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.
Австрийцы придумали квантовую музыку
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.
audiomania
Аудиомания
Хороший блог от А до Я!
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:
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.
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.
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.
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.
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.
В поисках символического смысла
|