Телепортацията или способността за незабавно преместване на хора и предмети от едно място на друго може лесно да промени посоката на развитие на цивилизацията и на целия свят като цяло. Например телепортацията веднъж завинаги ще промени принципите на водене на война, ще направи всички транспортни средства ненужни и най-добрата част: ваканциите вече няма да са проблем. Кой не иска да има свой личен телепорт у дома?
Вероятно, именно поради тази причина тази способност е най-желаната сред човечеството. Разбира се, рано или късно физиката ще трябва да сбъдне тази мечта. Е, да видим какво вече има човечеството в наше време?
Бих искал да започна с цитат на известен учен:
Прекрасно е, че сме изправени пред парадокс. Сега можем да се надяваме да продължим напред.
Нилс Бор
Телепортация според Нютон
В рамките на теорията на Нютон телепортацията е просто невъзможна. Законите на Нютон се основават на идеята, че материята е изградена от малки твърди билярдни топки. Обектите не се движат, освен ако не са бутнати; обектите не изчезват или се появяват отново на друго място. Но в квантовата теория частиците са способни да правят точно такива трикове.
Нютоновата механика продължи 250 години и беше свалена през 1925 г., когато Вернер Хайзенберг, Ервин Шрьодингер и техните колеги разработиха квантова теория. Като цяло, ако телепортацията някога ще бъде реализирана, това ще е благодарение на квантовата теория. Затова нека го разгледаме по-подробно.
Промоционално видео:
Квантова теория
Едно от най-важните уравнения в телепортацията е вълновото уравнение на Шрьодингер (виж снимката). Може би има къде да поговорим за това как се появи. Ервин веднъж изнесе лекция за интересен феномен, в която беше казано, че електроните се държат по същия начин като вълните. Питър Деби, един от колегите-физици, присъстващи в залата, зададе въпроса: "Ако един електрон може да бъде описан като вълна, тогава как изглежда неговото вълново уравнение?"
По онова време, благодарение на Нютон, всички вече знаеха диференциално смятане, физиците описваха всяка вълна на езика на диференциала. уравнения. Следователно Шрьодингер прие този въпрос като предизвикателство и реши да разработи подобно уравнение за електрона. И той го направи, тъй като веднъж Максуел изведе уравненията си за полетата на Фарадей, Шрьодингер изведе уравнението за вълната на де Бройл (т. Нар. Електронна вълна).
Леко отклонение от темата: Историците на науката похарчиха много усилия, опитвайки се да разберат къде е Шрьодингер и какво прави, когато откри своето прочуто уравнение. Оказа се, че той е привърженик на свободната любов и често ходеше на почивка с любовниците си. Той дори водеше подробен дневник, в който влизаше всичките си любовници и отбелязваше всяка среща със сложен код. Смята се, че през уикенда, когато уравнението е открито, Шрьодингер прекарва в Алпите, във вила Хервиг, с една от приятелките си. Така понякога жените могат да помогнат за стимулиране на умствената дейност;)
Но не е толкова просто. Ако електронът е описан като вълна, тогава какво вибрира в него? В момента се смята, че отговорът е следната теза на Макс Роден: Тези вълни не са нищо повече от вероятностни вълни. Тоест, електронът е частица, но вероятността за откриване на тази частица се определя от вълната на де Бройл. Оказва се, че изведнъж в самия център на физиката - наука, която ни даваше точни прогнози и подробни траектории на всякакви предмети, от планети и комети до оръдия - имаше концепциите за случайност и вероятност! Оттук се появи принципът на несигурността на Хайзенберг: невъзможно е да се знае точната скорост, точното положение на електрона и неговата енергия в същия момент. На квантово ниво електроните могат да правят напълно невъобразими неща: да изчезнат, след това да се появят отново, да бъдат на две места едновременно. Е, сега нека да преминем директно към телепортацията.
Телепортация и квантова теория
Когато хората се питат: „Как си представяте процеса на телепортация?“, Повечето казват, че те трябва да седят в някаква специална кабина, подобна на асансьор, който ще ги отведе на друго място. Но някои си го представят по различен начин: събират информация от нас за положението на атомите, електроните и т.н. в нашето тяло цялата тази информация се прехвърля на друго място, където, използвайки тази информация, те ви събират отново, но на различно място. Тази опция е може би невъзможна поради принципа на несигурността на Хайзенберг: няма да можем да открием точното местоположение на електроните в един атом. Този принцип обаче може да бъде преодолян поради интересно свойство на два електрона: ако два електрона първоначално вибрират в унисон (това състояние се нарича кохерентно), тогава те са в състояние да поддържат синхронизация на вълните дори на голямо разстояние един от друг. Дори ако тези електрони са на светлинни години. Ако нещо се случи с първия електрон, тогава информацията за това ще бъде незабавно предадена на другия електрон. Това явление се нарича квантово заплитане. Възползвайки се от това явление, физиците през последните години успяват да телепортират цели атоми на цезий и скоро те могат да телепортират ДНК молекули и вируси. Между другото, беше възможно да се докаже основната възможност за телепортация математически през 1993 г. учени от IBM под ръководството на Чарлз Бенет. Така те не само знаят как да правят процесори, ако някой не знае:)Възползвайки се от това явление, физиците през последните години успяват да телепортират цели атоми на цезий и скоро те могат да телепортират ДНК молекули и вируси. Между другото, беше възможно да се докаже основната възможност за телепортация математически през 1993 г. учени от IBM под ръководството на Чарлз Бенет. Така те не само знаят как да правят процесори, ако някой не знае:)Възползвайки се от това явление, физиците през последните години успяват да телепортират цели атоми на цезий и скоро те могат да телепортират ДНК молекули и вируси. Между другото, беше възможно да се докаже основната възможност за телепортация математически през 1993 г. учени от IBM под ръководството на Чарлз Бенет. Така те не само знаят как да правят процесори, ако някой не знае:)
През 2004 г. физиците от университета във Виена успяха да телепортират светлинни частици на разстояние 600 м под река Дунав чрез оптично-оптичен кабел, като по този начин поставят нов рекорд за разстояние. През 2006 г. макроскопски обект е използван за първи път в подобни експерименти. Физици от института Нилс Бор и Института Макс Планк успяха да оплете лъч светлина и газ, съставен от цезиеви атоми. Много трилиони атоми участваха в това събитие!
За съжаление, използването на този метод за телепортиране на твърди и сравнително големи предмети е ужасно неудобно, така че телепортацията без заплитане вероятно ще се развие по-бързо. Нека го анализираме по-долу.
Телепортация без заплитане
Изследванията в тази област бързо набират скорост. През 2007 г. беше направено важно откритие. Физиците са предложили метод на телепортация, който не изисква заплитане. В крайна сметка това е най-сложният елемент от квантовата телепортация и ако успеете да не го използвате, ще можете да избегнете много свързани проблеми. И така, това е същността на този метод: Учените вземат лъч от атоми на рубидий, превеждат цялата му информация в светлинен лъч, изпращат го по оптичен кабел и след това пресъздават първоначалния лъч от атоми на друго място. Отговорен за това проучване, д-р Астън Брадли, нарече този метод класически телепортация.
Но защо е възможен този метод? Възможно е поради наскоро откритото състояние на материята „Бозе-Айнщайн кондензат“или KBE (На изображението вляво той се разплита в елипсоиден капан). Това е едно от най-студените вещества в цялата Вселена. В природата най-ниската температура може да се намери в космоса: 3 Келвина, т.е. три градуса над абсолютната нула. Това се дължи на остатъчната топлина на Големия взрив, който все още изпълва вселената. Но CBE съществува от един милион до една милиардна степен от абсолютна нула. Тази температура може да се получи само в лаборатория.
Когато веществото се охлади до състояние на CBE, всички атоми падат до най-ниското ниво на енергия и започват да вибрират в унисон (стават съгласувани). Вълновите функции на всички тези атоми се припокриват, така че в известен смисъл CBE прилича на гигантски "суператом". Съществуването на това вещество е било предвидено от Айнщайн и Шатиендранат Бозе през 1925 г., но този кондензат е открит едва през 1995 г. в лабораториите на Масачузетския технологичен институт и Университета в Колорадо.
И така, сега нека разгледаме самия принцип на телепортацията с участието на KBE. Първо, супер охладено вещество се събира от атоми на рубидий в състояние на CBE. Тогава обикновените атоми на рубидий се изпращат към тази BEC, електроните от която също започват да падат до най-ниското ниво на енергия, като същевременно излъчват светлинни кванти, които от своя страна се предават през оптичния кабел. Освен това този лъч съдържа цялата необходима информация за описание на началния лъч на материята. Преминавайки през кабела, светлинният лъч влиза в друга BEC, която го превръща в първоначалния поток на материята.
Учените намират този метод за изключително обещаващ, но има свои проблеми. Например, CBE е много трудно да се получи дори в лаборатория.
продукция
С всичко, което е постигнато досега, можем ли да кажем кога сами ще получим тази невероятна способност? В следващите години физиците се надяват да телепортират сложни молекули. След това вероятно ще са необходими няколко десетилетия, за да се разработи начин за телепортиране на ДНК или може би някакъв вирус. Техническите предизвикателства обаче, които ще трябва да бъдат преодолени по пътя към такова постижение, са невероятни. Вероятно ще минат много векове, преди да можем да телепортираме обикновени предмети, ако изобщо е възможно.
Използван материал: Мичио Каку "Физика на невъзможното"