Тайны знаменитых квантовых экспериментов
Никто в мире не понимает квантовую механику — это главное, что нужно о ней знать. Да, многие физики научились пользоваться ее законами и даже предсказывать явления по квантовым расчетам. Но до сих пор непонятно, почему присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. «Теории и практики» подобрали примеры экспериментов, на исход которых неминуемо влияет наблюдатель, и попытались разобраться, что квантовая механика собирается делать с таким вмешательством сознания в материальную реальность.
Кот Шредингера
Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, самой популярной среди которых остается копенгагенская. Ее главные положения в 1920-х годах сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. А центральным термином копенгагенской интерпретации стала волновая функция — математическая функция, заключающая в себе информацию обо всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она одновременно пребывает.
По копенгагенской интерпретации, доподлинно определить состояние системы, выделить его среди остальных может только наблюдение (волновая функция только помогает математически рассчитать вероятность обнаружить систему в том или ином состоянии). Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической: мгновенно перестает сосуществовать сразу во многих состояниях в пользу одного из них, для проведения эксперемента потребовались светодиодные шары.
У такого подхода всегда были противники (вспомнить хотя бы «Бог не играет в кости» Альберта Эйнштейна), но точность расчетов и предсказаний брала свое. Впрочем, в последнее время сторонников копенгагенской интерпретации становится все меньше и не последняя причина тому — тот самый загадочный мгновенный коллапс волновой функции при измерении. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедолагой-котом как раз был призван показать абсурдность этого явления.
Итак, напоминаем содержание эксперимента. В черный ящик помещают живого кота, ампулу с ядом и некий механизм, который может в случайный момент пустить яд в действие. Например, один радиоактивный атом, при распаде которого разобьется ампула. Точное время распада атома неизвестно. Известен лишь период полураспада: время, за которое распад произойдет с вероятностью 50%.
Получается, что для внешнего наблюдателя кот внутри ящика существует сразу в двух состояниях: он либо жив, если все идет нормально, либо мертв, если распад произошел и ампула разбилась. Оба этих состояния описывает волновая функция кота, которая меняется с течением времени: чем дальше, тем больше вероятность, что радиоактивный распад уже случился. Но как только ящик открывается, волновая функция коллапсирует и мы сразу видим исход живодерского эксперимента.
Выходит, пока наблюдатель не откроет ящик, кот так и будет вечно балансировать на границе между жизнью и смертью, а определит его участь только действие наблюдателя. Вот абсурд, на который указывал Шредингер.
Дифракция электронов
По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, поставленный в 1961 году Клаусом Йенсоном, стал одним из красивейших в истории науки. В чем его суть?
Есть источник, излучающий поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. И есть преграда на пути этих электронов — медная пластинка с двумя щелями. Какой картины на экране можно ожидать, если представлять электроны просто маленькими заряженными шариками? Двух засвеченных полос напротив щелей.
В действительности на экране появляется гораздо более сложный узор из чередующихся черных и белых полос. Дело в том, что при прохождении через щели электроны начинают вести себя не как частицы, а как волны (подобно тому, как и фотоны, частицы света, одновременно могут быть и волнами). Потом эти волны взаимодействуют в пространстве, где-то ослабляя, а где-то усиливая друг друга, и в результате на экране появляется сложная картина из чередующихся светлых и темных полос.
При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели (и это еще одно из важных положений копенгагенской интерпретации квантовой механики — объекты могут одновременно проявлять и свои «привычные» материальные свойства, и экзотические волновые).
Но при чем здесь наблюдатель? При том, что с ним и без того запутанная история стала еще сложнее. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов, через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос.
Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку. Мистика? Есть и куда более простое объяснение: никакое наблюдение за системой нельзя провести без физического воздействия на нее. Но к этому вернемся еще чуть позже.
Нагретый фуллерен
Опыты по дифракции частиц ставили не только на электронах, но и на куда больших объектах. Например, фуллеренах — крупных, замкнутых молекулах, составленных из десятков атомов углерода (так, фуллерен из шестидесяти атомов углерода по форме очень похож на футбольный мяч: полую сферу, сшитую из пяти- и шестиугольников).
