Мы попросили ChatGPT объяснить самые сложные понятия из квантовой физики. Вот что из этого вышло
Мы попросили ChatGPT объяснить самые сложные понятия из квантовой физики. Вот что из этого вышло Квантовая механика — один из самых сложных для понимания разделов физики. Она контринтуитивна, противоречит всему, что мы наблюдаем в реальной жизни, а еще построена исключительно на математических вычислениях. Как объяснить, что такое, например, квантовая запутанность или принцип неопределенности Гейзенберга, да еще так, чтобы сразу было понятно всем? Мы решили, что это как раз хорошая задачка для ChatGPT, о которой говорят сейчас все. Поэтому задали несколько вопросов нейросети на английском, с помощью Яндекс.Переводчика перевели ее ответы на русский (для чистоты эксперимента мы специально не редактировали получившиеся ответы), а в конце попросили физика оценить, как удалось справиться ChatGPT.
Рассказываем.
К началу
Екатерина Шевырёва
Журналист
Теги
- Искусственный интеллект
- Нейросети
- Квантовая механика
- НаукаMain
- ChatGPT
ChatGPT для образования: как студенты используют нейросети с пользой
Джейсон Стейтем из глубинки и реальные мошенники: как работают дипфейки и как им противостоять
Вместе или вместо: какое будущее ждет цифровых художников с развитием ИИ
2023 © ITMO.
NEWS Разработано Университетом ИТМО
Учредитель: Университет ИТМО
Главный редактор: Зайцева Ольга Владимировна
Правила использования контента
Адрес учредителя и редакции: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д. 49
Сетевое издание ITMO.NEWS зарегистрировано в Роскомнадзор 30.08.2017
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 – 70637
Возрастное ограничение: 16+
Макс Борн — создатель квантовой механики
11 декабря 1892 г. в прусском городе Бреслау родился будущий лауреат Нобелевской премии, великий физик-теоретик и математик Макс Борн.
Макс Борн вырос в интеллигентной семье. Отец, Густав Якоб Борн, был эмбриологом, гистологом и профессором, преподавал анатомию в местном университете. Мать, Маргарет Кауфман, — пианистка. Мальчик хотел стать инженером, но по совету отца посещал в Бреславльском университете лекции по физике, химии, зоологии, философии, логике, математике, астрономии.
В 1907 г. под руководством Феликса Клейна молодой физик защитил докторскую диссертацию по упругой деформации, а после армии занялся изучением теории относительности.
В 1913 г. Борн женился на Хедвиг Эренберг. Ее предком был отец протестантизма Мартин Лютер. В 1914 г. с началом войны Борна привлекли к работам по военной тематике, во время которых он познакомился с Альбертом Эйнштейном. Результатом их сотрудничества стал метод, помогавший определять нахождение вражеского оружия и создавать отметки о звуке выстрелов. Он применяется до сих пор.
С приходом к власти Адольфа Гитлера в 1933 г. Макс Борн был вынужден из-за своего еврейского происхождения бежать из Германии в Великобританию.
Борн написал работы по теории твердого тела, квантовой теории строения молекул, матричной механике. Ученый внес серьезный вклад в построение теоретической химии: определил теплоту химической реакции на основе данных о потенциалах ионизации молекул и энергии кристаллической решетки.
Его главные работы — «Беспокойная Вселенная» и «Динамическая теория кристаллических решеток». Макс Борн известен также вкладом в квантовую физику: он интерпретировал волновую функцию Шредингера. Согласно теории, квадрат амплитуды функции равен плотности вероятности состояния.
В 1954 г. Макс Борн разделил Нобелевскую премию по физике с Вальтером Боте. Борн получил премию за «фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за статистическую интерпретацию волновой функции», а Вальтер Боте — за экспериментальную методику.
Макс Борн был членом научных обществ разных стран, в том числе иностранным членом Академии наук СССР с 1934 г.
Он занимался не только научной, но и образовательной деятельностью. За свою жизнь написал множество монографий и учебников, некоторые из них до сих пор считаются классическими. Создал крупную школу теоретической физики в Геттингене.
