Teleportace nebo schopnost okamžitě přesunout lidi a předměty z jednoho místa na druhé může snadno změnit směr vývoje civilizace a celého světa obecně. Například teleportace by jednou provždy změnila principy boje, učinila by všechny dopravní prostředky zbytečnými a nejlepší část: prázdniny by už nebyly problémem. Kdo nechce mít doma svůj osobní teleport?
Pravděpodobně z tohoto důvodu je tato schopnost mezi lidmi nejžádanější. Samozřejmě dříve nebo později to bude fyzika, která bude muset tento sen splnit. Podívejme se, co už lidstvo má v naší době?
Chtěl bych začít citací od slavného vědce:
Je úžasné, že čelíme paradoxu. Nyní můžeme doufat, že se posuneme kupředu.
Niels Bohr
Teleportace podle Newtona
V rámci Newtonovy teorie je teleportace jednoduše nemožná. Newtonovy zákony jsou založeny na myšlence, že záležitost je tvořena malými tvrdými kulečníkovými míčky. Objekty se nepohybují, pokud nejsou tlačeny; objekty nikde nezmizí nebo se znovu neobjeví. Ale v kvantové teorii jsou částice schopny dělat jen takové triky.
Newtonská mechanika trvala 250 let a byla svržena v roce 1925, když Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger a jejich kolegové vyvinuli kvantovou teorii. Obecně platí, že pokud bude teleportace někdy realizována, bude to díky kvantové teorii. Proto se na to podívejme podrobněji.
Propagační video:
Kvantová teorie
Jednou z nejdůležitějších rovnic v teleportaci je Schrödingerova vlnová rovnice (viz foto). Možná existuje místo, kde se dá mluvit o tom, jak to vypadalo. Erwin jednou přednesl přednášku o zajímavém jevu, ve kterém bylo řečeno, že elektrony se chovají stejně jako vlny. Peter Debye, jeden z fyzikových kolegů přítomných v hale, se zeptal: „Pokud lze elektron charakterizovat jako vlnu, jak vypadá její vlnová rovnice?“
Do té doby už díky Newtonovi každý znal diferenciální počet, fyzici popsali jakoukoli vlnu v jazyce diferenciální. rovnice. Proto Schrödinger vzal tuto otázku jako výzvu a rozhodl se vyvinout podobnou rovnici pro elektron. A udělal to, protože Maxwell jednou odvozoval své rovnice pro pole Faraday, Schrödinger odvozil rovnici pro de Broglieovu vlnu (tzv. Elektronová vlna).
Malá odchylka od tématu: Historici vědy věnovali spoustu úsilí pokusu zjistit, kde Schrödinger byl a co dělal, když objevil jeho slavnou rovnici. Ukázalo se, že podporoval svobodnou lásku a často chodil na dovolenou se svými milenkami. Dokonce si vedl podrobný deník, ve kterém vstoupil do všech svých milenek a označil každé setkání složitým kódem. Předpokládá se, že o víkendu, kdy byla objevena rovnice, strávil Schrödinger v Alpách u Villa Herwig s jednou z jeho přítelkyní. Ženy mohou někdy pomoci stimulovat duševní činnost;)
Ale to není tak jednoduché. Pokud je elektron popsán jako vlna, co v něm vibuje? Odpověď je v současné době považována za následující Max Born tezi: Tyto vlny nejsou ničím jiným než vlnami pravděpodobnosti. To znamená, že elektron je částice, ale pravděpodobnost detekce této částice je dána de Broglieho vlnou. Ukazuje se, že najednou v samém středu fyziky - vědě, která nám dávala přesné předpovědi a podrobné trajektorie jakýchkoli objektů, od planet a komet po dělové koule - byly koncepce náhody a pravděpodobnosti! Proto se objevil Heisenbergův princip nejistoty: není možné znát přesnou rychlost, přesnou polohu elektronu a jeho energii ve stejnou chvíli. Na kvantové úrovni mohou elektrony dělat úplně nepředstavitelné věci: zmizet, pak se znovu objevit, být na dvou místech současně. Nyní přejdeme přímo k teleportaci.
Teleportace a kvantová teorie
Když se lidí ptají: „Jak si představujete proces teleportace?“, Většina říká, že se musí dostat do nějaké speciální kabiny, podobné výtahu, který je odvede na jiné místo. Někteří si to ale představují jinak: shromažďují od nás informace o poloze atomů, elektronů atd. v našem těle jsou všechny tyto informace přeneseny na jiné místo, kde pomocí těchto informací vás znovu shromažďují, ale na jiném místě. Tato možnost je možná nemožná kvůli principu Heisenbergovy nejistoty: nebudeme schopni zjistit přesné umístění elektronů v atomu. Tento princip však lze překonat díky zajímavé vlastnosti dvou elektronů: pokud dva elektrony zpočátku vibrují v souzvuku (tento stav se nazývá koherentní), pak jsou schopny udržet synchronizaci vln i ve velké vzdálenosti od sebe. I když jsou tyto elektrony vzdálené roky. Pokud se něco stane prvnímu elektronu, informace o tomto budou okamžitě předány druhému elektronu. Tento jev se nazývá kvantové zapletení. S využitím tohoto jevu byli fyzici v posledních letech schopni teleportovat celé atomy cesia a brzy mohou být schopni teleportovat molekuly DNA a viry. Mimochodem, v roce 1993 bylo možné matematicky prokázat základní možnost teleportace. vědci z IBM pod vedením Charlese Bennetta. Takže nejen vědí, jak vyrobit procesory, pokud někdo nevěděl:)S využitím tohoto jevu byli fyzici v posledních letech schopni teleportovat celé atomy cesia a brzy mohou být schopni teleportovat molekuly DNA a viry. Mimochodem, v roce 1993 bylo možné matematicky prokázat základní možnost teleportace. vědci z IBM pod vedením Charlese Bennetta. Takže nejen vědí, jak vyrobit procesory, pokud někdo nevěděl:)S využitím tohoto jevu byli fyzici v posledních letech schopni teleportovat celé atomy cesia a brzy mohou být schopni teleportovat molekuly DNA a viry. Mimochodem, v roce 1993 bylo možné matematicky prokázat základní možnost teleportace. vědci z IBM pod vedením Charlese Bennetta. Takže nejen vědí, jak vyrobit procesory, pokud někdo nevěděl:)
V roce 2004 dokázali fyzici na vídeňské univerzitě teleportovat světelné částice ve vzdálenosti 600 m pod řekou Dunaj pomocí optického kabelu, čímž se nastavil nový záznam vzdálenosti. V roce 2006 byl v těchto experimentech poprvé použit makroskopický objekt. Fyzikům z Niels Bohr Institute a Max Planck Institute se podařilo zamotat paprsek světla a plyn tvořený atomy cesia. Na této akci se zúčastnilo mnoho bilionů atomů!
Bohužel, použití této metody pro teleportování pevných a relativně velkých objektů je hrozně nepohodlné, takže teleportace bez zapletení se bude pravděpodobně vyvíjet rychleji. Pojďme to analyzovat níže.
Teleportace bez zapletení
Výzkum v této oblasti rychle nabývá na síle. V roce 2007 došlo k významnému objevu. Fyzici navrhli metodu teleportace, která nevyžaduje zapletení. Koneckonců, jedná se o nejsložitější prvek kvantové teleportace, a pokud se vám jej nepodaří použít, budete se moci vyhnout mnoha souvisejícím problémům. Tady je tedy podstata této metody: Vědci berou paprsek atomů rubidia, převádějí všechny své informace do paprsku světla, vysílají paprsek dolů kabelem z optických vláken a pak znovu vytvářejí původní paprsek atomů jinde. Odpovědný za tuto studii, Dr. Aston Bradley, nazval tuto metodu klasickým teleportováním.
Ale proč je tato metoda možná? Je to možné díky nedávno objevenému stavu hmoty „Bose-Einsteinův kondenzát“nebo KBE (na obrázku vlevo je roztažen v elipsoidním pasti). Je to jedna z nejchladnějších látek v celém vesmíru. V přírodě lze nejnižší teplotu nalézt v prostoru: 3 kelvinů, tj. tři stupně nad absolutní nulou. Je to kvůli zbytkovému teplu Velkého třesku, který stále vyplňuje vesmír. Ale CBE existuje od jedné milioniny do jedné miliardiny stupně nad absolutní nulou. Tuto teplotu lze získat pouze v laboratoři.
Když je látka ochlazena do stavu CBE, všechny atomy klesnou na nejnižší energetickou úroveň a začnou vibrovat v souzvuku (stanou se koherentními). Vlnové funkce všech těchto atomů se překrývají, takže v jistém smyslu se CBE podobá obřímu „superatomu“. Existenci této látky předpovídali Einstein a Schatiendranath Bose v roce 1925, ale tento kondenzát byl objeven až v roce 1995 v laboratořích Massachusetts Institute of Technology a University of Colorado.
Nyní se podívejme na samotný princip teleportace za účasti KBE. Nejprve se supercoldová látka shromažďuje z atomů rubidia ve stavu CBE. Pak se do tohoto BEC posílají běžné atomy rubidia, jejichž elektrony také začínají klesat na nejnižší energetickou hladinu, zatímco vyzařují světelnou kvantu, která se zase přenášejí optickým kabelem. Navíc tento paprsek obsahuje všechny potřebné informace k popisu počátečního paprsku hmoty. Po průchodu kabelem vstoupí světelný paprsek do dalšího BEC, který jej přemění v počáteční tok hmoty.
Vědci považují tuto metodu za mimořádně slibnou, ale existují i její vlastní problémy. Například CBE je velmi obtížné získat i v laboratoři.
Výstup
Se vším, čeho bylo doposud dosaženo, můžeme říci, kdy my sami získáme tuto úžasnou schopnost? V následujících letech fyzici doufají, že teleportují komplexní molekuly. Poté bude pravděpodobně trvat několik desetiletí, než se vyvine způsob teleportování DNA nebo možná nějakého viru. Technické výzvy, které bude třeba na cestě k takovému úspěchu překonat, jsou však úžasné. Je pravděpodobné, že uběhne mnoho století, než budeme teleportovat obyčejné předměty, pokud je to možné.
Použitý materiál: Michio Kaku "Physics of the Impossible"