Одна из теорий квантовой механики допускает, что при манипуляции с частицами имеется возможность устранения независимости их поведения. Это физическое явление носит название квантовой запутанности. Она может возникать, как естественным, так и искусственным путем в результате столкновения частиц. В естественных условиях независимые состояния частиц встречаются значительно реже, чем связанные. Примером могут служить атомы химических элементов. Когда атомы стабильны, электронные облака и ядра в них находятся в запутанном состоянии, потому что расположение их составляющих электронов, протонов, нейтронов не может быть независимым. В лабораторных условиях независимости частиц лишают искусственно, Например, сталкивая их между собой. Суть её проста и в тоже время, сложная. Она заключается в том, что если связать между собой две элементарные частицы, то манипулируя одной, можно заставить другую реагировать в ответ на действия с первой частицей, даже если их удалить на значительные расстояния друг от друга. В большинстве экспериментов используют фотоны, которые связывают между собой с помощью лазеров. Неоднократно проведенные эксперименты неизменно подтверждали физическое существование квантовой запутанности. Так в 2008 году группа швейцарских исследователей разнесла два потока спутанных фотонов на 18 километров, а в 2010 году группе австрийских исследователей удалось разнести потоки запутанных фотонов на 144 километра. При этом было установлено, что скорость взаимодействия значительно превышала скорость света. Кроме квантовой запутанности в квантовом мире действует не менее странный закон ограничение скорости. Это доказали ученые из Университета в Бонне. Поставленные ими эксперименты показали, что максимальная скорость в квантовых операциях определяется неопределенностью их энергетических состояний. То есть, чем больше у неё энергетической свободы, тем с большей скоростью она может двигаться. Ученые проводили опыты по транспортировки атомов цезия. Было замечено, чем глубже была «долина», в которую они помещали атом цезия, тем больше у него было возможностей принять различные энергетические квантовые состояния, Тем быстрее можно было переместить атом из одного местоположения в другое.
Тунеллирование одна из заметных загадок странностей квантовой физики. Это явление квантовой природы, которое в классической механике не может происходить. Суть его заключается в следующем. Микрочастица может преодолеть потенциальный барьер, когда её полная энергия меньше высоты барьера. При тунеллировании сохраняются как полная энергия частицы, так и её и импульс. Из уравнения де Бройля следует, что элементарные частицы имеют определенный импульс и определенную длину волны. Из вероятностной интерпретации Борна следует, если частица не локализирована в пространстве, то неопределенность её положения становится бесконечной. Но в реальности длины волн не бесконечны, поэтому неопределенность положения частицы и неопределенность её импульса имеют ограниченное значение. Эффект квантового тунеллирования возникает, когда частицы движутся через барьер, который по канонам классической физики, они не могут пройти. Барьером может быть непроходимая среда в виде области с высоким потенциалом энергии. Если при столкновении частицы с барьером, она как квантовая волна не погаснет, а ее амплитуда уменьшится, то это будет означать уменьшение вероятности прохождения частицы сквозь барьер. Если барьер будет достаточно тонкий, то амплитуда частицы в этом случае может быть ненулевой с другой стороны барьера. Следовательно, существует вероятность того, что отдельные частицы будут проходить через барьер. В физике нет единого определения туннельного времени, потому что время не является оператором в квантовой механике. Эксперименты по определению времени прохождения сквозь барьер квантовых частиц вследствие малых масштабов времени (аттосекунды) и масштабов длины (субнанометры), а также из-за помех окружающей среды, очень затруднительны. Впервые тунелльное время было измерено и описано в 1962 году немецким физиком Томасом Хартманом и с тех пор носит название эффект Хартмана. В результате проведенных экспериментов Хартман установил. тунеллирование является сверхсветовым процессом. Неоднократно проведенные экспериментальные проверка эффекта Хартмана независимо с какой точностью физики определяли время туннелирования, он неизменно проявлялся. Последние сомнения в точности проведения экспериментов по определению времени туннелирования поставили исследователи из Университета Торонто Дэвид Спирингс и Изабель Рашико. Барьером для прохождения служил лазерный луч, сквозь который исследователи пропустили магнитное поле. Потом взяли атомы рубидия. Спины атомов были ориентированы в определенном направлении, Направили атомы на барьер. часть из них прошла через него. Затем измерили спины атомов рубидия на другой стороне барьера и определили время тунеллирования атомов через лазерный луч. В итоге оказалось, что скорость прохождения атомов сквозь барьер превышает скорость света 105 раз. Однако ученые не считают, что при этом происходит сверхсветовая передача сигналов, хотя и отмечают, что туннелирование является еще более странным, нежели запутанность.
1.2 Достижения и проблемы квантовой физики
Квантовая физика имеет впечатляющие успехи в описании физического мира. На основании её теорий и положений эти описания делаются более точно, чем это делось до её возникновения. Она заставила коренным образом пересмотреть взгляды на понятия волны, поля и частицы. Ввела в физику понятие спина микрочастиц, как квантового объекта, не зависящего от внешних условий, определяющего свойства частиц. Те приемы, которыми квантовая физика описывает процессы, проходящие в микромире трудно воспринимаемые. Но результаты, получаемые при использовании теорий и предсказаний квантовой физики, позволили объяснить многие физические явления, которые классическую физику ставили в тупик. Использование квантово механические представления квантовой физики дало возможность переосмыслить природу частиц. На основании теоретических разработок квантовой физики были предсказаны, а затем экспериментально открыты новые фундаментальные (неделимые) частицы кварки. В последнее десятилетие работы ученых направлены на изучении кварковой структуры элементарных частиц и при этом получены обнадеживающие результаты. Квантовая физика включает в себя классическую физику. Это самая современная физика. Только она смогла решить давно назревший вопрос и логически объяснить, почему атомы сохраняют устойчивость. Квантовая теория поля, входящая в состав квантовой физики, смогла объяснить основы корпускулярно волнового дуализма элементарных частиц, который считается качественным отличием микромира. Теперь при обнаружении новых свойств частиц микромира, постулируются новые виды взаимодействий, придумываются новые трактовки этих свойств. Благодаря положениям квантовой физики, теоретики в своих теоретических разработках конструируют природу, используя новый механизм исследований виртуальность. Знакомство с микромиром на таком уровне потребовало создания сложного оборудования при проведении опытных работ. Теории разработанные в рамках квантовой физики оказали огромное влияние на развитие атомной энергетики. квантовой электроники, лазерной техники.
Несмотря на ошеломляющий успех квантовой физики, в решении накопившихся проблем в классической физике, многие ученые считают, что возможности квантовой физики ограниченны и у неё имеется много нерешенных проблем. Основным недостатком и проблемой квантовой физики считается проблема построения квантовой гравитации. Несмотря множество научных работ, проведенных на высоком профессиональном уровне, физикам теоретикам до сих пор не удалось разработать до конца эту теорию. Трудность её создания, заключается в различиях принципов теорий, которые необходимо объединить при построении этой тории теорию относительности и квантовую механику. Много также и других, не решенных проблем. Так, например, нет логического объяснения, почему бозон Хиггса взаимодействует с различными частицами по-разному? Излучают ли черные дыры тепло и содержит ли это излучение информацию о структурах черных дыр? Каким образом космические лучи передают нейтрино столько энергии, что они могут путешествовать сотни тысяч лет во Вселенной? Анализ приведенных литературных публикаций, свидетельствует о том. что квантовая физика является перспективным направлением развития современной физики. На страницах данной книги представлены объяснения достижений и проблем квантовой физики с позиции взаимодействия материи с помощью смоделированной системы, базирующейся на следующих принципах.
1.3 Методика моделирования
Реалии (R) окружающего мира являются результатом взаимодействия материи (W) и пространства (P).
R = W + P
1.Последней неделимой частицей материи является положительно заряженная частица гравитон (g), а последней неделимой частицей пространства является отрицательно заряженная частица простон (p).
2. Формой взаимосвязи материи с пространством является энергия, Она представлена в двух видах: энергии материи (Em) и энергии пространства ( Ep.), которые взаимно переходят друг в друга.
3. Пространство в смоделированной системе представлено совокупностями простонов, собранных в «силовые нити», которые, в свою очередь, образуют своеобразную «сеть», равномерно напряженную во всех направлениях за счет сил отталкивания одноименных зарядов.
4. Материя в смоделированной системе представляет собой совокупность гравитонов, размещенных определенным образом между силовыми нитями пространства.