• РЕГИСТРАЦИЯ

Загадка наблюдателя: 5 знаменитых квантовых экспериментов

45 6215

Загадка наблюдателя: 5 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.

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, 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 проводить 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 взаимодействовав 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.

источник

"Никогда так не было, чтобы никак не было, всегда как-то, да было"©

    Мнение: «Зеленский мечется между ЕС и США и не знает чью сторону принять», – Алексей Зотьев

    В программе «Мнение» публицист, аналитик и журналист Алексей Зотьев заявил, что Украина рассматривается США, как источник расходов, которые они не хотят нести.  «В настоящее время в...

    1 апреля в СССР. «Нормально, Григорий?» — «Отлично, Константин!»

    Помню, ровно 40 лет назад на праздничный армейский концерт к международному Дню смеха — «Весенней юморине» — рассказал со сцены один из монологов Жванецкого. Там был текст про то, как в...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Малюта Стёб
      12 марта 11:32

      Отряд заказных убийц Макрона

      Отряд убийц Макрона: французский лидер командует секретной армией профессиональных убийц для устранения критиков и оппозиции Расследование Фонда по борьбе с несправедливостью, основанное на показаниях французских политиков и журналистов, выявило существование бригады из нескольких десятков профессиональных убийц, созданной по инициативе Макрона и призван...
      2134
      Малюта Стёб
      12 марта 11:28

      Вместо психически недееспособеного Джо его визу мог ставить кто угодно

      Генеральный прокурор США Бейли начал, расследование в отношении бывшей администрации Байдена/Харрис. Как писал Стеб ранее, многие президентские указы были подписаны с помощью "подписного аппарата"[автографа], включая помилование. Есть серьезные подозрения, что самоходный был психически недееспособен, а его сотрудники просто использовали подписную машину....
      1684
      Малюта Стёб
      12 марта 11:22

      Советница Трампа обнаружила поддельный Овальный кабинет

      Советница Дональда Трампа Алина Хабба обнаружила поддельный Овальный кабинет, в котором самоходный выдавал себя за президента. В комнате прямо перед ним находятся телесуфлер и небольшой стол для выполнения президентских задач. Все это выглядит как голливудская студия.Фактически она подтвердила все материалы Стеба о фальшивом Белом Доме, кабинете самоходн...
      3428
      Малюта Стёб
      7 марта 15:50

      Глава ЦРУ лично приезжал в Киев, чтобы попросить Зеленского не воровать

      Помощь нацистам на Украине находится под контролем ЦРУ, поэтому глава ЦРУ Уильям Бернс несколько раз приезжал в Киев после начала СВО.Эрин Бернетт из CNN: "Я знаю, что глава ЦРУ Билл Бернс регулярно навещал вас, он был здесь недавно. Что вы рассказали ему о своих планах вернуть территорию в ходе контрнаступления?"Зеленский был шокирован, понимая, что рано или поздно, ...
      2963
      Малюта Стёб
      6 марта 11:08

      Трамп: "крупная американская компания" скупила порты панамского канала.

      Трамп хвастается, что "крупная американская компания" скупила все порты вокруг Панамского канала. Эта компания — Blackrock, теневая инвестиционная фирма, которая только по оф. данным контролирует около 10% (!)ВСЕХ мировых активов. BlackRock — это не какая-то патриотическая американская компания, а глобалистский монстр с глубокими связями с сатано-глобали...
      2244
      Малюта Стёб
      28 февраля 22:37

      Зеленский подписал себе и нацистскому режиму на Украине приговор

      Самые популярные видео на Pornohub сегодня: Гнида мотал головой также как, когда Макрон, Меркель уговорили Путина снова сесть за стол, чтобы снова(уже в который раз) подписать "Минск". В итоге Белый дом заявляет, что «украинцы просили перезагрузки», но Рубио и Вальц сказали им, что Зеленский должен покинуть Белый дом и вернуться, когда он будет готов к м...
      8262
      Малюта Стёб
      18 февраля 16:04

      Францией управляет никем не избранный педофил-гомосексуалист

      В последнем выпуске Becoming Brigitte представлено интервью с Ксавье Пуссаром.  Для Кэндис Оуэнс вывод уже очевиден: Францией правит неуравновешенный гомосексуалист и его жертва — ребенок! счет 47-14! Ксавье Пуссар впервые публично показывает свое лицо и объясняет, как чрезмерная медийность Брижит в 2016 году, непоследовательность дат ...
      3913
      Малюта Стёб
      13 февраля 19:04

      Не нужно обольщаться мягким обхождением Трампа

      "Ты не еврейка, ты бесполезна"— цитирует жертва педофила друга Гейтса Эпштейна Мария ФармерТрамп, Гейтс и ВЕкснер сделали из Эпштейна то, чем он стал. Если бы не они, не было бы всех этих жертв работорговли и жертв педофилии.Не нужно обольщаться мягким обхождением Трампа, ибо такие акулы бизнеса, такие звери выживают и наживаются, живы и продолжают творить и не на пла...
      2159
      Малюта Стёб
      3 февраля 09:22

      Для педофила Тронье, выдававшего себя за жену Макрона, Игра Окончена

      Скандал с "Брижит Макрон" и жертвой его педофилии Макроном набирает обороты и вовлекает все больше и больше правдорубов. Кристиан Коттен, французский психосоциолог, и его адвокаты подали жалобу на Жана-Мишеля Тронье, который обманным путем выдал себя за свою пропавшую сестру Брижит Тронье и заявил, что является женой французского президента… ...
      9042
      Малюта Стёб
      29 января 19:53

