Gelombang perkara yang koheren

Gelombang perkara yang koheren

Dmitry Parashchuk,
doktor sains fizikal dan matematik
"Kimia dan Kehidupan" ı3, 2007

Kami dikelilingi oleh objek saiz tertentu; kita tahu dengan tepat di mana badan kita berakhir, dan kita yakin bahawa hanya satu orang boleh duduk dengan selesa dalam satu kerusi. Walau bagaimanapun, di dunia yang sangat kecil, atau di dunia mikro-kuantum, segalanya tidak begitu prosaik: kerusi dan meja, dikurangkan kira-kira sepuluh bilion kali, kepada saiz atom, kehilangan sempadannya yang jelas dan bahkan dapat mengambil satu tempat di angkasa tanpa mengganggu satu sama lain . Sebabnya ialah objek dunia kuantum lebih mirip gelombang, menembusi satu sama lain, daripada objek yang terhad dalam ruang. Oleh itu, dalam dunia mikroquantum, anda boleh duduk di atas satu kerusi dan tiga dari kami, dan sepuluh orang lelaki.

Perkara seperti gelombang

Untuk mengalami sifat-sifat gelombang secara eksperimen, objek perlu dibuat bukan sahaja kecil, tetapi juga sangat sejuk, iaitu, dengan kelajuan yang sangat berkurang dari pergerakan atom yang huru-hara. Oleh itu, atom-atom perlu disejukkan ke satu bilion darjah Kelvin, dan sifat-sifat gelombang meja dan kerusi dari macroworld haruslah kelihatan dengan suhu yang tidak dapat difahami – lebih sejuk daripada 10-40 K.

Harta yang luar biasa gelombang adalah keupayaan mereka untuk melipatgandakan. Secara konsisten bermaksud secara konsisten, teratur dalam masa atau di ruang angkasa. Satu contoh gelombang bunyi yang koheren masa adalah muzik. Setiap bunyi melodi, ketinggian, durasi dan kekuatannya adalah dalam surat-menyurat yang tegas antara satu sama lain.

Konduktor orkestra simfoni terus memerhatikan koheren arus bunyi ratusan atau bahkan ribuan bunyi. Kita akan melihat kelemahan hubungan sebagai bunyi palsu, dan kehilangan sepenuhnya sebagai bunyi. Sebenarnya, koheren membezakan melodi daripada set bunyi yang tidak sepatutnya. Begitu juga, dalam dunia kuantum, koheren sifat gelombang objek dapat memberi mereka mutu baru yang tidak hanya sangat luar biasa, tetapi juga penting untuk membuat bahan-bahan baru yang dapat mengubah teknologi yang ada secara radikal. Tidak disengajakan bahawa hampir separuh daripada Hadiah Nobel dalam fizik yang diberikan dalam sepuluh tahun terakhir dikaitkan dengan fenomena yang koheren: dalam radiasi laser (2005), dalam atom sejuk (1997, 2001), dalam helium cair (1996) dan superkonduktor (2003).

Kebanyakan pemenang Hadiah Nobel dalam fizik menerima anugerah mereka untuk fenomena yang sepadan: Peter Kapitsa (1978), Lev Landau (1962)Nikolay Basov dan Alexander Prokhorov (1964), Alexey Abrikosov dan Vitaly Ginzburg (2003).

Kesesuaian cahaya

Konsep penyesuaian yang dibentuk pada awal abad XIX selepas eksperimen saintis Inggeris Thomas Jung. Di dalamnya, dua gelombang cahaya dari pelbagai sumber jatuh pada skrin dan dilipat. Cahaya dari dua mentol biasa, yang memberikan radiasi yang tidak masuk akal, disimpulkan hanya: pencahayaan skrin adalah sama dengan jumlah pencahayaan dari setiap lampu. Mekanisme di sini adalah ini. Untuk gelombang cahaya dari mentol lampu, perbezaan fasa berubah secara rawak dari masa ke masa. Sekiranya dua maxima gelombang kini tiba di satu titik pada skrin, maka pada masa akan datang minimum mungkin datang dari satu lampu, dan maksimum dari yang lain. Hasil penambahan gelombang akan memberikan "riak di dalam air" – corak gangguan yang tidak stabil. Raksasa gelombang cahaya adalah begitu pantas sehingga mata tidak mempunyai masa untuk melihat dan melihat skrin bersinar seragam. Dengan analogi dari dunia bunyi, ini adalah bunyi bising.

