Loosst eis zréck op wat d'Quantemechanik ass a wéi mir et kënne benotzen.

Onsichtbar Vue

Okay, also du kanns de Kaffi richen, du bass bal erwächt. Är Ae si prett fir den Dagesmodus, blénken a loossen e bësse Liicht eran. Wann Dir driwwer denkt, sinn d'Liichtpartikelen, déi an Äert Gesiicht an d'Aen erakommen, virun enger Millioun Joer am Zentrum vun der Sonn erstallt ginn, wéi eis Vorfahren ugefaang Feier ze benotzen. D'Sonn géif net emol Partikelen, déi Photonen genannt ginn, ausschécken, wa se net fir datselwecht Phänomen gebraucht ginn, deen eise Gerochssënn, de Quantentunneling, kéint ënnersträichen.

Ongeféier 150 Millioune Kilometer trennen d'Sonn an d'Äerd, an d'Fotone brauche just aacht Minutte fir dës Distanz ze iwwerschreiden. De gréissten Deel vun hirer Rees ass awer an der Sonn, wou en typesche Photon eng Millioun Joer verbréngt fir ze flüchten. Matière gëtt also am Zentrum vun eisem Stär gespäichert, wou Waasserstoff ongeféier 13 Mol méi dichter ass wéi Bläi, a Photone kënnen nëmme fir eng onendlech Fraktioun vun enger Sekonn reesen ier se vu Waasserstoffione absorbéiert ginn, déi dann de Photon op sengem Wee aus der Welt schéisse kënnen. d'Sonn, asw.. No ronn enger Milliard duerch esou Interaktiounen, wäert endlech e Photon op der Uewerfläch vun der Sonn erschéngen, déi hei fir Millioune Joer blénkt.

Quantemechanik (©Jay Smith)

Photone géifen ni geschaf ginn an d'Sonn géif ni schéngen wann net fir Quantentunnel. D'Sonn an all aner Stäre kreéieren Liicht duerch Nuklearfusioun, briechen Waasserstoffionen auserneen an entstinn Helium duerch e Prozess deen Energie verëffentlecht. All Sekonn konvertéiert d'Sonn ongeféier 4 Milliounen Tonnen Matière an Energie. Nëmme Waasserstoffionen, als eenzel Protonen, hunn positiv elektresch Ladungen a repetéieren sech géigesäiteg. Also wéi kënne se matenee fusionéieren?
Am Quantentunneling erlaabt d'Wellennatur vu Protonen hinnen heiansdo esou einfach ze iwwerlappen wéi d'Wellen, déi op der Uewerfläch vun engem Weier zesummekommen. Datt se iwwerlappen, bréngt d'Protonwellen esou no, datt eng aner Kraaft, wéi déi staark Atomkraaft, déi nëmmen iwwer ganz kleng Distanzen funktionéiert, d'elektresch Ofdreiwung vun de Partikelen iwwerwanne kann. D'Protonen zerfallen dann an entloossen en eenzege Photon.

Eis Aen si ganz empfindlech op Photonen

Eis Aen hu sech entwéckelt fir ganz empfindlech op dës Photonen ze sinn. E puer rezent Experimenter hu gewisen datt mir souguer eenzel Photonen entdecken kënnen, wat eng interessant Méiglechkeet bréngt: Kënnen d'Mënschen e puer speziell Fäll vu Quantemechanik erkennen? Heescht dat, datt de Mënsch, wéi e Photon oder en Elektron oder dem Schrödinger seng onglécklech Kaz, dout a lieweg zur selwechter Zäit ass, wann hien sech direkt an d'Quantewelt engagéiert? Wéi kann esou eng Erfahrung ausgesinn?

Mënschlechen Aen

"Mir wëssen et net well keen et probéiert huet", seet d'Rebecca Holmes, eng Physiker am Los Alamos National Laboratory zu New Mexico. Virun dräi Joer, während e Graduéierter Student op der University of Illinois zu Urbana-Champaign, war den Holmes Deel vun engem Team gefouert vum Paul Kwiat, deen gewisen huet datt d'Mënschen kuerz Bursts vu Liicht aus dräi Photonen erkennen kënnen. Am Joer 2016 huet eng rivaliséierend Grupp vu Wëssenschaftler, gefouert vum Physiker Alipasha Vaziri op der Rockefeller University zu New York, festgestallt datt d'Leit tatsächlech individuell Photonen gesinn. Wéi och ëmmer, mir gesinn datt d'Erfahrung vläicht net genau beschriwwe gëtt. D'Vaziriova, déi probéiert selwer Photonblénken ze gesinn, huet dem Magazin "Natur" gesot: "Et ass net wéi d'Liicht ze gesinn. Et fillt sech bal um Schwell vun der Fantasie."

Quantemechanik - Experimenter

An der nächster Zukunft erwaarden Holmes a Vaziri Experimenter déi testen wat d'Leit erkennen wann Photonen a spezielle Quantezoustand gesat ginn. Zum Beispill kënnen d'Physiker en eenzege Photon an dat wat se eng Superpositioun nennen verbannen, wou Photonen gläichzäiteg op zwou verschiddene Plazen existéieren. Holmes an hir Kollegen hunn en Experiment entworf mat zwee Szenarie fir ze testen ob d'Mënschen direkt eng Superpositioun vu Photonen kënne gesinn. Am éischte Szenario géif en eenzegen Photon entweder op der lénkser oder rietser Säit vun der Netzhaut vun enger Persoun schloen, an d'Persoun géif bemierken wéi eng Säit vun der Netzhaut de Photon fillt. Am zweeten Szenario géif de Photon an enger Quantesuperpositioun plazéiert ginn, déi et erlaabt dat anscheinend onméiglech ze maachen - gläichzäiteg op déi riets a lénks Säit vun der Netzhaut vum Auge fléien.

Géif eng Persoun Liicht op béide Säiten vun der Netzhaut erkennen? Oder géif d'Photoninteraktioun am Aen d'Superposition 'zesummebroch' maachen? Wann jo, géif et gläich dacks op der rietser a lénkser Säit geschéien wéi d'Theorie seet?

Rebecca Holmes seet:

"Baséiert op Standard Quantemechanik, e Photon an der Superpositioun wäert wahrscheinlech net anescht ausgesinn wéi e wierklech zoufälleg geschéckt lénks oder riets Photon."

Wann et stellt sech eraus datt e puer Participanten am Experiment tatsächlech de Photon op béide Plazen zur selwechter Zäit gesinn hunn, heescht dat datt d'Persoun selwer an engem Quantenzoustand war?

Rebecca Holmes derbäigesat:

"Dir kënnt soen datt den Beobachter selwer a Quantesuperpositioun fir eng vernoléisseg kuerz Zäit war, awer nach keen huet et probéiert, also mir wëssen et wierklech net. Dat ass de Grond fir esou en Experiment ze maachen.'

Dir erkennt op Är eege Manéier

Komme mer elo zréck op d'Tass Kaffi. Dir fillt de Becher als e festt Stéck Matière, fest a Kontakt mat der Haut vun Ärer Hand. Awer et ass just eng Illusioun. Mir beréieren ni eppes, op d'mannst net am Sënn vun zwee feste Stécker Matière déi beréieren. Méi wéi 99,9999999999 Prozent vun engem Atom besteet aus eidel Raum, mat bal all Mass am Kär konzentréiert.

Quantemechanik (©Jay Smith)

Wann Dir d'Coupe mat Ären Hänn hält, schéngt et seng ze sinn d'Kraaft kënnt aus der Resistenz vun den Elektronen an der Coupe an an der Hand. Elektrone selwer hu guer kee Volumen, si si just déi anscheinend Nulldimensioune vun engem Feld vun der negativer elektrescher Ladung, déi Atomer a Molekülle wéi eng Wollek ëmginn. D'Gesetzer vun der Quantemechanik limitéieren se op spezifesch Energieniveauen ronderëm Atomer a Molekülen. Wéi d'Hand d'Coupe gräift, dréckt se Elektronen vun engem Niveau op en aneren, an dëst erfuerdert Muskelenergie, déi d'Gehir als Resistenz interpretéiert wa mir eppes zolidd beréieren.

Eist Touchsënn kënnt aus enger extrem komplexer Interaktioun tëscht den Elektronen ronderëm d'Moleküle vun eisem Kierper an de Molekülle vun den Objeten déi mir beréieren. Vun dëser Informatioun kreéiert eise Gehir d'Illusioun datt mir e festen Kierper hunn, deen duerch eng Welt voller aner zolidd Objete beweegt. Touching hinnen gëtt eis net e genee Sënn vun Realitéit. Et ass méiglech datt keng vun eise Perceptiounen entsprécht wat wierklech geschitt. Den Donald Hoffman, e kognitiven Neurowëssenschaftler vun der University of California, Irvine, mengt datt eis Sënner a Gehirn evoluéiert hunn fir déi richteg Natur vun der Realitéit ze verstoppen, net ze weisen.

"Mäi Punkt ass datt d'Realitéit, egal wéi et ass, ze komplizéiert ass an ze vill Zäit an Energie brauch fir ze veraarbecht."

Verglach vum Bild vun der Welt am Gehir mat der grafescher Interface am Computer

Hoffman vergläicht d'Bild vum Bau vun der Welt an eisem Gehir mat engem grafeschen Interface op engem Computerbildschierm. All déi faarweg Ikonen um Écran, wéi de Recyclingcontainer, de Mauszeiger an d'Datei-Ordner, hunn näischt mat deem ze dinn, wat wierklech am Computer lass ass. Si si just Abstraktiounen, Vereinfachungen, déi eis erlaben mat komplexer Elektronik ze kommunizéieren.

Dem Hoffman seng Vue huet d'Evolutioun eis Gehirer geännert fir wéi eng grafesch Interface ze funktionéieren, déi d'Welt net komplett trei reproduzéiert. D'Evolutioun ënnerstëtzt net d'Entwécklung vun der korrekter Perceptioun, et benotzt nëmmen dat wat d'Iwwerliewe erlaabt.

Wéi den Hoffman seet:

"Form Regelen iwwer Realitéit."

An de leschte Joeren hunn Hoffman a seng Graduéierter Studenten Honnerte vun Dausende vu Computermodeller probéiert fir hir Iddien ze testen, a Simulatioune vu kënschtleche Liewensformen, déi fir limitéiert Ressourcen konkurréiere. Op alle Fall sinn Organismen programméiert fir kierperlech Fäegkeet ze favoriséieren wann déi fir eng korrekt Perceptioun net mat der Realitéit passen.

Zum Beispill, wann een Organismus konstruéiert ass fir präzis ze sennen, soen, d'Gesamtbetrag u Waasser, déi an der Ëmwelt präsent ass, a kënnt op en Organismus deen ofgestëmmt ass fir eppes méi einfach ze spieren, sou wéi déi optimal Quantitéit u Waasser néideg fir lieweg ze bleiwen. Also wann een Organismus eng méi genee Representatioun vun der Realitéit erstellt, erhéicht dësen Trait seng Iwwerliewensfäegkeet net. Dem Hoffman seng Studien hunn hien zu enger bemierkenswäerter Konklusioun gefouert:

"A wéi engem Mooss mir op d'Erhalen vum Liewen ugepasst sinn, wäerte mir net op d'Realitéit ugepasst sinn. Mir kënnen dat net maachen.'

Quantetheorie

Seng Iddien gläichzäiteg mat deem wat e puer Physiker als zentral Iddi vun der Quantetheorie betruechten - d'Perceptioun vun der Realitéit ass net ganz objektiv, mir kënnen eis net vun der Welt trennen, déi mir beobachten.

Hoffman erfaasst dës Vue voll:

"De Weltraum ass just eng Datestruktur, a kierperlech Objete si selwer Datestrukturen déi mir op der Flucht kreéieren. Wann ech kucken op e puer Hiwwel, Ech schafen dës Donnéeën Struktur. Da kucken ech soss anzwousch a briechen dës Datestruktur well ech se net méi brauch."

Wéi dem Hoffman seng Aarbecht weist, hu mir nach net déi voll Bedeitung vun der Quantetheorie ugeschwat a wat se seet iwwer d'Natur vun der Realitéit. De Planck selwer huet de gréissten Deel vu sengem Liewen verbruecht fir d'Theorie ze verstoen, déi hien gehollef huet ze kreéieren an ëmmer un eng objektiv Perceptioun vum Universum gegleeft, déi onofhängeg vun eis existéiert.

Hien huet eemol geschriwwen firwat hien decidéiert d'Physik géint d'Berodung vu sengem Enseignant ze verfolgen:

"Déi Baussewelt ass eppes onofhängeg vum Mënsch, et ass eppes Absolutes, an d'Sich no Gesetzer, déi fir dësen Absolute gëllen, war fir mech déi nobelst wëssenschaftlech Erfahrung vum Liewen."

Et kann en anert Joerhonnert sinn ier eng aner Revolutioun an der Physik him richteg oder falsch beweist, wéi säi Professer Philip von Jolly.