Квантовая музыка что это

InnovaNews.ru

Квантовая механика устанавливает пределы чувствительности в измерениях перемещения, скорости и ускорения.

Недавний эксперимент, поставленный в Институте Нильса Бора, целью имел исследование этих ограничений. Ученые проанализировали, как квантовые колебания во время измерения приводят в движение сенсорную мембрану. Мембрана — это макет будущих сверхточных квантовых датчиков, чья сложная комплексная природа, возможно, поможет преодолеть фундаментальные квантовые ограничения.

Результаты эксперимента опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Квантовая музыка

В основе множества музыкальных инструментов лежат вибрирующие струны и мембраны. Пощипывания струны вызывают ее колебания на частоте, определяемой длиной струны и ее натяжением. Помимо основной частоты — соответствующей музыкальной ноте — струна вибрирует и на более высоких частотах. Эти обертоны влияют на наше восприятие звучания инструмента и позволяют отличить гитару от скрипки.

Аналогично, биение в барабан стимулирует вибрации на нескольких частотах одновременно.

Сокращение мембран в размерах суть процесса не изменит. Однако ученые во главе с профессором Альбертом Шлиссером показали, что колебания мембраны, включая все обертоны, следуют удивительным законам квантовой механики.

Квантовые законы подразумевают, что даже сама попытка точного измерения колебания мембраны приводит ее в движение.

Источник

Австрийцы придумали квантовую музыку

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Volkmar Putz, Karl Svozil, arXiv:1503.09045v1

Физик Карл Своцил и музыкант Фолькмар Путц предложили математическую модель квантования музыки. С ее помощью можно представить, каким образом в музыке могут реализовываться такие странные свойства квантового мира как суперпозиция, квантовая запутанность и принцип дополнительности. Полный текст работы доступен на сайте Корнелльского университета.

Для целей своей работы исследователи решили квантовать конкретный музыкальный инструмент – пианино. Чтобы упростить вычисления и задать строгие рамки модели, ученые квантовали только одну октаву, представленную восемью последовательными белыми клавишами (обычно обозначаемыми c, d, e, f, g, a, b, c). По аналогии с квантовой информацией каждому тону в музыкальной номенклатуре приписывается такие свойства как возможность находиться в суперпозиции или быть в запутанном состоянии.

Из этого следует, что если такое квантовое музыкальное состояние будет слушать аудитория из семи человек, то возможны случаи, когда каждый из них будет слышать в один момент времени разный музыкальный тон, а последовательность этих тонов для каждого слушателя всегда будет совершенно уникальной.

Два других возможных варианта квантования – это представить октаву как бозонное или фермионное поле. В этом случае каждый тон может иметь два значения 0 (0;1) или 1 (1;0), а каждое состояние такого тона может быть представлено двумерным Гилбертовым пространством. Если вернуться к нашему пианино, то это будет обозначать одновременное нажатие нескольких из восьми клавиш в каждый момент времени.

Также ученые предположили, что в квантовой музыке может реализовываться состояние квантовой запутанности, в котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми, причем эта взаимозависимость сохраняется, даже если объекты разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий. Прослушивание «запутанной мелодии» в таком случае будет зависеть от того, что именно услышал сосед по аудитории.

Ученые рассматривают свою работу прежде всего как «игру ума», а не как действительное исследование музыки и полагают, что она может вдохновить новые исследования в области квантовой механики и её применения.

Источник

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что этоaudiomania

Аудиомания

Хороший блог от А до Я!

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Прим. перев.: это еще один перевод статьи из блога Итана Хайна (Итан – адъюнкт-профессор по направлению «музыкальные технологии» Университета Нью-Йорка). В этой статье он размышляет о связи теории музыки и квантвой механики и доказывает, что традиционная графическая визуализация микромира во многом уступает аналогиям, которые может предложить, например, гитарист или скрипач. Другие его материалы в нашем переводе читайте здесь: 1 (о приемах визуализации музыки), 2 (об основах превращения аналогового звука в цифровой).

В старших классах школы вы, вероятно, видели похожую картинку:

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Н а этом рисунке изображено стилизованное ядро с красными протонами и синими нейтронами, окруженное тремя серыми электронами. Эта симпатичная стандартная картинка. Из нее может получиться неплохой логотип. К несчастью, она, при этом, абсолютно неверна. Субатомные частицы до определенной степени похожи на маленькие стеклянные шарики, но степень этого сходства крайне невелика. Электроны действительно движутся вокруг ядра, но движение это происходит не по эллиптической траектории, как если бы они были маленькими спутниками, движущимися по орбите вокруг планеты. Истинная природа электронов в атоме гораздо более необычная и интересная. И изображения едва ли могут передать суть квантовых частиц. С помощью теории музыки это сделать гораздо проще.

Квантовые частицы – это волны

Неплохой аналог того, как в действительности ведут себя частицы – телевизионный белый шум, который состоит из огромного количества электронов, в произвольном порядке высвечивающихся на экране. Попытайтесь представить вокруг ядра атома эту «статику», и вы получите гораздо лучшую картину происходящего, чем дают изображения со спутниками, вращающимися вокруг планет.

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Но какое отношение все это имеет к теории музыки? Вибрации поля электрона вокруг атома действуют, как гармонические колебания. У электронов есть гармоники, так же, как и у гитарных струн. Гармоники электронов имеют три измерения в отличие от одномерных гармоник струн, но в их основе лежит тот же принцип. Эти гармоники определяют устройство и взаимодействия электронной волны, точно так же, как гармоники струны формируют основу аккордов и гамм. Гармоники электронного поля называются орбиталями.

