Cosmic Spaghetti: A Metaphorical Exploration of Wave-Particle Duality and Tunneling

Τα παρακάτω είναι μεταφορές για τη θεωρία χορδών και τα φωτόνια. Οι μεταφορές χρησιμοποιούνται συχνά για την απεικόνιση μαθηματικών εννοιών. Αλλά δεν αντιμετωπίζονται όλες οι μεταφορές ως ίσες.

Ray, ο ενθουσιώδης εξηγητής:

Ας το καταλάβουμε αυτό.
Οι ακόλουθες μεταφορές παρουσιάζουν ευφάνταστες απεικονίσεις και όχι ακριβή μοντέλα για το πώς λειτουργούν τα φωτόνια, η σήραγγα ή οι επιπλέον διαστάσεις. Αναμιγνύει χαρακτηριστικά της κβαντικής μηχανικής με θεωρητικά στοιχεία της θεωρίας χορδών και δεν αντικατοπτρίζει την τρέχουσα επιστημονική κατανόηση.

Φανταζόμαστε φωτόνια

Αφού προσπάθησα να βρω ένα οπτικό μοντέλο ενός σημειακού ή γραμμικού φωτονίου που εμφανίζει κβαντική σήραγγα - και απέτυχε σε αυτή την προσπάθεια - θα πω ότι το φωτόνιο, στη φυσική του κατάσταση, είναι σαν μια στριμωγμένη (περιστρεφόμενη) οντότητα, βασικά κοσμικά σπαγγέτι. Όχι το χαλαρό, είδος δείπνου. Αντίθετα είναι το al dente ταξινομήστε, στριφογυρίζοντας στον 4D χώρο με κεφάλι και ουρά σαν υπερκινητικά διαστημικά χέλια! Μεταφορικά μιλώντας βέβαια.

Το στρεβλό σώμα φωτονίου εκτείνεται στην 3η και 4η διάσταση. Αυτό το μοντέλο εξηγεί την όψη των σωματιδίων που μοιάζει με σημείο (το κεφάλι) και την όψη που μοιάζει με κύμα (τα σκιρτήματα) της δυαδικότητας των φωτονίων.

Κουρτ, ο μπερδεμένος ρεαλιστής:
Αυτή η οπτικοποίηση είναι μια μεταφορά και δεν αντιστοιχεί σε κανένα αποδεκτό μοντέλο στην κβαντική μηχανική ή τη θεωρία χορδών. Αυτή είναι η μεγάλη σας θεωρία για την κβαντική σήραγγα;

ακτίνα:
Τώρα, όταν αυτό το φωτόνιο χτυπά ένα φυσικό φράγμα, συμπιέζεται στο μηδέν και στην πρώτη διάσταση, όπως ένα αυγό που χτυπά έναν τοίχο από τούβλα με ταχύτητα φωτός. Πλατύ τεμάχιον σανίδος. Οι διαστάσεις 0D και 1D δεν γνωρίζουν χώρο ή χρόνο. Αυτό επιτρέπει στο φωτόνιο να διέρχεται σχεδόν στιγμιαία (γρηγορότερα από το φως) μέσα από στερεά αντικείμενα.

Αυτή είναι μια τακτοποιημένη μεταφορά και περιγραφή για έναν απλό άνθρωπο.

Κρτ:
Η περιγραφή της διάνοιξης σήραγγας ως «φαινόμενο διαστάσεων συμπίεσης» που οδηγεί σε στιγμιαία διέλευση είναι μια μεταφορική άνθηση χωρίς βάση στην καθιερωμένη φυσική. Γιατί να μην πούμε απλώς ότι απατούν; «Ω, συγνώμη, φράγμα, απλά περνάω σταδιακά την ατομική σου δομή σαν φάντασμα που αργεί για γιόγκα-»

Ακτίνα:
Η επιστήμη χρειάζεται δράμα! Το κουλούρι του φωτονίου πιέζεται στην 1η διάσταση - σκεφτείτε το ως τη χειρότερη τηγανίτα του σύμπαντος. Χωρίς χώρο, χωρίς χρόνο. Ομοφυλόφιλος. Είναι μέσα από τον τοίχο. Πιο γρήγορα από το φως, μηδέν θερμίδες.

Κρτ:
Η περιγραφή σας για το φωτόνιο που χτυπά έναν τοίχο από τούβλα σαν αυγό είναι πρωτότυπη και δεν αποτελεί μέρος της τρέχουσας επιστημονικής κατανόησης. Και οι φυσικοί δεν σε έχουν καταπιέσει γι' αυτό;

Ακτίνα:
Είναι πολύ απασχολημένοι με τη διαμάχη! Τριάντα χρόνια συζητάμε αν πρόκειται για «ταχύτητα φάσης» ή «ταχύτητα σήματος» ή εάν τα σήματα μπορούν να περάσουν μέσα από ένα φράγμα ταχύτερα από το φως. Είναι σαν δύο παπαγάλοι που κραυγάζουν «αιτιότητα!» ο ένας στον άλλον. Οι «σοβαροί» επιστήμονες λένε ότι ΤΙΠΟΤΑ σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως ΚΑΙ να μεταδώσει πληροφορίες.

