Кратчайшее расстояние между двумя точками — это прямая линия, но кратчайшее расстояние не всегда означает наименьшую работу. Что, если это расстояние прямо в гору или по труднопроходимой местности? Если вы хотите выполнить наименьший объем работы, прямая линия не всегда может быть лучшим выбором.
Люди не всегда могут искать самый легкий путь. Но когда дело доходит до естественных движений в системах, один из фундаментальных законов физики гласит, что объекты всегда будут двигаться по маршруту, требующему наименьших действий. В физике «действие» связано с такими вещами, как энергия, импульс, расстояние и время.
По сути, без постороннего вмешательства объекты движутся по пути наименьшего сопротивления и наименьшего изменения. Это называется принцип наименьшего действия. Мы знаем, что это применимо в нашем повседневном мире, а теперь — благодаря новому исследованию — мы знаем, что это применимо и в квантовом мире.
«Совершенная мечта физика — написать секреты всей вселенной на маленьком листе бумаги, и принцип наименьшего действия должен быть в списке», — сказал Ши-Лян, один из исследователей проекта, в статье для Новый ученый . «Нашей целью было «увидеть» [принцип] в квантовом эксперименте».
Легче сказать, чем сделать. Исследовательской группе из Южно-китайского педагогического университета пришлось столкнуться с тем фактом, что не только все в квантовой сфере мало и трудно увидеть, но и движения квантовых частиц сложны — действительно сложны. Во-первых, квантовые состояния меняются, когда их измеряют. А с другой стороны, их можно отобразить только с помощью очень сложной математики .
Чтобы лучше всего описать их поведение, ученые используют комбинацию двух вещей: волновой функции и пропагатора. Волновые функции описывают состояние частицы, а пропагаторы описывают, как это состояние изменяется в процессе движения частицы в системе. Проблема в том, что волновые функции и пропагаторы являются чисто математическими, и хотя они прекрасно описывают поведение квантовых частиц, они часто используют для этого мнимые числа. Мнимые числа хороши в математике, но по определению их невозможно измерить.
Чтобы обойти эту проблему, команда использовала метод, который был разработан за несколько лет до этого. В этой технике вы в основном отталкиваете и фильтруете отдельные частицы квантового света, называемые фотонами, через лабиринт зеркал.кристаллы, и линзы. В конце концов, части поведения фотона, описываемые мнимыми числами, будут соответствовать реальным измеряемым свойствам. Части, которые первоначально описывались нормальными действительными числами, также можно будет измерить, и исследователи смогут реконструировать формы волн и пропагаторов на основе фактических измеренных данных.
Как только лабиринт был построен, исследователи объединили эту технику с новой, которую они разработали, чтобы в основном избежать «квантовое состояниеизменение при наблюдении». Затем они отправили отдельные фотоны через лабиринт и сравнили их поведение с поведением, предсказанным принципом наименьшего действия, и обнаружили, что реальность согласуется с теорией, доказывая, что квантовые частицы действительно следуют этому принципу.
«Измерения в этом эксперименте совершенно невероятны, и они не бросают вызов нашему нынешнему пониманию квантовой физики», — сказал Джонатан Лич, исследователь квантовой науки, не участвовавший в исследовании, в New Scientist . статья. «Прекрасно видеть, как эта теория воплощается в жизнь в эксперименте».
Есть много мест, где квантовый мир и повседневный мир не совпадают. Это одна из причин, почему исследователи все еще стремятся улучшить существующуюСтандартная модельфизики. Но в их стремлении избегать действий, насколько это возможно, квантовое и повседневное идеально синхронизированы.
No comments:
Post a Comment