Квантовая физика: Законы, управляющие нашей Вселенной [4K] | Секреты квантовой физики

Введение в квантовую механику

0:00

Квантовая механика открывает мир, непохожий на наш.
Ученые обнаружили, что в мире очень маленьких вещей вещи могут находиться в двух местах одновременно.
Реальность противоречит здравому смыслу, и все, что мы знали о мире, может оказаться неверным.

История электрической лампочки

2:03

В 1890 году в Германии начали использовать электрическую лампочку.
Лампочка стала символом прогресса и вызвала научную революцию.
Инженеры не понимали, почему цвет свечения меняется при нагревании нити накала.

Исследования Макса Планка

4:06

В 1900 году Макс Планк начал исследовать, почему цвет свечения меняется.
Планк создал излучатель с черным корпусом для измерения цвета света.
Ученые обнаружили, что ультрафиолетовый свет трудно получить, несмотря на высокую температуру.

Фотоэлектрический эффект

8:40

Ученые обнаружили, что свет может снимать статический электрический заряд.
Ультрафиолетовый свет делал это лучше, чем красный.
Это явление получило название "фотоэлектрический эффект".

Волновая теория света

11:13

Свет считался волной, но это не объясняло фотоэлектрический эффект.
Волновая теория не могла объяснить, почему слабый ультрафиолет действовал, а красный нет.
Это противоречило здравому смыслу и требовало нового объяснения.

Теория квантов Эйнштейна

14:22

В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил, что свет состоит из частиц, называемых квантами.
Кванты света были крошечными сгустками энергии.
Эта теория решила все проблемы, связанные со светом, одним махом.

Аналогия с красными шариками

16:37

Красные шарики представляют кванты света Эйнштейна.
Банки символизируют электричество в металле.
Красный свет с низкой частотой не может выбить электроны из металла.

Ультрафиолетовый свет

18:15

Ультрафиолетовый свет с высокой частотой может выбить электроны.
Несколько частиц ультрафиолетового света достаточно для разрушения металла.
Идея Эйнштейна о квантах света объясняет фотоэлектрический эффект.

Революция в физике

19:04

Теория Эйнштейна помогла разгадать загадку электрической лампочки.
Красный свет требует меньше энергии для создания, чем ультрафиолетовый.
Это привело к необходимости нового подхода в физике.

Парадокс света

19:54

Свет является волной и частицей одновременно.
Это вызвало парадокс, который стал полем битвы за природу реальности.
В 1922 году западный мир переживал культурную революцию.

Эксперимент с электронами

23:30

В 1920-х годах в лабораториях Bell обнаружили, что электроны ведут себя как волны.
Электроны, считавшиеся частицами, показали волновое поведение.
Это привело к созданию квантовой механики Нильсом Бором.

Квантовая механика

27:36

Квантовая механика утверждает, что электрон ведет себя как волна вероятности.
Электрон не может быть описан как физический объект, только как вероятность.
Измерение электрона приводит к его реальному существованию.

Копенгагенская интерпретация

30:55

Копенгагенская интерпретация утверждает, что реальность существует только при измерении.
Альберт Эйнштейн не соглашался с этим, считая, что должна быть более совершенная теория.

Спор Эйнштейна и Бора

31:50

Эйнштейн и Бор спорили о том, означает ли квантовая механика отказ от реальности.
Эйнштейн и его коллеги Розен и Подольский нашли способ выиграть спор, обнаружив изъян в копенгагенской интерпретации.
Запутанность квантовых частиц связывала их судьбы, что Эйнштейн считал невозможным.

Запутанность и Эйнштейн

32:45

Эйнштейн считал, что запутанность требует мгновенного обмена данными между частицами.
Он утверждал, что это противоречит теории относительности и является фатальным изъяном.
Эйнштейн предложил, что судьба частиц была предопределена до наблюдения.

Квантовые частицы и перчатки

35:18

Эйнштейн сравнивал квантовые частицы с перчатками, которые были определены до наблюдения.
Он считал, что реальность не меняется при наблюдении, а только наши знания о ней.
Вопрос о существовании объективной реальности остался нерешенным.

Успехи квантовой механики

36:45

После войны ученые вернулись к применению квантовой теории к атомам и свету.
Квантовая механика привела к успехам в полупроводниках, лазерах и медицине.
Большинство физиков игнорировали возражения Эйнштейна, сосредоточившись на практических применениях.

Джон Белл и его вклад

38:27

Джон Белл, несмотря на успех квантовой механики, продолжал сомневаться в её правильности.
Он разработал эксперимент, чтобы разрешить спор между Эйнштейном и Бором.
Белл предложил игру, где результаты зависели от того, кто был прав: Эйнштейн или Бор.

Эксперимент Белла

41:51

Белл предложил карточную игру, где результаты зависели от цвета карт.
Он предположил, что если игрок выигрывает, то Эйнштейн был прав, а если проигрывает, то реальность непознаваема.
Эксперимент Белла показал, что реальность может быть объективной или непознаваемой на квантовом уровне.

Джон Белл и его уравнение

46:37

Джон Белл предложил уравнение, объясняющее реальность.
Физическое сообщество проигнорировало его работу.
Ситуация изменилась благодаря группе физиков-хиппи.

Физики-хиппи и их влияние

47:45

Группа физиков-хиппи в Беркли изучала квантовую механику.
Они видели параллели между квантовой механикой и эзотерическими верованиями.
Их работы привлекли внимание публики и общественности.

Эксперимент Клаузера-Аспекта

49:09

Физики-хиппи провели первый эксперимент по проверке уравнения Белла.
Джон Клаузер и Алан Аспект усовершенствовали эксперимент.
Эксперимент показал, что Эйнштейн был неправ, а Бор был прав.

Значение эксперимента

54:03

Эксперимент подтвердил, что свойства фотонов проявляются только при измерении.
Это противоречит здравому смыслу и интуиции.
Эйнштейн признал, что не нашел разумного объяснения квантовой механики.

Будущее квантовой механики

55:22

Квантовая механика остается загадкой, но продолжает удивлять.
Ученые используют мощные источники света для изучения квантовых тайн.
Квантовая запутанность обеспечивает безопасность и новые технологии.

Квантовая биология

58:28

Квантовая физика может объяснить загадки биологии.
Квантовые частицы проникают сквозь клетки и влияют на живые существа.
Квантовая механика может лежать в основе существования жизни.

Квантовый Робин

1:01:04

Птицы используют квантовую механику для навигации.
Квантовый Робин использует квантовые трюки для точного ориентирования.
Это открытие произвело сенсацию в науке.

Европейский малиновка

1:02:35

Малиновка мигрирует из Северной Европы в Испанию и обратно.
Биолог Хенрик Муритсен исследует, как она находит путь.
Квантовая механика объясняет странное поведение субатомных частиц.

Магнитное поле Земли

1:03:57

Генри исследует теорию, что малиновки ориентируются по магнитному полю Земли.
Лаборатория оснащена магнитной птичьей клеткой и пластиковыми конусами.
Малиновки реагируют на магнитное поле, оставляя царапины в одном направлении.

Квантовый компас

1:05:02

Магнитный компас малиновки находится в глазах.
Свет вызывает химические реакции, активирующие компас.
Квантовая запутанность объясняет, как электроны взаимодействуют в глазах малиновки.

Квантовая запутанность

1:08:26

Фотон создает запутанную пару электронов в глазу малиновки.
Электроны связаны и влияют друг на друга мгновенно.
Направление магнитного поля Земли изменяет баланс химического компаса.

Обоняние

1:13:23

Обоняние отличается от других органов чувств.
Ученые начинают понимать, что обоняние связано с квантовой механикой.
Нос может обнаружить химические вещества, растворенные в воздухе.

