Tsinghua PhD Erklärt Die „Quantenwelt“ Der Marvel-Filme
„Ant-Man and the Wasp“ ist ein wichtiger Knotenpunkt, der die dritte und vierte Phase des Marvel-Universums verbindet. Die „Quantenwelt“ in der Geschichte ist das wichtigste Konzept bei der Erschließung des neuen Marvel-Multiversums.
Der Film erscheint am 24. August im IMAX 3D-Format. Schauen wir uns zuerst den Trailer an~
Quantenzustand, Quantenkanal, Quantenwelt, Quantenverschränkung … Als Filmfans für Computerfreaks müssen wir diese kniffligen Konzepte erst einmal verstehen, bevor wir uns „Ant-Man and the Wasp“ ansehen, damit wir das Mysterium des Films besser einschätzen können.
Besonderer Dank gilt Wang Ce, einem Ph.D. in Quantenphysik von der Tsinghua-Universität, für die Zusammenarbeit mit uns bei der Entschlüsselung des Quantencodes hinter „Ant-Man“.
Wang Ce
Tsinghua-Universität
Promotion in Quantenphysik und maschinellem Lernen
Zahlreiche Veröffentlichungen zum Thema „Quantentopologische Zustandsdynamik und Interaktionseffekte“
Beiträge zum Thema „Methoden des maschinellen Lernens für die physikalische Forschung“ etc.
Obwohl Quanten das kleinste Ding im Universum sind, ist es interessant, dass sie den größten wissenschaftlichen Durchbruch des letzten Jahrhunderts darstellen und unendliche Möglichkeiten bergen.
In Marvels „Ant-Man“-Geschichte entdeckte Dr. Hank Pym, dass „Pym-Partikel“ es Materie ermöglichen können, in eine andere Raumdimension hinein und aus dieser heraus zu gelangen und so Dinge größer oder kleiner zu machen. Er persönlich verwandelte Scott Lang in den ameisengroßen Superhelden „Ant-Man“.
Janet van Dyne, Pyms Frau und die „ursprüngliche Wasp“, schrumpfte in die Quantenwelt, um eine Atombombenexplosion zu verhindern, und verschwand für 30 Jahre.
In „Ant-Man 1“ war Scott Lang kurzzeitig in der Quantenwelt gefangen, aber er passte seinen Ant-Man-Anzug an und entkam; Die Geschichte von „Ant-Man and the Wasp“ dreht sich also darum, dass alle in die Quantenwelt gehen, um Janet van Dyne zu retten.
In der vierten Phase der Marvel-Filme wird der Schwerpunkt stärker auf das Multiversum und die interstellare Erforschung gelegt. Auch in „Avengers 4“ werden Ant-Man und das „Quantenkonzept“ eine entscheidende Rolle spielen!
Die Quantenmechanik ist keine Filmgeschichte, sondern das grundlegende Gesetz, das die Zusammensetzung und Funktionsweise aller Dinge auf dieser Welt regelt.
Wenn alles auf einen mikroskopischen Zustand reduziert wird, entdecken Sie eine Welt voller seltsamer Phänomene, in der alles möglich ist!
Wir wissen, dass Materie aus Atomen besteht; und Atome bestehen aus Atomkernen und Elektronen, die die Kerne umkreisen, die wir zusammenfassend als subatomare Teilchen bezeichnen.
Elektronen sind eigentlich eine Art „Welle“.
Obwohl alles auf der Welt aus Elektronen besteht, hängt die „Existenz der Materie“ von den Eigenschaften verschiedener Wellen ab, sodass jede Welle völlig anders aussieht.
Die Eigenschaften dieser Materiewellen bestimmen den Raum und die Entfernung der Elektronen, wenn sie den Kern umkreisen.
Dies ist das strengste Ordnungssystem im Universum: Elektronen sind durch große Entfernungen voneinander getrennt, sodass in den aus ihnen bestehenden Atomen viel Raum vorhanden ist, der fast leer ist.
Das Pauli-Prinzip der Elektronen besagt, dass sie sich nicht gleichzeitig an genau derselben Position befinden dürfen. Daher müssen die kleinen Freunde einen großen Sicherheitsabstand zueinander einhalten.
Elektronen gleicher Ladung stoßen sich gegenseitig ab.
In der „Ant-Man“-Geschichte können die „Pym-Partikel“ den räumlichen Abstand zwischen Elektronen zurücksetzen und dadurch Objekte „größer oder kleiner“ machen. Dies ist ein künstlerisches „physikalisches Gedankenexperiment“.
Stellen Sie sich vor, Sie könnten diese Art von „Vergrößerungs- und Verkleinerungs“-Spezialeffekt auf der riesigen IMAX-Leinwand mit zusätzlichen 26% Bildfläche sehen. Wäre es nicht noch spannender?
Darüber hinaus lässt das atemberaubende Soundsystem des IMAX-Kinos das summende Geräusch der Flügel von Ant-Man und Wasp in der mikroskopischen Welt so klingen, als wäre es direkt neben Ihren Ohren, was das Hörerlebnis verdoppelt.
Sprechen wir über das „Quantentunneln“ im Film.
Obwohl „Quantentunneln“ nur eingebildet ist, ist es durchaus möglich, dass subatomare Teilchen (Elektronen) unter den seltsamen Auswirkungen der Quantenmechanik durch feste Materie „reisen“!
Auf subatomarer Ebene weiß man nie, wo sich ein Teilchen befindet oder wohin es geht. Wenn Sie versuchen, seine Position genau zu messen, können Sie seine Flugbahn nicht messen und umgekehrt.
Daher kann die Wellenfunktion der „Materiewelle“ auch als „Wahrscheinlichkeitsdichtewelle“ interpretiert werden.
