Il teletrasporto, o la capacità di spostare istantaneamente persone e oggetti da un luogo all'altro, può facilmente cambiare la direzione dello sviluppo della civiltà e del mondo intero in generale. Ad esempio, il teletrasporto cambierebbe una volta per tutte i principi della guerra, renderebbe superflui tutti i mezzi di trasporto e la parte migliore: le vacanze non sarebbero più un problema. Chi non vorrebbe avere il proprio teletrasporto personale a casa?
Probabilmente, è per questo motivo che questa capacità è la più desiderabile tra l'umanità. Certo, prima o poi sarà la fisica che dovrà realizzare questo sogno. Bene, vediamo cosa ha già l'umanità nel nostro tempo?
Vorrei iniziare con una citazione di un famoso scienziato:
È meraviglioso che ci troviamo di fronte a un paradosso. Ora possiamo sperare di andare avanti.
Niels Bohr
Teletrasporto secondo Newton
Nel quadro della teoria di Newton, il teletrasporto è semplicemente impossibile. Le leggi di Newton si basano sull'idea che la materia sia composta da minuscole palle da biliardo dure. Gli oggetti non si muovono a meno che non vengano spinti; gli oggetti non scompaiono né riappaiono altrove. Ma nella teoria quantistica, le particelle sono in grado di fare proprio questi trucchi.
La meccanica newtoniana durò 250 anni e fu rovesciata nel 1925 quando Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e i loro colleghi svilupparono la teoria quantistica. In generale, se il teletrasporto verrà mai realizzato, sarà grazie alla teoria quantistica. Pertanto, esaminiamolo in modo più dettagliato.
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Teoria dei quanti
Una delle equazioni più importanti nel teletrasporto è l'equazione delle onde di Schrödinger (vedi foto). Forse c'è un posto per parlare di come è apparso. Una volta Erwin tenne una conferenza su un fenomeno interessante in cui si diceva che gli elettroni si comportano allo stesso modo delle onde. Peter Debye, uno dei colleghi fisici presenti nella sala, ha posto la domanda: "Se un elettrone può essere descritto come un'onda, allora che aspetto ha la sua equazione d'onda?"
A quel tempo, grazie a Newton, tutti conoscevano già il calcolo differenziale, i fisici descrivevano qualsiasi onda nel linguaggio del differenziale. equazioni. Pertanto, Schrödinger ha preso questa domanda come una sfida e ha deciso di sviluppare un'equazione simile per l'elettrone. E lo fece, poiché Maxwell una volta derivò le sue equazioni per i campi di Faraday, Schrödinger derivò l'equazione per l'onda di de Broglie (la cosiddetta onda elettronica).
Una leggera deviazione dall'argomento: gli storici della scienza hanno impiegato molti sforzi per cercare di capire dove fosse Schrödinger e cosa stesse facendo quando ha scoperto la sua famosa equazione. Si è scoperto che era un sostenitore dell'amore libero e spesso andava in vacanza con le sue amanti. Teneva persino un diario dettagliato, in cui inseriva tutte le sue amanti e contrassegnava ogni incontro con un codice complesso. Si ritiene che il fine settimana in cui fu scoperta l'equazione, Schrödinger trascorse sulle Alpi, a Villa Herwig, con una delle sue amiche. Quindi le donne a volte possono aiutare a stimolare l'attività mentale;)
Ma non è così semplice. Se l'elettrone è descritto come un'onda, allora cosa vibra in esso? La risposta è attualmente ritenuta essere la seguente tesi di Max Born: Queste onde non sono altro che onde di probabilità. Cioè, un elettrone è una particella, ma la probabilità di rilevare questa particella è stabilita dall'onda di de Broglie. Si scopre che improvvisamente nel centro della fisica - una scienza che ci dava previsioni accurate e traiettorie dettagliate di qualsiasi oggetto, dai pianeti e comete alle palle di cannone - c'erano i concetti di caso e probabilità! Da qui è apparso il principio di indeterminazione di Heisenberg: è impossibile conoscere la velocità esatta, la posizione esatta dell'elettrone e la sua energia nello stesso momento. A livello quantistico, gli elettroni possono fare cose completamente inimmaginabili: sparire, poi riapparire, trovarsi in due posti contemporaneamente. Bene, ora passiamo direttamente al teletrasporto.
Teletrasporto e teoria quantistica
Quando alle persone viene chiesto: "Come immagini il processo di teletrasporto?", La maggior parte dice che devono entrare in una cabina speciale, simile a un ascensore, che li porterà in un altro luogo. Ma alcuni lo immaginano in modo diverso: raccolgono informazioni da noi sulla posizione di atomi, elettroni, ecc. nel nostro corpo, tutte queste informazioni vengono trasferite in un altro luogo, dove, utilizzando queste informazioni, ti raccolgono di nuovo, ma in un luogo diverso. Questa opzione è forse impossibile a causa del principio di indeterminazione di Heisenberg: non saremo in grado di scoprire la posizione esatta degli elettroni in un atomo. Tuttavia, questo principio può essere superato a causa di un'interessante proprietà di due elettroni: se due elettroni vibrano inizialmente all'unisono (questo stato è chiamato coerente), sono in grado di mantenere la sincronizzazione delle onde anche a grande distanza l'uno dall'altro. Anche se questi elettroni sono lontani anni luce. Se succede qualcosa al primo elettrone, le informazioni al riguardo verranno immediatamente trasmesse all'altro elettrone. Questo fenomeno è chiamato entanglement quantistico. Approfittando di questo fenomeno, i fisici negli ultimi anni sono stati in grado di teletrasportare interi atomi di cesio, e presto potrebbero essere in grado di teletrasportare molecole di DNA e virus. A proposito, è stato possibile dimostrare matematicamente la possibilità fondamentale del teletrasporto nel 1993. scienziati dell'IBM sotto la guida di Charles Bennett. Quindi non solo sanno come realizzare processori, se qualcuno non lo sapeva:)Approfittando di questo fenomeno, i fisici negli ultimi anni sono stati in grado di teletrasportare interi atomi di cesio, e presto potrebbero essere in grado di teletrasportare molecole di DNA e virus. A proposito, è stato possibile dimostrare matematicamente la possibilità fondamentale del teletrasporto nel 1993. scienziati dell'IBM sotto la guida di Charles Bennett. Quindi non solo sanno come realizzare processori, se qualcuno non lo sapeva:)Approfittando di questo fenomeno, i fisici negli ultimi anni sono stati in grado di teletrasportare interi atomi di cesio, e presto potrebbero essere in grado di teletrasportare molecole di DNA e virus. A proposito, è stato possibile dimostrare matematicamente la possibilità fondamentale del teletrasporto nel 1993. scienziati dell'IBM sotto la guida di Charles Bennett. Quindi non solo sanno come realizzare processori, se qualcuno non lo sapeva:)
Nel 2004, i fisici dell'Università di Vienna sono stati in grado di teletrasportare particelle di luce a una distanza di 600 m sotto il fiume Danubio tramite cavo in fibra ottica, stabilendo così un nuovo record di distanza. Nel 2006, un oggetto macroscopico è stato utilizzato per la prima volta in tali esperimenti. I fisici del Niels Bohr Institute e del Max Planck Institute sono riusciti a intrappolare un fascio di luce e un gas costituito da atomi di cesio. Molti trilioni di atomi hanno partecipato a questo evento!
Sfortunatamente, l'utilizzo di questo metodo per teletrasportare oggetti solidi e relativamente grandi è terribilmente scomodo, quindi è probabile che il teletrasporto senza entanglement si sviluppi più velocemente. Analizziamolo di seguito.
Teletrasporto senza intrappolamento
La ricerca in questo settore sta rapidamente acquisendo slancio. Nel 2007 è stata fatta un'importante scoperta. I fisici hanno proposto un metodo di teletrasporto che non richiede l'entanglement. Dopotutto, questo è l'elemento più complesso del teletrasporto quantistico e se riesci a non usarlo, sarai in grado di evitare molti problemi correlati. Quindi ecco il succo di questo metodo: gli scienziati prendono un raggio di atomi di rubidio, traducono tutte le sue informazioni in un raggio di luce, inviano quel raggio lungo un cavo in fibra ottica e poi ricreano il raggio originale di atomi altrove. Responsabile di questo studio, il dottor Aston Bradley, ha chiamato questo metodo teletrasporto classico.
Ma perché è possibile questo metodo? È possibile a causa dello stato della materia "Condensato di Bose-Einstein", o KBE, scoperto di recente (nell'immagine a sinistra, è districato in una trappola ellissoide). È una delle sostanze più fredde dell'intero universo. In natura, la temperatura più bassa può essere trovata nello spazio: 3 Kelvin, ad es. tre gradi sopra lo zero assoluto. Ciò è dovuto al calore residuo del Big Bang, che ancora riempie l'universo. Ma CBE esiste da un milionesimo a un miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto. Questa temperatura può essere ottenuta solo in laboratorio.
Quando la sostanza viene raffreddata allo stato di CBE, tutti gli atomi cadono al livello di energia più basso e iniziano a vibrare all'unisono (diventano coerenti). Le funzioni d'onda di tutti questi atomi si sovrappongono, quindi in un certo senso il CBE assomiglia a un "superatomo" gigante. L'esistenza di questa sostanza fu prevista da Einstein e Schatiendranath Bose nel 1925, ma questo condensato fu scoperto solo nel 1995 nei laboratori del Massachusetts Institute of Technology e dell'Università del Colorado.
Quindi, ora consideriamo il principio stesso del teletrasporto con la partecipazione di KBE. Innanzitutto, una sostanza superfredda viene raccolta dagli atomi di rubidio nello stato CBE. Quindi gli atomi di rubidio ordinari vengono diretti a questo BEC, i cui elettroni iniziano anche a scendere al livello di energia più basso, mentre emettono quanti di luce, che a loro volta vengono trasmessi attraverso il cavo in fibra ottica. Inoltre, questo raggio contiene tutte le informazioni necessarie per descrivere il raggio iniziale di materia. Dopo essere passato attraverso il cavo, il raggio di luce entra in un altro BEC, che lo trasforma nel flusso iniziale di materia.
Gli scienziati trovano questo metodo estremamente promettente, ma ci sono problemi propri. Ad esempio, il CBE è molto difficile da ottenere anche in laboratorio.
Produzione
Con tutto ciò che è stato ottenuto finora, possiamo dire quando riceveremo questa straordinaria capacità? Nei prossimi anni, i fisici sperano di teletrasportare molecole complesse. Dopodiché, ci vorranno probabilmente diversi decenni per sviluppare un modo per teletrasportare il DNA, o forse qualche tipo di virus. Tuttavia, le sfide tecniche che dovranno essere superate per raggiungere tale risultato sono sorprendenti. È probabile che passeranno molti secoli prima che possiamo teletrasportare oggetti ordinari, se possibile.
Materiale utilizzato: Michio Kaku "Physics of the Impossible"
