Teleportatie, of de mogelijkheid om mensen en objecten onmiddellijk van de ene plaats naar de andere te verplaatsen, kan de ontwikkelingsrichting van de beschaving en de hele wereld in het algemeen gemakkelijk veranderen. Teleportatie zou bijvoorbeeld voor eens en altijd de principes van oorlogvoering veranderen, alle transportmiddelen overbodig maken, en het mooiste is: vakanties zouden geen probleem meer zijn. Wie wil er niet zijn eigen persoonlijke teleport thuis hebben?
Waarschijnlijk is het om deze reden dat dit vermogen het meest wenselijk is onder de mensheid. Natuurlijk zal het vroeg of laat de natuurkunde zijn die deze droom zal moeten waarmaken. Nou, laten we eens kijken wat de mensheid al heeft in onze tijd?
Ik zou willen beginnen met een citaat van een beroemde wetenschapper:
Het is geweldig dat we met een paradox worden geconfronteerd. Nu kunnen we hopen vooruit te komen.
Niels Bohr
Teleportatie volgens Newton
In het kader van de theorie van Newton is teleportatie eenvoudigweg onmogelijk. De wetten van Newton zijn gebaseerd op het idee dat materie bestaat uit kleine harde biljartballen. Objecten bewegen niet tenzij ze worden geduwd; objecten verdwijnen niet of verschijnen elders niet. Maar in de kwantumtheorie zijn deeltjes in staat om precies zulke trucs uit te voeren.
Newtoniaanse mechanica duurde 250 jaar en werd omvergeworpen in 1925 toen Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger en hun collega's de kwantumtheorie ontwikkelden. Over het algemeen, als teleportatie ooit zal worden gerealiseerd, zal dit te danken zijn aan de Quantum-theorie. Laten we het daarom in meer detail bekijken.
Promotie video:
Kwantum theorie
Een van de belangrijkste vergelijkingen bij teleportatie is de golfvergelijking van Schrödinger (zie foto). Misschien is er een plek om te praten over hoe het verscheen. Erwin hield ooit een lezing over een interessant fenomeen waarin werd gezegd dat elektronen zich op dezelfde manier gedragen als golven. Peter Debye, een van de fysicuscollega's die in de hal aanwezig was, stelde de vraag: "Als een elektron kan worden omschreven als een golf, hoe ziet zijn golfvergelijking er dan uit?"
Tegen die tijd kende iedereen dankzij Newton al differentiaalrekening, natuurkundigen beschreven elke golf in de taal van differentiaal. vergelijkingen. Daarom nam Schrödinger deze vraag als een uitdaging en besloot hij een soortgelijke vergelijking voor het elektron te ontwikkelen. En hij deed het, zoals Maxwell ooit zijn vergelijkingen voor de Faraday-velden had afgeleid, Schrödinger leidde de vergelijking af voor de de Broglie-golf (de zogenaamde elektronengolf).
Een kleine afwijking van het onderwerp: wetenschapshistorici hebben veel moeite gedaan om erachter te komen waar Schrödinger was en wat hij deed toen hij zijn beroemde vergelijking ontdekte. Het bleek dat hij een voorstander was van vrije liefde en vaak met zijn minnaressen op vakantie ging. Hij hield zelfs een gedetailleerd dagboek bij, waarin hij al zijn minnaressen noteerde en elke ontmoeting met een complexe code markeerde. Aangenomen wordt dat Schrödinger in het weekend waarin de vergelijking werd ontdekt, in de Alpen doorbracht, in Villa Herwig, met een van zijn vriendinnen. Dus vrouwen kunnen soms helpen bij het stimuleren van mentale activiteit;)
Maar zo eenvoudig is het niet. Als het elektron wordt beschreven als een golf, wat trilt er dan in? Momenteel wordt aangenomen dat het antwoord de volgende Max Born-stelling is: deze golven zijn niets meer dan waarschijnlijkheidsgolven. Dat wil zeggen, een elektron is een deeltje, maar de kans om dit deeltje te detecteren wordt bepaald door de de Broglie-golf. Het blijkt dat plotseling in het centrum van de natuurkunde - een wetenschap die ons vroeger nauwkeurige voorspellingen en gedetailleerde trajecten van alle objecten gaf, van planeten en kometen tot kanonskogels - de concepten van toeval en waarschijnlijkheid waren! Vandaar dat het Heisenberg-onzekerheidsprincipe verscheen: het is onmogelijk om de exacte snelheid, de exacte positie van het elektron en zijn energie op hetzelfde moment te kennen. Op kwantumniveau kunnen elektronen totaal onvoorstelbare dingen doen: verdwijnen, dan weer verschijnen, op twee plaatsen tegelijk zijn. Laten we nu direct naar teleportatie gaan.
Teleportatie en kwantumtheorie
Wanneer mensen wordt gevraagd: "Hoe stel je je het teleportatieproces voor?", Zeggen de meesten dat ze in een speciale cabine moeten zitten, vergelijkbaar met een lift, die hen naar een andere plaats zal brengen. Maar sommigen stellen het zich anders voor: ze verzamelen informatie van ons over de positie van atomen, elektronen, enz. in ons lichaam wordt al deze informatie overgebracht naar een andere plaats, waar ze u met behulp van deze informatie weer verzamelen, maar op een andere plaats. Deze optie is wellicht onmogelijk vanwege het onzekerheidsprincipe van Heisenberg: we zullen niet in staat zijn om de exacte locatie van elektronen in een atoom te achterhalen. Dit principe kan echter worden overwonnen vanwege een interessante eigenschap van twee elektronen: als twee elektronen aanvankelijk samen trillen (deze toestand wordt coherent genoemd), kunnen ze de golfsynchronisatie zelfs op grote afstand van elkaar handhaven. Zelfs als deze elektronen lichtjaren verwijderd zijn. Gebeurt er iets met het eerste elektron, dan wordt informatie daarover direct naar het andere elektron gestuurd. Dit fenomeen wordt kwantumverstrengeling genoemd. Door gebruik te maken van dit fenomeen hebben natuurkundigen de afgelopen jaren hele atomen van cesium kunnen teleporteren, en binnenkort kunnen ze mogelijk DNA-moleculen en virussen teleporteren. Overigens was het in 1993 mogelijk om de fundamentele mogelijkheid van teleportatie wiskundig te bewijzen. wetenschappers van IBM onder leiding van Charles Bennett. Dus ze weten niet alleen hoe ze processors moeten maken, als iemand het niet wist:)Door gebruik te maken van dit fenomeen hebben natuurkundigen de afgelopen jaren hele atomen van cesium kunnen teleporteren, en binnenkort kunnen ze mogelijk DNA-moleculen en virussen teleporteren. Overigens was het in 1993 mogelijk om de fundamentele mogelijkheid van teleportatie wiskundig te bewijzen. wetenschappers van IBM onder leiding van Charles Bennett. Dus ze weten niet alleen hoe ze processors moeten maken, als iemand het niet wist:)Door gebruik te maken van dit fenomeen hebben natuurkundigen de afgelopen jaren hele atomen van cesium kunnen teleporteren, en binnenkort kunnen ze mogelijk DNA-moleculen en virussen teleporteren. Overigens was het in 1993 mogelijk om de fundamentele mogelijkheid van teleportatie wiskundig te bewijzen. wetenschappers van IBM onder leiding van Charles Bennett. Dus ze weten niet alleen hoe ze processors moeten maken, als iemand het niet wist:)
In 2004 waren natuurkundigen van de Universiteit van Wenen in staat om lichtdeeltjes op een afstand van 600 meter onder de Donau via glasvezelkabel te teleporteren, waarmee ze een nieuw afstandsrecord vestigden. In 2006 werd in dergelijke experimenten voor het eerst een macroscopisch object gebruikt. Natuurkundigen van het Niels Bohr Instituut en het Max Planck Instituut slaagden erin om een lichtstraal en een gas bestaande uit cesiumatomen te verstrengelen. Vele triljoenen atomen namen deel aan dit evenement!
Helaas is het gebruik van deze methode voor het teleporteren van vaste en relatief grote objecten vreselijk onhandig, dus teleportatie zonder verstrengeling zal zich waarschijnlijk sneller ontwikkelen. Laten we het hieronder analyseren.
Teleportatie zonder verstrengeling
Onderzoek op dit gebied komt snel in een stroomversnelling. In 2007 werd een belangrijke ontdekking gedaan. Natuurkundigen hebben een teleportatiemethode voorgesteld die geen verstrengeling vereist. Dit is tenslotte het meest complexe element van kwantumteleportatie, en als het je lukt om het niet te gebruiken, kun je veel gerelateerde problemen vermijden. Dus hier is de kern van deze methode: wetenschappers nemen een bundel rubidium-atomen, vertalen al zijn informatie in een lichtstraal, sturen die bundel door een glasvezelkabel en creëren dan de oorspronkelijke bundel atomen ergens anders. Verantwoordelijk voor deze studie, Dr. Aston Bradley, noemde deze methode klassieke teleportatie.
Maar waarom is deze methode mogelijk? Het is mogelijk vanwege de recent ontdekte toestand van de materie "Bose-Einstein-condensaat" of KBE (in de afbeelding aan de linkerkant is het losgedraaid in een ellipsoïde val). Het is een van de koudste substanties in het hele universum. In de natuur is de laagste temperatuur in de ruimte te vinden: 3 Kelvin, d.w.z. drie graden boven het absolute nulpunt. Dit komt door de restwarmte van de oerknal, die nog steeds het heelal vult. Maar CBE bestaat van een miljoenste tot een miljardste graad boven het absolute nulpunt. Deze temperatuur kan alleen in een laboratorium worden verkregen.
Wanneer de stof wordt afgekoeld tot de toestand van CBE, vallen alle atomen naar het laagste energieniveau en beginnen ze tegelijk te trillen (coherent worden). De golffuncties van al deze atomen overlappen elkaar, dus in zekere zin lijkt de CBE op een gigantisch "superatoom". Het bestaan van deze stof werd in 1925 voorspeld door Einstein en Schatiendranath Bose, maar dit condensaat werd pas in 1995 ontdekt in de laboratoria van het Massachusetts Institute of Technology en de University of Colorado.
Laten we nu eens kijken naar het principe van teleportatie met de deelname van KBE. Eerst wordt een superkoude substantie verzameld uit rubidiumatomen in de CBE-toestand. Vervolgens worden gewone rubidiumatomen naar dit BEC gestuurd, waarvan de elektronen ook naar het laagste energieniveau beginnen te dalen, terwijl ze lichtquanta uitzenden, die op hun beurt door de glasvezelkabel worden doorgelaten. Bovendien bevat deze bundel alle nodige informatie om de initiële bundel materie te beschrijven. Na door de kabel te zijn gegaan, komt de lichtstraal een ander BEC binnen, waardoor het in de eerste stroom materie verandert.
Wetenschappers vinden deze methode buitengewoon veelbelovend, maar er zijn ook problemen. CBE is bijvoorbeeld erg moeilijk te verkrijgen, zelfs in een laboratorium.
Uitvoer
Kunnen we, met alles wat tot nu toe is bereikt, zeggen wanneer we zelf dit verbazingwekkende vermogen zullen ontvangen? In de komende jaren hopen natuurkundigen complexe moleculen te teleporteren. Daarna zal het waarschijnlijk tientallen jaren duren om een manier te ontwikkelen om DNA te teleporteren, of misschien een soort virus. De technische uitdagingen die op weg naar een dergelijke prestatie moeten worden overwonnen, zijn echter verbluffend. Het is waarschijnlijk dat er vele eeuwen zullen voorbijgaan voordat we gewone objecten kunnen teleporteren, als het enigszins mogelijk is.
Gebruikt materiaal: Michio Kaku "Physics of the Impossible"