Syv almindelige myter om kvantefysik

Jeg har populariseret kvantefysik, mit forskningsområde, i mange år nu. Den brede offentlighed finder emnet fascinerende, og forsider til bøger og magasiner trækker ofte på dets mysterium. Der er opstået en række misforståelser inden for dette område af fysik, og mit formål her er at se på fakta for at afsløre syv af disse myter.

Bare rolig, du behøver ikke vide meget om kvantefysik for at læse denne artikel. Jeg vil mest forklare, hvad kvantefysik ikke er, i stedet for hvad det er...

1. "Kvantefysik handler om usikkerhed"

Forkert! Kvantefysik er sandsynligvis den mest præcise videnskabelige disciplin, der nogensinde er udtænkt af menneskeheden. Det kan forudsige visse egenskaber med ekstrem nøjagtighed, til 10 decimaler, hvilket senere eksperimenter præcis bekræfter.

Denne myte opstod delvist i Werner Heisenbergs "usikkerhedsprincip". Han viste, at der er en grænse for, hvor nøjagtigt to størrelser – for eksempel en partikels hastighed og dens position – kan måles samtidigt. Når kvantefysik bruges til at beregne andre størrelser, såsom energi, eller atomers magnetiske egenskaber, den er forbløffende i sin præcision.

2. "Kvantefysik kan ikke visualiseres."

Kvantefysik beskriver objekter, der ofte er "mærkelige" og svære at sætte ind i billeder:bølgefunktioner, overlejrede tilstande, sandsynlighed amplitude, komplekse tal for blot at nævne nogle få. Folk siger ofte, at de kun kan forstås med matematiske ligninger og symboler. Og alligevel laver vi fysikere altid fremstillinger af det, når vi underviser og populariserer det. Vi bruger grafer, tegninger, metaforer, projektioner og mange andre enheder. Hvilket er lige så godt, fordi studerende og endda veterankvantefysikere som os har brug for et mentalt billede af de objekter, der bliver manipuleret. Den omstridte del er nøjagtigheden af ​​disse billeder, da det er svært at repræsentere et kvanteobjekt præcist.

I samarbejde med designere, illustratorer og videomagere, det Fysik reimagined forskerhold søger at "tegne" kvantefysik i alle dens former:foldeaktiviteter, grafiske romaner, skulpturer, 3D animationer, og videre og videre.

3. "Selv videnskabsmænd forstår ikke rigtig kvantefysik"

En af de førende lamper i feltet, Richard Feynman sagde selv:"Jeg tror, ​​jeg kan roligt sige, at ingen forstår kvantemekanik." Men han tilføjede straks:"Jeg vil fortælle dig, hvordan naturen opfører sig." Niels Bohr, en af ​​grundlæggerne af disciplinen, giver en god opsummering:"De, der ikke er chokerede, da de første gang støder på kvanteteori, kan umuligt have forstået det."

Fysikere forstår, hvad de laver, når de manipulerer kvanteformalismen. De skal blot tilpasse deres intuitioner til dette nye felt og dets iboende paradokser.

4. "Nogle få geniale teoretikere kom op med hele konceptet om kvantefysik"

Hele kvantefysikkens historie viser det stik modsatte:i begyndelsen, laboratorieforsøg gav uventede resultater, såsom den fotoelektriske effekt, sort kropsstråling, atomernes lysemissionsspektrum. Først senere kom geniale teoretikere ind på scenen, når Albert Einstein, Max Planck, Niels Bohr og andre forsøgte at komme med forklaringer.

Yderligere grundlæggende eksperimenter fulgte, inklusive elektroner, der prellede mærkeligt af nikkel, sølvatomer mærkeligt afviget af et magnetfelt, et perfekt ledende metal ved lave temperaturer og så videre. Teorier og begreber dukkede så op igen:dualitet, spin eller superledning blev indført. De højproduktive "frem og tilbage" udvekslinger mellem teori og praksis er, hvad fysikken er bygget på. Eksperimenter kommer generelt først, undtagen i meget få tilfælde.

5. "Einstein var kvantefysikkens værste fjende"

Stakkels gamle Albert Einstein er ofte afbildet som at have været en virulent modstander af kvantefysik, sandsynligvis på grund af hans berømte citat, "Gud spiller ikke terninger med universet." Alligevel var han ikke imod det, og hvad mere er, han skabte det! I 1905 skrev Einstein sin grundlæggende artikel, "På et heuristisk synspunkt vedrørende produktion og transformation af lys", baseret på Max Plancks arbejde. I det, han foreslog, at lyset var lavet af små, individuelle og kvantificerede organer, kaldet fotoner. Det var det, der vandt ham Nobelprisen, faktisk, ikke hans arbejde med relativitetsteorien.

Einstein fik formentlig det ry på grund af sine diskussioner med Niels Bohr, især på ideen om fortolkning og kvantevirkelighed, da han ikke accepterede begrebet ikke-lokalitet. Senere, eksperimenter med sammenfiltring og overtrædelse af Bells sætning beviste, at han tog fejl og viste fraværet af skjulte variable. Einstein værdsatte fuldt ud relevansen af ​​kvantefysik, han havde bare et par problemer med nogle af dets implikationer, især hvad angår lokalitet.

6. "Kvantefysik har ingen praktisk nytte"

Kvantefysik er sandsynligvis den mest nyttige disciplin i moderne fysik:engang fysikere forstod, hvordan lys, atomer og elektroner arbejdede, de var i stand til at manipulere dem. Lasere, MR på hospitaler, LED'er, glimtvis erindring, harddiske – og frem for alt andet, transistoren og elektronikken - alle disse teknologier blev opfundet af kvantefysikere.

7. "Kvantefysik kan forklare visse alternative terapier og andre mysterier"

Mange mennesker, der tror på paranormale fænomener og på visse "terapier", hævder at være inspireret af kvantefysik. Indisk-amerikanske Deepak Chopra er en af ​​de mest berømte fortalere for denne tilgang. Han har udviklet en slags kvantemystik, hvor en pseudo-New Age spiritualitet finder sine akkreditiver i videnskabelig jargon såsom "menneskelig kvante-krops essens", "lokaliseret energi- og informationsfelt med cybernetiske feedback-sløjfer", og "harmonisering af det kvantemekaniske legeme". Han foregiver derefter at etablere kvanteforhold mellem sind, bevidsthed, stof og universet. "Quanteterapier" tilbyder også plejeprotokoller baseret på kroppen set som "et vibrations- og energifelt", vært for "vibrerende tilstande" og "bioresonanser".

Dette er uærligt på to punkter. Det første trick består i at bruge videnskabelige termer til at mystificere kvantefysikken, når der i virkeligheden ikke er noget mysterium. Laboratorieforsøg og dagliglivet har vist sin gyldighed. På den anden side, ingen af ​​fænomenerne beskrevet af disse terapier eller overbevisninger har noget videnskabeligt grundlag. Først og fremmest, ord betegner meget præcise betydninger i kvantefysikken, og de bliver fuldstændigt misbrugt i disse pseudovidenskaber.

Mere snyd kan findes, når kvanteegenskaber ekstrapoleres til en menneskelig skala. For at være helt klar, kvanteegenskaber som superposition af tilstande eller kvantisering gælder ikke i den levende verden på menneskelig skala. 2012 Nobelprisvinderen Serge Haroche beviste dette med sine eksperimenter. Når et objekt interagerer for meget med sit miljø og bliver for stort, det er ikke længere et kvanteobjekt.

Imidlertid, Jeg vil ikke dømme dem, der ønsker at teste denne tilgang, som hører til troens område, ikke videnskab. Alle kan gøre som de vil, selvfølgelig. Jeg vil kun bede folk om at lade være med at foregive, at det har noget videnskabeligt grundlag i kvantefysikken. Enhver sådan påstand er simpelthen falsk.

Det er det! Jeg håber, at det lykkedes mig at afsløre kvantefysikken lidt. Til sidst, det er ligesom enhver anden videnskabelig disciplin.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.