickeho pole. Z KM vyplyva spousta makroskopickych vlastnosti. Pri vzniku KM to byla obsahla data spektroskopie. Makroskopicke vlastnosti latek jako je pevnost, pruznost, opticke vlastnosti. Kvantova makrofyzika, supravodivost, nanotechnologie jsou jen mnohe z dalsich.

Odpovědět

Milan Závodný,2010-05-24 00:05:57

Myslím, že kvantový svet je ten pravý a my ho vidíme iba spriemerovaný. Motyka vystreliť môže, a ak sa tak za doterajšie dejiny vesmíru nestalo, to neznamená, že sa to už nestane. Myslím, že ani dôkladný výskum fázového prechodu nič neodhalí a štrbinové pokusy nemáme ako pozorovať, lebo naša aparatúra nutne do nich vstupuje. Na ich pozorovanie by sa mala používať gravitačná diagnostika - v tesnej blízkosti pokusnej štrbiny použiť protóny z urýchľovača /zvýšené gravitačné pole/ a ovplyvnenie pohybu protónov by odhalilo, kadiaľ fotón /častica/ prenikla.

Odpovědět


to Milan Závodný

František Kříž,2010-05-24 23:38:27

Ohledně toho dvojštěrbinového experimentu - diagnostika, kterou navrhujete nic nového nepřinese, ani jakákoli jiná. Každá analýza ukáže že buď zjistíte, kterou dírou částice prošla - a pak zlikvidujete interferenci nebo naopak. To, co se nám jeví jako technická komplikace, je ve skutečnosti přírodní princip. Podobně jako nezkonstruujete perpetuum mobile zdánlivě kvůli technickým komplikacím ...

Odpovědět

Zatrápené automatické opravy

Roman Nováček,2010-05-20 11:27:46

10-21 kg (asi 3 060 atómov zlata) :-)))
Nejtěžší atom zlata v okolí několika světelných let. LHC se asi činí.

Odpovědět


Re"

Vít Výmola,2010-05-20 12:19:46

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2010-05-20 12:21:06

Snad každý pochopil, že 10-21kg je 10 na mínus dvacátouprvní.

Odpovědět

2 přípomínky

Tomáš Kohout,2010-05-20 09:07:16

O KM se nijak podrobně nezajímám, ale když jsem se zamyslel selským rozumem vyšly mi 2 možné příčiny neúspěchu spojení KM a NM. Jednak mě, stejně jako Rogera Penrose udivilo, že není do teorií zahrnuta gravitace a jednak si myslím, že náš způsob pozorování výrazně ovlivňuje výsledky. To jest, že při zkoumání kvantového stavu měníme energii zkoumaných částic.

Odpovědět


s Newtonem problém není

Jirka Naxera,2010-05-20 17:49:55

Ale žádný takový problém není, jak nám rostou rozměry a hmotnosti, tak nám kvantovka plynule přechází do Newtonovy mechaniky (když je "to" moc rychlé tak to přejde pochopitelně do STR), ale žádný zlom tam není, prostě čím větší systém, tím menší rozdíl mezi předpovědí NM a KM.

Ostatně se to dá spočítat nebo ukázat i "selským rozumem" - z makroskopického pohledu reprezentuje nějaké vlnové klubko prakticky bod který se bez polí pohybuje konstantní rychlostí (neurčitost x a p je v porovnání s rozměry a hybností naprosto zanedbatelná), když tahle částice proletí elektrickým polem, tak dávají KM výpočty pro vlnové klubko naprosto stejný výsledek jako Newtonova fyzika pro nabitou kuličku, jevy jako interference taky nemůžeme pozorovat protože rozměry zařízení jsou řádově větší než příslušná vlnová délka...

Co je problematické je sloučení KM a OTR - pár hypotéz se o to více či méně pokouší (M-teorie, LQG, i pan Penrose přispěl svým dílem), jediné co je jisté je že chybí moc moc práce, a otázkou je, zda budeme někdy schopni některou z těchto Teorií všeho (nebo spíše nějakou následnou teorii) vůbec falsifikovat.
Na druhou stranu, tady se bavíme o zcela extrémních případech, pro nás naprosto nedosažitelných.

