Дэлхийн хамгийн нэр хүндтэй шагналд тооцогддог Нобелийн шагнал гардуулах үйл ажиллагаа Шведийн нийслэл Стокгольм хотод жил бүр зохион байгуулагддаг уламжлалтай. Физик, физиологи ба анагаах ухаан, хими, эдийн засаг, уран зохиол, энх тайван зэрэг зургаан төрөлд шилдгүүдээ шалгаруулдаг уг ёслол энэ жил аравдугаар сарын 3-наас 10-ны хооронд болсон билээ. Бид 2022 оны Нобелийн шагналыг ямар суут хүмүүс хүртсэнийг цуврал нийтлэл болгон танилцуулахаар тэргүүн нийтлэлээ уншигч танд өргөн барьж байна. Бидний эхний зогсоол бол физик.

Нобелийн шагналын тухай товч танилцуулахад динамитыг бүтээсэн химич, зохион бүтээгч, эрдэмтэн Альфред Нобель хүн төрөлхтний бүтээн босгож буй хөгжил дэвшлийг зүй ёсоор үнэлэх хэрэгтэй хэмээн үздэг байсан төдийгүй насан эцэслэх үедээ тэдгээр эрхмүүдийг хүндэтгэхийн тулд есөн сая ам.долларыг гэрээсэлсэн байдаг. Тийнхүү Альфредийн хүслийн дагуу 1901 оноос өнөөг хүртэл Нобелийн шагнал гардуулах ёслолыг зохион байгуулж буй.


ЭХЛЭХИЙН ӨМНӨ: ЭЙНШТеЙНИЙ ЭНДҮҮРЛИЙГ ОЙЛГОХ НЬ

Квант ертөнцийн зарчмуудыг хүн төрөлхтөн дөнгөж ойлгож ядан байсан 1900-аад оны үед классик физикчдээс хүчтэй дайралт орж ирсээр байв. Мэдээж фронтын тэргүүн эгнээнд Альберт Эйнштейн байв. Хорвоо ертөнц дээр ямар ч физикийн харилцан үйлчлэл гэрлийн хурдаас хэтрэхгүй гэж Эйнштейн хэлдэг ч нөгөө талаас тэрээр фотоэлектрик эффектийг тайлбарласнаараа квант физикийг үндэслэгчдээс хоёрдугаарт буюу Макс Планкын дараа бичигддэг. Өөрөөр хэлбэл, гэрлээс хурдан харилцан үйлчлэлийг илэрхийлж буй квант физик нь түүний эчнээ гаргаж ирсэн харьцангуйн онолтой зөрчилдөж байсан юм.

Тэгвэл Эйнштейний хүлээн зөвшөөрч чадаагүй буюу юу ч тодорхой бус байх тавилантай квант ертөнцийн талаар тодорхой ойлголттой болохын тулд зарим зүйлсийг эргэн санах хэрэгтэй болно. Учир нь та квант физиктэй нэгэнт орооцолдсон бол эдгээр ойлголтыг мэдэх нь зайлшгүй.



Магадлалын тэнгис: Квант ертөнцөд электрон, фотон гэх мэт аливаа бөөмсийг хэмжих хүртэл тодорхой хэмжээнд магадлалын түвшинд оршин байна. Харин хэмжилт хийснээр нэг төлөв нь бодит болж бусад нь устдаг.

Тодорхойгүйн зарчим: Бөөмийн хэмжигдэхүүн бүрийг нэгэн зэрэг хэмжих боломжгүй. Учир нь нэгийг нь нарийн хэмжихэд нөгөө нь төдий чинээ тодорхойгүй болно.

Супербайрлал буюу суперпозиц: Хэмжилт хийж нэгийг нь бодит болгох хүртэл бусад төлөвүүдэд зэрэг орших үзэгдэл.

Квант орооцолдоон: Хоёр бөөмийг нэг төлөвт оруулан холбосноор нэг нь нөгөөдөө шууд харилцан үйлчлэх үзэгдэл. Жишээ нь, +1, -1 гэсэн хоёр бөөмийг сүлэлдүүлж 0 гэсэн төлөвт оруулбал, аль нэг бөөмийг нь хэмжих хүртэл тухайн хоёр бөөм хоёулаа +1, -1 гэсэн төлөвт зэрэг буюу супер байрлалд оршино. Харин нэгийг нь хэмжиж үзэхэд +1 байлаа гэж таарахад нөгөөгийнх нь магадлалын тэнгис шууд ширгэж -1 болон хувирсан байна.



Долгион бөөмийн хоёрдмол чанар: Бөөмс ерөнхийдөө долгион эсвэл бөөм гэсэн хоёр хэлбэрээр оршдог гэвэл хэмжилтээс хамааран аль нэг шинж нь давамгайлж таарна.

Шрёдингерийн муур: Супер байрлалыг энгийнээр тайлбарлах буюу классик ертөнц дээр жишээ аван тайлбарлахыг хүссэн Шрёдингер хэмээх эрдэмтний оролдлого.

Алсын зайн хачирхалтай үйлчлэл: Квант түвшинд орооцолдон орших хоёр бөөмийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг гэрлээс хурдан буюу шууд дамжуулагдах боломжгүй хэмээн Эйнштейний шоглож хэлсэн үг.

"ЭПР ПАРАДОКС"

Эйнштейний хувьд квант механик нь хараахан төлөвшөөгүй, тайлбарууд нь дутуу дулимаг байсан учраас тэр Борис Подольский, Натан Розен хэмээх хоёр классик физикчийн хамт квантийнхан руу буюу Нильс Бор тэргүүтэй Копенгахийнханд хүнд цохилт өгөхдөө бэлдэж байсан юм.

Товчхондоо тэд “Уучлаарай хүндэт нөхөд өө. Гэхдээ ертөнцөд ямар ч мэдээлэл гэрлээс хурдан дамжих ёсгүй. Тэгэхээр та бүхний математикт нэг алдаа байх шиг байна. Ахиад нэг хараад үз” гэсэн байр суурьтай байв. Тийнхүү тэд Эйнштейн-Подольский-Розений парадокс буюу ЭПР ПАРАДОКС хэмээх төсөөллийн туршилтыг хөгжүүлж эхэлжээ.

Гаргалгаа ёсоор бол хэний ч анзаараагүй нэгэн нууц хувьсагч байгаа гэх таамаг тэдэнд байсан ба үүсгүүрээс салсан хоёр бөөм анх орооцолдохдоо л хоорондоо мэдээллээ солилцчихсон байх ёстой хэмээн үзэж байсан юм. Харин Копенхагийнхны хувьд үүнийг хэмжиж үзэхээс нааш хариуг нь олох боломжгүй буюу нэг төрлийн парадокс байв.



ПАРАДОКСЫН ТАЙЛАЛ

Эйнштейн уг зөрчилдөөний хариуг мэдэж чадалгүй нас эцэслэсэн ч төд удалгүй парадоксын тайллыг нэгэн онолыг физикч олсон билээ. Тэр бол Жон Стюарт Белл. Олонд танигдаж амжаагүй ч тэрээр 20-р зууны сор физикчдийн нэг байсан гэдэг. Хэрэв амьд байсан бол энэ онд Нобелийн шагналыг гарцаагүй хүртэх байв.

Товчхондоо тэр ямар туршилтаар үр дүнг нь мэдэж болохыг сэтгэсэн ч туршилтын бус онолын физикч байсан тул математик тооцооллыг л хийж дөнгөсөн юм. Харин үүнийг Беллийн тэнцэтгэл биш хэмээн нэрлэдэг. Туршилтын үр дүн Беллийн тэнцэтгэл биштэй хэр таарч байгаагаас хамаарч классик болон квант физик хоорондын түүхэн маргааныг эцэслэх боломжтой болно.

ТЭГВЭЛ ЭЙНШТеЙНИЙ ЭНДҮҮРЛИЙГ хэн, ЯАЖ НОТЛОВ?

Энэ жилийн Нобелийн Физикийн шагналыг дээр дурдсан квант болон классик механикийн зөрчлийг эцэслэх туршилтыг сэтгэсэн хүмүүс хүртсэн юм. Товчхондоо Францын физикч Ален Аспе, АНУ-ын физикч Жон Клаузер нар квант физикийг классик физиктэй адилгүй гэдгийг харуулсан туршилтуудыг амжилттай хэрэгжүүлсэн ба Австрийн физикч Антон Цайлингер квант механикийг ашиглан өдөр тутмын амьдралд хэрэгтэй технологийг хэрхэн бүтээж болох вэ гэдэг дээр тэргүүлэх судалгааг хийжээ.



Жон Клаузер 

Тэрээр Беллийн тэнцэтгэл бишийн теоремыг хэмжиж болох туршилтын төхөөрөмжийг бүтээж болно хэмээн харсан ба бүтээсэн төхөөрөмжийнхөө ачаар Эйнштейний өнөөх нууц хувьсагчийг олно гэж бодож байлаа. Олон мянган фотоныг орооцолдуулж, хооронд нь харьцуулж хэмжсэний эцэст тэрээр туршилтын төхөөрөмжөө бүтээсэн юм. Гэвч гарсан өгөгдлүүд нь аль нэг газарт алдаа гарсан мэт хачирхалтай байв.

Ален Аспе

Францын физикч Ален төд удалгүй Клаузертай төстэй боловч арай дэвшилтэт туршилтын механизмыг боловсруулсан нь нууц хувьсагч гэж байхгүйн зэрэгцээ квант орооцолдоон бодит гэдгийг нотолсон юм. Тодруулбал, түүний хоёр туршилтын үр дүн ижил байсан бөгөөд орооцолдсон хоёр бөөм орон зайнаас үл хамааран хоорондоо харилцан үйлчилж байв. Эйнштейн нууц хувьсагч байгаа хэмээн эндүүрчээ.

Антон Цейлингер

Харин түүний хувьд квант орооцолдооныг ашиглан шинэ технологи бүтээж болох тал дээр дорвитой үйл хэрэгжүүлсэн юм. Квант төлөвийг нэг газраас нөгөө газар руу амжилттай шилжүүлэх буюу хэтийдэж магадгүй ч нэг газраас нөгөө газар руу шууд шилжин очих боломжийг нэмэгдүүлжээ. Хамгийн бодит жишээ нь квант телепортаци.

Одоогоор зөвхөн квант түвшинд хэрэгжиж байгаа ч огт боломжгүй биш гэдэг нь гайхалтай. Яг л “Avengers: End Game” (2019) кинонд гардаг шиг цаг хугацаа, орон зай үл хамааран шилжих боломжийн эхлэл мэт.

Түүнчлэн түүний бас нэгэн амжилт нь мэдээллийг нэг газраас нөгөө газар руу аюулгүй дамжуулах квант информаци, тэр дундаа квант криптограф байлаа.

ЭЦЭСТ НЬ: ЭЙНШТеЙН ЯГ Ч ЭНДҮҮРЭЭГҮЙ…

Яагаад вэ гэж үү? Эцсээ хүртэл түүний хатуу байр суурьтай байсан харьцангуйн тусгай онолыг квант механик зөрчөөгүй юм. Өөрөөр хэлбэл, квант орооцолдоон хэдий бодит ч гэлээ хол орон зайд орших орооцолдсон хоёр бөөмийн нэгийг хэмжихэд нөгөөх нь ямар байх мэдээллийг манай ертөнцөд гэрлийн хурдаар л дамжуулж болно. Гэтэл таны хэмжилтийн үр дүнд эсрэг тал үнэхээр нөлөөлсөн үү гэдгийг мэдэхээс нааш нөгөө талынхаа хэмжилтийн үр дүнг мэдэхгүйгээр өөрийн хэмжилтэд дүгнэлт хийх нь утгагүй шүү дээ. Иймд Эйнштейн яг ч бүрэн ялагдаагүй аж.