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Этот скриншот апплета для квантовых гармонических колебаний Фэлстеда показывает первую гармонику электронного поля вокруг молекулы H2, двух атомов водорода, каждый из которых состоит из одного протона и одного электрона. Это «электронный» эквивалент гармоники гитарной струны на 12-м ладу. Голубая капля показывает положение одного электрона, красная капля – положение другого электрона. На более высоких энергетических уровнях орбитали принимают более сложные формы. Это прямая аналогия более сложных музыкальных интервалов, которые можно получить из более высоких гармоник гитарной струны.

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Орбитали можно представить, как систему маленьких ячеек, каждую из которых может занимать только один электрон. Эти ячейки разбиты попарно, и электроны «предпочитают» жить в соседних ячейках. Структура всех объектов и химических элементов определяется тем, как взаимодействуют внешние орбитали атомов. Если самые удаленные ячейки оказываются незаняты, их могут заполнить электроны других атомов, сцепляя атомы в молекулы. Все жидкие и твердые материалы сохраняют свою структуру за счет обмена электронами между орбиталями.

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Если вы продолжите процесс фотонного «обстрела», то полностью разорвете связи между молекулами, которые начнут свободно и независимо перемещаться в состоянии, которое мы называем паром. Если вы обстреляете фотонами пар, то разорвете молекулы, отделив тем самым электроны от ядра в форме плазмы. Еще больший энергетический импульс разорвет ядро на протоны и нейтроны, а сами протоны и нейтроны расщепит на составляющие: верхние и нижние кварки. Кварки, протоны, нейтроны, ядра атомов и молекулы представляют собой вибрирующие энергетические поля, каждое из которых имеет свою особую волновую форму и гармонику.

Источник

В поисках символического смысла

16 дек, 2006 @ 15:51 Квантовая музыка
Об этой записи
Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это
Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что этоКвантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Специалиста по квантовой механике и квантовой информации спрашивают:
— Вы любите классическую музыку?
— А что, уже есть и квантовая?

Навеяно появлением в последние годы многочисленных публикаций по квантованию всего, чего только можно: квантовая информация, квантовый компьютер, квантовая машина Тьюринга, квантовые нейронные сети, квантовая криптография, квантовые игры (по сравнению с классической теорией игр), квантовые формальные языки (их, вообще-то, не встречал, но раз уж квантовые автоматы есть, так и до языков рукой подать), квантовые пароли доступа, даже квантовые финансовые рынки.

В одной из бесед с научруком на мою фразу: «Человек мыслит классически» он возразил: «Человек XXI века мыслит квантово!»

Все эти темы в самом деле интересны, но я не считаю такую тенденцию в науке здоровой: копают всё вширь, а не вглубь. Вместо доказательства каких-то фундаментальных теорем в той же квантовой науке все просто наперегонки квантуют всё, что только под руку попадается, получают какие-то, пусть нетривиальные, но достаточно поверхностные результаты и счастливы. Справедливости ради стоит, конечно, отметить, что какие-то фундаментальные теоремы всё-таки доказаны, но тенденция всё равно на лицо.

Источник

Из чего состоит звук

Ежедневно нас окружают сотни различных звуков. А вы когда-нибудь задумывались о строении звука? Из курса школьной физики мы знаем про звуковые волны, но ведь все в нашей Вселенной состоит из элементарных частиц. И звуковая волна — не исключение. Для того, чтобы досконально изучить то, из чего состоит звук, физики из Стэнфордского университета создали очень чувствительный микрофон. Его можно назвать в какой-то степени «квантовым микрофоном», ведь он может уловить колебания элементарных звуковых частиц, называемых фононами.

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Что такое фонон

Еще в 1907 году Альберт Эйнштейн предположил возможность существования фононов. Это частица, представляющая собой скопление вибрационной энергии. Фононы излучаются возбужденными атомами и проявляются в виде звука различной частоты. В каждом фононе заключено определенное количество вибрационной энергии. Единица измерения энергии обозначается термином Fock. Если в звуковой волне регистрируется 1 Fock, то значит она содержит 1 фонон. Если 2 Fock — 2 фонона и так далее. Именно на принципе измерения Fock и основана работа «квантового микрофона».

Что такое «квантовый микрофон» и как он работает

Квантовый микрофон представляет собой охлажденный до сверхнизкой температуры резонатор. Но невооруженным глазом вы увидеть его не сможете, так как он настолько маленький, что его удастся разглядеть лишь под электронными микроскопом с большим увеличением. Резонатор подключен к схеме, внутри которой циркулируют пары связанных электронов. Отклонение в движении этих пар электронов возникает в результате воздействия на них фононов. Это воздействие и улавливает резонатор, регистрирует и передает в систему для анализа.

Квантовая музыка что это. Смотреть фото Квантовая музыка что это. Смотреть картинку Квантовая музыка что это. Картинка про Квантовая музыка что это. Фото Квантовая музыка что это

Зачем нужен «квантовый микрофон»

В первую очередь, устройство необходимо для того, чтобы более точно изучить природу звуковых волн, а также понять процесс формирования фононов. Более того, «квантовый микрофон» при изменении режима работы способен сам вырабатывать единичные фононы. То есть его можно в буквальном смысле использовать в качестве генератора элементарных частиц (в данном случае только частиц звука) и, в отличие от того же Большого адронного коллайдера, для этого не нужно проводить столкновения частиц на больших скоростях. Все происходит благодаря генерации незначительных вибраций на атомарном уровне.

Это позволит создать микроскопические устройства, способные сохранять и воспроизводить квантовую информацию, закодированную в параметрах элементарных частиц звука (фононах). Кроме этого, подобные системы могут выступать в качестве преобразователей механических сигналов в оптические и наоборот, что можно будет использовать при создании квантовых компьютеров и других элементов высокотехнологичных гаджетов в будущем.

Хотите узнать больше? Подписывайтесь на нашу страничку в Яндекс.Дзен.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *