Χωρίς Magic, θα μπορούσατε να περάσετε από την πλατφόρμα 9 ¾;

Η κατανόησή μας για τα κβαντικά φαινόμενα παρεμποδίζεται θλιβερά από την κλασική μας αντίληψη για τον κόσμο. Σε αντίθεση με τα αντικείμενα που συναντάμε στην καθημερινή ζωή, οι κβαντικές οντότητες οδηγούνται από ιδιοτροπία. εκδηλώνονται σε πολλά σημεία ταυτόχρονα και είναι σε θέση να συνδέονται σε τεράστιες αποστάσεις χωρίς να επικοινωνούν απευθείας μεταξύ τους.

Το να είσαι μάγισσα ή μάγος έχει τα πλεονεκτήματά του. Για αρχή, απαλλάσσει κάποιον από το να πρέπει να τα βάλει με τα εγκόσμια. Γιατί να περπατήσετε όταν κάποιος μπορεί να πετάξει μαγικά μέσα από τοίχους εν ριπή οφθαλμού;

Ωστόσο, Potterhead ή όχι, ποιος δεν θα ήθελε να περάσει κρυφά μέσα από τοίχους; Εξάλλου, οι περισσότεροι από εμάς δεν θα μπορούσαμε να αντισταθούμε στην ευκολία να μην χρειαστεί να περιμένουμε ποτέ ξανά έξω από μια κλειδωμένη πόρτα.

Όπως αποδεικνύεται, τα ηλεκτρόνια το κάνουν αυτό συνεχώς! Λόγω της εγγενούς κυματικής φύσης του, ένα ηλεκτρόνιο που κατευθύνεται προς ένα φράγμα μπορεί να εμφανιστεί στην άλλη πλευρά αυτού του φραγμού, χωρίς να έχει περάσει ποτέ από το ίδιο το φράγμα.

Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως κβαντική σήραγγα , υποβιβάζεται σε κβαντικές οντότητες που δεν ακολουθούν τους κανόνες που διέπουν τον κλασικό κόσμο (των βιβλίων, των τοίχων και των αυτοκινήτων).

Μια κβαντική προοπτική

Η κατανόησή μας για τα κβαντικά φαινόμενα περιορίζεται θλιβερά από την κλασική μας αντίληψη για τον κόσμο. Σε αντίθεση με τα αντικείμενα που συναντάμε στην καθημερινή ζωή, οι κβαντικές οντότητες οδηγούνται από ιδιοτροπία. εκδηλώνονται σε πολλά σημεία ταυτόχρονα και είναι σε θέση να συνδέονται σε τεράστιες αποστάσεις χωρίς να επικοινωνούν απευθείας μεταξύ τους. Συμπεριφέρονται σαν σωματίδια, αλλά εμφανίζουν και κυματοειδείς ιδιότητες. Ως εκ τούτου, είναι κατανοητό αν η κβαντική φυσική φαίνεται πολύ παράξενη, καθώς αποκλίνει απότομα από μια «κλασική» άποψη της πραγματικότητας.

Η κλασική φυσική προϋποθέτει ότι σε οποιαδήποτε στιγμή, ένα αντικείμενο έχει μια καθορισμένη τιμή θέσης και ταχύτητας, ανεξάρτητα από το αν αυτές οι ιδιότητες μετρώνται.

Ωστόσο, στην ατομική ή υποατομική κλίμακα, διαπερνά μια εγγενής αβεβαιότητα, επομένως η ακριβής μέτρηση - και επομένως, η γνώση τόσο της θέσης όσο και της ορμής της οντότητας (προϊόν μάζας και ταχύτητας) - απαγορεύεται. Μια κβαντική οντότητα έχει ένα εύρος πιθανών θέσεις και ταχύτητες. Μέχρι να γίνει μια μέτρηση στο αντικείμενο, υπάρχει ως υπέρθεση διαφόρων ροπών. είναι παντού και πουθενά συγκεκριμένα.

Τα κβαντικά αντικείμενα επιδεικνύουν ιδιότητες που μοιάζουν με σωματίδια και κυματοειδή (Photo Credit :Pixabay)

Κάθε σωματίδιο παρουσιάζει μια κυματική φύση και μπορεί να περιγραφεί από την κυματική συνάρτηση που σχετίζεται με αυτό. Αυτή η κυματική συνάρτηση προκύπτει από τις συνεισφορές που έχουν οι πιθανότητες παρατηρήσιμων μεγεθών. Αυτές οι πιθανότητες άμπωτη και ροή, όπως τα κύματα, εξ ου και το όνομα συνάρτηση κυμάτων .

Pygmy ρουφηξιά σε ένα κουτί

Ας πούμε ότι η Ginny έφτιαξε ένα σπίτι από ένα κουτί για να κουνιέται ευχάριστα το κατοικίδιο ζώο της πυγμαίας ρουφηξιά. Εδώ, το κατοικίδιο αντιπροσωπεύει μια κβαντική οντότητα και η συνάρτηση κύματος που σχετίζεται με αυτήν την ρουφηξιά πυγμαίου μας λέει για τα σημεία που του αρέσει να κάνει παρέα το περισσότερο, δηλαδή, εκφράζει την πιθανότητα να βρεθεί το κβαντικό κατοικίδιο σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.

Ενώ ο Τζίνι είναι πιο πιθανό να βρει τη ρουφηξιά πυγμαίου στη μέση του σπιτιού (δηλαδή, όπου η κυματισμός είναι πιο έντονη), μπορεί επίσης μερικές φορές να βρεθεί στις απομακρυσμένες πλευρές του σπιτιού. Ωστόσο, δεδομένου ότι μια κβαντική οντότητα υπάρχει ως κύμα πιθανοτήτων, δεν είναι δυνατό να έχουμε μια ακριβή θέση για το κβαντικό κατοικίδιο, όπως δεν είναι δυνατό να πούμε πού βρίσκεται ένα κύμα στο νερό.

Η συνάρτηση κύματος δεν εξαφανίζεται στους τοίχους αλλά εκτείνεται πέρα ​​από αυτήν

Εδώ είναι κάτι ακόμα πιο μπερδεμένο:υπάρχει πιθανότητα όταν η Τζίνι επιστρέψει να ελέγξει το κατοικίδιό της, να μην το βρει καθόλου στο σπίτι του. Αυτό μπορεί να συμβεί επειδή, παρόλο που η συνάρτηση κύματος που περιγράφει το κατοικίδιο καταστρέφεται εκθετικά μόλις συναντήσει τα τοιχώματα (φράγμα) του κουτιού, δεν εξαφανίζεται απότομα.

Αντίθετα, εκτείνεται πέρα ​​από τα τοιχώματα, επομένως υπάρχει μια πιθανότητα, αν και μικρή, να βρεθεί το σωματίδιο πέρα ​​από το φράγμα.

Δεν υπάρχει κανένα τρύπημα εδώ. μια κβαντική οντότητα μπορεί να βρεθεί έξω από το κουτί απλώς και μόνο επειδή μπορεί να υπάρχει έτσι – τη μια στιγμή μέσα και την άλλη έξω – χωρίς να χρειάζεται επίσης να πάρει μια θέση σε κάθε ενδιάμεσο σημείο.

Η σχέση μεταξύ μήκους κύματος και ορμής

η σχέση του de Broglie (Photo Credit :zizou7/Shutterstock)

Κάθε αντικείμενο με μάζα και ταχύτητα θα έχει ορμή. Ο τύπος του de Broglie συσχετίζει το μήκος κύματος οποιουδήποτε αντικειμένου με την ορμή του με τρόπο που το μήκος κύματος μειώνεται καθώς αυξάνεται η ορμή του αντικειμένου.

Εφόσον η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου δεν περιορίζεται στο φως, υπάρχει ένα μήκος κύματος για τα πάντα (ακόμη και τους ανθρώπους), αλλά υπάρχει ένα όριο που επιβάλλεται στο μήκος του κύματος στο οποίο η όψη κύματος μιας οντότητας γίνεται σημαντική.

Αυτό σημαίνει ότι για να είναι εμφανής η κυματική φύση, το μέγεθος ενός αντικειμένου πρέπει να είναι συγκρίσιμο με το μήκος κύματός του ή το κύμα του πρέπει να αλληλεπιδρά με άλλα αντικείμενα περίπου του ίδιου μεγέθους με το δικό του μήκος κύματος. Για αντικείμενα σημαντικά μεγαλύτερα από το δικό τους μήκος κύματος de Broglie, οι κυματοειδείς ιδιότητες είναι μη ανιχνεύσιμες. Ωστόσο, για τα κβαντικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια, που υπάρχουν ως ασαφή νέφη στα άτομα, η κυματική τους φύση είναι αυτή που τους επιτρέπει να κάνουν σήραγγα.

Μπορείτε να κάνετε σήραγγα μέσα από το φράγμα;

"Ακούτε το περιστασιακό σφύριγμα του τρένου να σφυρίζει από απόσταση καθώς διασχίζετε βιαστικά τον κατάμεστο σταθμό προς τον τοίχο μεταξύ των πλατφορμών 9 και 10. Μόνο στο εκπαιδευμένο μάτι μπορούν να εντοπιστούν μάγισσες και μάγοι να βουίζουν με μαγκλ ρούχα για να αποφύγουν να τραβήξουν την προσοχή πάνω τους».

Ο Χάρι Πότερ πρόκειται να περάσει από τον τοίχο μεταξύ των πλατφορμών 9 και 10 (Φωτογραφία :Wizarding World/Youtube)

Αν και μπορεί να έχετε φανταστεί αυτή τη σκηνή αμέτρητες φορές, είναι ένα μάλλον φτωχό υποκατάστατο για την πραγματική εμπειρία. Έτσι, αποφασίζεις να κάνεις κάτι πολύ γενναίο και μάλλον ανόητο. Συγκεντρώνοντας όλα τα νου σας για εσάς, ορμάτε προς τον τοίχο από τούβλα ανάμεσα στις πλατφόρμες 9 και 10, αποφασισμένοι να περάσετε στην άλλη πλευρά.

Τώρα, έχοντας προσκρούσει στον τοίχο και έχετε πείσει τους θεατές ότι δεν είστε θεμελιωδώς υγιείς, ξυπνάτε λίγες στιγμές αργότερα, για να ανακαλύψετε ότι βρίσκεστε ακόμα στην ίδια πλευρά του τοίχου.

Όσο πιο μαζικό είναι ένα αντικείμενο, τόσο μικρότερο θα είναι το μήκος κύματος de Broglie. Για καθημερινά αντικείμενα που ταξιδεύουν με κανονικές ταχύτητες, αυτό το μήκος κύματος είναι τόσο γελοία μικρό που η κβαντική συμπεριφορά δεν είναι ορατή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, σε αντίθεση με τον Χάρι και την υπόλοιπη μαγική κοινότητα, οι απλοί άνθρωποι δεν θα μπορούσαν να περάσουν σε σήραγγα μέσω της πλατφόρμας 9 ¾.