양자 물리학의 새로운 발견. 물리학자들은 "완전한 공허"를 들여다보고 그 안에 무언가가 있음을 증명했습니다. 이중 슬릿 실험
자료는 Aleksey Poniatov, 물리 및 수학 과학 후보자가 준비했습니다.
중성자별 합병으로 인한 중력파
중성자 별의 충돌. 삽화: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. 시모네.
완성된 가속기 터널. 사진: 유럽 XFEL / Heiner Muller-Elsner.
물리학자 Björn Scholz가 사용하는 소형 중성미자 검출기는 모양과 크기가 일반 병과 비슷합니다. 사진: Juan Collar/uchicago.edu.
TRAPPIST-1 시스템의 행성과 태양계의 행성 비교. 그림: NASA/JPL-Caltech.
카시니호가 촬영한 토성의 고리 사진. 사진: Space Science Institute/JPL-Caltech/NASA.
2017년의 가장 중요한 발견은 두 개의 중성자별이 합쳐지면서 발생하는 중력파의 최초 등록이었습니다. 처음으로 천문학 자들은 합병 중에 발생한 감마선 폭발을 동시에 기록한 다음 지구에서 1 억 광년 떨어진 우주 재앙이 발생한 장소를 찾아 탐험했습니다.
발견 중력파 8월 17일 중력파 탐지기 LIGO(미국)와 Virgo(프랑스, 이탈리아), 그리고 몇 초 후 Integral(ESA)과 Fermi(NASA) 우주 관측소가 짧은 감마선 폭발을 기록했습니다. 지상 관측소와 우주 관측소는 신호의 출처를 찾기 위해 합류했으며, 이후 수십 일 동안 점차 사라지는 "폭발"의 잔해를 모니터링했습니다. 이 작업에는 IKI RAS, SAI MSU 및 FTI의 러시아 연구원도 참여했습니다. A. F. Ioffe.
이 발견은 한 번에 천체 물리학의 여러 문제와 관련이 있습니다. 우선, 수십억 년 동안 태양보다 더 많은 에너지를 순간적으로 방출하는 강력한 감마선 폭발의 기원에 대한 질문입니다.
천체물리학자들은 오랫동안 폭발의 원인이 두 개의 중성자별의 합병일 수 있다고 가정해 왔지만 이제 개발된 이론의 타당성에 대한 실험적 증거를 얻었습니다. 별의 충돌로 인해 감마선 폭발과 동시에 항성 물질의 일부가 주변 공간으로 고속으로 방출됩니다. 2013년에 발견된 이 현상을 킬로노바라고 합니다. 그런 다음 결과 구름의 방사성 요소가 안정적인 요소로 붕괴되어 방사선을 생성합니다. 천문학자들은 구름에서 금과 백금과 같은 많은 양의 무거운 원소를 발견했으며, 이는 우리가 젊은 우주에는 없었던 무거운 원소의 실제 은하계 공장으로 항성 합병을 고려할 수 있게 합니다.
53큐비트 양자 컴퓨터
큰 기대를 모으고 있는 양자 컴퓨터는 아직 만들어지지 않았지만 2017년에 이 아이디어를 실현하기 위한 중요한 단계가 진행되었습니다. 양자 컴퓨팅 장치는 큐비트(기존 컴퓨터의 비트와 유사하게 가장 작은 정보 요소를 저장하는 개체)와 함께 작동합니다. 큐비트의 수는 양자 컴퓨터의 기능을 결정합니다.
지난 11월 네이처 저널은 51큐비트와 53큐비트의 양자 컴퓨터를 사용한 양자 시스템 시뮬레이션에 관한 기사를 게재했다. 이전에는 이러한 범용 장치가 20큐비트로 제한되었습니다. 큐비트 수가 2.5배 증가하면 컴퓨터의 성능이 몇 배 이상 향상됩니다. 51큐비트 양자 컴퓨터는 러시아 양자 센터와 하버드 대학에서 일하는 Mikhail Lukin의 지도력 아래 만들어졌습니다. 7월 28일, 그러한 장치가 박람회에서 발표되었습니다. 국제회의모스크바의 양자 기술에 대해.
안정한 금속 수소
1월에 하버드의 물리학자들은 역사상 처음으로 소량의 안정한 금속 수소를 얻었다고 보고했습니다. 샘플의 크기는 1.5 x 10 µm입니다. 이론적으로 고압에서 금속 수소의 존재는 1935년에 예측되었다. 자연에서 그러한 조건은 별과 거대한 행성의 내부에서 실현됩니다. 1996년부터 여러 차례 충격 압축을 통해 얻었지만 수소가 이 상태로 존재한 시간은 매우 짧다.
안정적인 금속 수소를 생산하기 위해 Harvard 팀은 다이아몬드 모루가 정상 대기압의 약 500만 배인 495기가파스칼의 압력을 발생시키는 시설을 사용했습니다.
순전히 과학적 가치 외에도이 이국적인 물질은 실용적인 응용 분야도 가질 수 있습니다. 고온 초전도성 (이 경우 -58 ° C에서 발생)이 있습니다.
X선 자유 전자 레이저 작업 개시
9월 1일, 세계 최대의 유럽 X선 자유 전자 레이저 XFEL(X선 자유 전자 레이저)의 공식 개막식이 열렸으며 러시아도 참여했습니다. 사실, 이 설치는 레이저, 즉 특정 유형의 광 방사원이 아닙니다. 여기에서 레이저 방사선과 속성이 유사한 X선 방사선은 빛의 속도에 가까운 속도로 가속된 전자빔을 생성합니다. XFEL은 이를 위해 길이 1.7㎞의 세계 최대 초전도 선형가속기를 사용한다. 가속된 전자는 공간에서 주기적으로 변화하는 자기장을 생성하는 장치인 언듈레이터로 떨어집니다. 지그재그 경로를 따라 이동하면 전자가 X 선 범위에서 방출됩니다. 새로운 고유 시설은 초당 27,000회의 기록적인 빈도로 초단파 X-레이 플래시를 생성할 것이며 최대 밝기는 기존 X-레이 소스보다 10억 배 더 높을 것으로 예상됩니다.
이미 60개 이상의 연구팀이 실험을 신청했다. 기록적인 밝고 매우 짧은 X선 펄스의 도움으로 연구원들은 분자 내의 원자 배열뿐만 아니라 그곳에서 일어나는 과정도 볼 수 있습니다. 이를 통해 물리, 화학, 재료 과학, 생명 과학 및 생물 의학 분야의 연구에서 새로운 수준에 도달할 수 있습니다. 예를 들어, 신약을 만들 때 단백질 분자의 정확한 원자 배열을 아는 전문가는 작업을 차단하거나 반대로 자극하는 물질을 선택할 수 있습니다. 결정의 구조에 대한 지식은 원하는 특성을 가진 물질의 개발을 가능하게 할 것입니다.
탄성 반발에 의한 중성미자 등록
2017년 9월, 러시아를 포함한 대규모 국제 물리학자 팀은 물질 핵에서 중성미자의 탄성 결맞음 산란을 발견했다고 발표했습니다. 이 현상은 1974년 MIT 이론가인 Daniel Friedman이 예측했습니다. 중성미자는 포착하기 어려운 입자이며, 이를 포착하기 위해 연구원들은 수만 톤의 물을 포함하는 거대한 시설을 짓고 있습니다. 프리드먼은 파동 특성중성미자는 핵의 모든 양성자 및 중성자와 조정 된 방식으로 상호 작용하여 고려중인 상호 작용의 수를 크게 증가시킵니다. 중성미자는 핵에서 튀어 나옵니다. 461일 동안 연구원들은 134개의 그러한 사건을 관찰했습니다.
이 발견은 교과서를 다시 작성하도록 강요하지 않습니다. 그 중요성은 단지 14.6kg의 요오드화 세슘 결정이 있는 작은 검출기의 실험자들에 의한 생성에 있습니다. 소형 휴대용 중성미자 검출기는 모니터링과 같은 다양한 응용 분야를 찾을 수 있습니다. 원자로. 불행하게도, 간섭 산란에 기반한 검출기는 중성미자 유형을 구별할 수 없기 때문에 모든 실험에서 거대 검출기를 대체할 수 없습니다.
타임 크리스탈 - 두 가지 옵션
3월에 미국의 두 연구팀은 시간 결정체(시간 결정체)라고 하는 새로운 물질 상태를 발견했다고 보고했습니다. 이것은 물리학의 새로운 아이디어로 널리 논의되고 있습니다. 지난 몇 년. 이러한 결정은 시간이 지남에 따라 반복되는 입자의 끊임없이 움직이는 구조입니다. 한 그룹은 이테르븀 원자 사슬을 사용했는데, 레이저 작용 하에서 시스템의 자기 모멘트 투영이 진동했습니다. 다른 하나는 각각 고유한 자기 모멘트를 갖는 약 백만 개의 무작위 결함을 포함하는 결정을 고려했습니다. 그러한 크리스탈에 임펄스를 가했을 때 마이크로파 방사선플립 스핀에 대해 물리학자들은 들뜬 방사 주파수의 일부에 불과한 주파수에서 시스템의 응답을 고정했습니다. 이 작업은 토론을 불러일으켰습니다. 그러한 시스템을 시간적 수정으로 간주할 수 있습니까? 결국 이론적으로 시스템은 외부 영향 없이 변동해야 합니다. 그러나 어쨌든 그러한 시간 결정은 예를 들어 온도와 자기장의 가장 작은 변화를 측정하기 위한 초정밀 센서로 응용될 것입니다.