Макс Борн (справа) со своими учениками Фридрихом Хундом и Вернером Гейзенбергом
(Геттинген, 1966). Источник: Википедия
В послевоенные годы Борн активно выступал за запрет ядерного оружия. В 1955 г. он стал одним из 11 интеллектуалов, подписавших манифест Рассела — Эйнштейна, положивший начало Пагуошскому движению ученых за разоружение и мир. В том же году Борн вместе с Отто Ганом и Вернером Гейзенбергом инициировал издание декларации Майнау, призыва к отказу от ядерных вооружений, а в 1957 г. совместно с 18 немецкими учеными выступил с Геттингенским манифестом против приобретения правительством ФРГ ядерного оружия.
Макса Борна особенно огорчало участие его научных сотрудников в создании ядерного оружия: «Оба они, Оппенгеймер и Теллер, а также Ферми и другие участники этой работы, включая нескольких русских физиков, были когда-то моими сотрудниками по Геттингену задолго до этих событий, еще в те времена, когда существовала чистая наука. Приятно сознавать, что у тебя были такие одаренные и деятельные ученики, но мне бы хотелось, чтобы они проявили меньше одаренности и больше мудрости. Я чувствую, что заслуживаю порицания, если все, чему они у меня научились, — это лишь методы исследования и ничего больше».
Марка Джеймса Франка и Макса Борна
Источник: Википедия
Макс Борн умер 5 января 1970 г. в Геттингене в возрасте 87 лет. На его надгробном камне поместили фундаментальное перестановочное соотношении pq-qp=h/(2πi) — главное достижение Борна.
Фото на странице: Википедия
Фото на главной: elpais.com
Квантовая механика для всех | edX
Этот курс находится в архиве.
Об этом курсе
Чему вы научитесь
Преподаватели
Часто задаваемые вопросы
Как пройти этот курс
edX For Business
7–6 недель
0003
Под руководством инструктора
Под руководством инструктора по расписанию курса
Бесплатно
Доступно дополнительное обновление
Этот курс находится в архиве Квантовая механика для всех.
Квантовая механика для всех
Квантовая механика для всех — это шестинедельный МООК, который обучает основным идеям квантовой механики с помощью метода, не требующего сложной математики, кроме извлечения квадратных корней (и вы можете использовать калькулятор для что). Квантовая теория преподается без «упрощения» какого-либо материала, давая вам ту же версию, которую эксперты используют в текущих исследованиях.
Мы рассмотрим квантовую загадку эксперимента с двумя щелями и более сложные темы, в том числе то, как увидеть что-то, не направляя на него свет (квантовое зрение в темноте), и эффекты группирования фотонов (эффект Хонга-У-Манделя).
Чтобы получить представление об этом курсе и понять, подходит ли он вам, посмотрите «Давайте станем маленькими», в котором показано, как плохо вас учили тому, как выглядит атом, и «Заблуждение страха перед физикой».
Обратите внимание, : модули этого курса будут выпускаться еженедельно с 11 октября 2020 г. по 22 ноября 2020 г., когда все материалы курса будут доступны в режиме архива.
Награды
Краткий обзор
- Язык: английский
- Стенограмма видео: английский
- Поймите, что такое квантовая частица в мире сверхмалых
- Изучите основы теории вероятностей
- Узнайте, что такое вращение и как им управляют магниты
- Объясните, что такое квантовая тайна
- Применение квантовых идей для понимания частичного отражения света, бесконтактных измерений и неразличимости частиц
1.
Введение в квантовый мир
– Введение
– Классическая механика движущихся магнитов в магнитном поле
– Вероятность
– Квантовая вероятностная
2. Расширенная квантовая механика со спинами
– Анализатор-петля Штерна-Герлаха
– Аналог двухщелевого эксперимента
– Эйнштейн-Подольский-Розен
– Неравенство Белла
– ЯМР и МРТ
3. Квантовая механика света
– Волна или частица?
– Изучение квантовой модели света
– Разработка квантовой модели света
– Понимание квантовой тайны
– Применение квантовой теории света
4. Продвинутые квантовые идеи со светом
– Введение в квантовое видение в темноте
– Интерферометр Маха-Цендера
– Квантовый эффект Зенона Квантовое видение в темноте
– Идентичные частицы и эксперимент Хонга-Оу-Манделя
“Курс очень хорошо сделан. Видео и пошаговые дидактические уроки – это именно то, что Мне нужно для того типа мозга, который у меня есть.
Я понимаю вещи, когда могу визуализировать и или, по крайней мере, привнести абстракцию в прикладные эксперименты. Этот курс полон этого».0003
“Курс пытается объяснить квантовую механику без большого количества математики, в частности, без исчисления. Профессор делает это объяснение, используя умные модели и короткие приложения, с которыми студенты могут взаимодействовать. Это очень эффективный метод, который уменьшает тайну квантовой механики. механика. Никто не может объяснить квантовую механику так, чтобы люди могли ее по-настоящему понять, но этот курс делает исключительную работу по предоставлению большей интуиции в квантовую механику, особенно для тех, у кого нет исчисления».
“Мне очень понравился “Квантовая механика для всех”. Это, должно быть, лучший вводный курс по любой продвинутой теме физики, которую я изучал или видел”.
В: Какой уровень математики необходим для этого класса?
A: Алгебра и тригонометрия средней школы.
В: Нужен ли учебник для этого класса?
A: №
Q: Могу ли я действительно изучать квантовую механику таким образом?
О: Да, вы изучите концептуальные идеи, лежащие в основе квантовой механики, возможно, лучше, чем студенты-физики.
В: Это курс колледжа?
О: Да.
Выберите путь при регистрации.
$69 USD | Free | |
Unlimited | Limited | |
о часто задаваемых вопросах по этим трекам.
Квантовая механика не является описанием объективной реальности — она открывает мир подлинной свободы воли
Что квантовая механика, самая успешная теория, когда-либо предложенная физикой, учит нас реальности? Отправной точкой для большинства философов физики является то, что квантовая механика должна каким-то образом дать описание мира таким, какой он есть, независимо от нас, пользователей теории.
Это привело к большому количеству несовместимых мировоззрений. Некоторые считают, что смысл квантовой механики заключается в том, что существуют параллельные миры, как во вселенной Marvel Comic; некоторые считают, что это означает, что сигналы распространяются быстрее света, что противоречит всему, чему учил нас Эйнштейн. Некоторые говорят, что это подразумевает, что будущее влияет на прошлое.
В соответствии с квантовым подходом, разработанным Кристофером Фуксом и мной, великий урок квантовой механики состоит в том, что обычная отправная точка философов просто неверна. Квантовая механика не описывает реальность как таковую. Наоборот, это инструмент, который помогает агентам, погруженным в мир, направлять их, когда они обдумывают действия над его частями, внешними по отношению к ним.
Эта статья сопровождается серией подкастов под названием «Великие тайны физики», в которых раскрываются величайшие загадки, с которыми сегодня сталкиваются физики, и обсуждаются радикальные предложения по их решению.
Использование слова «агент» вместо знакомого «наблюдатель» подчеркивает, что квантовая механика касается действий, которые участвуют в создании реальности, а не наблюдений за реальностью, которая существует независимо от агента.
QBism и его омофон, художественное движение кубизм, разделяют понимание того, что реальность — это нечто большее, чем то, что может уловить точка зрения одного агента. Однако, в отличие от художественного движения, QBism не пытается отображать реальность. Он не пытается объединить разные точки зрения в одном виде «от третьего лица». QBism принципиально антирепрезентативный и от первого лица.
Спасение свободы воли
Это ставит кубизм в прямое противоречие с двумя столпами 19-гоКонцепция механистической вселенной X века. Во-первых, природа управляется физическими законами так же, как механическая игрушка управляется своим механизмом. Во-вторых, в принципе возможно иметь объективный взгляд на вселенную извне — с точки зрения Бога или третьего лица.
Это механистическое видение до сих пор доминирует среди ученых 21-го века. Например, в своей книге 2010 года «Великий замысел» Стивен Хокинг и Леонард Млодинов пишут: «Трудно представить, как может действовать свобода воли, если наше поведение определяется физическим законом, поэтому кажется, что мы не более чем биологические машины и что свобода воли — всего лишь иллюзия».
Вместо этого QBist видит незавершенную вселенную, мир, допускающий подлинную свободу, мир, в котором агенты имеют значение и участвуют в создании реальности.
Ключевым аспектом квантовой механики является случайность. Вместо того, чтобы делать твердые прогнозы, квантовая механика занимается вероятностями потенциальных результатов измерения. Физик Эд Джейнс однажды сказал, что для понимания квантовой механики нужно сначала понять вероятность.
Фрэнк Рэмси, один из создателей персоналистского байесовского подхода. википедия, CC BY-SA В этом духе отправной точкой QBism является персоналистский байесовский подход к вероятности (первоначально метод статистического вывода, а теперь полноценная теория принятия решений в условиях неопределенности).
В этом подходе вероятности — это личные степени уверенности агента.
Таким образом, вместо того, чтобы описывать статистику какого-то эксперимента, вероятности дают агентам указания о том, как им следует действовать. Другими словами, вероятности носят не описательный, а «нормативный» характер, аналогичный инструкции по эксплуатации. Оказывается, стандартные правила вероятности могут быть выведены из (нормативного) принципа, согласно которому вероятности должны соответствовать друг другу таким образом, чтобы защититься от гарантированного проигрыша при использовании для принятия решений.
Великое открытие КБизма заключалось в том, что вероятности, возникающие в квантовой механике, ничем не отличаются. Они не фиксированы физическим законом, как это принято в стандартном представлении, а выражают личную степень уверенности агента в последствиях действий по измерению, которые он обдумывает.
В КБизме роль квантовых законов состоит в том, чтобы обеспечить дополнительные нормативные принципы того, как вероятности агента должны согласовываться друг с другом.
Вместо описания мира правила квантовой механики являются дополнением к стандартным правилам вероятности; к классической (не квантовой) теории принятия решений. Они помогают физикам принимать такие решения, как спроектировать квантовый компьютер, чтобы свести к минимуму вероятность ошибки, или какие атомы использовать в атомных часах, чтобы повысить точность измерения времени.
Измерения — это действия
Как и термин «наблюдатель», термин «измерение» может вводить в заблуждение, поскольку предполагает наличие ранее существовавшего свойства, которое обнаруживается измерением. Вместо этого измерение следует рассматривать как действие, предпринимаемое агентом для получения ответа от мира. Измерение — это акт творения, который приносит в мир что-то совершенно новое, результат, который разделяется между агентом и внешним миром агента.
Квантовая механика часто изображается как «странная» и трудная, а то и невозможная для понимания. На самом деле странность квантовой механики — это артефакт неправильного взгляда на нее.
Как только принимаются во внимание две основные идеи QBist — что квантовые правила являются руководством к действию и что измерения не выявляют ранее существовавших свойств — все квантовые парадоксы исчезают.
Возьмем, к примеру, кота Шредингера. В обычной формулировке несчастное животное описывается «квантовым состоянием», принимаемым за часть реальности и подразумевающим, что кошка ни мертва, ни жива.
QBist, напротив, не считает квантовое состояние частью реальности. Квантовое состояние, которое может присвоить агент QBist, не имеет отношения к тому, жив кот или мертв. Все, что он выражает, — это ожидания агента относительно последствий возможных действий, которые он может предпринять по отношению к кошке. В отличие от большинства интерпретаций квантовой механики, КБизм уважает фундаментальную автономию кошки.
Или взять квантовую телепортацию. Согласно общепринятому способу представления этой операции, квантовое состояние частицы, снова рассматриваемое как часть реальности, исчезает в одном месте (А) и таинственным образом появляется в другом (В) — совершенно очевидно.
буквально как в транспортере из научно-фантастического сериала «Звездный путь».
Для QBist, однако, ничто реальное не транспортируется из A в B. Все, что происходит при квантовой телепортации, это то, что убеждение агента о частице в A становится после операции таким же убеждением агента о частице в B. Квантовое состояние, выражающее убеждение агента о частице в точке A, изначально математически идентично квантовому состоянию, выражающему убеждение того же агента о частице в точке B после операции. Квантовая телепортация — мощный инструмент, используемый в таких приложениях, как квантовые вычисления, но с точки зрения квантовой коммерции в этом нет ничего противоречащего здравому смыслу или странного.
QBism — это текущий проект. Она ясно излагает значение всех математических объектов теории и, таким образом, представляет собой полностью развитую интерпретацию квантовой механики. Тем не менее, QBism также является программой для разработки новой физики и уже привел к глубокому пониманию, даже если работа над ней еще не завершена.