1. В классической физике, частица может находиться в одном конкретном месте в определенный момент времени. В квантовой физике же частица может находиться сразу в нескольких состояниях одновременно до тех пор, пока её не измерили. Это явление называется суперпозицией.
2. Спутанность - это одно из самых удивительных явлений в квантовой механике. Когда две частицы становятся спутанными, состояние одной частицы немедленно влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними. Это явление казалось настолько невероятным, что Альберт Эйнштейн назвал его "действием на расстоянии".
3. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно одновременно точно знать и положение, и импульс частицы. Чем точнее измеряется одна из этих величин, тем менее точно можно определить другую.
4. В квантовой механике частицы, такие как электроны, могут "прыгать" между различными уровнями энергии без промежуточных состояний. Это явление называется квантовым скачком и сильно отличается от классических представлений о движении.
5. Электроны и другие элементарные частицы могут проявлять себя как волны, так и как частицы в зависимости от экспериментальных условий. Это явление подтверждено в эксперименте с двойным щелевым интерферометром, где одиночные частицы могут создавать интерференционную картину, как волны.
6. Используя принцип спутанности, ученые смогли "телепортировать" информацию между двумя частицами на значительные расстояния. Это не телепортация в традиционном смысле слова (как в научной фантастике), но это передача квантовых состояний без физического перемещения частиц.
7. Используя принципы квантовой механики, исследователи разрабатывают новые типы компьютеров, которые могут выполнять вычисления намного быстрее классических компьютеров в определенных задачах, таких как факторизация больших чисел или поиск в неструктурированных базах данных.
8. В современной физике частицы рассматриваются как возбуждения соответствующих квантовых полей. Так, например, электрон – это возбуждение электронного поля, фотон – возбуждение электромагнитного поля и так далее.
9. "Кот Шрёдингера" - этот теоретический эксперимент, придуманный Эрвином Шрёдингером, представляет кота, заключённого в коробку вместе с радиоактивным атомом, который может распадаться и освободить яд, убив кота. Пока коробка закрыта, кот находится в суперпозиции между живым и мёртвым состояниями, пока мы не откроем её и не проведём измерение.
10. Квантовое туннелирование — это явление, при котором частицы могут проходить через потенциальные барьеры, даже если у них недостаточно энергии для преодоления барьера по классическим законам физики. Это явление используется в таких устройствах как туннельные диоды.
11. Несмотря на то, что спутанные частицы могут влиять друг на друга на больших расстояниях, это не означает, что информация или воздействие передается мгновенно или быстрее скорости света. На самом деле, нет способа использовать запутанность для передачи полезной информации на расстояние без дополнительного канала связи.
12. Одной из наибольших проблем при создании квантовых компьютеров и других квантовых устройств является явление декогеренции, когда квантовые системы теряют свои квантовые свойства из-за взаимодействия с окружающей средой. Ученые активно ищут способы минимизировать или контролировать декогеренцию.
13. Слово "квант" происходит от латинского "quantus", что значит "сколько". В квантовой механике энергия не может принимать любое значение, а передается дискретно, в минимальных порциях или "квантах". Примером служит фотон, который является квантом электромагнитного поля.
14. Используя принципы квантовой механики, можно создать системы безопасной передачи информации. В таких системах любые попытки перехвата или измерения данных нарушают квантовые состояния, делая вторжение обнаруживаемым.
15. В квантовой физике вакуум не является полностью пустым. Вместо этого он наполнен виртуальными частицами, которые постоянно появляются и исчезают. Эти виртуальные процессы имеют реальное воздействие, например, в явлении Казимира, где две пластины притягиваются друг к другу из-за вакуумных флуктуаций.
16. Когда ученые учитывают квантовые эффекты в теориях, таких как электродинамика, они часто делают "квантовые поправки" к классическим результатам. Эти поправки могут быть малыми при низких энергиях, но становятся важными при приближении к квантовой границе.
17. В твёрдом теле, электроны занимают определенные энергетические уровни. Между этими уровнями существуют области, где электроны не могут находиться — это называется запретными зонами. Размер этой запретной зоны определяет, будет ли материал проводником, полупроводником или изолятором.
18. При очень низких температурах некоторые вещества (например, гелий-3 или гелий-4) становятся "квантовыми жидкостями". Они обладают удивительными свойствами, такими как сверхпроводимость (отсутствие сопротивления) или сверхтекучесть (отсутствие вязкости).
19. В некоторых квантовых системах могут возникать устойчивые волновые пакеты, которые двигаются без рассеивания и взаимодействуют друг с другом, как частицы. Эти объекты называются квантовыми солитонами и имеют множество потенциальных приложений, особенно в области квантовой информатики.
20. Самосогласованная Волновая Функция (SCWF) - это приближенный метод в квантовой механике, который используется для определения волновой функции и энергии многочастичных систем. SCWF особенно полезен в физике твёрдого тела, где число частиц в системе может быть огромным.