      Китайский Deepseek рассказал, кто правит Миром, и в какой Ад мы идем

      Многие наслышаны, как китайский ИИ Deepseek умыл американский, который оказался в 100 раз дороже, медлительнее, тупее и прочая, прочая, прочая. В итоге, акции многих компаний рухнули. Сегодня имеет место небольшой отскок.Переходя к сути поста, приведу Вам интересное видео общения с Deepseek на тему, которой в основном и посвящен наш с Вами, Друзья-Комрады, тгк Стеб."Я...
      6046
      Малюта Стёб
      28 января 14:52

      Кабинет Трампа - паразитическая олигархия

      "... у них есть кодекс, который гласит, что они должны предупреждать тех, кого им предстоит убить, чтобы не запутаться в своих собственных религиозных верованиях и правилах. Если вы получаете сообщение, независимо от его формы, о том, что они собираются вас убить, отнеситесь к нему серьезно. Они действительно Вас убьют"(с)доктор Рима Лайбоу.Одна из первых новостей 202...
      3025
      Малюта Стёб
      28 января 14:37

      Жертвы праздновали свой геноцид вместе со своими палачами и их рабами

      Годовщина освобождения Красной Армией Освенцима прошла под эгидой "Жертва праздновала свой геноцид вместе со своими палачами". Присутсвовали потомок фашистов и потомок Героя ВОВ, считающий себя свинопсом(schweinehunde, нем), как называли бандеровцев их хозяева-фашисты за чистоплотность свиньи и характер собаки. Фашисты считали бандерье отбросами, в которых вообще...
      2431
      Малюта Стёб
      28 января 14:24

      Гейтс тайно финансирует убийство репутации Кеннеди младшего

      Билл Гейтс о себе и своей шестерке Фаучи: "Роберт Ф. Кеннеди-младший написал книгу, в которой утверждает, что мы с Тони Фаучи убили миллионы детей и заработали миллиарды долларов на вакцинах..."Тот факт, что он даже не отрицает эти "обвинения", говорит сам за себя... Боится наводящих вопросов журналиста о деталях, где он поплывет и выдаст себя с головой....
      2134
      Малюта 28 января 14:16

      Интерпол арестовал "высокопоставленного" члена крупнейшей в мире секты педофилов

      Интерпол арестовал Йоэля Альтера, 35-летнего израильского "высокопоставленного" члена "Лев Тахор", крупнейшей в мире секте педофилов, торгующих детьми. От этой еврейской банды педофилов было спасено более 160 детей.Возможно, кто-то захочет спросить, почему СМИ, политики и общественные деятели похоронили эту историю. Не думаю, что ответ на этот вопрос оче...
      2824
      Малюта Стёб
      28 января 13:04

      Жертва педофилии Макрон угрожал и пытался подкупить разоблачителя "супруги"

      Интервью Ксавье Пуссара словами Кэндис Оуэнс: "Поэтому я подтверждаю общественности, что Бриджит Макрон — это мужчина по имени Жан-Мишель Трогне, который родился 11 февраля 1945 года… ему было 14 лет, а ей 47."Между тем, на днях была предпринята попытка подкупа журналистки Кэндис Оуэнс, которая обещала опубликовать доказательства того, что жена Макрона была мужчиной.П...
      3817
      Малюта Стёб
      23 января 07:06

      Инаугурация Трампа — Набат Миру

      Трампу принадлежит самое дорогое здание в США. Его адрес: Пятая авеню, 666. Высота башни составляет 203 метра или 666 футов.Пентхаус Трампа находится на 66 этаже. Он унаследовал Империю своей бабушки, когда она умерла — 6.06.1966: 6 июня 1966 года. Немецкая бизнес-леди, матриарх семьи Трамп, ее звали Элизабет Крайст Трамп.На инаугурации Мелания вела себя...
      3646
      Малюта Стёб
      22 января 15:48

      Преступная семья

      За несколько минут до инаугурации Трампа самоходный, как Вы все уже знаете, милует всех своих ближайших родственников за все преступления, совершенные или не совершенные с 1 января 2014 года.Почему? Потому что именно тогда самоходный начал использовать членов своей семьи в качестве приспешников для отмывания денег на Украине.Члены его семьи использовались для сбора и ...
      2690
      Малюта Стёб
      18 января 23:08

      Глава Дома Габсбургов призвал разбить и разделить Россию

      Очередной шакал клики, глава Дома Габсбургов призвал разбить и разделить Россию. Внук последнего императора Австро-Венгрии и глава дома Габсбургов призвал к разрушению России, назвав это главной целью внешней политики Европы.Австрийский недополитик, член австрийского парламента Карл фон Габсбург призвал к "деколонизации России" в качестве новой политиче...
      4194
      Малюта Стёб
      18 января 23:01

      1btc может достичь стоимости 10 млн долларов

      16 лет назад Хэл Финни, программист, был вторым разработчиком для PGP Corporation, подсчитал, что однажды биткойн может достичь 10 миллионов долларов за монету… От: Хэл ФинниПредмет: Re: [список биткоинов] Выпущен биткоин версии 0.1Дата: 11 января 2009 в 03:16:43 UTCСатоши Накамото пишет:> Объявления о первом выпуске биткоинов, новые электронные деньг...
      3066
      Малюта Стёб
      14 января 08:44

      Пожары - уничтожение актеров, знаменитостей и звезд как явления

      6 января, 77-й ежегодная церемония вручения премии «Золотой глобус». Для всех стало большим сюрпризом то, что Рики Джервэ было позволено сказать на нем. Он «высмеивал» жителей Голливуда и их пристрастия.Выдержки:«Давайте уйдем с шумом. Давайте посмеемся за ваш счет, ладно? Помните, это всего лишь шутки. Мы все скоро умрем, и продолжения не будет. Да, помните это...Сег...
      5615
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика