1. Парадоксы и мысленные эксперименты.

3. Эксперимент был осуществлён "внутри" синтетического алмаза, содержащего значительную долю изотопов углерода-13. На иллюстрации: искусственный кристалл Apollo . Международной группе учёных впервые удалось добиться Квантовая запутанность в алмазе. переноса квантовых состояний частиц в твердотельном материале. По мнению многих специалистов, получение устойчивого эффекта "телепортации" позволит в будущем создать работоспособную модель квантового компьютера. Опыты по установлению и удержанию дистанционной корреляции между наблюдаемыми физическими свойствами объектов проводятся не первый год. Учёные уже "связывали" несколько отдельных атомов, например восемь ионов кальция, или группу фотонов. Спутать же частицы в твердотельных системах, которые теоретически обеспечат квантовому состоянию бóльшую устойчивость, до сих пор ни у кого не получалось. Группа физиков под руководством профессора Йорга Врахтрупа из университета Штутгарта продемонстрировала, что возможно добиться квантовой запутанности двух или трёх частиц в кристаллической решётке. Напомним, что под запутанностью подразумевается передача от одной

4. частицы к другой набора каких-либо её квантовых характеристик (например, значения спина у электрона) – одной или нескольких. Поскольку характеристика частицы – в силу принципа неопределённости Гейзенберга – носит вероятностный характер, это открывает новые возможности в вычислительной технике: там, где обычный компьютер вычисляет функцию от одной переменной, квантовый компьютер получает сразу все значения функции, "размазанные" в пространстве волнообразно,– В тот момент, когда Золушка делает замер поляризации первой из спутанных частиц, нам становится известно, какая характеристика будет у второй, которую измеряет прекрасный принц (иллюстрация с сайта ipod.org.uk). производительность должна вырасти экспоненциально. Но вот добиться запутанности в лабораторных условиях – не так просто. В первую очередь потому, что необходимо обеспечить устойчивость квантовых состояний: связанные частицы, взаимодействуя с внешней средой, стремятся вернуться из спутанного состояния в "обычное". И чем частиц больше, тем их сложнее удержать. В ходе эксперимента в структуру искусственного алмаза добавили атом

5. азота – он получает один спутанный электрон, взаимодействуя с соседним атомом углерода. Впоследствии эти частицы можно с помощью лазера "обратить" в квантовое состояние спутанности, а потом, прикладывая к ним магнитное или электростатическое поле, "переместить" характеристику электронного спина от атома азота атому углерода в решётке. Меню.

6. Демон Лапласа — мысленный эксперимент 1814 года, предложенный французским математиком Пьером-Симоном Лапласом, а также главный персонаж этого эксперимента — вымышленное разумное существо, способное, восприняв в любой данный момент времени положение и скорость каждой частицы во Вселенной, узнавать её эволюцию как в будущем, так и в прошлом. Лаплас придумал это существо для наглядной демонстрации степени нашей неосведомленности и необходимости в статистическом описании некоторых реальных процессов в окружающем мире. Проблематика демона Лапласа связана не с вопросом о том, возможно ли детерминистическое предсказание хода событий в действительности, на практике (de facto), а в том, возможно ли оно в принципе, теоретически (de jure). Именно такая возможность заключена в механистическом описании с его характерным дуализмом, основанным на динамическом законе и начальных условиях. То, что развитием динамической системы управляет детер­министический закон (хотя на практике наше незнание начальных состояний исключает всякую возможность детерминистических предсказаний), позволяет «отличать» объективную истину о системе, какой она пред­ставлялась бы демону Лапласа, от эмпирических ограничений, вызванных нашим незнанием. В контексте классической динамики детерминистическое описание может быть недостижимым на практике, тем не менее оно остается пределом, к которому должна сходиться последовательность всё более точных описаний.

7. Исходная формулировка. Лаплас был твердым сторонником каузального детерминизма, суть которого можно выразить таким отрывком из Essai philosophique sur les probabilités : Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определенный момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы неясного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое. Такой разум часто называют Демоном Лапласа . Стоить заметить, однако, что описание гипотетического разума в качестве демона принадлежит не Лапласу, а его поздним биографам: Лаплас видел себя учёным, и полагая, что человечество может достичь лучшего научного понимания мира, он осознавал, что в случае, если такое произойдёт, всё равно потребуются огромные вычислительные мощности, чтобы произвести такие расчёты в один определённый момент. Хотя Лаплас видел предстоящие практические проблемы человечества в достижении этой наивысшей степени знания и развития вычислительной техники, поздние представления о квантовой механике, которые были приняты философами в защиту существования свободы воли, также оставляют теоретическую возможность опровержения существования такого «разума». Меню.

8. Демон Максвелла — мысленный эксперимент 1867 года, а также его главный персонаж — гипотетическое разумное существо микроскопического размера, придуманное Джеймсом Максвеллом с целью проиллюстрировать кажущийся парадокс Второго начала термодинамики. Мысленный эксперимент состоит в следующем: предположим, сосуд с газом разделён непроницаемой перегородкой на две части: правую и левую. В перегородке отверстие с устройством (так называемый демон Максвелла), которое позволяет пролетать быстрым (горячим) молекулам газа только из левой части сосуда в правую, а медленным (холодным) молекулам — только из правой части сосуда в левую. Тогда, через большой промежуток времени, горячие молекулы окажутся в правом сосуде, а холодные — в левом. Таким образом, получается, что демон Максвелла позволяет нагреть правую часть сосуда и охладить левую без дополнительного подвода энергии к системе. Энтропия для системы, состоящей из правой и левой части сосуда, в начальном состоянии больше, чем в конечном, что противоречит термодинамическому принципу неубывания энтропии в замкнутых системах Парадокс разрешается, если рассмотреть замкнутую систему, включающую в себя демона Максвелла и сосуд. Для функционирования демона Максвелла необходима передача ему энергии от стороннего источника. За счёт этой энергии и производится разделение горячих и холодных молекул в сосуде, то есть переход в состояние с меньшей энтропией. Меню.

9. Источник волн перемещается налево. Тогда слева частота волн становится выше (больше), а справа — ниже (меньше), другими словами, если источник волн догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется — длина волны увеличивается.. Эффект Доплера. Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Его легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, тот услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и, соответственно, большей длины) звуковых волн. Для волн, распространяющихся в какой-либо среде (например, звука) нужно принимать во внимание движение как источника так и приёмника волн

10. относительно этой среды. Для электромагнитных волн (например, света), для распространения которых не нужна никакая среда, имеет значение только относительное движение источника и приёмника. Эффект был впервые описан Кристианом Доплером в 1842 году. Также важен случай, когда в среде движется заряженная частица с релятивистской скоростью. В этом случае в лабораторной системе регистрируется черенковское излучение, имеющее непосредственное отношение к эффекту Доплера. Меню.

11. Суть эксперимента. В закрытый ящик помещён кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50 %. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.Вопреки расхожим представлениям, сам Шрёдингер придумал этот опыт вовсе не потому, что он верил, будто «мёртвоживые» коты существуют; наоборот, он считал квантовую механику неполной и не до конца описывающей реальность в данном случае. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью),

12. то означает, что это верно и для атомного ядра. Оно обязано быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.Кроме того, что Шрёдингер в этой статье познакомил нас с котом,он ещё ввёл термин «запутанность» Меню.

13. Мозг в колбе — в философии это разновидность мысленных экспериментов, иллюстрирующих зависимость человека в понимании действительности от его субъективных ощущений. В общем случае суть эксперимента выводится из идеи, свойственной научно-фантастическим произведениям, о том что некий любопытный учёный может извлечь мозг некого подопытного человека из тела, поместить его в колбу с питательным раствором, и подключить нейроны к компьютеру, генерирующему электрические импульсы идентичные тем, которые получал бы мозг, находясь в теле, а также реагирующему на нервные импульсы, посылаемые мозгом. Компьютер может симулировать виртуальную реальность, таким образом человек, которому принадлежит мозг, несмотря на отсутствие тела, будет по прежнему осознавать себя существующим и постигающим окружающий мир, генерируемый компьютером, считая его реальным. В философии Возможные сценарии данного мысленного эксперимента используются в философии скептицизма и солипсизма, утверждая следующее: так как мозг в колбе производит и получает точно такие же импульсы, как он делал бы это находясь в черепе, и так как эти импульсы являются для мозга единственной возможностью взаимодействовать с окружающей реальностью,

14. то с точки зрения мозга нет возможности гарантированно утверждать, находится ли он в черепе или в колбе. В первом случае вера человека (обладателя мозга) в объективность своих ощущений (например, что человек гуляет по улице, или ест мороженое) — будет истиной, а во втором — ложной. И так как невозможно знать, не находится ли мозг в колбе, следовательно, может быть, что большинство верований в объективную реальность — ложны. Этот мысленный эксперимент часто используется для иллюстрации скептицизма Декарта. Меню.

15. Парадокс Белла — один из известных релятивистских парадоксов специальной теории относительности, связанный с невозможностью определения понятия «абсолютно твёрдого тела» в пространстве-времени теории относительности. В наиболее известном варианте самого Белла парадокс возникает при рассмотрении мысленного эксперимента, включающего в себя два ускоряющихся в одном и том же направлении космических корабля и соединяющую их натянутую до предела струну. Если корабли начнут синхронно ускоряться, то в сопутствующей кораблям системе отсчёта расстояние между ними начнёт увеличиваться и струна разорвётся . С другой стороны, в системе отсчёта, в которой корабли сначала покоились, расстояние между ними не увеличивается, и поэтому струна разорваться не должна . Какая точка зрения правильная? Согласно теории относительности, первая — разрыв струны. Хронологически первое упоминание парадокса содержится в работе Э. Девана и М. Берана 1959 года, которые рассматривали результат подобного мысленного эксперимента как подтверждение реальности релятивистского сокращения тел. Мысленный эксперимент Белла В версии Белла два космических корабля, вначале покоящиеся относительно некоторой инерциальной системы отсчёта (ИСО), соединяются натянутой до предела струной. В нулевой момент времени по часам соответствующей ИСО оба корабля начинают ускоряться с постоянным собственным ускорением g , измеряемым размещёнными на борту каждого корабля акселерометрами.

16. Вопрос состоит в том, разорвётся ли струна, то есть увеличится ли расстояние между кораблями? В соответствии с мнением Девана и Берана, а также Белла, в системе отсчёта, в которой изначально корабли покоились, расстояние между ними будет оставаться неизменным, но длина струны будет испытывать релятивистское сокращение, так что в некоторый момент времени струна разорвётся. Против такого решения проблемы были выдвинуты возражения, которые затем, в свою очередь, были подвергнуты критике. Например, Пол Нороки (англ. Paul Nawrocki ) предполагал, что струна не должна разорваться, в то время как Эдмонд Деван (англ. Edmond Dewan ) защищал свою исходную точку зрения в ответной работе Белл писал, что он встретил сдержанный скептицизм «одного известного экспериментатора» в ответ на своё изложение парадокса. Для того, чтобы разрешить спор, было проведено неформальное совещание теоретического отдела ЦЕРНа. Белл утверждает, что «ясным общим мнением» отдела стало признание того, что струна не должна разорваться. Далее Белл добавляет: «Конечно, многие люди, получившие сначала неправильный ответ, дошли до верного путём дальнейших рассуждений». Позже, в 2004 году, Мацуда и Киносита писали, что опубликованная ими в японском журнале работа, содержащая независимо переоткрытый вариант парадокса, была сильно раскритикована. Авторы, однако, не дают ссылок на критические работы, утверждая только, что они были написаны на японском языке. Меню.