La téléportation, ou la capacité de déplacer instantanément des personnes et des objets d'un endroit à un autre, peut facilement changer la direction du développement de la civilisation et du monde entier en général. Par exemple, la téléportation changerait une fois pour toutes les principes de la guerre, rendrait tous les moyens de transport inutiles et le meilleur: les vacances ne seraient plus un problème. Qui ne veut pas avoir sa propre téléportation personnelle à la maison?
C'est probablement pour cette raison que cette capacité est la plus désirable parmi l'humanité. Bien sûr, tôt ou tard, ce sera la physique qui devra réaliser ce rêve. Eh bien, voyons ce que l'humanité a déjà à notre époque?
Je voudrais commencer par une citation d'un célèbre scientifique:
Il est merveilleux que nous soyons confrontés à un paradoxe. Maintenant, nous pouvons espérer aller de l'avant.
Niels Bohr
Téléportation selon Newton
Dans le cadre de la théorie de Newton, la téléportation est tout simplement impossible. Les lois de Newton sont basées sur l'idée que la matière est constituée de minuscules boules de billard dures. Les objets ne bougent que s'ils sont poussés; les objets ne disparaissent pas ou ne réapparaissent pas ailleurs. Mais en théorie quantique, les particules sont capables de faire de telles astuces.
La mécanique newtonienne a duré 250 ans et a été renversée en 1925 lorsque Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger et leurs collègues ont développé la théorie quantique. En général, si la téléportation se réalisera un jour, ce sera grâce à la théorie quantique. Par conséquent, regardons-le plus en détail.
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Théorie des quanta
L'une des équations les plus importantes de la téléportation est l'équation d'onde de Schrödinger (voir photo). Il y a peut-être un endroit pour parler de son apparition. Erwin a une fois donné une conférence sur un phénomène intéressant dans lequel on disait que les électrons se comportent de la même manière que les ondes. Peter Debye, l'un des collègues physiciens présents dans la salle, a posé la question: "Si un électron peut être décrit comme une onde, à quoi ressemble son équation d'onde?"
À cette époque, grâce à Newton, tout le monde connaissait déjà le calcul différentiel, les physiciens décrivaient toute onde dans le langage du différentiel. équations. Par conséquent, Schrödinger a pris cette question comme un défi et a décidé de développer une équation similaire pour l'électron. Et il l'a fait, comme Maxwell a déjà dérivé ses équations pour les champs de Faraday, Schrödinger a dérivé l'équation de l'onde de Broglie (la soi-disant onde d'électrons).
Un léger écart par rapport au sujet: les historiens des sciences ont consacré beaucoup d'efforts à essayer de comprendre où était Schrödinger et ce qu'il faisait lorsqu'il a découvert sa célèbre équation. Il s'est avéré qu'il était un partisan de l'amour libre et qu'il partait souvent en vacances avec ses maîtresses. Il tenait même un journal détaillé, dans lequel il inscrivait toutes ses maîtresses et marquait chaque rencontre avec un code complexe. On pense que le week-end où l'équation a été découverte, Schrödinger a passé dans les Alpes, à la Villa Herwig, avec l'une de ses copines. Ainsi, les femmes peuvent parfois aider à stimuler l'activité mentale;)
Mais ce n'est pas si simple. Si l'électron est décrit comme une onde, qu'est-ce qui y vibre? On pense actuellement que la réponse est la thèse de Max Born suivante: ces vagues ne sont rien de plus que des vagues de probabilité. Autrement dit, un électron est une particule, mais la probabilité de détecter cette particule est définie par l'onde de Broglie. Il s'avère que tout à coup, au centre même de la physique - une science qui nous donnait des prédictions précises et des trajectoires détaillées de tous les objets, des planètes et des comètes aux boulets de canon - il y avait les concepts de hasard et de probabilité! D'où le principe d'incertitude de Heisenberg est apparu: il est impossible de connaître la vitesse exacte, la position exacte de l'électron et son énergie au même moment. Au niveau quantique, les électrons peuvent faire des choses totalement inimaginables: disparaître, puis réapparaître, être à deux endroits en même temps. Eh bien, passons maintenant directement à la téléportation.