지구와 같은 외계 행성
최근 몇 년 동안 천문학자들은 다른 별을 공전하는 행성인 많은 외계 행성을 발견했습니다. 그러나 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 영역, 즉 생명체가 존재할 수 있는 영역(거주 가능 영역)에서 지구와 유사한 행성의 발견은 그리 빈번하지 않습니다. 2월에 NASA 천문학자들은 TRAPPIST-1 적색 왜성계(2016년에 3개의 행성이 발견됨)에서 7개의 외계 행성을 발견했다고 발표했는데, 그 중 5개는 지구와 크기가 비슷하고 2개는 지구보다 약간 작지만 화성. 이것은 다른 어떤 시스템보다 많습니다. 적어도 세 개의 행성, 아마도 모두가 거주 가능 구역에 있습니다.
TRAPPIST-1은 온도가 약 2500K이고 질량이 태양 질량의 8%에 불과한(즉, 행성 목성보다 약간 큼) 지구에서 약 40광년 떨어진 초저온 왜성입니다. 행성은 별에 매우 가깝고 가장 먼 궤도는 수성의 궤도보다 훨씬 작습니다. 8월에 천문학자들은 허블 우주 망원경을 사용하여 TRAPPIST-1 시스템의 수분 함량에 대한 첫 번째 힌트를 보고하여 그곳에 생명체가 존재할 수 있게 했습니다.
지난 4월 천문학자들은 1.4배 크기의 암석 행성을 발견했다고 보고했다. 더 많은 지구또 다른 적색 왜성인 LHS 1140의 거주 가능 구역에 있습니다. 지구보다 절반의 빛을 받습니다. 발견의 저자들은 그것이 외계 생명체를 찾기 위한 좋은 후보라고 생각합니다.
12월에 미국 천문학자들은 지구에서 약 2,500광년 떨어진 Kepler-90 항성계에서 여덟 번째 행성을 발견했다고 발표했습니다. 이 시스템은 행성의 수 면에서 다음과 가장 가깝습니다. 태양계. 사실, 발견 된 행성은 별에 너무 가깝고 표면 온도는 400 ° C 이상입니다. 흥미롭게도 이 행성은 신경망을 사용하여 케플러 망원경의 데이터를 처리할 때 발견되었습니다.
카시니 임무 완료
9월 15일, 카시니 우주 탐사선의 13년 임무는 토성 표면으로 추락하면서 끝났습니다. 1997년 발사돼 2004년부터 7번째 행성을 탐사하며 막대한 양의 데이터와 독특한 사진을 지구로 전송하고 있다. 그의 인생의 마지막 단계인 "빅 피날레"는 2017년 4월 26일에 시작되었습니다. 카시니는 행성과 내부 고리 사이에 22번의 저공비행을 했습니다. 이러한 깊은 "잠수"는 특히 토성의 전리층과 고리의 전기적 및 화학적 연결에 대한 많은 새로운 정보를 제공했습니다.
2017년 탐사선의 데이터를 바탕으로 천문학자들은 토성의 고리가 약 45억년 된 행성보다 훨씬 젊다는 결론을 내렸습니다. 고리의 나이는 1억년으로 추정되었으므로 공룡과 동시대인이다.
연구원들은 지역 미생물이 있을 수 있는 토성의 위성 타이탄과 엔셀라두스에 실수로 지상 박테리아를 가져오지 않도록 탐사선을 행성에 "떨어뜨리기"로 결정했습니다.
쿼크 융합
11월에 미국과 이스라엘의 두 물리학자가 열핵과 유사하지만 훨씬 더 많은 에너지를 방출하는 쿼크 수준에서 반응의 가능성을 이론적으로 제안한 기사가 Nature 지에 실렸습니다. 아시다시피 열핵 반응에서 가벼운 요소는 에너지 방출과 합쳐집니다. 현대 개념에 따르면 쿼크로 구성된 기본 입자의 충돌에서도 유사한 반응이 발생할 수 있습니다. 이 경우 충돌하는 입자의 쿼크가 상호 작용하고 재편성됩니다. 그 결과 쿼크의 결합에너지가 다른 새로운 입자가 나타나 에너지를 방출하게 된다.
