Квантовые эффекты в макромире.
Квантовая физика оказалась очень успешной теорией, которая объяснила странные явления микромира, в котором царят законы, "невозможные" в нашем мире. Зачастую не имеющие аналогов в реальном мире. Как можно представить себе объект, который и волна и частица. Причём в любом соотношении - 50 на 50 или 80 на 20. Принцип неопределённости, запрещающий одновременно точно определять координаты и скорость или время и энергию. Возможность находиться и "здесь" и "там" одновременно.
Известный физик-теоретик Ричард Фейнман как-то заметил, что хотя квантовая механика существует уже более полувека, ее до сих пор не понимает ни один человек в мире. И тут же добавил: он может утверждать это вполне смело.
Традиционно считалось, что квантовые законы распространяются на объекты микромира - атомные и субатомные частицы, элементарные частицы. Даже среди физиков раньше было убеждение, что квантовые эффекты приемлемы только к микрообъектам.
При переходе из микромира в мкакромир, как считалось раньше, на каком-то уровне происходит переход одних законов в другие. Во Вселенной с её крупномасштабными объектами царят частная и общая теории относительности А. Эйнштейна. Однако с течением времени стало понятно, что это совсем не так. Так в каких эффектах можно наблюдать квантовые эффекты визуально?
• Электрический ток большой плотности.
Когда по проволоке протекает электрический ток небольшой плотности, его величина остается одинаковой по всей длине проволоки и она нагревается равномерно. Но когда плотность тока достигает очень большой величины, поток электронов за счет квантовых процессов в кристаллической решетке превращается в волновой пакет. Сила тока в разных местах проволоки становится различной, и металл сгруппировавшимися в волну электронами нагревается неравномерно. На диаграмме видно, что на проволоке соседствуют "холодные" участки с температурой 350-420°С и раскаленные до 1050-1250°С.
Этот уникальный кадр видеофильма демонстрирует макроскопическое проявление квантовых процессов - возникновение периодических скачков температуры металла вдоль стальной проволоки диаметром 0,3 мм во время протекания по ней электрического тока силой 48,6 А. Проволока погружена в воду, длина ее видимого участка 25 мм.
• Конденсат Бозе - Эйнштейна.
Конденсат Бозе - Эйнштейна - агрегатное состояние материи, основу которой составляют охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю бозоны. В таком сильно охлаждённом состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Теоретически было предсказано Альбертом Эйнштейном на основе работ Шатьендраната Бозе в 1925 году. Этот феномен является непосредственным проявлением законов квантовой механики, согласно которым система может получать энергию только дискретно. Если система находится при настолько низких температурах, что пребывает в наинизшем энергетическом состоянии, то она уже не в состоянии уменьшить свою энергию даже за счёт трения. Без трения жидкость легко преодолевает гравитационное притяжение благодаря молекулярному сцеплению жидкости со стенками сосуда и занимает наиболее выгодное положение - вне сосуда. Эта работа была выполнена Эриком Корнеллом и Карлом Виманом из университета штата Колорадо и Вольфгангом Кеттерле из MIT. Учёные охладили атомы рубидия до 170 нанокельвина.
Click to view• Явления сверхтекучести.
Явления сверхтекучести осуществляется в сверхтекучем 4He. При температуpax ниже температуры перехода в гелии происходит Бозе- Эйнштейна конденсация, состоящая в том, что конечная доля атомов гелия переходит в низшее (при данных макроскопич. условиях) квантовое состояние.
• Явление сверхпроводимости.
Макроскопические квантовые эффекты наблюдается в сверхпроводящих металлах. Поскольку электроны подчиняются статистике Ферми - Дирака, в одном квантовом состоянии не может находиться больше одного электрона. Однако при переходе в сверхпроводящее состояние в металле образуются пары из двух электронов с противоположными импульсами и спинами - так называемые куперовские пары. Эти пары, являющиеся бозонами, ниже точки перехода находятся в состоянии бозе-конденсации и характеризуются макроскопической волновой функцией. Таким образом, сверхпроводимость чисто квантовое явление. Самым ярким проявлением сверхпроводимости является эффект Мейснера, проявляющийся полным вытеснением магнитного поля из сверхпроводника.
• Другие эксперименты.
В планируемых экспериментах учёные попытаются продемонстрировать другие квантовые явления на макроуровне. Например, в этом опыте предложен эксперимент для демонстрации квантового туннельного эффекта в макромире.
А в этом опыте принцип неопределённости Гейзенберга представлен на макроуровне. Это может проявляться в том, что гравитационные волны в принципе невозможно наблюдать.
А эта теория космической ряби очень изящно объясняет, почему гравитационные волны могут не наблюдаться. Опять из-за тесного взаимодействия макромира, точнее гравитационных волн на процессы микромира - декогерентность - схлопывание волновой функции.
Ещё по теме: http://www.modcos.com/articles.php?id=150