Kauksi suvekoolis 13. augustil 2024
Töötuba keskendus teooriatele, nende seletamise ja kujundliku kirjeldamise võimalustele. Praktiline kvantmehaanika ja kvantmehaanilised eksperimendid said teadlikult edasi lükatud järgmiste seminaride ja töötubadeni.
Töötoa kava
- Ajalooline sissejuhatus. Mitte kvantmehaanika ajaloost, töötoa saamisloost.
- Koduse ülesande kokkuvõte.
- Rühmatöö harjutuste hoolas läbilugemine ja „õige“ valimine.
- Valitud ülesande lahendamine (lahenduse planeerimine) ja arutelu.
- Kogu töötoa ühine pingutus 17. küsimuse ajurünnakul (kui aega jääb).
- Kas Feynmanil oli õigus, kui ta..?
- Raamatututvustus, reklaam ja küpsised.
Väikese sissejuhatuse ja arutelu järel lugesid kaheksa osalejat ja üks vaatleja läbi 17 kvantmehaanika küsimust, harjutust või ülesannet. Paaristöö jaoks valiti neist välja parimad ja huvitavamad. Arutati, vaieldi, vastati.
Töörühmade (paaride) valikud, mõtted, näited, kokkuvõtted.
Kvantarvutid: Arvuti töötab väga kiiresti. See on nagu loeks keegi raamatukogus järjest raamatuid läbi mõne sekundiga. Siiski loeb ta korraga ühte raamatut. Kõigi raamatute läbilugemiseks kulub ka ülikiirel lugemisel aega ja kuitahes kiiresti lugedes peab ta siiski raamatuid vahetama. Arvatavasti kulub tal järgmiste raamatute ette võtmiseks rohkem aega kui lugemiseks. Kvantarvuti on nagu lugeja, kes loeb mitut raamatut, isegi kõiki raamatuid korraga. Kas võiks öelda, et tal ongi üks raamat, kus kogu kirjapandud informatsioon on superpositsioonis ja korraga paralleelselt töödeldav? Mõtle veel mingi tegevus, mida võiks samuti tuua analoogiks tavaarvuti ja kvantarvuti võrdlemisel.
Kvantarvutitele keskendunud töörühm ei jõudnud oma tulemust kuigi täpselt formuleerida. Arutelu käiguga võib siiski rahule jääda, sest päris palju olulisi punkte võeti ette ja räägiti läbi. Paberile jõudis vaid üks skeem. Nüüd võib igaüks nuputada, kuidas selle skeemi abil liikuda edasi kvantarvutite ja tavaarvutite võrdlemise poole. Kui see aga üldse võimalik pole, saaks ehk seletada, miks mitte.
Kvantpõimitus ja tontlik kaugmõju: Katsu ette kujutada kahte põimitud osakest. Teatavasti on nii, et kui ühte osakest neist kahest mõõta, siis teine „teab“ otsekohe, kuidas tema endaga lood on. See seletus on liiga lihtne ja kujundlik, et olla täpne. Las olla. Paku välja mõni igapäevane nähtus või sündmus, kus selline kohene „teadmine“ võiks toimuda, kui meie makromaailma igapäevane elu oleks sama spooky, kui osakeste kvantelu.
Arvatakse ja usutakse, et lähedaste inimeste vahel on mingisugune müstiline, üleloomulik, telepaatiline, tontlik kaugside. Kes poleks kuulnud midagi sellist – ma kohe tundsin, et mu lastel on mingi jama, kuigi nad elavad juba aastaid Austraalias. Kvantpõimituse ja tontliku kaugmõju töörühm tõi näite, kus ema süda tunneb ära, kui lapsega metsas õnnetus juhtub. Ema ei saa infot mehaaniliste lainete kaudu (ei kuule) ega ka elektromagnetlainete kaudu (ei näe), aga ometi „teab“, et midagi on juhtunud. Paraku ei ole ema ja laps kvantpõimitud osakesed ja see näide loksub kaugele üle kvantnähtuse maailma piiri, aga metafoorina on ometi päris hea. Samas, nagu töötoaski ära märgiti, ei tohi unustada, et näited ja piltlikud seletused kipuvad tegelikkust varjutama. Koolitunnis on enamasti hea nähtusi kirjeldada rääkides „asjast endast“. Kui see kvantmehaanika korral üldse võimalik on?
Kes mäletab veel 2015. aastal üleilmselt palju segadust, aga ka põnevust tekitanud küsimust – mis värvi on kleit? Kleit paistab olevat valge-kuldne või must-sinine, mõnel juhtumil ehk väheste vaatajate jaoks isegi sinine-pruun või veel midagi muud. Värvid on vaataja silmis. Praeguseks on meedia tähelepanu vaibunud, aga lood ja artiklid, sh teadusartiklid, on vähese vaeva leitavad. Pealkirjad jagunevad skaalale „siililegi selge, et…“ kuni „teadlased on kindlaks teinud, et…“
Kui aga vaadata asjale nii, et kleit paistab erinevatel vaatlustel teatud tõenäosusega olevat seda või teist värvi, siis kõlab see juba veidi kvantmehaanika moodi. Piltlikustamisega veelkord üle pingutades võib öelda, et kleit on korraga mitut värvi ja alles vaatlemine määrab värvi üheselt. Vaatlustulemus on aga ikka ja alati tõenäosuslik. Küllap vist, kui kleit oleks kvantmaailma vaatlusobjekt, aga ta ei ole.
Tunnelleerumine: Oled näinud, kuidas tondid läbi kinnise ukse käivad? Kinos, mitte elus. Aga osakesed ju käivad läbi barjääride. Vaevalt, et seda näinud oled, aga see toimub elus, mitte kinos. Kuidas seda seletada?
- Kujutame tonti kui energiat, mitte kui keha.
- Energia – valgus, mis levib lainena, on laine omadustega.
- Selles kontkestis võib ta barjääri (nt ust) läbida.
Määramatusprintsiip: On öeldud, et määramatuse näiteks on see, kuidas kiiresti mööda kihutavat autot pildistades jääb tulemus udune. Kas see on hea näide?
Too välja mõned argumendid, miks see tundub üsna hea seletus ja miks ta tegelikult ei ole kuigi hea.
- Hea on see, et sellest saab visualisatsiooni makromaailmas.
- Halb, kuna asja olemus jääb seletamata.
Määramatusprintsiip: Sajad füüsikaõpikud väidavad, et Werner Heisenberg olevat öelnud – me ei saa korraga (samal ajal) täpselt ära mõõta osakese asukohta (koordinaati) ja impulssi (kiirust). See kõlab lihtsalt, aga tegelikult muidugi ei ole lihtne. Kui küsida juturoboti käest, millised lihtsad analoogiad võiksid aidata seda õpikulauset kirjeldada, seletada, piltlikustada, saab igasugu soovitusi. Näiteks seotud silmadega vibukütid märklaudu sihtimas. Tundub päris ohtlik mäng ja kas see ongi üldse hea näide? On sul endal mõni parem plaan või sosistas robot just sulle midagi päris ägedat kõrva?
Küsimus ise nügib vastajat tehisintelligentidega suhtlema. Nii läkski põhiosa arutelust selles suunas, et kas robotid suudavad kogu kättesaadavast infost kokku lappida mõne hea näite määramatuse kohta. Kõigepealt tundub, et „ta teab“ kvantmehaanikast päris palju. Meie teame jällegi, et jutumärgid eelmises lauses on vägagi põhjendatud, nii „ta“ kui ka „teab“ ümber. Nagu ikka – see selleks ja mis sest.
Vestlustest sai kirja üks Chati soovitatud näide.
Olgu kastis pall, mille asukohta tahame määrata. Kasti sisemust ei saa vaadata, aga võib käega katsuda. Kui liigutada kätt kastis aegalselt ringi, saab määrata palli asukoha. Käega kiiresti ringi sahmides on asukohta väga raske, kui mitte võimatu määrata. Eriti hull on see, et iga kord kui palli käega tunned, kipub ta kohe asukohta vahetama.
Kokkuvõtteks planeeritud ülesanne 17 jäi ajapuudusel üheskoos tegemata.
Kvantmehaanika igapäevaelus, looduses ja tehnikas*: Pange kirja kõik igapäevased objektid või nähtused, mis tuginevad kvantmehaanikale. Kehtivad ajurünnaku reeglid. Teiste pakkumisi ei tohi kritiseerida ja aeg on ette antud. Kui keegi teeb „halva“ pakkumise, võib vastuseks teha parema, aga kirja lähevad ikkagi mõlemad. Kui kell kukub, sortige tehtud pakkumised loogilisse järjekorda.
Seda saavad nüüd kõik soovijad siinsamas ise proovida ja täiendada.
Kell kukub 11. novembril kell 00:00.
Lisateemad, mis küll otse kvantmehaanikasse ei puutu, mis aga töötoas jutuks tulid
Lähimõju ja kaugmõju. Kaugmõju sõna on kõlanud, siis kipub muidugi kerkima see igivana küsimus, kuidas (millega, mille kaudu, mille abil) kehad üksteist mõjutavad? Eks olnud juba Newtonil see probleem – millega Maa ja Kuu teineteist tõmbavad? Nii kaugelt, läbi tühja ruumi? Vahepeal on küll sündinud väljade mõiste, mis esialgu eetri ja eetrikeeristega seotud oli ja praegu me kuuleme sedagi, et fundamentaalseid vastastikmõjusid vahendavad bosonid. Kuidas siis jääb, äkki ongi kaugmõju ja meie vahepealsed ja ka praegused arusaamad vastastikmõjudest on lihtsalt üks meetod või viis looduse toimimist seletada. Tõsi küll, väga hea ja võimas meetod, aga siiski?
Füüsika tegeleb lihtsate asjadega. Õigem oleks vast öelda – lihtsamate nähtustega. „Lihtsamad on need nähtused, millel vähem osasid on või mille osad rohkem ühesugused on. Keerulisemad nähtused on lihtsamatest koos. Keerulisemaid nähtusi ei saa enne täiesti tundma õppida, kui lihtsamad nähtused tuttavad ei ole. Sellepärast on füüsika teiste loodusteaduste põhi.“ (Jaan Sarv, Füsika õpetus I, Tallinn 1910)