Téléportation et théorie quantique
Quand on demande aux gens: "Comment imaginez-vous le processus de téléportation?", La plupart disent qu'ils doivent entrer dans une cabine spéciale, semblable à un ascenseur, qui les mènera à un autre endroit. Mais certains l'imaginent différemment: ils nous collectent des informations sur la position des atomes, des électrons, etc. dans notre corps, toutes ces informations sont transférées à un autre endroit, où, en utilisant ces informations, ils vous recueillent à nouveau, mais dans un endroit différent. Cette option est peut-être impossible en raison du principe d'incertitude de Heisenberg: nous ne pourrons pas connaître l'emplacement exact des électrons dans un atome. Cependant, ce principe peut être surmonté grâce à une propriété intéressante de deux électrons: si deux électrons vibrent initialement à l'unisson (cet état est dit cohérent), ils sont alors capables de maintenir la synchronisation des ondes même à une grande distance l'un de l'autre. Même si ces électrons sont à des années-lumière. Si quelque chose arrive au premier électron, les informations à ce sujet seront immédiatement transmises à l'autre électron. Ce phénomène est appelé intrication quantique. Profitant de ce phénomène, les physiciens ont pu au cours des dernières années téléporter des atomes entiers de césium, et bientôt ils pourraient être capables de téléporter des molécules d'ADN et des virus. En passant, il a été possible de prouver mathématiquement la possibilité fondamentale de téléportation en 1993. scientifiques d'IBM sous la direction de Charles Bennett. Donc, non seulement ils savent comment fabriquer des processeurs, si quelqu'un ne le savait pas:)Profitant de ce phénomène, les physiciens ont pu au cours des dernières années téléporter des atomes entiers de césium, et bientôt ils pourraient être capables de téléporter des molécules d'ADN et des virus. En passant, il a été possible de prouver mathématiquement la possibilité fondamentale de téléportation en 1993. scientifiques d'IBM sous la direction de Charles Bennett. Donc, non seulement ils savent comment fabriquer des processeurs, si quelqu'un ne le savait pas:)Profitant de ce phénomène, les physiciens ont pu au cours des dernières années téléporter des atomes entiers de césium, et bientôt ils pourraient être capables de téléporter des molécules d'ADN et des virus. En passant, il a été possible de prouver mathématiquement la possibilité fondamentale de téléportation en 1993. scientifiques d'IBM sous la direction de Charles Bennett. Donc, non seulement ils savent comment fabriquer des processeurs, si quelqu'un ne le savait pas:)
En 2004, des physiciens de l'Université de Vienne ont pu téléporter des particules lumineuses à une distance de 600 m sous le Danube via un câble à fibre optique, établissant ainsi un nouveau record de distance. En 2006, un objet macroscopique a été utilisé pour la première fois dans de telles expériences. Des physiciens de l'Institut Niels Bohr et de l'Institut Max Planck ont réussi à enchevêtrer un faisceau de lumière et un gaz composé d'atomes de césium. Plusieurs trillions d'atomes ont participé à cet événement!
Malheureusement, utiliser cette méthode pour téléporter des objets solides et relativement grands est terriblement gênant, donc la téléportation sans enchevêtrement est susceptible de se développer plus rapidement. Analysons-le ci-dessous.
Téléportation sans enchevêtrement
La recherche dans ce domaine prend rapidement de l'ampleur. En 2007, une découverte importante a été faite. Les physiciens ont proposé une méthode de téléportation qui ne nécessite pas d'enchevêtrement. Après tout, c'est l'élément le plus complexe de la téléportation quantique, et si vous parvenez à ne pas l'utiliser, vous pourrez éviter de nombreux problèmes connexes. Voici donc l'essentiel de cette méthode: les scientifiques prennent un faisceau d'atomes de rubidium, traduisent toutes ses informations en un faisceau de lumière, envoient ce faisceau dans un câble à fibre optique, puis recréent le faisceau original d'atomes ailleurs. Responsable de cette étude, le Dr Aston Bradley, a appelé cette méthode de téléportation classique.
Mais pourquoi cette méthode est-elle possible? Cela est possible grâce à l'état de la matière récemment découvert "condensat de Bose-Einstein", ou KBE (dans l'image de gauche, il n'est pas tordu dans un piège à ellipsoïde). C'est l'une des substances les plus froides de l'univers entier. Dans la nature, la température la plus basse se trouve dans l'espace: 3 Kelvin, c'est-à-dire trois degrés au-dessus du zéro absolu. Cela est dû à la chaleur résiduelle du Big Bang, qui remplit toujours l'univers. Mais CBE existe d'un millionième à un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu. Cette température ne peut être obtenue qu'en laboratoire.
Lorsque la substance est refroidie à l'état de CBE, tous les atomes tombent au niveau d'énergie le plus bas et commencent à vibrer à l'unisson (deviennent cohérents). Les fonctions d'onde de tous ces atomes se chevauchent, donc dans un sens, le CBE ressemble à un "superatome" géant. L'existence de cette substance a été prédite par Einstein et Schatiendranath Bose en 1925, mais ce condensat n'a été découvert qu'en 1995 dans les laboratoires du Massachusetts Institute of Technology et de l'Université du Colorado.
Alors, considérons maintenant le principe même de la téléportation avec la participation de KBE. Tout d'abord, une substance supercold est collectée à partir d'atomes de rubidium à l'état CBE. Ensuite, les atomes de rubidium ordinaires sont dirigés vers ce BEC, dont les électrons commencent également à tomber au niveau d'énergie le plus bas, tout en émettant des quanta de lumière, qui à leur tour sont transmis à travers le câble à fibre optique. De plus, ce faisceau contient toutes les informations nécessaires pour décrire le faisceau initial de matière. Après avoir traversé le câble, le faisceau lumineux entre dans un autre BEC, qui le transforme en flux initial de matière.
Les scientifiques trouvent cette méthode extrêmement prometteuse, mais il y a ses propres problèmes. Par exemple, le CBE est très difficile à obtenir, même en laboratoire.
Production
Avec tout ce qui a été accompli jusqu'à présent, pouvons-nous dire quand nous recevrons nous-mêmes cette incroyable capacité? Dans les années à venir, les physiciens espèrent téléporter des molécules complexes. Après cela, il faudra probablement plusieurs décennies pour développer un moyen de téléporter l'ADN, ou peut-être une sorte de virus. Cependant, les défis techniques qui devront être surmontés pour parvenir à une telle réalisation sont incroyables. Il est probable que de nombreux siècles s'écouleront avant que nous puissions téléporter des objets ordinaires, si possible.
Matériel utilisé: Michio Kaku "Physique de l'impossible"