A co je také problematické jsou výpočty. Zatímco tu kuličku spočítá každý středoškolák, spočítat vlnovou funkci vůbec není triviální, a u jen mírně složitějších systémů je to technicky složité až nemožné.
Ale na druhou stranu, tohle je náš problém. Přírodu vůbec nezajímá co dokážeme spočítat a chová se konzistentně. :)

Odpovědět


Jirka Naxera,2010-05-20 18:21:30

Upřímně řečeno, mám pocit že celé nedorozumnění je v tom, že článek nepíše o neslučitelnosti s klasickou limitou (o které se tu hádáme), ale o problému dekoherence.
Pak si dost dobře dokážu představit, že se může objevit nějaký principiální problém třeba na úrovni kvantové gravitace, který definitivně zachrání klasickou kryptografii a pohřbí kvantové počítače, stejně tak že podobné jevy bychom možná mohli experimentálně pozorovat způsobem jak je uvedeno v článku, nejlepší by bylo kdyby se vyjádřil někdo kdo rozumí kvantovým počítačům.

Jediné s čím bych nesouhlasil je ona ostrá hranice "Tady KM a Newton ne" a "Tady Newton a KM ne", ony dvě krajní možnosti takového systému jsou "chová se to čistě podle kvantovky" a "chová se to taky podle kvantovky ale všechny čistě kvantové jevy jsou tak slabé že to můžeme úspěšně aproximovat Newtonem", a to co se hledá v článku je z mého laického pohledu je nějaká mez kam až můžeme využít kvantových jevů (případně otázka, jestli zjištěný limit je jen technologický nebo vyplývá z chování přírody)

Odpovědět


to Jirka Naxera

Tomáš Kohout,2010-05-21 09:01:04

Z toho, co jste tu napsal to vypadá, že až tak úplně laický váš pohled rozhodně není. Spíš já jsem si měl dřív zjistit více informací než jsem sem začal psát své postřehy. Např. na téma ovlivnění stavu metodou měření se při letmém projetí internetu narazí na několik prací, které se tím podrobně zabývají.

Odpovědět


Peter Kluvanek,2010-05-21 23:23:09

Klasicka limita KM nie je taka elementarna. Ano, su veci ako Ehrenfestove vety, alebo limita h ide do 0, ktore ukazuju na navaznost. Odlisnosti medzi KM a NM su vsak kvalitativne. Napr. nenajdete nijaky klasicky system, ktory by narusal Bellove nerovnosti, pripadne Leggett-Gargove nerovnosti. KM obe narusuje a pri Bellovych to bolo uz experimentalne potvrdene. S L-G to zatial nie je jednoznacne (ale mozno uz aj je, ved ako hovori klasik "nové učebnice jsou už starý brak!").
Je to, samozrejme, problem pre mnohych okrajovy, podobne ako problem interpretacie... Vacsinou sa k tomu fyzici stavaju tak, ze KM pouzivaju, ona perfektne funguje, tak preco ma ma trapit napr. to, ze nikto nevie, co je to vlastne ta funkcia psi. Prechod ku NM mechanike sa riesi najcastejsie dekoherenciou, ale su aj alternativy, ako rozne kolaps modely (ale tam sa uz zasahuje do Schrodingerovej rovnice), pripadne rozne aktivity mensich skupin ako "hrubo zrnne" merania alebo spominana Penroseova teoria.
Takyto prechod KM - NM moze byt dolezity napr. pre kvantove pocitace ale aj napr. pre nanotechnologie...

Odpovědět


Pan Neznámý,2010-05-22 00:01:11

A je tady řeč o matematickém přechodu od kvantově-mechanických rovnic ke klasickým, anebo o kvantových výpočtech (numerických)? Měl jsem za to, že když to hodím do kompu a dám si záležet se správným kvantovým modelem, jediným omezením je výpočetní čas, ale vždycky dostanu správnou odpověď i pro systémy mnoha částic. Pokud jde ale o matematický přechod, je to samozřejmě jiné kafe a je třeba to explicitně zmínit.