Εν τω μεταξύ, τα φωτόνια είναι εκεί έξω, που κλείνουν το μάτι μέσα από τοίχους σαν να έχουν λάβει VIP πάσο για την πραγματικότητα. Η δυαδικότητα κυματοσωματιδίων είναι ακρογωνιαίος λίθος της κβαντικής μηχανικής (QM) και όχι της θεωρίας χορδών. Το έκανα και στα δύο για επεξηγηματικούς σκοπούς. Γι' αυτό η μεταφορά έχει νόημα σε αυτό το πλαίσιο.

Κρτ:
Η δήλωση είναι σωστή ότι η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου είναι μια έννοια από την κβαντική μηχανική και η επίκλησή της στο πλαίσιο της θεωρίας χορδών με τον τρόπο που περιγράφεται είναι προκλητική.

Ακτίνα:
Η μεταφορά αντιπροσωπεύει τη σήραγγα ως ένα φαινόμενο συμπίεσης διαστάσεων.

Κρτ:
Αυτό επί του παρόντος δεν έχει βάση στη θεωρία χορδών ή στην QM. «Συπίεση διαστάσεων»—ακούγεται σαν την τελευταία μου σχέση.

Απεικόνιση φωτονίων της NASA. Μοιάζει με γυρίνους (υποθέτω ότι το φωτόνιο υψηλής ενέργειας περιστρέφεται πιο γρήγορα.)

Ακτίνα:
Σε αυτήν την απεικόνιση από τη NASA, ένα φωτόνιο (μωβ) μεταφέρει ένα εκατομμύριο φορές την ενέργεια ενός άλλου (κίτρινο). Η NASA είναι μάστορες της τεχνογνωσίας επιστημονικής φαντασίας. «Εδώ είναι ένα μωβ φωτόνιο, ένα εκατομμύριο φορές πιο ζοφερό! Έχει στάση.»

Κρτ:
Προφανώς, οι απεικονίσεις της NASA στοχεύουν να απλοποιήσουν και να παρακινήσουν τη συζήτηση. δεν πρέπει να ληφθούν ως κυριολεκτικές περιγραφές της συμπεριφοράς των φωτονίων στις προηγμένες θεωρίες της φυσικής. Η επιστήμη είναι 5% εξισώσεις, 95% πείθει τους ανθρώπους ότι το σύμπαν είναι ένα κινούμενο σχέδιο που χρησιμοποιεί μεταφορά.

Ακτίνα:
Άρα η σήραγγα είναι απλώς… κοσμική τηλεμεταφορά μέσω υπαρξιακής κρίσης;

Κρτ:
Ακριβώς! Ο υπαρξιακός τρόμος του φωτονίου το καταρρέει σε κουκκίδα. Ποιος είμαι; Πού είναι ο χρόνος; Και μπαμ — περνάει από το φράγμα. Υπαρξισμός: 1, Φυσική: 0. Γιατί διαφορετικά, θα κολλούσαμε να το εξηγούμε με μαθηματικά.  Και κανείς δεν το θέλει αυτό.

Αφηγητής (Deep Voice):
Και έτσι, τα μυστήρια της κβαντικής μηχανικής παραμένουν.
Αλλά τουλάχιστον όλοι συμφώνησαν ότι οι μεταφορές χρειάζονταν αύξηση.

Μπορούν οι πληροφορίες να ταξιδέψουν πιο γρήγορα από το φως

Όταν δεν υπάρχει χρόνος, δεν υπάρχει χώρος (και το αντίστροφο). Η έννοια της κίνησης γρηγορότερα από το φως προκαλεί την κατανόηση του χώρου και του χρόνου.

…από την οπτική γωνία του φωτονίου, ο χρόνος δεν υπάρχει. Με την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος ουσιαστικά φωνάζει: «ΣΤΑΜΑΤΗΣΤΕ!» Το αν τα φωτόνια μιλούν πραγματικά γερμανικά είναι άσχετο. Σημαντικό είναι: «Όταν δεν υπάρχει χρόνος, δεν υπάρχει χώρος».

