149. Спин. Кубиты. Невероятное открытие в квантах. Опыт Штерна-Герлаха ломает картину мира в физике.
Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://home.strannik-j.org/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Введение: Спин и классическая аналогия Лектор представляет тему — спин, свойство микромира, не имеющее прямого аналога в классической физике. Для наглядности он начинает с классического примера: прямоугольная рамка с током. Рамка с током в магнитном поле Описывается поведение рамки с током, помещенной в магнитное поле. На провода рамки действует сила Ампера, которая создает вращающий момент. Вводится понятие магнитного момента рамки, который стремится выстроиться вдоль линий внешнего магнитного поля. Объясняется правило «правильной руки» для определения направления сил и моментов (с поправкой на инверсию изображения на экране). Потенциальная энергия и силы в неоднородном поле Рассматривается потенциальная энергия рамки в магнитном поле. Минимальная энергия достигается, когда магнитный момент сонаправлен с полем. Делается ключевой вывод: в неоднородном магнитном поле на рамку (магнитный диполь) действует сила, которая втягивает ее в область более сильного поля (если момент сонаправлен с полем) или выталкивает из нее (если противонаправлен). Классический эксперимент Штерна-Герлаха (мыслительный) Описывается установка Штерна-Герлаха: специальный магнит, создающий сильно неоднородное поле с градиентом в одном направлении. Предсказывается результат для классических объектов (например, хаотично ориентированных маленьких магнитиков): на экране они должны оставить сплошную полосу, так как угол отклонения будет зависеть от случайной начальной ориентации их магнитных моментов. Реальный эксперимент Штерна-Герлаха и его квантовый результат Лектор уточняет, что в реальности стреляли не электронами напрямую (из-за их заряда), а нейтральными атомами (например, серебра), у которых есть один неспаренный внешний электрон, определяющий магнитные свойства атома. Результат: вместо сплошной полосы на экране появились две четкие точки. Вывод: магнитный момент электрона может принимать только два дискретных положения относительно поля («вверх» или «вниз»). Это явление, названное спином, не имеет классического объяснения. Квантовая природа спина и концепция кубита Такое квантование направления в двухмерном пространстве состояний было революционным. Лектор вводит современное название для любой системы с двумя квантовыми состояниями — кубит (квантовый бит) — и связывает это с другими подобными системами (молекула водорода, аммиак). Последовательные эксперименты Штерна-Герлаха (квантовое измерение) Рассматривается серия мыслительных экспериментов: Пучок пропускается через прибор, который отбирает только электроны со спином «вверх». Если этот новый пучок пропустить через такой же прибор, все электроны снова отклонятся «вверх». Ключевой момент: Если пучок со спином «вверх» пропустить через прибор, повернутый на 90 градусов (измеряющий спин в горизонтальной плоскости), то пучок снова разделится на два — «влево» и «вправо». Интерпретация: Измерение спина в одном направлении (например, по оси X) полностью «стирает» информацию о его состоянии в перпендикулярном направлении (по оси Z). Квантовая интерференция (аналог опыта Юнга со спином) Описывается сложный эксперимент: Пучок разделяется по вертикали (спин «вверх» / «вниз»). Оба пучка проходят через прибор, который сводит их вместе без измерения. На выходе снова стоит вертикальный прибор. Результат: Если на промежуточном этапе не было никакой возможности узнать, по какому из двух путей летел электрон (т.е. не было «измерения»), то на выходе все электроны ведут себя так, как будто второго прибора не было — они сохраняют исходное состояние. Если же есть способ узнать путь (например, поставить стенку или «лампочку»), то пучок снова разделится на два. Это явление — квантовая интерференция, полный аналог опыта Юнга с двумя щелями, демонстрирующий, что возможность получения информации о пути разрушает суперпозицию состояний. Заключение и отвлеченные беседы Проводится аналогия с квантовой криптографией: любая попытка «подсмотреть» (измерить) пересылаемый квантовый сигнал нарушает его, что делает перехват заметным. Далее следует юмористическая часть, где лектор и ведущий обсуждают экзамены, анекдоты советских времен и рассуждают о том, как навязчивое повторение приводит к отторжению — будь то идеи марксизма или научные постулаты.
Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://home.strannik-j.org/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Введение: Спин и классическая аналогия Лектор представляет тему — спин, свойство микромира, не имеющее прямого аналога в классической физике. Для наглядности он начинает с классического примера: прямоугольная рамка с током. Рамка с током в магнитном поле Описывается поведение рамки с током, помещенной в магнитное поле. На провода рамки действует сила Ампера, которая создает вращающий момент. Вводится понятие магнитного момента рамки, который стремится выстроиться вдоль линий внешнего магнитного поля. Объясняется правило «правильной руки» для определения направления сил и моментов (с поправкой на инверсию изображения на экране). Потенциальная энергия и силы в неоднородном поле Рассматривается потенциальная энергия рамки в магнитном поле. Минимальная энергия достигается, когда магнитный момент сонаправлен с полем. Делается ключевой вывод: в неоднородном магнитном поле на рамку (магнитный диполь) действует сила, которая втягивает ее в область более сильного поля (если момент сонаправлен с полем) или выталкивает из нее (если противонаправлен). Классический эксперимент Штерна-Герлаха (мыслительный) Описывается установка Штерна-Герлаха: специальный магнит, создающий сильно неоднородное поле с градиентом в одном направлении. Предсказывается результат для классических объектов (например, хаотично ориентированных маленьких магнитиков): на экране они должны оставить сплошную полосу, так как угол отклонения будет зависеть от случайной начальной ориентации их магнитных моментов. Реальный эксперимент Штерна-Герлаха и его квантовый результат Лектор уточняет, что в реальности стреляли не электронами напрямую (из-за их заряда), а нейтральными атомами (например, серебра), у которых есть один неспаренный внешний электрон, определяющий магнитные свойства атома. Результат: вместо сплошной полосы на экране появились две четкие точки. Вывод: магнитный момент электрона может принимать только два дискретных положения относительно поля («вверх» или «вниз»). Это явление, названное спином, не имеет классического объяснения. Квантовая природа спина и концепция кубита Такое квантование направления в двухмерном пространстве состояний было революционным. Лектор вводит современное название для любой системы с двумя квантовыми состояниями — кубит (квантовый бит) — и связывает это с другими подобными системами (молекула водорода, аммиак). Последовательные эксперименты Штерна-Герлаха (квантовое измерение) Рассматривается серия мыслительных экспериментов: Пучок пропускается через прибор, который отбирает только электроны со спином «вверх». Если этот новый пучок пропустить через такой же прибор, все электроны снова отклонятся «вверх». Ключевой момент: Если пучок со спином «вверх» пропустить через прибор, повернутый на 90 градусов (измеряющий спин в горизонтальной плоскости), то пучок снова разделится на два — «влево» и «вправо». Интерпретация: Измерение спина в одном направлении (например, по оси X) полностью «стирает» информацию о его состоянии в перпендикулярном направлении (по оси Z). Квантовая интерференция (аналог опыта Юнга со спином) Описывается сложный эксперимент: Пучок разделяется по вертикали (спин «вверх» / «вниз»). Оба пучка проходят через прибор, который сводит их вместе без измерения. На выходе снова стоит вертикальный прибор. Результат: Если на промежуточном этапе не было никакой возможности узнать, по какому из двух путей летел электрон (т.е. не было «измерения»), то на выходе все электроны ведут себя так, как будто второго прибора не было — они сохраняют исходное состояние. Если же есть способ узнать путь (например, поставить стенку или «лампочку»), то пучок снова разделится на два. Это явление — квантовая интерференция, полный аналог опыта Юнга с двумя щелями, демонстрирующий, что возможность получения информации о пути разрушает суперпозицию состояний. Заключение и отвлеченные беседы Проводится аналогия с квантовой криптографией: любая попытка «подсмотреть» (измерить) пересылаемый квантовый сигнал нарушает его, что делает перехват заметным. Далее следует юмористическая часть, где лектор и ведущий обсуждают экзамены, анекдоты советских времен и рассуждают о том, как навязчивое повторение приводит к отторжению — будь то идеи марксизма или научные постулаты.