연구원들은 두 가지를 확인했습니다. 가능한 반응. 첫 번째는 두 개의 매력적인 쿼크가 합쳐지면 12MeV의 에너지가 방출됩니다. 두 개의 다운 쿼크가 합쳐지면 138 MeV가 방출되어야 하는데, 이는 중수소와 삼중수소가 따로 핵융합 반응(18 MeV)하는 것보다 거의 8배 더 많습니다. 실용이러한 가정은 쿼크의 수명이 작기 때문에 아직 고려되지 않았습니다.
집광된 엑시톤
12월에 미국, 영국, 네덜란드의 물리학자 팀은 그들이 엑시토늄이라고 부르는 새로운 형태의 물질을 발견했다고 발표했습니다. 엑시톤 준입자(exciton quasiparticle) - 수소 원자와 유사하게 전자와 정공의 결합으로 표현될 수 있는 결정의 특별한 여기 상태 -는 1931년에 예측되었다. 소비에트 물리학자야코프 일리치 프렌켈.
엑시톤은 스핀이 정수인 입자인 보손에 속하며, 충분히 낮은 온도에서 보손의 시스템은 모든 입자가 동일한 양자 상태에 있고 하나의 큰 양자 파동처럼 행동하는 응축물이라는 특별한 상태가 됩니다. 이로 인해 Bose 액체는 초유체 또는 초전도체가 됩니다. 연구원들은 1T-TiSe 2 결정에서 엑시톤의 Bose 응축물을 감지할 수 있었습니다.
이 발견은 양자 역학의 추가 개발에 중요하며 실제로는 엑시토늄의 초전도성과 초유동성이 응용될 수 있습니다.
에 따르면 특수 이론아인슈타인의 상대성 이론인 빛의 속도는 일정하며 관찰자와 관계없이 초당 약 300,000,000미터입니다. 빛보다 더 빨리 이동할 수 있는 것은 아무것도 없다는 점을 감안하면 이것은 그 자체로 놀라운 일이지만 여전히 순전히 이론적인 것입니다. "시간 팽창"이라는 특수 상대성 이론의 흥미로운 부분이 있는데, 이는 당신이 더 빨리 움직일수록 주변 환경과 반대로 당신을 위한 시간은 더 느리게 움직인다는 것입니다. 한 시간 동안 운전을 하면 집에서 컴퓨터 앞에 앉아 있을 때보다 나이가 조금 덜 들어갑니다. 추가 나노초가 당신의 삶을 크게 변화시킬 것 같지는 않지만 여전히 사실은 남아 있습니다.
빛의 속도로 움직이면 일반적으로 시간이 제자리에 고정된다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 사실입니다. 그러나 불멸자가 되려고 시도하기 전에 빛으로 태어날 만큼 운이 좋지 않으면 빛의 속도로 움직이는 것이 불가능하다는 것을 명심하십시오. 기술적 관점에서 빛의 속도로 움직이려면 무한한 양의 에너지가 필요합니다.
우리는 어떤 것도 빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 없다는 결론을 내렸습니다. 음... 예, 아니오. 이것이 기술적으로는 사실이지만 물리학의 가장 놀라운 분야인 양자역학에서 발견된 이론에는 허점이 있습니다.
양자 역학은 기본적으로 아원자 입자의 거동과 같은 미시적 규모의 물리학 연구입니다. 이러한 유형의 입자는 엄청나게 작지만 우주에 있는 모든 것의 구성 요소이기 때문에 매우 중요합니다. 작은 회전하는 전하를 띤 공이라고 생각할 수 있습니다. 불필요한 합병증없이.
그래서 우리는 두 개의 전자(음전하를 띤 아원자 입자)를 가지고 있습니다. 이 입자들이 동일하게 되는 방식(동일한 스핀과 전하를 가짐)으로 이러한 입자를 결합하는 특수 프로세스입니다. 이런 일이 발생하면 해당 지점부터 전자가 동일해집니다. 즉, 그중 하나를 변경하면(예를 들어 스핀을 변경하면) 두 번째 항목이 즉시 반응합니다. 그가 어디에 있든 상관없이. 건드리지 않아도. 이 프로세스의 영향은 놀랍습니다. 이론적으로 이 정보(이 경우 회전 방향)는 우주 어디에서나 순간 이동할 수 있습니다.
중력은 빛에 영향을 미칩니다
다시 빛으로 돌아가 일반 상대성 이론(역시 아인슈타인의 이론)에 대해 이야기해 봅시다. 이 이론에는 빛의 편향(light deflection)이라는 개념이 포함되어 있습니다. 빛의 경로는 항상 직선이 아닐 수 있습니다.
이상하게 들릴지 모르지만 이것은 몇 번이고 입증되었습니다. 빛은 질량이 없지만 그 경로는 태양과 같이 질량이 있는 것에 따라 달라집니다. 따라서 먼 별에서 나온 빛이 다른 별에 충분히 가깝게 지나가면 그 주위를 돌게 됩니다. 이것은 우리에게 어떤 영향을 미칩니 까? 간단합니다. 아마도 우리가 보는 별은 완전히 다른 위치에 있을 것입니다. 다음에 별을 볼 때 모든 것이 빛의 속임수일 수 있음을 기억하십시오.
우리가 이미 논의한 몇 가지 이론 덕분에 물리학자들은 우주에 존재하는 전체 질량을 측정하는 상당히 정확한 방법을 가지고 있습니다. 그들은 또한 우리가 관찰할 수 있는 총 질량을 측정하는 상당히 정확한 방법을 가지고 있습니다. 하지만 불행하게도 이 두 숫자는 일치하지 않습니다.
사실 우주 전체 질량의 부피는 우리가 계산할 수 있는 전체 질량보다 훨씬 큽니다. 물리학자들은 이에 대한 설명을 찾아야 했고 그 결과 암흑 물질이 포함된 이론이 나왔습니다. 빛을 방출하지 않고 우주 질량의 약 95%를 차지하는 신비한 물질입니다. 암흑 물질의 존재가 공식적으로 입증되지는 않았지만(관측할 수 없기 때문에) 암흑 물질을 지지하는 많은 증거가 있으며 암흑 물질은 어떤 형태로든 존재해야 합니다.
우리 우주는 빠르게 팽창하고 있습니다
개념은 점점 더 복잡해지고 있으며 그 이유를 이해하려면 빅뱅 이론으로 돌아가야 합니다. 인기 있는 TV 쇼가 되기 전에 빅뱅 이론은 우리 우주의 기원에 대한 중요한 설명이었습니다. 간단히 말해서 우리 우주는 폭발과 함께 시작되었습니다. 엄청난 폭발 에너지에 의해 파편(행성, 별 등)이 사방으로 퍼집니다. 잔해가 상당히 무거웠기 때문에 이 폭발적인 확산은 시간이 지남에 따라 느려질 것으로 예상했습니다.
그러나 그것은 일어나지 않았습니다. 사실, 우리 우주의 팽창은 시간이 지남에 따라 점점 더 빠르게 일어나고 있습니다. 그리고 그것은 이상합니다. 이는 공간이 지속적으로 증가하고 있음을 의미합니다. 이것을 설명할 수 있는 유일한 방법은 암흑 물질, 또는 암흑 에너지로, 이러한 지속적인 가속을 유발합니다. 암흑에너지란? 당신에게.
모든 물질은 에너지입니다.
물질과 에너지는 동전의 양면일 뿐입니다. 사실 E = mc 2 공식을 본 적이 있다면 항상 이것을 알고 있을 것입니다. E는 에너지이고 m은 질량입니다. 특정 양의 질량에 포함된 에너지의 양은 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱하여 결정됩니다.
이 현상에 대한 설명은 매우 흥미롭고 물체의 질량이 빛의 속도에 가까워질수록 증가한다는 사실 때문입니다(시간이 느려지더라도). 증명은 상당히 복잡하므로 내 말을 그대로 받아들일 수 있습니다. 상당히 적은 양의 물질을 강력한 에너지 폭발로 전환시키는 원자폭탄을 보십시오.
파동-입자 이중성
어떤 것들은 보이는 것처럼 명확하지 않습니다. 언뜻 보기에 입자(전자와 같은)와 파동(빛과 같은)은 완전히 다른 것처럼 보입니다. 첫 번째는 고체 조각이고 두 번째는 복사 에너지 빔 또는 이와 유사한 것입니다. 사과와 오렌지처럼. 빛과 전자와 같은 것들은 단지 하나의 상태에 국한되지 않는다는 것이 밝혀졌습니다. 그것들은 보는 사람에 따라 동시에 입자이자 파동이 될 수 있습니다.
진지하게. 우스꽝스럽게 들리겠지만 빛이 파동이고 빛이 입자라는 구체적인 증거가 있습니다. 빛은 둘 다입니다. 동시에. 두 상태, 즉 둘 다 사이의 중개자가 아닙니다. 우리는 양자 역학 분야로 돌아왔고, 양자 역학에서 우주는 이런 식으로 사랑합니다.
모든 물체는 같은 속도로 떨어진다
많은 사람들에게 무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어지는 것처럼 보일 수 있습니다. 확실히 볼링공은 깃털보다 빨리 떨어집니다. 이것은 사실이지만 중력의 잘못이 아닙니다. 그렇게 되는 유일한 이유는 지구의 대기가 저항을 제공하기 때문입니다. 400년 전에도 갈릴레오는 중력이 질량에 관계없이 모든 물체에 동일한 방식으로 작용한다는 사실을 처음으로 깨달았습니다. 대기가 없는 달에 볼링공과 깃털이 있으면 동시에 떨어질 것입니다.
글쎄요. 이 시점에서 마음을 움직일 수 있습니다.
공간 자체가 비어 있다고 생각합니다. 이 가정은 상당히 합리적입니다. 그래서 공간, 공간입니다. 그러나 우주는 공허함을 용납하지 않으므로 우주, 우주, 공허함 속에서 입자는 끊임없이 태어나고 죽습니다. 그들은 가상이라고 불리지만 실제로는 실제이며 이것이 입증되었습니다. 그것들은 1초도 안 되는 시간 동안 존재하지만, 그것은 물리학의 기본 법칙 중 일부를 깨뜨리기에 충분히 길다. 과학자들은 이 현상이 청량 음료의 기포처럼 끔찍하게 보이기 때문에 "양자 거품"이라고 부릅니다.
이중 슬릿 실험
우리는 위에서 모든 것이 동시에 입자이자 파동이 될 수 있다고 언급했습니다. 그러나 여기에 문제가 있습니다. 사과가 손에 있으면 우리는 그것이 어떤 모양인지 정확히 압니다. 이것은 일종의 사과 물결이 아니라 사과입니다. 입자의 상태를 결정하는 것은 무엇입니까? 답: 우리.
이중 슬릿 실험은 믿을 수 없을 정도로 간단하고 신비한 실험입니다. 그것이 바로 그것입니다. 과학자들은 벽에 두 개의 슬릿이 있는 스크린을 놓고 슬릿을 통해 광선을 쏘아 벽에 닿는 위치를 볼 수 있습니다. 빛은 파동이기 때문에 특정 회절 패턴을 생성하고 벽 전체에 흩어져 있는 빛의 줄무늬를 볼 수 있습니다. 두 개의 슬롯이 있었지만.
그러나 입자는 다르게 반응해야합니다. 두 개의 슬롯을 통해 날아가면 슬롯 바로 맞은 편 벽에 두 개의 줄무늬가 남습니다. 그리고 빛이 입자라면 왜 이러한 행동을 나타내지 않습니까? 대답은 빛이 이러한 동작을 보일 것이라는 것입니다. 그러나 우리가 선택한 경우에만 가능합니다. 빛은 파동일 때는 양쪽 슬릿을 동시에 통과하지만 입자일 때는 하나만 통과한다. 빛을 입자로 만들기 위해서는 슬릿을 통과하는 빛의 각 입자(광자)를 측정하기만 하면 됩니다. 슬릿을 통과하는 모든 광자의 사진을 찍는 카메라를 상상해 보십시오. 동일한 광자는 파동이 되지 않고는 다른 슬릿을 통과할 수 없습니다. 벽의 간섭 패턴은 간단합니다. 두 개의 빛 스트립입니다. 우리는 단순히 이벤트를 측정하고 관찰함으로써 이벤트의 결과를 물리적으로 변경합니다.
이것을 "관찰자 효과"라고 합니다. 그리고 비록 이것이 좋은 방법이 기사를 마치기 위해 그녀는 물리학자들이 발견한 절대적으로 놀라운 것들의 표면을 긁지도 않았습니다. 이중 슬릿 실험에는 훨씬 더 기발하고 흥미로운 수많은 변형이 있습니다. 양자 역학이 당신을 머리로 빨아들일 것을 두려워하지 않는 경우에만 찾을 수 있습니다.
Leitenstorfer는 "첫 번째 관찰에서 양자 상태를 변경하지 않고도 양자 상태를 분석할 수 있습니다."라고 말했습니다.
일반적으로 특정 빛 입자에 대한 양자 요동의 영향을 추적하려면 먼저 이러한 입자를 감지하고 분리해야 합니다. 그러면 이러한 광자의 "양자 서명"이 제거됩니다. 비슷한 실험이 2015년에 과학자 팀에 의해 수행되었습니다.
새로운 실험에서 연구원들은 빛의 광자를 흡수하거나 증폭함으로써 양자 요동의 변화를 관찰하는 대신, 빛 자체를 시간적으로 관찰했습니다. 이상하게 들릴지 모르지만 진공 상태에서 공간과 시간은 하나를 관찰하면 다른 하나에 대해 더 많이 알 수 있는 방식으로 작동합니다. 그러한 관찰을 수행함으로써 과학자들은 진공이 "압축"되었을 때 이 "압축"이 풍선이 압축될 때 발생하는 것과 똑같은 방식으로 발생하며 양자 요동만 수반한다는 것을 발견했습니다.
어느 시점에서 이러한 변동은 압축되지 않은 진공의 배경 소음보다 강해졌고 어떤 곳에서는 반대로 약해졌습니다. Leitenstorfer는 좁은 도로 공간을 통과하는 교통 체증에 비유합니다. 시간이 지남에 따라 자신의 차선에 있는 자동차는 같은 차선으로 이동하여 병목 현상을 통과한 다음 다시 차선으로 이동합니다. 과학자들의 관찰에 따르면 어느 정도 같은 일이 진공에서 발생합니다. 한 곳에서 진공을 압축하면 다른 곳에서 양자 변동의 변화가 분포됩니다. 그리고 이러한 변화는 가속화되거나 느려질 수 있습니다.
이 효과는 아래 그래프와 같이 시공간에서 측정할 수 있습니다. 이미지 중앙의 포물선은 진공 상태에서 "압착"하는 지점을 보여줍니다.
이 압축의 결과는 동일한 이미지에서 볼 수 있듯이 변동의 일부 "처짐"입니다. 과학자들에게 덜 놀라운 것은 일부 장소의 변동 전력 수준이 배경 소음 수준보다 낮은 것으로 밝혀져 빈 공간의 바닥 상태보다 낮다는 관찰이었습니다.
"새로운 측정 방법은 광자를 포착하거나 증폭하지 않기 때문에 진공 상태에서 전자기 배경 소음을 직접 감지하고 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 연구원이 생성한 상태 편차를 제어할 수 있습니다."라고 연구는 말합니다.
현재 연구원들은 측정 방법의 정확성을 테스트하고 실제로 가능한 것을 파악하려고 노력하고 있습니다. 이 작업의 이미 인상적인 결과에도 불구하고 과학자들이 물체의 양자 상태를 방해하지 않을 수 있는 소위 "결정적이지 않은 측정 방법"에 도달했을 가능성이 여전히 있습니다. 특정 양자 시스템에 대해 과학자들에게 더 많은 정보를 제공합니다.
이 방법이 실제로 작동한다면 과학자들은 이 방법을 사용하여 빛의 보이지 않는 동작인 "빛의 양자 상태"를 측정하기를 원합니다. 양자 수준우리는 이제 막 이해하기 시작했습니다. 그러나 추가 작업에는 Konstanz 대학의 연구원 팀 발견 결과를 복제하여 제안된 측정 방법의 적합성을 입증하는 추가 검증이 필요합니다.
12월은 재고할 때입니다. Vesti.Science 프로젝트(nauka.site)의 편집자는 지난해 물리학자들이 우리를 기쁘게 해 준 가장 흥미로운 10가지 뉴스를 선정했습니다.
새로운 물질 상태
이 기술은 분자가 원하는 구조로 자가 조립되도록 합니다.
엑시토늄(excitium)이라는 물질의 상태는 거의 반세기 전에 이론적으로 예측되었지만 실험을 통해 이제서야 얻을 수 있게 되었습니다.
이 상태는 한 쌍의 전자와 정공인 엑시톤 준입자로부터 Bose 응축물의 형성과 관련이 있습니다. 우리는 이 모든 까다로운 단어의 의미입니다.
폴라리톤 컴퓨터
새로운 컴퓨터는 폴라리톤 준입자를 사용합니다.
이 소식은 Skolkovo에서 나왔습니다. Skoltech 과학자들은 근본적으로 새로운 컴퓨터 작동 방식을 구현했습니다. 와 비교할 수 있습니다. 다음 방법표면의 바닥 지점을 찾으십시오. 번거로운 계산에 관여하지 말고 그 위에 물 한 잔을 뒤집으십시오. 표면 대신에 필요한 구성의 필드가 있었고 물 대신에 폴라리톤 준 입자가있었습니다. 이 양자 지혜의 우리 자료.
양자 순간이동 "지구위성"
광자의 양자 상태는 먼저 지구에서 위성으로 "전송"되었습니다.
그리고 여기에서 다시 한 번 Large Hadron Collider가 물리학 자의 도움을 받았습니다. "News. Science", 연구자들이 달성한 것과 납 원자가 그것과 무슨 관련이 있는지.
실온에서 광자의 상호 작용
이 현상은 실온에서 처음 관찰되었습니다.
광자가 많다 다른 방법들서로 상호 작용하고 비선형 광학이라는 과학이 그것들을 다룹니다. 그리고 빛에 의한 빛의 산란이 최근에야 관찰되었다면 Kerr 효과는 오랫동안 실험자들에게 친숙했습니다.
그러나 2017년에 상온에서 개별 광자에 대해 처음으로 재현되었습니다. 우리는 어떤 의미에서 "광 입자의 충돌"이라고도 할 수 있는 이 흥미로운 현상과 이와 관련하여 열리는 기술적 전망에 대해 이야기하고 있습니다.
타임 크리스탈
실험자의 창조는 공간이 아니라 시간 속에서 "수정"의 질서를 보여줍니다.
빈 공간에서는 어떤 점이 다른 점이 없습니다. 결정에서는 모든 것이 다릅니다. 결정 격자라고하는 반복 구조가 있습니다. 에너지를 소비하지 않고 공간이 아닌 시간에 반복되는 유사한 구조가 가능합니까?
지구상의 "별" 열핵 반응
물리학자들은 열핵 원자로에서 별 내부의 조건을 재현했습니다.
산업용 열핵 원자로는 인류의 소중한 꿈입니다. 그러나 실험은 반세기 이상 진행되어 왔으며 실제로 탐내는 자유 에너지는 거기에 없습니다.
그러나 2017년에 이 방향으로 중요한 조치가 취해졌습니다. 처음으로 연구원들은 별의 깊이에서 우세한 조건을 거의 정확하게 재현했습니다. 그들이 어떻게했는지.
2018년에도 마찬가지로 흥미로운 실험과 예상치 못한 발견이 풍성하기를 바랍니다. 뉴스를 팔로우하세요. 그건 그렇고, 우리는 또한 당신을 위해 나가는 해를 검토했습니다.
스위스 물리학자들이 600개의 루비듐 원자로 구성된 양자 시스템에서 아인슈타인-포돌스키-로젠 역설(EPR 역설)을 처음으로 시연했습니다. 과학자들은 과냉각 가스 구름의 두 부분 사이를 얽히고 양자 시스템의 한 부분의 상태가 두 번째 상태에서 예측될 수 있을 때 조종 가능성을 증명함으로써 지역적 사실주의를 깨는 데 성공했습니다. 과학자들의 논문은 사이언스 저널에 실렸습니다.
1935년에 제안된 EPR 패러독스에 따르면 두 입자는 서로 상호 작용하여 위치와 운동량을 하이젠베르크의 불확정성 원리보다 더 정확하게 측정할 수 있습니다. 예를 들어 세 번째 입자의 붕괴로 형성된 두 입자(A와 B)의 총 운동량은 마지막 입자의 초기 운동량과 같아야 하므로 입자 A의 운동량을 측정하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다. 입자 B의 운동량을 구하고, 두 번째 입자의 운동에는 섭동이 도입되지 않습니다. 그러면 입자 B의 좌표를 정확하게 결정할 수 있으므로 하이젠베르크의 불확정성 원리를 위반합니다.
어떤 경우에도 불확정성 원리가 보존되기 때문에 입자 A의 운동량을 측정하면 필연적으로 입자 B의 좌표가 교란되어 첫 번째 입자가 마지막 입자에서 아무리 떨어져 있어도 불확실하게 됩니다. 아인슈타인은 이것이 세계의 사실주의를 위반하고 양자 역학의 틀 안에 있는 물리적 물체는 객관적으로 존재하지 않는다고 믿었습니다. 그는 그러한 해석이 잘못되었으며 입자 거동의 확률론적 특성이 실제로 일부 숨겨진 매개변수의 존재에 의해 설명된다고 믿었습니다. 그러나 현재 숨겨진 변수 이론은 실험적으로 확인되지 않았습니다.
과학자들은 약 600개의 루비듐-87 원자로 보스-아인슈타인 응축물을 만들었습니다. 응축물은 모든 원자가 가능한 가장 낮은 양자 상태를 차지하는 초저온으로 냉각된 가스입니다. 즉, 서로 거의 구별할 수 없게 됩니다. 레이저의 도움으로 원자는 압축 상태로 전환되어 한 변수(이 경우 스핀의 구성 요소 중 하나, 즉 "회전축")의 변동이 매우 작아지고, 다른 하나는 큽니다. 따라서 원자 사이에 양자 결합이 생성되었습니다.
연구원들은 구름을 A와 B의 두 영역으로 나누었습니다. 레이저를 사용하여 응축수에서 원자의 집합적 스핀과 "회전축"의 구성 요소를 측정했습니다. 동시에 이러한 매개변수를 고려한 부등식을 기반으로 압축된 상태와 주어진 집단 스핀에 대한 원자 간의 얽힘이 입증되었습니다. 상관관계가 너무 강해서 EPR 패러독스가 발생했고 A영역의 스핀을 측정하여 B영역 원자의 양자 상태를 예측할 수 있었다(예측은 한 방향으로만 가능).