블로그

Nov 07, 2023

최소 작용의 고전적 원리는 이제 양자 영역에 존재합니다.

"Hearst Magazines와 Yahoo는 다음을 통해 일부 항목에 대해 커미션이나 수익을 얻을 수 있습니다.

"Hearst Magazines와 Yahoo는 이러한 링크를 통해 일부 항목에 대해 커미션이나 수익을 얻을 수 있습니다."

연구자들은 물리학의 기본 법칙이 양자 영역에 적용된다는 것을 입증했습니다.

최소 동작의 원리는 물체가 (간섭받지 않는 한) 항상 최소 동작이 필요한 경로를 따라 이동한다는 것을 나타냅니다.

일상 물리학의 모든 규칙이 양자 입자에 적용되는 것은 아니지만, 새로운 연구의 어려운 측정에 따르면 이 규칙은 확실히 적용됩니다.

두 점 사이의 최단 거리는 직선이지만, 최단 거리가 항상 최소 작업을 의미하는 것은 아닙니다. 그 거리가 오르막길이거나 험난한 지형을 통과하는 거리라면 어떨까요? 최소한의 작업을 수행하려는 경우 직선이 항상 최선의 선택은 아닐 수도 있습니다.

인간은 항상 가장 쉬운 경로를 찾고 있는 것은 아닙니다. 그러나 시스템의 자연스러운 움직임과 관련하여 물리학의 기본 법칙 중 하나는 물체가 항상 최소한의 조치가 필요한 경로를 따라 이동한다고 말합니다. 물리학에서 "작용"은 에너지, 운동량, 거리, 시간과 관련이 있습니다.

기본적으로 외부 개입 없이 물체는 저항이 가장 적고 변화가 가장 적은 경로를 따라 이동합니다. 이것을 최소작용의 원리라고 합니다. 우리는 그것이 일상 세계에 적용된다는 것을 알고 있으며, 이제 새로운 연구 덕분에 양자 세계에도 적용된다는 것을 알고 있습니다.

이 프로젝트의 연구원 중 한 명인 Shi-Liang은 "물리학자의 궁극적인 꿈은 작은 종이에 전체 우주의 비밀을 쓰는 것이며 최소 작용의 원리가 목록에 있어야 합니다"라고 말했습니다. 새로운 과학자. "우리의 야망은 양자 실험에서 [원리]를 '보는 것'이었습니다."

말은 말보다 쉽습니다. 남중국 사범대학교 연구팀은 양자 영역의 모든 것이 작고 보기 어려울 뿐만 아니라 양자 입자의 움직임도 복잡하다는 사실, 즉 정말 복잡하다는 사실에 맞서 싸워야 했습니다. 우선, 양자 상태는 측정될 때 변경됩니다. 그리고 다른 하나는 매우 복잡한 수학을 통해서만 지도를 작성할 수 있다는 것입니다.

그들의 행동을 가장 잘 설명하기 위해 과학자들은 파동 함수와 전파자라는 두 가지의 조합을 사용합니다. 파동 함수는 입자의 상태를 설명하고 전파자는 시스템에서 입자의 이동 과정에서 해당 상태가 어떻게 변하는지 설명합니다. 문제는 파동 함수와 전파자가 순전히 수학적이며 양자 입자의 동작을 설명하는 데는 탁월하지만 허수를 사용하여 설명하는 경우가 많다는 것입니다. 허수는 수학에서는 괜찮지만 정의상 측정이 불가능합니다.

이 문제를 해결하기 위해 팀은 몇 년 전에 확립된 기술을 사용했습니다. 이 기술에서는 기본적으로 거울, ​​결정 및 렌즈의 미로를 통해 광자라고 불리는 개별 양자 광 입자를 반사하고 필터링합니다. 결국, 허수로 설명되는 광자의 동작 부분은 실제 측정 가능한 특성에 해당합니다. 원래 일반 실수로 설명된 부분도 측정 가능하며, 연구원은 실제 측정된 데이터로부터 파형과 전파자를 재구성할 수 있습니다.

미로가 구축된 후, 연구자들은 "관찰 시 양자 상태 변화" 문제를 대부분 피하기 위해 해당 기술을 자신들이 개발한 새로운 기술과 결합했습니다. 그런 다음 그들은 미로를 통해 개별 광자를 보내고 그들의 행동을 최소 작용 원리에 의해 예측된 행동과 비교하여 현실이 이론과 일치한다는 것을 발견했습니다. 이는 양자 입자가 실제로 원리를 따른다는 것을 증명했습니다.

이번 연구에 참여하지 않은 양자 과학 연구원인 조나단 리치(Jonathan Leach)는 뉴 사이언티스트(New Scientist) 기사에서 "이 실험의 측정은 매우 놀랍고 양자 물리학에 대한 우리의 현재 이해에 도전하지 않습니다"라고 말했습니다. "이 이론이 실험에서 현실화되는 것을 보는 것은 아름답습니다."

양자 세계와 일상 세계가 서로 맞물리지 않는 곳이 많이 있습니다. 이는 연구자들이 현재의 물리학 표준 모델을 개선하기 위해 여전히 노력하고 있는 이유 중 하나입니다. 그러나 가능한 한 행동을 피하려는 그들의 열망 속에서 양자와 일상은 완벽하게 동기화됩니다.