Teleportering, eller förmågan att omedelbart flytta människor och föremål från en plats till en annan, kan enkelt ändra utvecklingsriktningen för civilisationen och hela världen i allmänhet. Till exempel skulle teleportering en gång för alla ändra krigföringens principer, göra alla transportmedel onödiga och det bästa: semester skulle inte längre vara ett problem. Vem vill inte ha sin egen personliga teleport hemma?
Det är förmodligen av denna anledning att denna förmåga är den mest önskvärda bland mänskligheten. Naturligtvis, förr eller senare kommer det att vara fysik som måste göra denna dröm att gå i uppfyllelse. Låt oss se vad mänskligheten redan har i vår tid?
Jag skulle vilja börja med en offert från en berömd forskare:
Det är underbart att vi står inför en paradox. Nu kan vi hoppas att gå vidare.
Niels Bohr
Teleportering enligt Newton
Inom ramen för Newtons teori är teleportering helt enkelt omöjligt. Newtons lagar är baserade på idén att materien består av små hårda biljardbollar. Objekt rör sig inte om de skjuts; objekt försvinner inte eller dyker upp igen någon annanstans. Men i kvantteorin kan partiklar göra sådana trick.
Newtonian mekanik varade i 250 år och kastades 1925 när Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger och deras kollegor utvecklade kvantteori. I allmänhet, om teleportering någonsin kommer att förverkligas, kommer det att vara tack vare kvanteteorin. Låt oss därför titta på det mer detaljerat.
Kampanjvideo:
Kvantteorin
En av de viktigaste ekvationerna inom teleportering är Schrödinger vågekvationen (se foto). Kanske finns det en plats att prata om hur det såg ut. Erwin höll en gång en föreläsning om ett intressant fenomen där det sades att elektroner beter sig på samma sätt som vågor. Peter Debye, en av fysikens kollegor närvarande i hallen, ställde frågan: "Om en elektron kan beskrivas som en våg, hur ser dess vågekvation ut?"
Vid den tiden, tack vare Newton, alla visste redan differentiell kalkyl, fysiker beskrev någon våg på differentiellt språk. ekvationer. Därför tog Schrödinger denna fråga som en utmaning och beslutade att utveckla en liknande ekvation för elektronen. Och han gjorde det, eftersom Maxwell en gång härledde sina ekvationer för Faraday-fälten, Schrödinger härledde ekvationen för de Broglie-vågen (den så kallade elektronvågen).
En liten avvikelse från ämnet: Vetenskapshistoriker har lagt ned mycket arbete på att försöka ta reda på var Schrödinger var och vad han gjorde när han upptäckte sin berömda ekvation. Det visade sig att han var en anhängare av fri kärlek och ofta åkte på semester med sina älskarinnor. Han höll till och med en detaljerad dagbok, där han skrev in alla sina älskarinnor och markerade varje möte med en komplex kod. Det tros att helgen när ekvationen upptäcktes tillbringade Schrödinger i Alperna, vid Villa Herwig, med en av sina flickvänner. Så kvinnor kan ibland hjälpa till att stimulera mental aktivitet;)
Men det är inte så enkelt. Om elektronen beskrivs som en våg, vad vibrerar i den? Svaret antas för närvarande vara följande Max Born-avhandling: Dessa vågor är inget annat än sannolikhetsvågor. Det vill säga, en elektron är en partikel, men sannolikheten för att detektera denna partikel ställs in av de Broglie-vågen. Det visar sig att plötsligt i centrum av fysiken - en vetenskap som brukade ge oss exakta förutsägelser och detaljerade banor av alla föremål, från planeter och kometer till kanonkulor - fanns begreppen slump och sannolikhet! Därför framkom Heisenbergs osäkerhetsprincip: det är omöjligt att veta den exakta hastigheten, elektronens exakta position och dess energi i samma ögonblick. På kvantnivå kan elektroner göra helt otänkbara saker: försvinna, sedan dyka upp igen, vara på två platser samtidigt. Låt oss nu gå direkt till teleportering.
Teleportering och kvantteori
När människor blir frågade: "Hur föreställer du dig processen med teleportering?", Säger de flesta att de måste sitta i någon speciell stuga, liknande en hiss, som tar dem till en annan plats. Men vissa föreställer sig det annorlunda: de samlar in information från oss om atomer, elektroner, etc. i vår kropp överförs all denna information till en annan plats, där de med hjälp av denna information samlar in dig igen, men på en annan plats. Detta alternativ är kanske omöjligt på grund av Heisenbergs osäkerhetsprincip: vi kommer inte att kunna ta reda på den exakta platsen för elektroner i en atom. Emellertid kan denna princip övervinnas på grund av en intressant egenskap hos två elektroner: om två elektroner initialt vibrerar ihop (detta tillstånd kallas koherent), kan de bibehålla vågsynkronisering även på stort avstånd från varandra. Även om dessa elektroner är ljusår bort. Om något händer med den första elektronen, kommer informationen om detta omedelbart att överföras till den andra elektronen. Detta fenomen kallas kvantförvirring. Med utnyttjande av detta fenomen har fysiker under de senaste åren kunnat teleportera hela atomer av cesium, och snart kan de kunna teleportera DNA-molekyler och virus. Förresten, det var matematiskt bevisat att teleportering i princip är möjlig 1993. forskare från IBM under ledning av Charles Bennett. Så de vet inte bara hur man gör processorer, om någon inte visste:)Med utnyttjande av detta fenomen har fysiker under de senaste åren kunnat teleportera hela atomer av cesium, och snart kan de kunna teleportera DNA-molekyler och virus. Förresten, det var matematiskt bevisat att teleportering i princip är möjlig 1993. forskare från IBM under ledning av Charles Bennett. Så de vet inte bara hur man gör processorer, om någon inte visste:)Med utnyttjande av detta fenomen har fysiker under de senaste åren kunnat teleportera hela atomer av cesium, och snart kan de kunna teleportera DNA-molekyler och virus. Förresten, det var möjligt att bevisa den grundläggande möjligheten att teleportera matematiskt 1993. forskare från IBM under ledning av Charles Bennett. Så de vet inte bara hur man gör processorer, om någon inte visste:)
År 2004 kunde fysiker vid universitetet i Wien teleportera ljuspartiklar på ett avstånd av 600 meter under Donau-floden via fiberoptisk kabel och därmed sätta en ny distansrekord. År 2006 användes ett makroskopiskt objekt för första gången i sådana experiment. Fysiker från Niels Bohr-institutet och Max Planck-institutet lyckades trassla in en ljusstråle och en gas bestående av cesiumatomer. Många biljoner atomer deltog i detta evenemang!
Tyvärr är det oerhört obekvämt att använda denna metod för att teleportera fasta och relativt stora föremål, så teleportering utan intrassling kommer sannolikt att utvecklas snabbare. Låt oss analysera det nedan.
Teleportering utan intrassling
Forskningen inom detta område får snabbt fart. 2007 gjordes en viktig upptäckt. Fysiker har föreslagit en metod för teleportering som inte kräver förvirring. När allt är detta det mest komplexa elementet i kvanteteleportering, och om du lyckas inte använda det kommer du att kunna undvika många relaterade problem. Så här är kärnan i denna metod: Forskare tar en stråle av rubidiumatomer, översätter all sin information till en ljusstråle, skickar den strålen ner en fiberoptisk kabel och sedan återskapa den ursprungliga atomen strålen någon annanstans. Ansvarig för denna studie, Dr. Aston Bradley, kallade denna metod klassisk teleportering.
Men varför är den här metoden möjlig? Det är möjligt på grund av det nyligen upptäckta ämnesläget "Bose-Einstein kondensat", eller KBE (på bilden till vänster är den otvistrad i en ellipsoidfälla). Det är en av de kallaste ämnena i hela universum. I naturen kan den lägsta temperaturen hittas i rymden: 3 Kelvin, d.v.s. tre grader över absolut noll. Detta beror på restvärmen från Big Bang, som fortfarande fyller universum. Men CBE finns från en miljon till en miljarddel av en grad över absolut noll. Denna temperatur kan endast erhållas i ett laboratorium.
När ämnet kyls till tillståndet i CBE faller alla atomer till den lägsta energinivån och börjar vibrera ihop (blir sammanhängande). Vågfunktionerna hos alla dessa atomer överlappar varandra, så på något sätt liknar CBE en jätte "superatom". Förekomsten av detta ämne förutsades av Einstein och Schatiendranath Bose 1925, men detta kondensat upptäcktes först 1995 i laboratorierna vid Massachusetts Institute of Technology och University of Colorado.
Så låt oss nu överväga själva principen om teleportering med deltagande av KBE. Först samlas ett superkallt ämne från rubidiumatomer i CBE-tillståndet. Sedan skickas vanliga rubidiumatomer till denna BEC, vars elektroner också börjar sjunka till den lägsta energinivån, medan de avger ljuskvanta, som i sin tur överförs genom fiberoptisk kabel. Dessutom innehåller denna stråle all nödvändig information för att beskriva den inledande materielstrålen. Efter att ha gått igenom kabeln kommer ljusstrålen in i en annan BEC, som förvandlar den till det ursprungliga materialflödet.
Forskare tycker att denna metod är extremt lovande, men det finns några egna problem. Till exempel är CBE mycket svårt att få fram även i ett laboratorium.
Produktion
Kan vi säga när vi själva kommer att få denna fantastiska förmåga med allt som hittills har uppnåtts? Under de kommande åren hoppas fysiker att teleportera komplexa molekyler. Efter det kommer det troligtvis att ta flera decennier att utveckla ett sätt att teleportera DNA, eller kanske ett slags virus. Men de tekniska utmaningarna som måste övervinnas på väg till en sådan prestation är fantastiska. Det är troligt att många århundraden kommer att gå innan vi kan teleportera vanliga föremål, om det är möjligt.
Material som använts: Michio Kaku "Physics of the Impossible"