Teleportatsioon ehk võimalus inimesi ja esemeid hetkega ühest kohast teise liigutada võib hõlpsalt muuta tsivilisatsiooni ja kogu maailma arengusuunda üldiselt. Näiteks muudaks teleportreerumine lõplikult sõjapidamise põhimõtted, muudaks kõik transpordivahendid tarbetuks ja mis kõige parem - puhkused ei oleks enam probleem. Kes ei taha, et kodus oleks oma isiklik teleport?
Tõenäoliselt on just see põhjus inimkonna seas see ihaldusväärsem. Muidugi, varem või hiljem peab see unistus teoks saama füüsika. Noh, vaatame, mis inimkonnal meie ajal juba on?
Alustan kuulsa teadlase tsitaadiga:
On suurepärane, et seisame silmitsi paradoksiga. Nüüd võime loota edasiliikumist.
Niels Bohr
Teleportatsioon Newtoni sõnul
Newtoni teooria raames on teleportatsioon lihtsalt võimatu. Newtoni seadused põhinevad ideel, et mateeria koosneb pisikestest kõvadest piljardikuulidest. Objektid ei liigu, kui neid ei lükata; objektid ei kao ega ilmu mujale. Kuid kvantteoorias on osakesed võimelised just selliseid trikke tegema.
Newtoni mehaanika kestis 250 aastat ja kukutati 1925. aastal, kui Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ja nende kolleegid arendasid kvantteooria. Üldiselt, kui teleportatsioon kunagi realiseerub, on see tänu Quantumi teooriale. Seetõttu vaatame seda üksikasjalikumalt.
Reklaamvideo:
Kvantteooria
Üks olulisemaid võrrandid teleportatsioonis on Schrödingeri lainevõrrand (vt foto). Võib-olla on koht, kus rääkida sellest, kuidas see ilmus. Erwin pidas kunagi loengu huvitavast nähtusest, milles öeldi, et elektronid käituvad samamoodi nagu lained. Üks saalis viibinud füüsikute kolleeg Peter Debye esitas küsimuse: "Kui elektroni saab kirjeldada kui lainet, siis kuidas näeb välja selle lainevõrrand?"
Selleks ajaks, tänu Newtonile, teadsid kõik juba diferentsiaalkalkulatsiooni, füüsikud kirjeldasid diferentsiaalkeeles mis tahes lainet. võrrandid. Seetõttu võttis Schrödinger selle küsimuse väljakutsena ja otsustas välja töötada sarnase võrrandi elektroni jaoks. Ja ta tegi seda, kuna Maxwell tuletas kord Faraday väljade võrrandid, tuletas Schrödinger de Broglie laine (nn elektronlaine) võrrandi.
Väike kõrvalekalle teemast: teadusteadlased on palju vaeva näinud, et teada saada, kus Schrödinger oli ja mida ta tegi, kui avastas oma kuulsa võrrandi. Selgus, et ta oli vaba armastuse toetaja ja läks sageli oma armukeste juurde puhkusele. Ta pidas isegi üksikasjalikku päevikut, milles ta sisestas kõik oma armukesed ja märkis iga kohtumise keeruka koodiga. Arvatakse, et võrrandi avastamise nädalavahetus veetis Schrödinger Alpides, Villa Herwigis, ühe oma sõbrannaga. Nii saavad naised vahel aidata vaimset tegevust stimuleerida;)
Kuid see pole nii lihtne. Kui elektronit kirjeldatakse kui lainet, siis mis selles vibreerib? Praegu arvatakse, et vastus on järgmine Max Borni tees: Need lained pole midagi muud kui tõenäosuse lained. See tähendab, et elektron on osake, kuid selle osakese tuvastamise tõenäosuse seab de Broglie laine. Selgub, et ühtäkki üsna füüsika keskuses - teaduses, mis andis meile täpseid ennustusi ja üksikasjalikke trajektoore mis tahes objektile, planeetidelt ja komeetidelt kahurikuulideni - olid juhuslikkuse ja tõenäosuse mõisted! Siit ilmnes Heisenbergi määramatuse printsiip: täpset kiirust, elektroni täpset asukohta ja selle energiat pole võimatu teada samal hetkel. Kvanttasandil saavad elektronid teha täiesti kujuteldamatuid asju: kaduda, siis uuesti ilmuda, olla kahes kohas korraga. Liigume nüüd otse teleportatsiooni juurde.