Недавно группа из Венского университета во главе с профессором Цайлингером попыталась внести элемент наблюдения в подобные опыты. Для этого они облучали движущиеся молекулы фуллерена лазерным лучом. После, нагретые внешним воздействием, молекулы начинали светиться и тем неминуемо обнаруживали для наблюдателя свое место в пространстве.
Вместе с таким нововведением поменялось и поведение молекул. До начала тотальной слежки фуллерены вполне успешно огибали препятствия (проявляли волновые свойства) подобно электронам из прошлого примера, проходящим сквозь непрозрачный экран. Но позже, с появлением наблюдателя, фуллерены успокоились и стали вести себя как вполне законопослушные частицы материи.
Охлаждающее измерение
Одним из самых известных законов квантового мира является принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно установить положение и скорость квантового объекта. Чем точнее измеряем импульс частицы, тем менее точно можно измерить ее положение. Но действие квантовых законов, работающих на уровне крошечных частиц, обычно незаметно в нашем мире больших макрообъектов.
Потому тем ценнее недавние эксперименты группы профессора Шваба из США, в которых квантовые эффекты продемонстрировали не на уровне тех же электронов или молекул фуллерена (их характерный диаметр — около 1 нм), а на чуть более ощутимом объекте — крошечной алюминиевой полоске.
Эту полоску закрепили с обеих сторон так, чтобы ее середина была в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом с полоской находился прибор, способный с высокой точностью регистрировать ее положение.
В результате экспериментаторы обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, любое измерение положения объекта, наблюдение за полоской не проходило для нее бесследно — после каждого измерения положение полоски менялось. Грубо говоря, экспериментаторы с большой точностью определяли координаты полоски и тем самым, по принципу Гейзенберга, меняли ее скорость, а значит и последующее положение.
Во-вторых, что уже совсем неожиданно, некоторые измерения еще и приводили к охлаждению полоски. Получается, наблюдатель может лишь одним своим присутствием менять физические характеристики объектов. Звучит совсем невероятно, но к чести физиков скажем, что они не растерялись — теперь группа профессора Шваба думает, как применить обнаруженный эффект для охлаждения электронных микросхем.
Замирающие частицы
Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются в мире не только ради экспериментов над котами, но и вполне сами по себе. При этом каждая частица характеризуется средним временем жизни, которое, оказывается, может увеличиваться под пристальным взором наблюдателя.
Впервые этот квантовый эффект предсказали еще в 1960-х годах, а его блестящее экспериментальное подтверждение появилось в статье, опубликованной в 2006 году группой нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.
В этой работе изучали распад нестабильных возбужденных атомов рубидия (распадаются на атомы рубидия в основном состоянии и фотоны). Сразу после приготовления системы, возбуждения атомов за ними начинали наблюдать — просвечивать их лазерным пучком. При этом наблюдение велось в двух режимах: непрерывном (в систему постоянно подаются небольшие световые импульсы) и импульсном (система время от времени облучается импульсами более мощными).
Полученные результаты отлично совпали с теоретическими предсказаниями. Внешние световые воздействия действительно замедляют распад частиц, как бы возвращают их в исходное, далекое от распада состояние. При этом величина эффекта для двух исследованных режимов также совпадает с предсказаниями. А максимально жизнь нестабильных возбужденных атомов рубидия удалось продлить в 30 раз.
Квантовая механика и сознание
Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?
Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть иллюзорное порождение нашего разума. Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» — комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам. Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин — декогеренция.
Дело вот в чем — во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства не провзаимодействовав с ней. А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен.
Как раз это объясняет термин «декогеренция» — необратимый с точки зрения термодинамики процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой. Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна.
В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции. А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне».
Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол. Но помните — сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность — выбирать приходится каждому из нас.
http://theoryandpractice.ru/posts/8507-quantum-experiment
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

