Mitambo ya quantum inakuwezesha kuona, kujisikia na kugusa chembe (sehemu ya 1)

6710x 21. 11. 2018

Ni nini? quantum mechanics na ilianzaje? Ikiwa Max Planck hakuwa na kupuuza ushauri mmoja mbaya, hakutaka kuanza mapinduzi katika atomi. Muda muhimu ulikuwa 1878 wakati Planck mdogo aliuliza mmoja wa wasomi wake kama kufuata kazi katika fizikia. Profesa Philip von Jolly aliiambia Planck kupata kazi nyingine. Uvumbuzi wote muhimu katika fizikia tayari umefanywa, kumhakikishia profesa wa mlinzi wake mdogo.

Kama Planck alivyokumbuka baadaye, von Jolly alisema,

"Fizikia inaweza kuendelea hata kidogo, uchunguzi au kuweka katika utaratibu na tamtoho hiyo, lakini mfumo kwa ujumla ni nanga na nadharia fizikia ni kwa kiasi kikubwa inakaribia kukamilika."

Kwa kuweka moja ya vitu vidogo vyenye kazi, ikawa hatimaye aliipata Panga Tuzo ya Nobel na yeye alizaliwa quantum mechanics. Jambo lisilo na wasiwasi lilihusisha jambo la kawaida sana: Kwa nini vitu vinajitokeza kwa njia wanavyofanya wakati wa joto? Vifaa vyote, bila kujali ambavyo vilifanywa, vitende sawa na joto la kupanda - hutokea nyekundu, njano, na hatimaye nyeupe. Hakuna fizikia katika 19. karne haikuweza kuelezea mchakato huu unaoonekana rahisi.

Tatizo limeonekana kuwa "janga la ultraviolet," kwa sababu nadharia bora imetabiri kuwa vitu vinavyotaka kwenye joto la juu sana vinapaswa kuondoa nishati ya muda mrefu zaidi ya nishati ya wavelength. Tangu tunajua kuwa sasa nguvu haina kuleta balbu mwanga ndani ya mionzi ya nguvu ya kifo, fizikia katika 19. Hakukuwa wazi neno la mwisho hapa.

Nishati inaweza kufyonzwa

Planck kupatikana jibu tayari katika 1900 na kile kilichokuwa hit kisasa. Kwa kweli, alidhani kuwa nishati inaweza kufyonzwa au kuambukizwa kwa kiasi tu, au kiasi. Ilikuwa ni kuondoka kwa kiasi kikubwa kutoka fizikia ya classic ambayo ilidai nishati ikatoka kupitia mkondo unaoendelea, unaoendelea. Wakati huo, Planck hakuwa na sababu ya kinadharia, lakini pia alifanya kazi. Kiasi chake kwa ufanisi kilipunguzwa kiasi cha nishati makala zinazowaka zinaweza kutolewa wakati wowote wa joto. Hatimaye, hakuna mionzi yenye mauti ya ultraviolet!

Mapinduzi ya Quantum

Ndio jinsi mapinduzi ya quantum yalivyoanza. Ilichukua miaka ya kazi ya kinadharia ya Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr na titans nyingine za fizikia, hivyo ni iliyopita Planck msukumo kwa nadharia ya kina, lakini huu ni mwanzo tu, kwa sababu hakuna kweli kuelewa kilichokuwa kinaendelea na vitu inapokanzwa.

nadharia ya quantum mechanics, ambayo inahusika na chembe na ugonjwa wa nishati katika ulimwengu wa chembe ndogo zinazotokana na uzoefu yetu ya kila siku na yote ni kuonekana kwa Sensorium yetu clumsy. Si kila kitu kisichoonekana kabisa! Baadhi ya athari quantum ni siri kutoka machoni, ingawa wao ni mkali na nzuri kama mionzi ya jua na pambo la nyota, kama kitu kingine chochote kwamba haikuweza kabisa alielezea kabla ya ujio wa quantum mechanics.

Ni matukio ngapi kutoka ulimwengu wa quantum tunaweza kupata katika maisha yetu ya kila siku? Ni habari gani ambayo akili zetu zinaweza kugundua kwa hali halisi ya ukweli? Baada ya yote, kama nadharia ya awali inaonyesha, matukio ya quantum yanaweza kuongozwa chini ya pua zetu. Kwa kweli, wanaweza kutokea vizuri katika pua zetu.

Bonde la Quantum

Je, kinachotokea katika pua yako unapoamka na kujisikia harufu ya kahawa au kipande cha mkate katika gesi yako isiyoweza kufa? Kwa chombo hiki cha hisia juu ya uso, ni tu hisia. Kama vile Enrico Fermi, ambaye alijenga kitambaa cha kwanza cha nyuklia ulimwenguni, mara moja kukaanga vitunguu, itakuwa nzuri kuelewa jinsi chombo chetu kinachofanya kazi.

Mechanics ya Quantum (© Jay Smith)

Kwa hivyo unamalala kitandani na fikiria juu ya kuandaa toast safi. Molekuli ya harufu ya mtiririko kupitia hewa. Kupumua kwako kutavuta baadhi ya molekuli hizi ndani ya cavity ya pua kati ya macho yako tu juu ya kinywa. Molekuli zimeunganishwa kwenye safu ya mucosal juu ya uso wa cavity ya pua na imesimama kwenye vipokezi vyema. Ni hangs kutoka kwenye ubongo kunusa neva minyiri jellyfish, ni sehemu tu ya mfumo mkuu wa neva, ambayo ni daima wazi kwa dunia ya nje.

Kile kinachotokea baadaye sio wazi kabisa. Tunajua kuwa molekuli za harufu zinamfunga kwa yoyote ya mapokezi ya 400 juu ya uso wa mucosa, hatujui hasa jinsi gani na jinsi mawasiliano haya yanajenga hisia zetu za harufu. Kwa nini ni vigumu kuelewa harufu?

Andrew Horsfield, mwanasayansi katika Imperial College London, anasema hivi:

"Hii ni sehemu kwa sababu ya shida ya kufanya majaribio ya kuchunguza kinachotokea ndani ya mapokezi yaliyothibitisha."

Jinsi harufu inafanya kazi

Maelezo ya kawaida ya jinsi harufu ya kazi inaonekana rahisi: receptors kukubali maumbo maalum Masi. Wao ni kama kufuli ambazo zinaweza kufunguliwa tu na funguo sahihi. Kila moja ya molekuli inayoingia ndani ya pua inafaa katika seti ya mapokezi kulingana na nadharia hii. Ubongo unatafsiri mchanganyiko wa kipekee wa molekuli ya receptors ulioamilishwa, kwa mfano kama harufu ya kahawa. Kwa maneno mengine, tunahisi maumbo ya molekuli! Hata hivyo, kuna tatizo la msingi na mfano wa ufunguo muhimu. '

Horsfield anasema:

"Unaweza kuwa na molekuli yenye maumbo tofauti na nyimbo ambazo zote zinawapa hisia sawa."

Inaonekana kwamba kitu ambacho sio tu sura kinafaa kuhusishwa hapa, lakini ni nini? Utata mbadala kwa mtindo huu unaonyesha kuwa hisia zetu ni ulioamilishwa tu mfumo wa molekuli, lakini pia kwa jinsi molekuli hizi vibrate. Molekuli zote zinaendelea kuzungumza kwa mzunguko fulani, kulingana na muundo wao. Je, pua zetu kwa namna fulani zinaweza kutofautiana katika tofauti hizo za vibrational? Luca Turin, biophysicist katika kituo cha utafiti cha sayansi ya biomedical, Alexandr Fleming, huko Ugiriki, anaamini wanaweza.

Nadharia ya vibration ya harufu

Turin, ambaye pia alikuwa mmoja wa wataalamu linaloongoza duniani kwa manukato ulitokana vibration nadharia harufu nzuri, kwanza uliopendekezwa mwanakemia Malcolm Dyson katika 1938. Baada Turin katika miaka ya tisini kwa mara ya kwanza Dyson hawakupata wazo kwamba, alianza kutafuta molekuli ambazo zitamwezesha mtihani nadharia. Alikazia juu ya misombo ya sulfuri ambayo ina harufu ya pekee na tabia ya vibrations Masi. Turin kisha zinahitajika ili kubaini misombo unrelated kabisa na sura tofauti Masi ya kiberiti, lakini kwa huo vibrational frequency kuamua kama kuna kitu kama kiberiti. Hatimaye mmoja alipata molekuli iliyo na boron. Lazima lazima amesikia kama sulfuri. "Hapa ninafanya hivyo," anasema, "nadhani haiwezi kuwa bahati mbaya."

Tangu wakati huo yeye wazi kunusa Turin kukusanya ushahidi majaribio kuunga mkono wazo hili, na kufanya kazi na Horsfield usindikaji maelezo ya kinadharia. Miaka mitano iliyopita, Turin na wenzake iliyoundwa majaribio ambapo baadhi ya molekuli hidrojeni katika Dutu harufu nzuri wamekuwa kubadilishwa na deuterium, isotopu hidrojeni na neutrons katika kiini na kugundua kwamba watu wanaweza kujisikia tofauti sana. Kutokana na ukweli kuwa hidrojeni na deuterium molekuli na sura sawa lakini masafa tofauti vibrational, matokeo tena zinaonyesha kuwa pua zetu unaweza kweli kuchunguza vibrations. Matokeo sawa yameonyeshwa na majaribio na nzizi za matunda.

Je, sisi pia huhisi vibration?

Turnip wazo bado utata - data wake majaribio kugawanywa kunusa fani mbalimbali jamii ya watafiti. Lakini ikiwa ni sawa, na badala ya maumbo, sisi pia huhisi vibration, jinsi nos nos wetu kufanya? Turin ilibainisha kuwa athari ya kiasi inaweza kuingizwa hapa, inayoitwa tunneling. Katika mitambo ya umeme, elektroni na chembe nyingine zote zina asili mbili - kila ni chembe na wimbi. Hii wakati mwingine utapata harakati ya elektroni katika vifaa kama handaki, kwa njia ambayo itakuwa marufuku chembe kwa mujibu wa sheria za fizikia classical.

Masi mitikisiko harufu nzuri inaweza kutoa kuruka juhudi chini ya nishati wanahitaji elektroni kuruka kutoka sehemu moja ya siphon kwa kipokezi cha pili. Kiwango cha mabadiliko ya kuruka na molekuli tofauti, ambayo husababisha msukumo wa neva ambao hufanya mtazamo wa harufu mbalimbali katika ubongo.

Hivyo pua yetu inaweza kuwa detector elektroniki kisasa. Je, pua zetu zingewezaje kutumia faida ya utunzaji wa kiasi hicho?

Turin inasema:

"Nadhani tunapuuzia teknolojia hii, kusema mistari machache. Miaka bilioni nne ya utafiti na maendeleo na fedha zisizo na ukomo ni muda mrefu kwa mageuzi. Lakini sidhani ni jambo la kushangaza sana ambalo maisha hufanya. "

Mitambo ya quantum

Sehemu zaidi kutoka kwa mfululizo

Acha Reply