Teleportatsioon ja kvantteooria
Kui inimestelt küsitakse: "Kuidas te teleporteerimisprotsessi ette kujutate?", Ütlevad enamik, et nad peavad pääsema mõnda liftiga sarnasesse spetsiaalsesse salongi, mis viib nad mõnda teise kohta. Kuid mõned kujutavad seda teisiti: nad koguvad meilt teavet aatomite, elektronide jne positsiooni kohta. meie kehas kandub kogu see teave teise kohta, kus seda teavet kasutades koguvad nad teid uuesti, kuid teises kohas. See võimalus on Heisenbergi määramatuse põhimõtte tõttu võimatu: me ei suuda teada elektronide täpset asukohta aatomis. Sellest põhimõttest saab aga üle kahe elektroni huvitava omaduse tõttu: kui kaks elektroni vibreerivad alguses ühetaoliselt (seda olekut nimetatakse koherentseks), siis suudavad nad säilitada lainesünkrooni isegi üksteisest väga kaugel. Isegi kui need elektronid asuvad valgusaastate kaugusel. Kui esimese elektroniga juhtub midagi, edastatakse teave selle kohta kohe teisele elektronile. Seda nähtust nimetatakse kvant-takerdumiseks. Seda nähtust ära kasutades on füüsikud viimastel aastatel suutnud tseesiumi terveid aatomeid teleportida ja varsti on neil võimalik DNA molekule ja viirusi teleportida. Muide, 1993. aastal oli võimalik matemaatiliselt teleporteerimise põhilist võimalust tõestada. teadlased IBM-ist Charles Bennetti juhtimisel. Nii ei tea nad ainult protsessorite valmistamist, kui keegi ei teadnud:)Seda nähtust ära kasutades on füüsikud viimastel aastatel suutnud tseesiumi terveid aatomeid teleportida ja varsti on neil võimalik DNA molekule ja viirusi teleportida. Muide, 1993. aastal oli võimalik matemaatiliselt teleporteerimise põhilist võimalust tõestada. teadlased IBM-ist Charles Bennetti juhtimisel. Nii ei tea nad ainult protsessorite valmistamist, kui keegi ei teadnud:)Seda nähtust ära kasutades on füüsikud viimastel aastatel suutnud tseesiumi terveid aatomeid teleportida ja varsti on neil võimalik DNA molekule ja viirusi teleportida. Muide, 1993. aastal oli võimalik matemaatiliselt teleporteerimise põhilist võimalust tõestada. teadlased IBM-ist Charles Bennetti juhtimisel. Nii ei tea nad ainult protsessorite valmistamist, kui keegi ei teadnud:)
2004. aastal suutsid Viini ülikooli füüsikud valguse osakesi 600 m kaugusel Doonau jõe kaudu fiiberoptilise kaabli abil teleportida, seades sellega uue vahemaarekordi. 2006. aastal kasutati sellistes katsetes esimest korda makroskoopilist eset. Niels Bohri instituudi ja Max Plancki instituudi füüsikutel õnnestus takerduda tseesiumi aatomitest koosnev valguskiir ja gaas. Sellel üritusel osales palju triljoneid aatomeid!
Kahjuks on selle meetodi kasutamine tahkete ja suhteliselt suurte objektide teleporteerimiseks kohutavalt ebamugav, nii et tõenäoliselt võib kiiremini edasi liikuda ilma takerdumiseta. Analüüsime seda allpool.
Teleportimine ilma takerdumiseta
Selle valdkonna teadusuuringud saavad kiiresti hoogu. 2007. aastal tehti oluline avastus. Füüsikud on välja pakkunud teleporteerimismeetodi, mis ei vaja takerdumist. Lõppude lõpuks on see kvantteleportatsiooni kõige keerulisem element ja kui teil õnnestub seda mitte kasutada, saate vältida paljusid sellega seotud probleeme. Siin on selle meetodi põhisisu: teadlased võtavad rubiidiumi aatomite kiirgust, tõlgivad kogu selle teabe valguskiireks, saadavad selle kiirte alla kiudoptilise kaabli ja taasloovad seejärel aatomite algse kiirguse mujal. Selle uuringu eest vastutav dr Aston Bradley nimetas seda meetodit klassikaliseks teleportatsiooniks.
Kuid miks on see meetod võimalik? See on võimalik hiljuti avastatud oleku "Bose-Einsteini kondensaat" ehk KBE tõttu (vasakpoolsel pildil on see lahti keeratud ellipsoidlõksus). See on üks külmemaid aineid kogu universumis. Looduses võib madalaimat temperatuuri leida kosmoses: 3 kelvinit, s.o. kolm kraadi üle absoluutse nulli. Selle põhjuseks on Suure Paugu jääksoojus, mis täidab endiselt universumit. Kuid CBE eksisteerib ühest miljonist kuni ühe miljardi kraadini üle absoluutse nulli. Seda temperatuuri saab saada ainult laboris.
Aine jahutamisel CBE olekusse langevad kõik aatomid madalaima energiatasandini ja hakkavad ühiselt vibreerima (muutuvad koherentsed). Kõigi nende aatomite lainefunktsioonid kattuvad, nii et CBE sarnaneb teatud mõttes hiiglasliku "superatoomiga". Selle aine olemasolu ennustasid Einstein ja Schatiendranath Bose 1925. aastal, kuid see kondensaat avastati alles 1995. aastal Massachusettsi tehnoloogiainstituudi ja Colorado ülikooli laborites.
Vaatleme nüüd teleportimise põhimõtet KBE osalusel. Esiteks kogutakse CBE olekus rubiidiumi aatomitest ülikülm aine. Seejärel saadetakse sellesse BEC-sse tavalised rubiidiumiaatomid, mille elektronid hakkavad samuti langema madalaimale energiatasandile, kiirgates samal ajal valguskvante, mis omakorda edastatakse kiudoptilise kaabli kaudu. Pealegi sisaldab see kiir kogu vajalikku teavet aine esialgse kiirguse kirjeldamiseks. Pärast kaabli läbimist siseneb valguskiir teise BEC-i, mis muudab selle algseks ainevooluks.
Teadlaste arvates on see meetod äärmiselt paljutõotav, kuid on ka omaette probleeme. Näiteks CBE-d on väga raske saada isegi laboris.
Väljund
Kas kõike seda, mis seni on saavutatud, kas saaksime öelda, millal me ise selle hämmastava võime kätte saame? Lähiaastatel loodavad füüsikud keerulisi molekule teleportida. Pärast seda kulub DNA või võib-olla mõne viiruse teleportimise viisi väljatöötamiseks mitu aastakümmet. Tehnilised väljakutsed, mis sellise saavutuse nimel ületada tuleb, on aga hämmastavad. Tõenäoliselt möödub mitu sajandit enne, kui me saame tavalisi objekte teleportida, kui see on üldse võimalik.
Kasutatud materjal: Michio Kaku "Võimatute füüsika"