Mit anderen Worten, wir können lediglich die Wahrscheinlichkeit beschreiben, dass sich ein Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort befindet.
Verwenden Sie die „Schrödinger-Gleichung“ des „Katzenkillers“ Schrödinger.
Daher besteht immer die Möglichkeit (wie klein sie auch sein mag), dass ein Partikel dort landet, wo es nicht hingehört, beispielsweise auf der anderen Seite einer Wand.
Dieses Phänomen wird als „Quantentunneln“ bezeichnet.
Je schneller sich ein Teilchen bewegt, desto mehr Energie hat es und desto größer ist die Chance, dass es ein „unüberwindbares Hindernis“ passiert.
Wenn Sie im Quantenzustand durch eine Wand gehen möchten, müssen Sie so schnell wie möglich rennen und es immer wieder versuchen, um eine sehr geringe Erfolgschance zu haben – aber es ist nicht unmöglich.
Zu den praktischen Anwendungen des „Quantentunnelns“ zählen die stellare Kernfusion und Festkörperbauelemente wie künstliche Transistoren.
Der Bösewicht Ghost in „Ant-Man and the Wasp“ demonstriert tatsächlich „Quantentunneln“ auf makroskopische Weise. Sie muss ihre Wellenfunktion und ihren Wellenzustand auf irgendeine Weise geändert haben, sodass die Wahrscheinlichkeit des „Tunnelns“ nahe bei 100% liegt.
Wenn sie diese „Superkraft“ beherrschte, könnte sie an fast allen möglichen unglaublichen Orten gleichzeitig erscheinen und nicht nur „durch Wände gehen“.
Das bizarrste Konzept der Quantenphysik ist die „Quantenverschränkung“.
Es ist:
Eine Art und Weise, bei der ein Teilchen scheinbar augenblicklich auf ein anderes Teilchen einwirkt, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind.
Wenn „zwei Teilchen in einem verschränkten Zustand sind“, beeinflussen sich die Zustände der beiden Teilchen gegenseitig.
Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben zwei Münzen, eine blaue und eine rote – Münze 1 und Münze 2.
Angenommen, zwei Quantenmünzen sind miteinander verschränkt und wir legen sie in getrennte undurchsichtige Schachteln, sodass niemand ihre jeweilige Farbe kennt.
Jetzt rennt jemand mit der Schachtel mit Münze 1 auf die andere Seite der Galaxie; Wenn wir die Schachtel mit Münze 1 öffnen und uns die Farbe ansehen, können wir hundertprozentig sicher sein, welche Farbe Münze 2 hat.
Noch erstaunlicher ist, dass Münze 1 vor dem Öffnen der Schachtel weder blau noch rot ist. Erst durch Beobachtung lässt sich feststellen, ob es blau oder rot ist.
Der Zustand der Münze in der Schachtel, wenn sie nicht beobachtet wird, wird mathematisch durch eine der Quantenwellenfunktionen als „Überlagerung“ von Blau und Rot beschrieben.
Wenn ich mir die Farbe von Münze 1 anschaue, bleibt sie auf einer Farbe fixiert, während Münze 2 auf der anderen Seite der Galaxie sofort eine andere Farbe annimmt.
Wenn Sie die Schachtel öffnen und die Farbe der Münze 2 beobachten, wird davon ausgegangen, dass die Quantenverschränkung aufgehoben ist.
Sie müssen gespannt darauf warten, dass meine exklusiven Nachrichten durch die Galaxie reisen, um wirklich herauszufinden, wer Sie sind.
Daher kann die Quantenverschränkung in der Kryptographie und in Supercomputern der nächsten Generation verwendet werden.
Die Quantenwelt ist ein verrücktes Universum! Je besser Sie es verstehen, desto mehr werden alle bekannten physikalischen Gesetze der makroskopischen Welt, die Dimensionen von Zeit und Entfernung, die Richtung der Objektbewegung ... gebrochen und es werden alle möglichen neuen Möglichkeiten auftauchen – deshalb sind die klügsten Köpfe der Welt davon besessen!
Wissenschaftlicher Berater der „Ant-Man“-Filmreihe ist Spyridon Michalakis, Quantenphysiker am California Institute of Technology. Es heißt, dass Handlung und Spezialeffekte des Films auf der Grundlage wissenschaftlicher Forschungsergebnisse entwickelt wurden und auch Wissenschaftler maßgeblich an der Entstehung beteiligt waren.
▲ Quantenphysik-Experte Spyridon (links) und Stan Lee (rechts)
▲ Spyridon (links) und das Hauptkreativteam von "Ant-Man"
„Ant-Man and the Wasp“ begeistert nicht nur Filmfans, sondern sorgt auch bei Menschen, die sich mit der Quantenphysik beschäftigen, für noch größere Begeisterung.
Auf der riesigen IMAX-Leinwand wird eine von der Wissenschaft erdachte mikroskopische Quantenwelt präsentiert. Auch Forscher, die sich mit der Quantenphysik beschäftigen, möchten sehen, wie diese Welt in den Händen eines visuellen Kreativteams der Spitzenklasse aussehen wird.
▲ Die von Physikern für Marvel „entworfene“ Quantenwelt
▲ Das „Schwarze Loch“ in Nolans „Interstellar“ basiert vollständig auf dem theoretischen Modell von Kip Thorne, einem Physikprofessor am California Institute of Technology.
Es wird empfohlen, zum Ansehen von Ant-Man and the Wasp die IMAX 3D-Version zu wählen. Zusätzlich zum immersiven Kinoerlebnis, das Geeks anstreben, gibt es auch einen ganz praktischen Vorteil: Es verfügt über einen zusätzlichen 26%-Frame im Vergleich zu anderen Formaten, was das audiovisuelle Erlebnis noch angenehmer macht!