Rajah. 1. Apabila skrin diterangi dengan dua rasuk laser, corak gangguan timbul daripada selang-selang yang cerah dan bergelung (interferogram Makmal Optik Adaptasi Jabatan Shatura Universiti Terbuka Negeri Moscow) Image: "Kimia dan Kehidupan"

Hasilnya akan agak berbeza jika dua gelombang koheren ditambah ke skrin (Rajah 1).Gelombang sedemikian adalah yang paling mudah untuk mendapatkan dari satu pancaran laser, membelahnya menjadi dua bahagian, dan kemudian menambahkannya bersama-sama. Kemudian jalur akan muncul di skrin. Cerah adalah kawasan skrin di mana gelombang cahaya maxima sentiasa tiba pada masa yang sama (dalam fasa). Kesan optik yang luar biasa adalah bahawa pencahayaan tidak akan meningkat dua kali, seperti dalam hal gelombang yang tidak sepatutnya, tetapi empat. Ini kerana pada jalur terang sepanjang masa maksimum gelombang ditambah, iaitu amplitud, dan pencahayaan adalah berkadar dengan kuadrat jumlah amplitud gelombang. Dalam band-band kecil, gelombang yang koheren daripada sumber yang berbeza membatalkan satu sama lain.

Sekarang bayangkan banyak gelombang yang tepat yang tiba di titik tertentu dalam fasa. Sebagai contoh, seribu gelombang. Kemudian pencahayaan kawasan terang akan meningkat sebanyak sejuta kali! Radiasi koheren besar kira-kira 1022, bilangan atom memberikan pancaran laser. Penciptaan prinsip karyanya yang dibawa pada tahun 1964 adalah Hadiah Nobel dalam Fisika kepada Charles Townes Amerika dan dua ahli fisika Soviet Nikolai Basov dan Alexander Prokhorov. Selama 40 tahun, laser telah meresap ke dalam kehidupan seharian kita, dengan bantuannya, sebagai contoh, menyimpan maklumat mengenai cakera padat dan menghantarnya melalui gentian optik ke jarak yang jauh.

Gelombang perkara yang koheren

Dunia kita direka sedemikian rupa sehingga setiap zarah benda dapat mewujudkan sifat gelombang. Gelombang tersebut dipanggil gelombang perkara, atau gelombang Broglie. Pada tahun 1923, ahli fizik Perancis yang luar biasa, Louis de Broglie mencadangkan formula yang sangat mudah menyambung panjang gelombang λ (jarak antara maxima) dengan jisim zarah m dan halaju v: λ = h / mv, di mana h ialah pemalar Planck.

Harta dasar gelombang sifat apa pun adalah keupayaan untuk mengganggu. Walau bagaimanapun, untuk mendapatkan bunyi yang tidak seragam, tetapi, seperti halnya dengan cahaya, sebuah band yang terang, perlu untuk memastikan koherensi gelombang Broglie. Pergerakan terma menghalang ini – atom dengan halaju yang berbeza berbeza dalam panjang gelombang mereka. Apabila atom disejukkan, mengikut formula de Broglie, panjang gelombang λ meningkat (Rajah 2). Dan sebaik sahaja nilainya melebihi jarak antara zarah, gelombang de Broglie zarah yang berbeza akan memberi corak gangguan yang stabil, kerana maxima gelombang yang sepadan dengan kedudukan zarah akan bertindih.

Rajah. 2 Setiap zarah (atom, molekul) boleh diwakili sebagai gelombang de Broglie satu paket gelombang yang pusatnya berpadanan dengan pusat zarah tersebut.Kerana ia menyejukkan, iaitu mengurangkan kelajuan pergerakan zarah rawak, peningkatan panjang gelombang, dan paket-gelombang gelombang zarah akhirnya bertindih. (Imej: "Kimia dan Kehidupan")

Dalam mikroskop optik, corak gangguan gelombang de Broglie dapat dilihat jika panjangnya kira-kira 1 mikron. Untuk melakukan ini, seperti berikut dari formula de Broglie, kelajuan atom mestilah kira-kira 1 cm / s, yang sepadan dengan suhu yang sangat rendah – kurang daripada satu mikrokelvin. Ia adalah mungkin untuk menyediakan gas yang disejukkan daripada atom logam alkali, dan hari ini ia merupakan objek kajian yang menarik. (Bagaimana untuk menyejukkan atom ke suhu rendah dan membuat jam ultra-tepat berdasarkan kepada mereka telah diterangkan dalam Kimia dan Kehidupan, 2001, No. 10. – Nota ed.) Perhatikan bahawa ahli fizik Soviet dari Institut Spektroskopi Akademi Sains USSR yang diketuai oleh Vladilen Letokhov pada tahun 1979 mengemukakan dan melaksanakan idea-idea utama, berdasarkan atom yang sekarang disejukkan kepada suhu ultra rendah.

Apa yang mengganggu zarah perkara? Kami terbiasa dengan hakikat bahawa bahan itu boleh diwakili sebagai bola kecil pepejal yang tidak menembusi antara satu sama lain.Dan gelombang, sebaliknya, boleh berkembang dan menembusi antara satu sama lain. Dengan analogi dengan gangguan cahaya, kita perlu mendapatkan "titik terang pada skrin" – rantau kecil di ruang di mana maksima gelombang perkara berada dalam fasa. Tidak disangka-sangka, gelombang yang banyak dan banyak atom dapat menyatu di satu rantau di ruang angkasa, membentuk, seperti superatom – koleksi sejumlah besar gelombang Broglie. Dalam bahasa mekanik kuantum, ini bermakna kebarangkalian mengesan atom-atom koheren dalam "titik terang" adalah maksimum. Keadaan luar biasa ini dipanggil kondensat Bose-Einstein. Albert Einstein meramalkannya pada tahun 1925 berdasarkan karya fizik India Shatendranath Bose. Dalam kondensat, semua atom berada dalam keadaan kuantum yang sama dan berkelakuan seperti gelombang besar.

Rajah. 3 Ilustrasi gangguan dua kondensat atom: a – dua kondensat dalam perangkap berasingan; b – selepas mematikan perangkap, kondensat berkembang, bertindih antara satu sama lain. Di kawasan tumpang tindih mereka, corak gangguan muncul. (Imej: "Kimia dan Kehidupan")

Bose-Einstein condensate (BEC) hanya dilakukan secara eksperimen hanya 70 tahun kemudian: dua kumpulan saintis Amerika menerbitkan laporan pada tahun 1995.Dalam eksperimen mereka, atom dari awan natrium atau wap rubidium terperangkap dalam perangkap magnet jatuh dari kondensat. Kerja-kerja perintis ini dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 2001, dianugerahkan kepada Eric Cornell, Wolfgang Ketterle dan Carl Viemann. Imej terang tingkah laku atom supercooled yang jatuh di BEC ditunjukkan pada penutup majalah Disember Sains 1995: sekumpulan cyborg biru serupa di tengah – ini adalah atom BEC dengan sifar suhu, dan di sekelilingnya cyborg warna hangat bergerak chaotically – supernatural, sedikit atom dipanaskan. Keterkaitan atom-atom yang jatuh di BEC ditunjukkan dalam eksperimen cemerlang pada tahun 1997 oleh V. Ketterle dengan rakan-rakan dari Institut Teknologi Massachusetts. Untuk ini, perangkap magnet dibahagikan kepada dua bahagian dengan pemisahan cahaya (Rajah 3a). Dari awan atom natrium, dua kondensat telah disediakan, dan kemudian perangkap dan partition dimatikan: awan mula berkembang dan bertindih. Di tempat tumpang tindih mereka, corak gangguan yang jelas muncul (Gambarajah 3b), mirip dengan gangguan balok laser koheren (lihat Rajah 1).Dia diperhatikan dalam bayangan yang dibuang oleh awan atom di skrin, zebra di ara. 3b adalah bayang-bayang mengganggu gelombang perkara; kawasan gelap sesuai dengan maksimum gelombang ombak. Adalah mengejutkan bahawa apabila kita menambahkan atom dari kondensat yang berbeza, jumlah mereka boleh memberi sifar – "matlamat hilang" di rantau ini yang bersamaan dengan kumpulan cahaya "zebra". Sudah tentu, pada hakikatnya, atom-atom tidak hilang – mereka hanya menumpukan perhatian kepada bidang-bidang yang menimbulkan bayang-bayang.