Odpovědět


kvantove simulacie

Peter Kluvanek,2010-05-22 21:14:07

Jednym z problemov v KM vypoctoch je potreby cas - ked sa mame priblizit ku NM. No ak nahodou treba pridat do Schrodingerovej rovnice cleny, sposobujuce kolaps vlnovej funkcie, pripadne nieco, co vezme do ulohy aj gravitacne posobenie, tak potom so sucasnym stavom teorie by nam nepomohol ani ten najsuper komp na simulacie. Takze nie je tak celkom na mieste tieto veci oddelovat.

Odpovědět

Peter Kluvanek,2010-05-20 08:35:54

Dobry den,
je pravda, ze v neutronovych hviezdach je supratekuta neutronova kvapalina, no mne slo o kvantove javy, ktore su viditelne volnym okom. Nepredpokladam, ze by ste mali doma nieco take ako mala neutronova hviezda, takze podmienky na vznik su este vynimocnejsie, nez je treba na dosiahnutie supratekuteho He. Dal sa spomenut kvantovy Hallov jav, Josephsonov jav a SQUID-y ci Bose-Einsteinove kondenzaty (clanok o nich som pisal pred 8 rokmi, ked to bolo aktualne ako nobelovka), no chcel som pisat o jednoduchych demonstraciach KM na jednoduchych mechanickych systemoch.
KM naozaj plati pre kazdy atom v nasom tele a v hocakom makrotelese. No dalej to s nou nefunguje ako napr. s relativitou. Tu mozete pouzivat na popis vsetkych dejov. Vypocty si skomplikujete ale dopracujete sa k vysledkom. A presne viete aky bude rozdiel medzi presnym relativistickym vztahom a netwtonovskym priblizenim. Takyto prechod od kvantovky ku klasike sa dosial nepodaril. Kvantove vlastnosti sa vytracaju, od istej velkosti (mnozstva castic) ich nepozorujeme (okrem par vynimocnych situacii za specialnych podmienok). Aj pomocou jednoduchych systemov sa vedci pokusaju dopracovat k hranici (teoreticky aj experimentalne) a pozriet sa na to, ako tento prechod z KM do NM funguje. Uzko je to spojene tiez s filozofickymi otazkami a interpretaciou KM. Mohli by sa objasnit aspon niektore z problemov, ako su pravdepodobnostna podstata, kvantove korelacie, problem merania, ci samotne otazky ohladom podstaty vlnovej funkcie...

Odpovědět


To Peter Kluvanek

Frantisek Kriz,2010-05-20 12:52:57

Nechápu proč by měl být problém s klasickou limitou? KM dá správnou předpověď a NM dá předpověď odlišnou takže vždy víme, jak se liší obě předpovědi a v konkrétních případech víme jaké podmínky změnit abychom tu rozdílnost minimalizovali. Rozdíl mezi klasickou limitou v relativitě a kvantovce je pouze v tom, že MATEMATICKÝ POPIS KT limitně nepřejde v klasický. Ale nic nás nenutí to požadovat tak proč z toho dělat problém?

KT, i se svými filozofickými problémy dá vždy správnou předpověď experimentu. Jak můžeme filozofické problémy odstranit tím, že budeme tento fakt opakovaně potvrzovat?

Odpovědět

Pan Neznámý,2010-05-20 01:29:28

"... napríklad supravodivosť alebo supratekutosť. Oba javy sú spojené s nízkymi teplotami."

Není pravda (viz neutronové hvězdy).

"Mechanické kvantové vlastnosti však doteraz neboli pozorované pri systémoch väčších než zopár desiatok atómov."

Není pravda (viz kvantované víry v supratekutinách).

Tohle se snad říkat smí, ne? A je jedno, jestli to řekne Franta Vomáčka nebo Pepík Vocásek. Já mám pocit, že fyzika dostala na frak nadkritickým množstvím zavádějících informací, a tak to napíšu. Očekávám věcnou diskusi a ne že mi někdo bude vyčítat, že svoje světově (téměř) unikátní jméno nenechávám válet po internetu pro strýčka googla na odiv.

Odpovědět


Dagmar Gregorova,2010-05-20 07:29:59

Nie, to nie je kvôli google, je to kvôli tomu, ako Vám jeden diskutujúci v predchádzajúcej diskusii pod článkom o mikrovlnkách
(http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&clanek=4824) napísal:
Jan Erben 14.01.2010 v 20:13 A prosím pěkně,
nepoužívejte nick. Ono se to na vlastní jméno hůř zesměšňuje.

Pre niekoho, kto sa fyzikou živí by práve táto diskusia bola v očiach jeho kolegov a známych asi dosť trápna... a teraz sa opäť pod pseudonymom snažíte sebarealizovať sa („zhodou“ náhod tiež pod článkom toho istého autora). Čo tak napísať zaujímavý a zrozumiteľný článok, aby aj ostatní čitatelia boli v obraze a neodnášali si len ten trpký pocit, že Pan Neznámý si myslí, že sa autor fatálne mýli a že...?
NIČ iné ste totiž svojim príspevkom nedosiahli, len ste naznačili, že autor nie je v obraze, učebnice nie sú v obraze, len Vy viete, ako to je správne (ako pri tých mikrovlnkách).

Vy dobre viete, že Vaše, tak ako moje meno, či meno pana Vosičku, Ferda Mravence, alebo akékoľvek iné google už dávno prežúva. Len ste sa rozhodli, že nechcete, aby Vás niekto spoznal v tomto „formáte“. Neskonale rada by som teraz chcela rozumieť kvantovke natoľko, aby som sa do diskusie mohla zapojiť aj profesionálne.

Odpovědět


Pan Neznámý,2010-05-20 21:33:20

Ano, máte pravdu, že nechci, aby se mohl do mého jména kdokoliv a kdykoliv opřít. Internet má nekompromisní paměť a je mu jedno, jestli s čistou hlavou nakonec ukážu to, co jsem chtěl. Je mu jedno, že jsem uznal svoje chyby. Prostě o mě naprosto mimo jakýkoliv kontext napíše, že jsem blb. Pro exhibicionistu možná lákavá vlastnost, pro mě naprosto nepřijatelná. Proto do všech diskusí, kde se jméno zobrazuje neregistrovaným uživatelům, píšu pod jiným než vlastním jménem.

Mimochodem, seberealizovat nějak ani nemám potřebu. Mně prostě jenom mrzí, když se o fyzice píšou zavádějící věci. O psaní článků se mýlíte: ne každý je spisovatel. Já jsem teď čtenář a mám svaté právo napsat, že se mi článek nelíbí a vytknout mu faktické chyby. To jsem udělal ne jako exhibici, ale jako vzkaz panu autorovi. Pokud to není vítané, zrušte diskuse a otevřeně přiznejte pseudovědecký fanatismus! (Teď přeháním, ale narážka míří na fakt, že věda je především o kritice, ne o poplácávání po ramenech.)

Odpovědět

Kritika

Pan Neznámý,2010-05-19 21:54:51

Dneska se nebudu pouštět do žádných výpočtů, posledně mi to v diskusi moc nešlo. Ale kritiku si neodpustím. Zaprvé: VŠECHNO a VŽDYCKY se řídí kvantovkou (i newtonovská tělesa). A za druhé: makroskopické kvantování a mechanické kvantové jevy jsou běžně pozorované na systémech s 10^x částic, kde x může pohodlně překračovat číslo 20 (např. v supratekutém heliu, ale i v supravodičích apod.). Stačí se porozhlédnout po publikacích o kvantovaných vírech v heliu nebo supravodičích, ev. Josephsonově jevu v supravodičích. Za zmínku by možná stál i kvantový Halův jev a mnoho dalších. Mrkněte na to, nové učebnice jsou už starý brak!

Odpovědět


Pre nepozorných čitateľov:

Dagmar Gregorova,2010-05-19 22:03:11

opakovanie:
"KM sa teda ukrýva vo svete extrémne malých rozmerov. Výnimočne ale vypláva do makrosveta. Tieto vzácne príležitosti, umožňujúce vidieť, ako to chodí v kvantovom svete, sú napríklad supravodivosť alebo supratekutosť. Oba javy sú spojené s nízkymi teplotami."

Mali ste asi na mysli "Hallův jev"?

Autor píše pod vlastným menom, Vy si chcete kopnúť pod pseudo-menom...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace