Εάν ένα σωματίδιο μπορεί να είναι σε υπέρθεση δύο θέσεων ταυτόχρονα που αψηφούν την ενέργεια διατήρησης του νόμου;
Κβαντική υπέρθεση:τα βασικά
* Τι είναι: Στην κβαντική μηχανική, ένα σωματίδιο μπορεί να υπάρχει σε μια υπέρθεση των καταστάσεων, που σημαίνει ότι δεν περιορίζεται σε μία κατάσταση, αλλά μάλλον ένα συνδυασμό πολλαπλών καταστάσεων ταυτόχρονα. Αυτό συχνά απεικονίζεται με το κλασικό πείραμα σκέψης "Schrödinger's Cat", όπου μια γάτα είναι ζωντανή και νεκρή μέχρι να παρατηρηθεί.
* Πώς λειτουργεί: Αυτό δεν σημαίνει ότι το σωματίδιο καταλαμβάνει φυσικά και τις δύο θέσεις ταυτόχρονα. Είναι ακριβέστερο να λέμε ότι η κύμα του σωματιδίου * (που περιγράφει την πιθανότητα εύρεσης του σωματιδίου σε μια δεδομένη κατάσταση) απλωθεί και στις δύο θέσεις.
Διατήρηση ενέργειας και κβαντική μηχανική
* Θεμελιώδης νόμος: Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας αποτελεί θεμελιώδη αρχή στη φυσική. Δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μετασχηματίστηκε μόνο από τη μία μορφή στην άλλη.
* Κβαντικές επιπτώσεις: Ενώ η διατήρηση της ενέργειας εξακολουθεί να ισχύει στην κβαντική μηχανική, οι επιπτώσεις της μπορεί να είναι λεπτές. Για παράδειγμα, σε υπέρθεση, το σωματίδιο δεν είναι στην πραγματικότητα "και στις δύο θέσεις" ταυτόχρονα με κλασική έννοια. Αντ 'αυτού, είναι σε ένα πιθανοτικό μείγμα δυνατοτήτων. Όταν μετράτε τη θέση του, η υπέρθεση "καταρρέει", και το βρίσκετε σε μια ή την άλλη θέση.
Αντιμετώπιση της ερώτησης
Η ίδια η υπέρθεση δεν αψηφεί άμεσα το νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Εδώ είναι γιατί:
* Πιθανότητα και ενέργεια: Το σωματίδιο στην υπέρθεση δεν διαθέτει ταυτόχρονα την ενέργεια και των δύο κρατών. Η ενέργεια που έχει συνδέεται με τις πιθανότητες που σχετίζονται με τις πιθανές καταστάσεις της.
* Μέτρηση: Η πράξη της μέτρησης είναι ζωτικής σημασίας. Μόνο όταν μετράτε τη θέση του σωματιδίου (ή κάποια άλλη ιδιότητα), η υπέρθεση καταρρέει και "επιλέγει" μια συγκεκριμένη κατάσταση με αντίστοιχη ενέργεια.
αναλογία: Φανταστείτε ένα νόμισμα που περιστρέφεται στον αέρα. Είναι σε μια υπέρθεση των κεφαλών και των ουρών, αλλά δεν έχει την ενέργεια και των δύο κρατών ταυτόχρονα. Μόνο όταν προσγειώνεται, εγκαθίσταται σε ένα κράτος (κεφάλια ή ουρές) με μια συγκεκριμένη ενέργεια που σχετίζεται με αυτήν την κατάσταση.
Σημαντική σημείωση: Η κβαντική μηχανική είναι εγγενώς πιθανολογική. Δεν μπορούμε να προβλέψουμε με βεβαιότητα όπου ένα σωματίδιο θα βρεθεί σε μια υπέρθεση, μόνο η πιθανότητα να το βρούμε σε κάθε πιθανή θέση.
Συνοπτικά:
Ενώ η έννοια της υπέρθεσης μπορεί να φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με την κλασσική μας κατανόηση της διατήρησης της ενέργειας, δεν παραβιάζει πραγματικά το νόμο. Η πιθανότητα φύση της κβαντικής μηχανικής εξασφαλίζει ότι η ενέργεια του σωματιδίου παραμένει διατηρημένη ακόμη και όταν βρίσκεται σε υπέρθεση.