Adakah mungkin untuk melihat manifestasi sifat gelombang untuk objek yang lebih besar daripada atom? Ternyata anda boleh. Kumpulan Anton Zeilinger dari Vienna pada tahun 2003 dapat mengamati campur tangan fullerenes dan biomolekul yang mengandung seratus atom. Bagaimana zarah-zarah material yang besar akan dapat memerhatikan sifat-sifat gelombang – persoalannya terbuka hari ini.

Laser atom

Dari sudut pandang fizik kuantum, atom dan foton adalah serupa dengan sebilangan besar zarah-zarah ini pada masa yang sama boleh berada dalam keadaan kuantum yang sama, iaitu, bersamaan. Sebagai contoh, dalam radiasi laser, semua foton adalah koheren: mereka mempunyai warna yang sama, arah penyebaran dan polarisasi. Oleh itu, adalah mungkin untuk mendapatkan rasuk laser koheren kuasa tinggi yang terdiri daripada sejumlah besar foton dalam satu keadaan.

Bagaimana untuk mendapatkan rasuk atom yang koheren? Idea ini mudah: anda mesti berhati-hati meretas atom-atom yang koheren dari BEC, sama seperti radiasi laser dihasilkan dari resonatornya menggunakan cermin lut. Peranti itu dipanggil laser atom. Laser atom pertama pada tahun 1997 mencipta V. Ketterle yang sama. Dalam laser semacam itu, perangkap magnet dua gegelung memegang atom-atom natrium yang membentuk BEC. Impuls medan radio, memohon untuk tempoh 5 milisaat, membuka giliran atom, dan mereka tidak dapat lagi terperangkap. Bekuan atom dibebaskan – sinaran laser atom – bebas dari pengaruh graviti, yang digambarkan menggunakan teknik teater bayangan yang diterangkan di atas. Hari ini, kuasa laser atom kecil: mereka memancarkan 106 atom sesaat, yang jauh lebih rendah daripada kuasa laser optik. Sebagai contoh, penunjuk laser konvensional mengeluarkan kira-kira satu saat sesaat.9 kali lebih banyak foton.

Tidak seperti foton tanpa berat, atom mempunyai massa yang lain. Jadi, kesan yang lebih kuat kepada mereka – gangguan dari gelombang perkara yang koheren akan sangat bergantung kepada medan graviti, memantulkan rasuk atom.Letakkan dua rasuk atom yang koheren mengganggu di rantau persimpangan mereka dengan cara yang sama seperti rasuk laser (lihat Rajah 1). Katakan bahawa medan graviti dalam laluan salah satu rasuk atom telah berubah. Kemudian panjang jalur rasuk ini sebelum bertemu rasuk lain juga akan berubah. Akibatnya, maksima gelombang perkara dua rasuk atom akan bertemu di tempat lain, yang akan menyebabkan pergeseran corak gangguan. Dengan mengukur anjakan ini, anda boleh menentukan perubahan dalam medan graviti. Atas dasar idea ini, sensor medan graviti telah dibuat yang dapat mengesan perbezaan dalam magnitud percepatan graviti kurang dari 10-6% Mereka boleh berguna untuk penyelidikan asas (pengesahan teori fizikal, pengukuran pemalar), dan aplikasi penting dalam navigasi (penciptaan gyroscopes tepat), geologi (bunyi mineral) dan sains lain. Sebagai penulis fiksyen sains, sebagai contoh, anda boleh mencari plot apabila menggunakan instrumen untuk mengukur sedikit perubahan dalam graviti, ahli arkeologi membaca tulisan yang diukir pada obelis yang terkubur di dalam bumi.

Bahan yang koheren

Kesan terutamanya yang menarik timbul apabila sifat-sifat gelombang koheren perkara boleh diperhatikan sebagai sifat-sifat makroskopik bahan yang dipekat, iaitu, pepejal atau cecair. Salah satu contoh yang paling jelas sifat-sifat seperti itu ialah kekurangan dalam helium cair apabila disejukkan di bawah 2.2 K. Ahli fizik Soviet menjalankan kajian perintis mengenai superfluiditi: fenomena ini telah ditemui oleh Peter Kapitsa pada tahun 1938, dan dijelaskan oleh Lev Landau. Helium superfluid boleh mengalir melalui lubang-lubang kecil pada kelajuan yang luar biasa: sekurang-kurangnya 108 kali lebih cepat daripada air. Jika kita dapat mengisi mandi biasa dengan helium superfluid, maka ia akan mengalir keluarnya dalam masa kurang dari satu saat melalui lubang saiz mata jarum kecil. Pada tahun 2004, Amerika Syarikat Yoon Seung Kim dan Moses Chan melaporkan penemuan superfluiditi dalam helium pepejal. Eksperimen mereka yang rumit adalah seperti berikut: helium pepejal pepejal, yang berada di bawah tekanan pada suhu kira-kira 0.2 K, diletakkan pada pendulum kilasan. Sekiranya sebahagian helium masuk ke dalam keadaan superfluid, maka kekerapan getaran kilasan perlu bertambah, kerana komponen superfluid kekal pegun, memudahkan pengayun pendulum.Menurut Kim dan Chan, kira-kira 1% daripada helium pepejal melepasi keadaan superfluid. Eksperimen-eksperimen ini menunjukkan bahawa atom boleh bergerak dengan bebas melalui pepejal superfluid, oleh itu, ia dapat melewati jisim perkara dengan sendirinya tidak terhalang: prospek melewati dinding di dunia seperti nampaknya nyata!

Fenomena yang luar biasa ini dapat dijelaskan oleh sifat gelombang atom. Gelombang, tidak seperti zarah, elakkan rintangan di jalan mereka. Marilah kita menerangkan ini dengan contoh gangguan dua rasuk cahaya pada skrin. Marilah kita memotong lubang di skrin di kawasan jalur cahaya "zebra" (corak gangguan). Cahaya yang koheren tidak akan merasakan halangan seperti itu: skrin sebenarnya telah dipelihara hanya di bahagian-bahagian zebra yang tidak dikenali. Sekiranya rasuk tidak sepadan, skrin bersinar seragam dengan lubang tidak dapat dielakkan akan menangguhkan beberapa cahaya. Daripada ini, dapat difahami bagaimana gelombang yang jitu akan mengatasi halangan tanpa kehilangan.

Satu lagi fenomena kuantum makroskopik yang luar biasa, sama dengan superfluiditi, adalah superkonduktiviti, yang ditemui oleh Dutchman Heike Kamerling-Oness pada tahun 1911 dalam merkuri apabila ia disejukkan kepada suhu helium cair (Hadiah Nobel pada tahun 1913).Elektrik superconducting bergerak tanpa rintangan, melangkaui halangan, yang merupakan gerakan haba atom. Sebagai contoh, semasa dalam gelang superkonduktor boleh mengalir selama-lamanya, kerana tidak ada yang mengganggu dengannya. Boleh dikatakan bahawa superkonduktiviti adalah superfluiditi cecair elektron. Untuk kebarangkalian sedemikian, adalah perlu bahawa sejumlah besar caj berada dalam keadaan kuantum yang sama, seperti foton dalam pancaran laser. Keperluan ini berlaku terhadap had yang ditetapkan oleh ahli fizik Swiss Wolfgang Pauli yang cemerlang pada tahun 1924: jika nombor spin zarah adalah 1/2, seperti elektron, maka hanya satu zarah yang boleh berada dalam satu keadaan kuantum. Zarah-zarah tersebut dipanggil fermions. Untuk keseluruhan nilai spin dalam keadaan kuantum tunggal, sejumlah zarah sewenang-wenangnya boleh dipendekkan. Zarah-zarah tersebut dipanggil boson. Oleh itu, untuk arus superconducting, zarah-zarah cas elektrik dengan putaran keseluruhan diperlukan. Sekiranya sepasang elektron (fermion) dapat membentuk zarah komposit, maka putaran pasangan akan bertukar menjadi integer. Dan kemudian zarah komposit akan menjadi boson yang mampu membentuk BEC dan memberikan arus superconducting.

Walau bagaimanapun, pasangan elektron yang digabungkan sebenarnya boleh berlaku dalam konduktor, walaupun fakta bahawa Coulomb memaksa menolak elektron dari satu sama lain – gagasan ini membentuk asas teori yang menjelaskan superkonduktivitas dalam logam mudah (John Bardeen, Leon Cooper, John Schrieffer, Hadiah Nobel dalam Fizik untuk tahun 1972 tahun).

BEC superfluidity

Rajah. 4 Pemerhatian terhadap superfluiditi dalam kondensat atom Bose-Einstein; dan – kondensat (merah) yang ditangkap oleh pancaran laser (merah jambu) dan gegelung magnetik (cincin biru). Dua rasuk laser tambahan (hijau), lulus sepanjang tepi kondensat, berputar di sekitar paksi sistem, menyeret kondensat berserta dengannya; b – selepas perangkap dimatikan, kondensat mengembang, melambangkan bayang apabila diterangi (anak panah merah). Imej: "Kimia dan kehidupan"

Oleh itu, pada separuh kedua abad ke-20, ahli fizik datang ke pemahaman bahawa BEC mungkin mempunyai sifat superfluiditi. Secara semulajadi, setelah memperoleh gas BEC, para saintis telah disita oleh gagasan eksperimen yang menunjukkan superfluiditi di dalamnya. Pada tahun 2005, kumpulan V. Ketterle mempersembahkan bukti akhir kebolehpekalan gas BEC.Idea eksperimen ini adalah berdasarkan fakta bahawa bendalir superfluid bertindak luar biasa semasa putaran. Sekiranya kita dapat mencetuskan cecair superfluid dengan sudu, seperti kopi dalam cawan, maka ia akan mula berputar tidak sepenuhnya, tetapi akan memecah masuk ke banyak vorteks kecil. Lebih-lebih lagi, mereka akan diatur dalam susunan yang ketat, membentuk kisi vorteks Abrikosov yang dipanggil. Skim percubaan filigree ini adalah seperti berikut (Rajah 4). Kondensat gas yang terperangkap oleh pancaran laser dan medan magnet mula diputar oleh sinar laser tambahan; mereka berputar kondensat, seperti sudu, kopi. Kemudian perangkap, iaitu, rasuk dan gegelung, dimatikan, dan kondensat ditinggalkan kepada dirinya sendiri. Ia berkembang dan memberi naungan yang kelihatan seperti keju Swiss (Rajah 4b). "Lubang dalam keju" memenuhi vorteks superfluid. Ciri yang paling penting dalam percubaan ini adalah bahawa mereka tidak hanya dijalankan dalam gas bosons (atom natrium), tetapi juga dalam gas fermions (atom litium). Superfluidensi dalam gas litium hanya diamati apabila atom litium membentuk molekul atau pasangan yang lemah. Ini adalah pemerhatian pertama terhadap superfluiditi gas fermion.Ia meletakkan asas percobaan yang kukuh untuk teori superkonduktiviti berdasarkan idea pemeluwapan Bose-Einstein.

Ahli fizikal berjaya memasangkan atom litium dengan bantuan resonans Feshbach yang disebut dalam perangkap di bawah tindakan serentak bidang gegelung magnetik dan rasuk laser. Medan magnet diselaraskan di rantau resonans Feshbach supaya ia banyak mengubah daya interaksi antara atom-atom gas. Anda boleh membuat atom menarik antara satu sama lain atau – mengusir satu sama lain. Pakar fizik telah menghasilkan cara lain untuk mengawal sifat-sifat gas atom supercold. Salah satu yang paling elegan adalah untuk meletakkan atom dalam bidang yang mengganggu rasuk laser – sejenis kekisi optik. Di dalamnya, setiap atom akan berada di tengah salah satu daripada corak gangguan (lihat Rajah 1), supaya gelombang cahaya akan memegang gelombang benda, seperti bentuk untuk menyimpan telur. Atom dalam kisi optik bertindak sebagai model kristal yang sangat baik, di mana mereka menukar jarak antara atom dengan bantuan parameter sinar laser, dan dengan bantuan resonans Feshbach mereka mengawal selia interaksi di antara mereka. Akibatnya, ahli fizik telah menyedari impian lama – untuk mendapatkan sampel bahan dengan parameter terkawal.Para saintis percaya gas supercold adalah model bukan hanya kristal, tetapi juga bentuk bahan yang lebih eksotik, seperti bintang neutron dan plasma quark-gluon dari Alam semesta awal. Oleh itu, tidak ada alasan bahawa sesetengah penyelidik percaya gas supercold akan membantu memahami tahap awal evolusi Alam Semesta.

Masa depan yang koheren

Fenomena superfluiditi dan superkonduktiviti menunjukkan bahawa koherensi gelombang Broglie sebilangan besar zarah memberikan sifat yang tidak dijangka dan penting. Fenomena ini tidak diramalkan, lebih-lebih lagi, diperlukan hampir 50 tahun untuk menjelaskan superkonduktivitas dalam logam mudah. Dan fenomena superkonduktiviti suhu tinggi, yang ditemui pada tahun 1986 dalam seramik oksida logam pada 35 darjah Kelvin oleh Johannes Bednorets Jerman dan Swiss Carl Muller (Hadiah Nobel 1987), belum menerima penjelasan yang diterima umum, walaupun terdapat usaha fizik yang sangat besar di seluruh dunia.

Satu lagi bidang penyelidikan di mana negara-negara kuantum yang koheren tidak boleh dielakkan adalah komputer kuantum: hanya dalam keadaan sedemikian adalah mungkin untuk menjalankan pengkomputeran kuantiti prestasi tinggi, yang tidak dapat diakses oleh superkomputer yang paling moden.

Jadi, koheren bermakna pemeliharaan perbezaan fasa antara gelombang lipat.Gelombang itu sendiri boleh berbeza: kedua-dua cahaya dan gelombang Broglie. Menggunakan contoh BEC gas, kita melihat bahawa bahan yang koheren sebenarnya mewakili satu bentuk perkara baru, yang sebelum ini tidak dapat diakses oleh manusia. Persoalan timbul: apakah pemerhatian proses kuantum yang koheren dalam perkara sentiasa memerlukan suhu yang sangat rendah? Tidak selalu. Sekurang-kurangnya ada satu contoh yang sangat baik – laser. Suhu ambien untuk operasi laser biasanya tidak penting, kerana laser beroperasi di bawah keadaan yang jauh dari keseimbangan terma. Laser adalah sistem yang sangat tidak keseimbangan, kerana tenaga dibekalkan kepadanya.

Rupa-rupanya, kita masih pada permulaan penyelidikan mengenai proses kuantum yang koheren yang melibatkan sejumlah besar zarah. Salah satu persoalan menarik yang tidak ada jawapan pasti sejauh ini – adakah terdapat proses kuantum makroskopik dalam hidupan liar? Mungkin kehidupan itu sendiri boleh dicirikan sebagai keadaan perkara yang istimewa dengan peningkatan koheren.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: