Каждый раз, когда я получаю книгу, посвященную теме квантов, я погружаюсь в нее затаив дыхание. Неважно, что это десятое описание принципа неопределенности или двадцатое представление о коте Шредингера - я всегда испытываю одно и то же восхищение и провожу вечера на размышлениях. И вот, недавно я снова начал думать о философской резне, которую сделала проблема наблюдателя и измерения в квантовой механике.

Квантовая механика, несомненно, изменила мир. С его приходом время правления простой и схематичной физики, сменившейся эпохой непредсказуемости, подошло к концу. До сих пор реальность бильярдных шаров, движущихся в соответствии с простыми принципами классической механики, прошла навсегда. Точно так же атом, представленный в начале 20-го века в виде миниатюрной планетарной системы с ядром и электроном, вращающимся вокруг него на определенной орбите, претерпел существенное обновление. Эрвин Шредингер, Нильс Бор, Вернер Гейзенберг и другие разрушили ньютоновский орден, выпустив серию работ, основанных на причудливых - с точки зрения физика предыдущих поколений - предположениях.
Не заходите далеко и давайте взглянем на проклятие физиков или знаменитый опыт с двумя щелями. ( здесь у вас есть одно из многих мультимедийных представлений об эксперименте.) Уже в девятнадцатом веке Томас Янг стремился свергнуть идею Исаака Ньютона о том, что свет - это поток частиц. Для этого ему пришла в голову мысль, что, если бы он направил луч света на барьер с параллельными прорезями, разрезанными пополам, мы бы увидели более темные и более светлые полосы на установленном экране. Ну, Ньютон, вот как частицы не ведут себя - Янг мог подумать, и он был бы прав. Свет, прошедший через щели, нарисовал на экране интерференционную картину, которая сопровождается взаимным усилением и затуханием ... волн. (Хуже того, несколько десятилетий спустя работы Планка и Эйнштейна вновь вернули к жизни корпускулярное описание света, передаваемого фотонами.)

Свет показал свою волновую природу, поэтому любопытные физики решили провести двойной эксперимент для частиц, составляющих атом. Клинтон Дэвиссон доставил поток электронов в мастерскую, которую он прошел через перегородку с пробелами, которые попали на чувствительный экран. Эффект был тревожным: интерференционная картина, электроны были как волна! В этом случае недоверчивый Дэвиссон попытался подойти к ним с другой стороны, прикрывая одно из отверстий. В этом варианте частицы, которым удалось пройти другую сторону барьера, попадают на весь экран случайным образом - как точечные частицы. После многократного воздействия второй апертуры даже при медленном испускании электронов постепенно появляются характерные волновые полосы. В конце концов, оказалось, что даже электроны, запущенные по отдельности, после дня бомбардировки экрана, нарисуют на нем изображение интерференции, что приведет исследователей к грани коллапса. Однажды частица, одна волна, в зависимости от того, дадим ли мы частицы одному или двум промежуткам. Для рационального человека такая позиция равносильна катастрофе.

Ключ к решению проблемы и восстановлению физики по вертикали состоял в том, чтобы указать, с какой волной мы имеем дело, то есть что мешает? Если бы электрон был просто сто-процентной волной, он вел себя так, независимо от количества дырок, и датчики не предполагали бы, что отдельные частицы попадают в него. Квантовая механика решила этот кризис, заявив, что, как если бы он был абстрактным, он не звучал так, словно предмет материи был волной вероятности. Запущенная частица движется по другой траектории и в конечном итоге попадает в случайную цель. Ученый, который напрягается за компьютером, может рассчитать только наиболее вероятное место посадки электрона. Однако, если мы дадим частицам два слота, то их вероятностные волны начнут взаимно усиливать и гасить их, что увеличит шансы их воздействия на некоторые области экрана (более светлые полосы) и уменьшит их до других (более темные полосы). Как будто вся траектория полета, даже один электрон, вмешивалась, заставляя его «знать», куда ударить, чтобы в конечном итоге выглядеть как волна. Физики, однако, решили быть хитрыми и наблюдать, как электроны проходят через перегородку. Инструмент, который был предсказуем, не заметил никакой волны, показывающей каждую проходящую частицу. На экране появились только две полосы, интерференционное изображение снова исчезло. Какая была волна вероятности, была сделана еще до прохождения через дыру, и электрон во время измерения выбрал одну из возможностей.

Любитель свободной любви и кошек Эрвин Шредингер, выдвинул на первый план эту проблему, известный мысленный эксперимент. Ему пришла в голову идея закрыть пушистую коробку в коробке с ловушкой, контролируемой одной частицей. Это может занять одно из двух состояний с вероятностью 50% для каждого: в первых выпусках из ловушки смертельный яд убивает невинное животное, а во втором ничего не происходит, и кошка живет, пока не умрет от голода. Однако коробка закрыта, и квантовая механика говорит нам, что до тех пор, пока мы не заглянем внутрь, частица останется в суперпозиции двух состояний, а с ней и кошки. Таким образом, приятно обсуждая вероятность и странное поведение частиц, Шредингер перешел на более высокий и более противоречивый уровень. Поскольку частица может находиться в двух положениях одновременно, почему тело не может быть живым и мертвым одновременно? Естественно, никто не проводил этот эксперимент, и кроме того, у него есть несколько препятствий, но он сильно подчеркивает противоречие квантовой физики с повседневными переживаниями.

Кто-то скажет, что там, где начинается кошачий вред, шутки на этом заканчиваются. Можно также сказать, что на месте эксперимента Шредингера физика действительно заканчивается, и начинается философия. Как и в случае опыта с двумя щелями, мы уменьшаем волну вероятности, глядя на нее; так что четверка будет "выбирать" одно из двух состояний при открытии окна. Как наблюдатели, мы сделаем некоторый сценарий реальным (будьте позитивны!). На каком основании? Кто такой наблюдатель? Измерение должно быть сделано человеком, или это достаточно, чтобы иметь животное или даже само устройство?
Если вы думаете, что наука нашла панацею за последние несколько десятилетий, вы очень оптимистичны. Со времени знаменитой копенгагенской интерпретации до наших дней появляются новые, порой очень причудливые концепции. В своей книге «Бог и новая физика» Пол Дэвис пишет: « Электрон не отказывается от какой-либо возможности, пока кто-то не заподозрит его. Оба возможных мира сосуществуют в форме гибридной спектральной суперпозиции. Вскоре после этого профессор Ньюкасл-апон-Тайн обращает внимание на следующую проблему: (...) взаимодействие электрона с камерой - это процесс, в котором участвуют атомы аппарата, и поэтому его следует описывать с учетом квантовых эффектов . Другими словами, крупные объекты, такие как измерительный прибор или даже мы сами, не совсем свободны от безумия квантового мира. Согласно такой позиции, наблюдая за электроном, мы каким-то образом вступаем в корреляцию с этой частицей и сами занимаем одну из позиций.
Лауреат Нобелевской премии Венгрии Евгений Вигнер ошеломил своих коллег, заявив, что выбор квантового состояния сделан в ... сознании наблюдателя. Физик одним движением руки решил - по крайней мере, по себе - проблему наблюдения и сосуществования гибридов миров. Трудно найти точное описание обсуждений Вигнера, но вы можете легко найти их результат. Предположение, что сознание уменьшает квантовую волну вероятности, близко к предположению, что человеческий разум создает реальность в определенной степени. Я сомневаюсь, что ученый воспримет мир вокруг себя таким образом, что, конечно, не мешает различным религиозным группам или оккультистам, вплетает квантовую механику в их собственные идеи. Стоит, например, помнить, просматривая свои материалы сомнительного происхождения, из которых большая часть их бросает науку в одну сумку с широко понятой мистикой.

Немного менее странно, и, кроме того, большинство физиков рассматривали ее с помощью щепотки соли, смелая гипотеза Хью Эверетта оказалась смелой. Мысль была следующей: наблюдатель не уменьшает волну и не создает реальность; просто все государства действительно существуют! Согласно Эверетту (в этом месте Нильс Бор переворачивается в могиле), каждая из возможностей происходит в параллельной вселенной. Поэтому, когда мы открываем коробку с котом Шредингера, реальность распадается на две части: в первой пушистая просит поглаживания, а в другой - вверх ногами. Чтобы быть более конкретным, в каждом микроисследовании появляются миллиарды отдельных вселенных, в которых происходят другие комбинации событий. Это шизофрения! - Брайс ДеВитт написал об этой идее. Хотя существует метод безумия, нужно честно признать, что Эверетт решил одну проблему своей теорией, породив другие. Прежде всего, на каком основании наше сознание все еще выбирает, какой путь выбрать? Есть ли вселенная, в которой я не пишу эту статью, или в которой Гитлер выиграл войну? И, конечно же, как можно ответить на эту теорию яркой Аниле, проверить?

Вселенная как система, наблюдающая за собой (рис. Бог и новая физика ).

Более поздняя интерпретация, в которой существо приняло участие Полюса, Войцеха Шурека, представляет ситуацию совершенно приземленно: окружение является для себя наблюдателем. Эта среда постоянно следует за системами, заставляя макроскопические объекты выбирать только некоторые состояния из всех квантовых возможностей, - говорит Шурек. Это в некоторой степени соответствует намерению Джона Уилера, предполагая, что вся вселенная является наблюдателем для себя. Наиболее важный вывод, полученный из этих гипотез, состоит в следующем: непредсказуемость квантовой механики является неоспоримым фактом , но она хорошо работает в подходяще изолированной системе; бомбардируя электрон другими частицами, мы уменьшаем вероятность до определенного состояния. Здесь нет призраков или стихийно разделяющих вселенных. Чтобы добиться успеха, был проведен эксперимент с ионами бериллия. Сначала он был введен в состояние суперпозиции, а затем его положили на лазер таким образом, что «неэкспонированное» состояние иона исчезло. Вот прямое доказательство влияния среды на положение частицы.

Эксперимент Дэвида Уайнленда (между прочим, нобелевский лауреат этого года) - большой шаг вперед в интерпретации квантовых явлений, а не затея для философов. Фактически, каждая из представленных и опущенных теорий решает некоторые проблемы, порождая новые. Единственная определенная вещь состоит в том, что природа микроскопического мира, каким бы странным он нам ни казался, на самом деле функционирует и окружает нас со всех сторон.

Дополнительная литература:
P. Davies, God and Nowa Fizyka , Варшава, 1996;
Л. Ледерман, Д. Тереза, Божественная частица. Если Вселенная является ответом, то в чем вопрос? Варшава 2005;
P. Cieśliński, Квантовая механика. Шредингерская кошка , Wyborcza.pl, [доступна 28/11/2012].

Похожие

Комментарии