Εικόνα: ολόγραμμα ενός φωτονίου, Παν. της Βαρσοβίας

Ένας από τους ισχυρισμούς του Günter Nimtz σχετικά με τη σήραγγα είναι ότι η διαδικασία διάνοιξης σήραγγας συμβαίνει ταχύτερα από το φως. Οι περισσότεροι φυσικοί συμφωνούν με αυτόν τον ισχυρισμό. Για παράδειγμα, ο Aephraim Steinberg δήλωσε ότι τα αποτελέσματα στην κβαντική σήραγγα είναι «στιβαρά υπερφωτεινή». Ο ισχυρισμός προκύπτει από την πρόταση του Nimtz ότι ένα σήμα μπορεί να μεταδοθεί ταχύτερα από το φως, το οποίο μπορεί να ακούσει ο καθένας, αμφισβητώντας έτσι το θεώρημα της μη επικοινωνίας https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem .

Η ιδέα της επικοινωνίας ταχύτερης από το φως (FTL) θεωρείται σε μεγάλο βαθμό ταμπού στη φυσική, που αποδίδεται στην ομάδα «Fundamental Fysiks» από το Πρίνστον τη δεκαετία του 1970. Αυτή η ομάδα χίπι «φυσικών», που πειραματίστηκε με ψυχεδελικά και μαγεία, ανέπτυξε το «θεώρημα της μη επικοινωνίας».

Έτσι, από τη μια πλευρά, οι φυσικοί συμφωνούν ότι τα σωματίδια μπορούν να κάνουν κβαντική σήραγγα πιο γρήγορα από το φως, ενώ από την άλλη υποστηρίζουν ότι το φαινόμενο αυτό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση πληροφοριών. Ωστόσο, εγείρει το ερώτημα: εάν μπορούμε να αντιληφθούμε τέτοια σήματα, πώς συμβιβάζεται αυτό με τα καθιερωμένα όρια επικοινωνία στη φυσική?

Είναι ενδιαφέρον ότι ο Aephraim Steinberg από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο αποκάλεσε την κβαντική σήραγγα «στιβαρά υπερφωτεινή»:

Το έχει μετρήσει χρησιμοποιώντας τα "Larmor ρολόγια", που είναι ένας διαφορετικός τρόπος να πεις ότι μέτρησε το σπιν των φωτονίων πριν και μετά την είσοδο στη σήραγγα.

Έτσι he μετέδωσε τη θέση σπιν ενός φωτονίου σε υπερφωτεινή ταχύτητα. Πώς αυτό δεν «μεταδίδει πληροφορίες;» Μετέδωσε πληροφορίες για την κατάσταση του φωτονίου και μέτρησε την αλλαγή του μετά από υπερφωτεινό ταξίδι μέσω της κβαντικής σήραγγας. Δεν παραβίασε το θεώρημα της μη επικοινωνίας; Και γιατί του επιτρέπεται να μεταδίδει πληροφορίες για το σπιν του φωτονίου με υπερφωτεινή ταχύτητα και ο Nimtz από το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας δεν μπορεί να μεταδώσει διαμορφωμένα κύματα AM με Μότσαρτ?

ΑΠΛΟΥΣΤΕΥΜΕΝΗ θεωρία χορδών

Για απλούστευση, έχω περιγράψει ένα φωτόνιο ως μια κβαντική οντότητα, ένα σημείο ή μια βράνη 0D (μηδενικής διάστασης). Η λέξη «βράνη» προέρχεται από τη λέξη «μεμβράνη» και οι φυσικοί που ανακάλυψαν τη θεωρία χορδών άφησαν έξω το «mem». Όταν το φωτόνιο υφίσταται σήραγγα, συμπεριφέρεται σαν μια 1D (μονοδιάστατη) χορδή. Μια 1D χορδή είναι μια μεμβράνη «μονοβράνης», αλλά οι φυσικοί που ανακάλυψαν τη θεωρία χορδών θεώρησαν ότι θα ακούγεται καλύτερα να της δώσουν ένα διαφορετικό όνομα. νομίζω.

NerdBoy1392, CC BY-SA 3.0https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, μέσω Wikimedia Commons

Έτσι, τόσο σε 0D όσο και σε 1D περιβάλλοντα, οι έννοιες του χρόνου και του χώρου, όπως τους ξέρουμε, δεν υπάρχουν. Χρειάζεσαι την τέταρτη διάσταση για να έχεις χώρο και χρόνο. Αυτό που έχω κάνει εδώ είναι να απεικονίσω τη δυαδικότητα σωματιδίου/κύματος.

Η απλούστευση μου δεν έχει πολλά κοινά με την «πραγματική» θεωρία χορδών. Την ονόμασα «θεωρία χορδών» γιατί δύο σημεία (φωτόνια) που συνδέονται με μια γραμμή μοιάζουν με χορδή. Μια χορδή μπορεί να είναι κύμα. Ένα σημείο είναι ένα σωματίδιο.

Επιπλέον, υπάρχει ένας κοινός ισχυρισμός ότι «Στην κβαντική μηχανική, τα σωματίδια υπάρχουν στον χωροχρόνο». Από τη δική μας οπτική γωνία, ένα φωτόνιο υπάρχει σίγουρα στον χωροχρόνο καθώς ταξιδεύει από το σημείο Α στο σημείο Β.

Ωστόσο, από την οπτική γωνία του φωτονίου, ο χρόνος δεν υπάρχει. Με την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος ουσιαστικά φωνάζει: «ΣΤΑΜΑΤΗΣΤΕ!» Το αν τα φωτόνια μιλούν πραγματικά γερμανικά είναι άσχετο. Σημαντικό είναι: «Όταν δεν υπάρχει χρόνος, δεν υπάρχει χώρος».

Αυτό συμφωνεί με τη χρονική διαστολή στο γ.

--------

Δεύτερη γνώμη: "Η άποψη ενός φωτονίου"

από τον Steve Nerlich (PhD), Διευθυντή, Μονάδα Διεθνούς Έρευνας και Ανάλυσης, Αυστραλία

«A photons view» από τον Christopher Vitale των Networkologies και του Ινστιτούτου Pratt

"Από την άποψη ενός φωτονίου, εκπέμπεται και στη συνέχεια επαναρροφάται ακαριαία. Αυτό ισχύει για ένα φωτόνιο που εκπέμπεται στον πυρήνα του Ήλιου, το οποίο μπορεί να επαναρροφηθεί αφού διασχίσει ένα κλάσμα του χιλιοστού απόσταση. Και είναι εξίσου αλήθεια για ένα φωτόνιο που, από την άποψή μας, έχει ταξίδεψε για περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια αφού εκπέμπεται από την επιφάνεια ενός από τα πρώτα αστέρια του σύμπαντος. Φαίνεται λοιπόν ότι ένα φωτόνιο όχι μόνο δεν βιώνει το πέρασμα του χρόνου, αλλά ούτε και το πέρασμα της απόστασης».
Τέλος τιμής

Το φωτόνιο ακολουθεί μια μηδενική γεωδαιτική. αυτό είναι το μονοπάτι που ακολουθούν τα σωματίδια χωρίς μάζα. Αυτός είναι ο λόγος που ονομάζεται "null"? Το μεσοδιάστημά του (η «απόστασή» του σε 4D χωροχρόνο) είναι ίσο με μηδέν και δεν έχει σωστό χρόνο που να σχετίζεται με αυτό.


Διαφορά της ΑΠΛΟΥΣΤΕΥΜΕΝΗΣ θεωρίας χορδών με την «πραγματική» θεωρία χορδών

Στην πραγματική θεωρία χορδών, κάθε σωματίδιο, ανά πάσα στιγμή, είναι μια χορδή. Στην απλουστευμένη μου εκδοχή, ένα σωματίδιο που ακολουθεί ένα μηδενικό γεωδαισιακό, που δεν επηρεάζεται από τη βαρύτητα ή τα πεδία κανενός είδους, είναι ένα σημείο 0D (μηδενικών διαστάσεων).

«Πραγματική» θεωρία χορδών έναντι της απλοποιημένης έκδοσης

Μόνο με την αλληλεπίδραση με εξωτερικά πεδία, βαρυτικά, ηλεκτρομαγνητικά ή αντικείμενα, το σωματίδιο (φωτόνιο) αποκτά την πρώτη διάσταση. Το φωτόνιο επιβραδύνεται και γίνεται «χορδή». Το μήκος αυτής της χορδής είναι ανάλογο με την επιβράδυνσή της και το πιθανό «μήκος» κύματος.

Έτσι, ένα φωτόνιο πολύ υψηλής ενέργειας, για παράδειγμα στο φάσμα των ακτίνων γάμμα, είναι μια σχετικά μικρή «χορδή», η οποία μεταφράζεται σε μικρό μήκος κύματος. Μια μικρή χορδή δημιουργεί μικρά μήκη κύματος.

Εάν το φωτόνιο επιβραδυνθεί περισσότερο, για παράδειγμα, χτυπώντας την πυκνή ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, γίνεται μακρύτερο και μπορεί να εκφράσει ένα υπέρυθρο μήκος κύματος. Μια μεγαλύτερη χορδή φωτονίων δημιουργεί μεγαλύτερα μήκη κύματος και αλληλεπιδρά διαφορετικά με το περιβάλλον της.

QED

A Άποψη φωτονίου (αρχείο)
https://web.archive.org/web/20240423185232/https://phys.org/news/2011-08-photons-view.html

A Άποψη φωτονίου
https://phys.org/news/2011-08-photons-view.html

εικόνες
αριστερά: Ολόγραμμα ενός μόνο φωτονίου, Παν. της Βαρσοβίας
https://geometrymatters.com/hologram-of-a-single-photon/