Архив документов об убийстве Джона Кеннеди

Гарри Поттер голосует так же, как и вы

Где расположены самые тучные пастбища инопланетян

Жалоба Луиса Элизондо на генерального инспектора МО

Земля - разумное существо

Конспирологи утверждают, что приводнение космонавтов в окружении дельфинов выглядит неестественно

Космические струны как ключ к путешествиям во времени

Метеорит оказался частью давно разрушенной планеты

Можно ли распознать копию нашей планеты

Невидимое существо заставило женщину в ужасе бежать

Опасности, поджидающие на Титане

Пациент прожил 105 дней с титановым сердцем

Поиски темной материи продолжаются

Призрак спас мою мать от падения с лестницы

Пришельцы прописались в Таиланде

Самые необъяснимые видеозаписи НЛО

Скелеты гигантов как элемент декора базилики

Сознание возникло из группы обкуренных обезьян

Установлены строгие ограничения на квантовую гравитацию

Человекоподобные роботы скоро станут массовыми

Снегоболотоходы ХИЩНИК. Надежная техника для экстремальных условий

Ад гораздо страшнее, чем вы можете себе представить

Блогер посетил Зону-51 Таиланда

Где сходятся квантовая теория и теория относительности

Загадочный блазар стреляет в нас плазмой

Извержение супервулкана на спутнике Юпитера Ио

Инопланетяне должны существовать

Картирование космосдвига для освещения темной энергии

Микроосвещение вызвало появление жизни на Земле

Многообещающий способ обнаружения жизни

НЛО был замечен над Калифорнией

НЛО длиной в милю видели над ветряной электростанцией

Нью-Йорк занимает 5-е место в США по наблюдениям НЛО

Поведение блазара не поддается классификации

Пылевые облака искажают представление о Вселенной

Сверхновые вызвали два массовых вымирания на Земле

Светодиодный эхолот размещен на поверхности Луны

Субнептун обнаружен в системе из двух экзопланет

Удивительные встречи с летающими инопланетянами

Флотилия НЛО вблизи военной базы Каттерик

Шесть солнц появилось над Лас-Вегасом

Как надевать и снимать контактные линзы

Африканский целитель съел труп инопланетянина

Жена астронавта рассказала о его встречах с НЛО

Загадочное наблюдение в глубине Вселенной

Загадочные радиоимпульсы из космоса

Инопланетяне реальны и уже живут среди нас

Материалы, необходимые для колонизации Луны и Марса

Мужчина обратился в больницу с болью в заднице

Неопознанные объекты преследуют самолеты над Россией

НЛО, потерпевший крушение в Нью-Мексико

Новые снимки таинственного спутника Марса Деймоса

Обсуждение вопроса о воде на Марсе

Первые в мире беспилотные истребители

Первые снимки экзопланеты, содержащей углекислый газ

Полицейские Британии раскрывают меньше сообщений о НЛО

Пророк предостерегает от общения с инопланетянами

Редкие снимки спутника Марса

Сталкеры исследуют каждый дюйм озера Лох-Несс

США опубликовали документы об убийстве Кеннеди

Черные дыры - не конец, а начало

Черные дыры выбрасывают мощные струи

Шины для внедорожника. Виды и правила выбора

Классические и страшные квесты в Тамбове на любой вкус

Вращающиеся черные дыры насыщены энергией

Датчики квантовой запутанности могут проверить гравитацию

Загадочные кольца у планетарной туманности

Изучение темной энергии с помощью взрывающихся звезд

Конспирологическое мышление способствует принятию лжи

Наличие жидкой воды и жизни под поверхностью Марса

Неожиданные изменения в электронах у Ио

НЛО, похищения и многое другое в долине Гудзона

Новый класс ледяных межзвездных объектов

Первое доказательство нового квантового явления

Помните тот астероид, который не столкнется с Землей

Секреты фазовых переходов в квантовом оборудовании

Сложный химический состав в первобытной галактике

Смелый подход к воображаемым числам

Существуют и другие планеты, похожие на Землю

Таинственное явление в центре нашей галактики

Тайна того, как зарождаются звезды

Тайна того, как скопления галактик остаются горячими

Четыре крошечные планеты у звезды Барнарда

Шерстистые мыши - первый шаг к возрождению мамонтов

Всемирный день контактов-2025

Вторая по близости к Земли звезда имеет четыре субземли

Глубокого океана на Марсе не было

Госслужащих Великобритании скоро заменит ИИ

Жена рассказала о бесчисленных встречах мужа с НЛО

Жизнь на Земле возникла благодаря микроосвещению

ИИ-поисковики поймали на лжи

ИИ-помощник программиста предложил научиться писать код

Инопланетяне не только реальны, но и уже среди нас

Инопланетяне потерпели крушение на Земле

Моя сестра убила меня и я переродилась

На месте смертельной аварии заметили призрака

Обнаружены убедительные признаки жизни на Марсе

Российские пилоты все чаще встречают НЛО

Смертоносное лучевое оружие, опередившее свое время

Странное существо напугало аргентинцев

Странные объекты найдены на картах Google

США будет создавать живые космические сооружения

Энтузиасты хотят поймать инопланетные корабли

Этот бинокль поможет вам увидеть НЛО

Арсенал инопланетных артефактов и технологий

Артефакт инопланетян обнаружен на Марсе

Битва между атмосферой Марса и солнечным ветром

В салуне Белль Старр водятся привидения

Вера в конспирологию вызвана плохим сном

Загадочные патагонские живые камни

Загадочный артефакт обнаружен на Марсе

Загадочный каменный круг возрастом 3200 лет

Инновационное древнее захоронение типа Стоунхенджа

Космические частицы возбуждают вспышки молний

Кровавый дождь стекает с иранских гор

Найден старейший кратер от падения метеорита

НАСА успешно принимает сигналы GPS на Луне

Научный сотрудник НАСА опровергает теорию плоской земли

НЛО замечен над графством Дарем

Пересадка митохондрий астронавтам

Роботы с искусственным интеллектом испытывают стресс

Самолет-шпион совершает таинственный облет

Тайна инопланетного сигнала после падения метеорита

Что делает человеческое сознание уникальным

Как вовремя выявить болезни сердца у кошек и собак. Симптомы, диагностика, лечение

Беспроводное электроснабжение уже на горизонте

Восемьдесят лет лжи и обмана

ИИ - бомба замедленного действия для человечества

Инопланетяне действительно существуют

Компания OpenAI потребовала наплевать на авторские права

Новый захватывающий документальный фильм об НЛО

Ноев ковчег существовал на самом деле

Одна из легенд уфологии

Опасность стремления США к доминированию в области ИИ

Орегон - отличное место для встречи с пришельцами

Открыли 128 неправильных спутников Сатурна

Переоценка модели эволюции разумной жизни

Подросток с синдромом оборотня установил мировой рекорд

Привлекательное место для похищения инопланетянами

Саммит Skyfire 2025 приглашает уфологов

Секретная программа по отслеживанию крушений НЛО

Создали батарею, которой может хватить на столетие

У Сатурна обнаружили 128 новых лун

Черные дыры могут эволюционировать в белые дыры

Что будет в реальной жизни послезавтра

Астробиологи предложили облучить Европу лазером

Джо Роган заинтригован исследованиями уфолога

Загадка следа человека возрастом 290 млн лет

Извините, жители плоской Земли

ИИ-агенты управляют ПК и гуляют по интернету

Источник странных долгопериодических радиоимпульсов

Клетки человеческого мозга не умирают после смерти

Мужчина прожил 100 дней с искусственным сердцем

Навязчивые встречи с людьми-тенями

Недосып может спровоцировать веру в теории заговора

Обнаружены таинственные радиосигналы

Одна из пирамид неожиданно начала светиться

Переворот наших представлений о звездообразовании

Робот поищет признаки жизни в криовулканах Энцелада

Связь между часами Судного дня и смертностью

Стартовала миссия по поиску ингредиентов для жизни

У Сатурна обнаружено 128 новых спутников

Убивший динозавров астероид вызвал 4,5-км цунами

Человек-зверь в лондонском метро

Этот фильм об НЛО заставит вас поверить

Вервольфы, рептилоиды и другие зловещие существа

Гравитация может быть прародительницей Времени

Загадочные нити в нестабильной плазме

Инопланетяне реальны, и их скрывают

Космическая аномалия в центре Млечного Пути

Наше Сознание может взаимодействовать со Вселенной

НЛО длиной в пять миль пролетел над поверхностью Луны

Новый метод обнаружения жизни на Марсе

Обнаружено еще больше мест залегания льда на Луне

Перенос сознания в Альтернативную реальность

Раскрытие тайн теории относительности Эйнштейна

Секрет неограниченной энергии у нас под ногами

Системы, которые блокируют и выводят из строя спутники

Смотрите документальный фильм про НЛО

США уже ведут первую в мире ИИ-войну

Таинственный объект в поясе Койпера

Темная энергия, приводимая в движение звездообразованием

Теории заговора и дезинформация быстро распространяются

Фильм Дэна Фараха ошеломляет публику

Что на самом деле произошло во время Великого потопа

Вы человек с плоской Землей

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика