Teleportacija ali zmožnost takojšnjega premikanja ljudi in predmetov iz enega kraja v drugega lahko zlahka spremeni smer razvoja civilizacije in celotnega sveta na splošno. Na primer, teleportacija bi enkrat za vselej spremenila načela bojevanja, vsa prevozna sredstva bi bila nepotrebna in še najboljši del: počitnice ne bi bile več problem. Kdo noče imeti doma svojega osebnega teleporta?
Verjetno je prav zato ta sposobnost med človeštvom najbolj zaželena. Seveda bodo prej ali slej te sanje uresničile fizika. No, poglejmo, kaj človeštvo že ima v našem času?
Začel bi s citatom znanega znanstvenika:
Čudovito je, da se srečujemo s paradoksom. Zdaj lahko upamo, da bomo napredovali naprej.
Niels Bohr
Teleportacija po Newtonu
V okviru Newtonove teorije teleportacija preprosto ni mogoča. Newtonovi zakoni temeljijo na ideji, da je materija sestavljena iz drobnih trdih biljardnih kroglic. Predmeti se ne premikajo, če jih ne potisnemo; predmeti ne izginejo ali se ponovno pojavijo drugje. Toda v kvantni teoriji so delci sposobni narediti prav take trike.
Newtonska mehanika se je držala 250 let in je bila strmoglavljena leta 1925, ko so Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger in njihovi sodelavci razvili kvantno teorijo. Na splošno, če bo teleportacija sploh kdaj uresničena, bo to zasluga kvantne teorije. Zato si ga oglejmo podrobneje.
Promocijski video:
Kvantna teorija
Ena najpomembnejših enačb v teleportaciji je Schrödingerjeva valovna enačba (glej fotografijo). Mogoče se je treba pogovoriti o tem, kako se je pojavilo. Erwin je nekoč predaval o zanimivem pojavu, v katerem je bilo rečeno, da se elektroni obnašajo enako kot valovi. Peter Debye, eden izmed kolegov fizikov, prisotnih v dvorani, je postavil vprašanje: "Če lahko elektron opišemo kot val, kako izgleda njegova valovna enačba?"
V tistem času so po zaslugi Newtona vsi že poznali diferencialno računanje, fiziki so v jeziku diferenciranja opisali kateri koli val. enačbe. Zato je Schrödinger to vprašanje vzel kot izziv in se odločil, da bo razvil podobno enačbo za elektron. In to je tudi storil, ko je Maxwell nekoč izpeljal svoje enačbe za polja Faraday, je Schrödinger izpeljal enačbo za val de Broglie (tako imenovani valovanje elektronov).
Majhno odstopanje od teme: Zgodovinarji znanosti so vložili veliko truda, da bi ugotovili, kje je Schrödinger in kaj počne, ko je odkril svojo znamenito enačbo. Izkazalo se je, da je podpornik svobodne ljubezni in je pogosto hodil na dopust s svojimi ljubicami. Vodil je celo podroben dnevnik, v katerega je vpisal vse svoje ljubice in vsako srečanje označil s kompleksno šifro. Menijo, da je konec tedna, ko je bila enačba odkrita, Schrödinger preživel v Alpah, v vili Herwig, z eno od svojih deklet. Tako lahko ženske včasih pomagajo spodbuditi miselno aktivnost;)
A ni tako preprosto. Če je elektron opisan kot val, kaj potem v njem vibrira? Trenutno je odgovor na naslednjo tezo Maxa Borna: Ti valovi niso nič drugega kot valovi verjetnosti. To pomeni, da je elektron delček, vendar verjetnost zaznavanja tega delca določa val de Broglie. Izkazalo se je, da so se nenadoma v samem centru fizike - znanosti, ki nam je dala natančne napovedi in podrobne usmeritve kakršnih koli predmetov, od planetov in kometov do topovskih krogel - pojavili pojmi naključja in verjetnosti! Od tod se je pojavil Heisenbergov princip negotovosti: nemogoče je vedeti natančno hitrost, natančen položaj elektrona in njegovo energijo v istem trenutku. Na kvantni ravni lahko elektroni počnejo povsem nepredstavljive stvari: izginejo, nato se znova pojavijo, biti na dveh mestih hkrati. No, zdaj pa preidimo direktno na teleportacijo.
Teleportacija in kvantna teorija
Ko se ljudje vprašajo: "Kako si predstavljate postopek teleportacije?", Večina pravi, da se morajo spraviti v kakšno posebno kabino, podobno kot dvigalo, ki jih bo odpeljalo na drugo mesto. Toda nekateri si to predstavljajo drugače: od nas zbirajo informacije o položaju atomov, elektronov itd. v našem telesu se vsi ti podatki prenesejo na drug kraj, kjer vas z uporabo teh informacij spet zbirajo, vendar na drugem mestu. Ta možnost je morda mogoča zaradi Heisenbergovega načela negotovosti: natančnega položaja elektronov v nekem atomu ne bomo mogli ugotoviti. Vendar je to načelo mogoče premagati zaradi zanimive lastnosti dveh elektronov: če dva elektrona sprva vibrirata v sozvočju (to stanje imenujemo koherenten), potem lahko vzdržujeta sinhronizacijo valov tudi na veliki razdalji drug od drugega. Tudi če so ti elektroni oddaljeni svetlobna leta. Če se s prvim elektronom nekaj zgodi, bodo informacije o tem takoj posredovane drugemu elektronu. Ta pojav imenujemo kvantno zapletanje. Z izkoriščanjem tega pojava so fiziki v preteklih letih lahko teleportirali cele atome cezija in kmalu bodo lahko teleportirali molekule DNK in viruse. Mimogrede, osnovno možnost teleportacije je bilo mogoče leta 1993 dokazati matematično. znanstveniki iz IBM-a pod vodstvom Charlesa Bennetta. Torej ne vedo samo, kako narediti procesorje, če kdo ni vedel:)Z izkoriščanjem tega pojava so fiziki v preteklih letih lahko teleportirali cele atome cezija in kmalu bodo lahko teleportirali molekule DNK in viruse. Mimogrede, osnovno možnost teleportacije je bilo mogoče leta 1993 dokazati matematično. znanstveniki iz IBM-a pod vodstvom Charlesa Bennetta. Torej ne vedo samo, kako narediti procesorje, če kdo ni vedel:)Z izkoriščanjem tega pojava so fiziki v preteklih letih lahko teleportirali cele atome cezija in kmalu bodo lahko teleportirali molekule DNK in viruse. Mimogrede, osnovno možnost teleportacije je bilo mogoče leta 1993 dokazati matematično. znanstveniki iz IBM-a pod vodstvom Charlesa Bennetta. Torej ne vedo samo, kako narediti procesorje, če kdo ni vedel:)
Leta 2004 so fiziki na dunajski univerzi lahko prek optičnega kabla teleportirali svetlobne delce na razdalji 600 m pod reko Donavo in tako postavili nov rekord na daljavo. Leta 2006 so v takšnih poskusih prvič uporabili makroskopski objekt. Fiziki z inštituta Niels Bohr in inštituta Max Planck so uspeli zaviti žarek svetlobe in plina, sestavljen iz atomov cezija. Pri tem dogodku je sodelovalo veliko trilijonov atomov!
Na žalost je uporaba te metode za teleportiranje trdnih in relativno velikih predmetov zelo neprijetna, zato se bo teleportacija brez zapletov verjetno razvijala hitreje. Analizirajmo to spodaj.
Teleportacija brez zapletov
Raziskave na tem področju hitro pridobivajo na veljavi. Leta 2007 je bilo narejeno pomembno odkritje. Fiziki so predlagali način teleportacije, ki ne potrebuje zapletanja. Konec koncev je to najkompleksnejši element kvantne teleportacije in če vam ga ne bo uspelo uporabiti, se boste lahko izognili številnim povezanim težavam. Torej, tukaj je vsebina te metode: Znanstveniki vzamejo snop atomov rubidija, vse njegove informacije prevedejo v žarek svetlobe, pošljejo to snop po optičnem kablu in nato znova ustvarijo originalni snop atomov drugje. Odgovorni za to raziskavo, dr. Aston Bradley, je to metodo poimenoval klasična teleportacija.
Toda zakaj je ta metoda možna? Možno je to zaradi nedavno odkritega stanja snovi "Bose-Einsteinov kondenzat" ali KBE (na sliki na levi strani je razvit v elipsoidni pasti). Je ena najhladnejših snovi v celotnem vesolju. V naravi najdemo najnižjo temperaturo v vesolju: 3 Kelvina, tj. tri stopinje nad absolutno ničlo. To je posledica preostale toplote Velikega poka, ki še vedno napolnjuje vesolje. Toda CBE obstaja od ene milijone do milijarde stopinj nad absolutno ničlo. To temperaturo lahko dobimo le v laboratoriju.
Ko se snov ohladi do stanja CBE, vsi atomi padejo na najnižjo energijsko raven in začnejo enotno vibrirati (postanejo skladni). Valovne funkcije vseh teh atomov se prekrivajo, zato CBE v nekem smislu spominja na velikanskega "superatoma". Obstoj te snovi sta leta 1925 predvidela Einstein in Schatiendranath Bose, vendar so ta kondenzat odkrili šele leta 1995 v laboratorijih Tehnološkega inštituta v Massachusettsu in Univerzi v Koloradu.
Torej, zdaj razmislimo o samem principu teleportacije s sodelovanjem KBE. Najprej se super-hladna snov zbira iz atomov rubidija v stanju CBE. Nato se na ta BEC pošljejo navadni atomi rubidija, katerih elektroni prav tako začnejo padati na najnižjo energijsko raven, hkrati pa oddajajo svetlobne kvante, ki se prenašajo preko optičnega kabla. Poleg tega ta žarek vsebuje vse potrebne informacije za opis začetnega žarka snovi. Po prehodu skozi kabel svetlobni žarek vstopi v drug BEC, ki ga spremeni v začetni tok snovi.
Znanstveniki menijo, da je ta metoda izjemno obetavna, vendar obstajajo težave same. CBE je na primer zelo težko dobiti celo v laboratoriju.
Izhod
Ali lahko ob vsem doseženem doslej rečemo, kdaj bomo sami dobili to neverjetno sposobnost? V prihodnjih letih fiziki upamo teleportirati zapletene molekule. Po tem bo verjetno minilo nekaj desetletij, da bo razvit način teleportacije DNK ali morda kakšnega virusa. Vendar so tehnični izzivi, ki jih bo treba premagati na poti do takega dosežka, neverjetni. Verjetno bo minilo več stoletij, preden bomo lahko navadni predmeti teleportirali, če sploh.
Uporabljeni material: Michio Kaku "Fizika nemogočega"