Тест на обоняние

1:15:05

Нос может распознавать химические вещества, вызывая разные ощущения.
Теория "механизма замка и ключа" объясняет, как молекулы взаимодействуют с рецепторами.
Проблемы с теорией Локка и ключа показывают, что обоняние сложнее, чем считалось ранее.

Квантовая теория запаха

1:18:04

Колин определил запах марципана как бензальдегид.
Цианид и бензальдегид имеют одинаковый запах, но разную форму.
Квантовая биология объясняет, что носы не ощущают запах молекул, а прислушиваются к ним.

Вибрационные связи молекул

1:18:59

Важна не только форма молекулы, но и её вибрации.
Молекулы-рецепторы в носу вибрируют, как струны гитары, когда молекулы запаха попадают в нос.
Обоняние основано на колебаниях молекул, а не на их форме.

Эксперимент с фруктовыми молекулами

1:21:38

Ученые заменили атомы водорода в молекуле на дейтерий, чтобы изменить её вибрации.
Мухи, обученные избегать модифицированной молекулы, предпочитали оригинал.
Эксперимент подтвердил, что квантовая теория запаха работает.

Метаморфоза головастика

1:26:15

Превращение головастика в лягушку происходит за несколько недель.
Ферменты ускоряют химические реакции, разрушая прочные белки.
Квантовое туннелирование позволяет ферментам быстро разрушать связи, что объясняет метаморфозу.

Квантовое туннелирование и его роль в биологии

1:34:12

Квантовое туннелирование помогает разрушать химические связи, делая их слабыми.
Это позволяет коллагену распадаться, что способствует превращению головастика в лягушку.
Квантовое туннелирование происходит в каждой клетке живого организма, включая фотосинтез.

Фотосинтез и его значение

1:36:05

Фотосинтез преобразует солнечный свет в химическую энергию, необходимую для жизни.
Эффективность фотосинтеза почти 100%, что превосходит человеческие технологии.
Квантовые странности могут объяснить, как растения достигают этой эффективности.

Принцип неопределенности и его применение в биологии

1:41:00

Растения подчиняются принципу неопределенности, что позволяет экситонам перемещаться по клетке как волна.
Это обеспечивает наиболее эффективный способ доставки энергии к реакционному центру.
Квантовая механика помогает понять, как растения справляются с случайными колебаниями атомов.

Квантовая эволюция и её роль в биологии

1:45:43

Квантовая механика может играть роль в эволюции, как это было предложено Чарльзом Дарвином.
Пример с улитками показывает, как камуфляж помогает выживать и размножаться.
Вариации и случайные различия между улитками способствуют их эволюции.

Исследование ДНК и её структуры

1:49:22

В лаборатории университета Суррея планируется провести анализ ДНК.
ДНК содержит генетический код каждого живого организма.
Структура ДНК была открыта в 1953 году, но её генетический секрет находится внутри.

Основы генетического кода

1:50:23

Четыре молекулы разного цвета образуют ген.
Ген похож на головоломку, где цвета сочетаются определенным образом.
Крик и Уотсон поняли, что это обеспечивает механизм передачи генетического кода.

Процесс копирования ДНК

1:51:04

При размножении клеток две нити ДНК разделяются для копирования.
Ошибки могут возникать в процессе копирования, что приводит к мутациям.
Протоны могут перепрыгивать между нитями ДНК, изменяя генетический код.

Квантовая механика и мутации

1:53:15

Протоны могут преодолевать энергетический барьер, что может привести к мутациям.
Биологи исследуют возможность квантовых мутаций.
Эксперименты с бактериями показывают, что дейтроны, более тяжелые частицы, снижают частоту мутаций.

Будущее квантовой биологии

1:56:14

Квантовая биология открывает новые возможности для понимания эволюции.
Квантовые эффекты наблюдаются в природе, что подчеркивает важность новых открытий.
Квантовая биология обещает революцию в науке.

Квантовая физика: Законы, управляющие нашей Вселенной [4K] | Секреты квантовой физики | Spark

Ключевые темы и таймкоды