Квантовый мир: мы есть, пока за нами наблюдают

0

Квантовая физика преподносит ученым все новые сюрпризы. Если раньше мы были уверены в том, что видим, то нынешние эксперименты показывают, что наша картина мира может рухнуть в любой момент. Более того, они подтверждают то, о чем твердят с древнейших времен многие духовные учения: наблюдаемый нами материальный мир иллюзорен.

Какие же именно выводы физиков переворачивают картину мира? И каково это – жить в квантовой реальности?

Мы – всего лишь часть Вселенной

Из квантовой теории получается, что все элементарные частицы, из которых состоит «материальный» мир, изначально, до наблюдения за ними, находятся в так называемом состоянии суперпозиции. Пока за фотоном или, например, электроном, никто не наблюдает, чтобы определить его местоположение, – частица находится везде одновременно. Звучит странно, но такое положение вещей – экспериментально подтвержденный факт. Пока элементарную частицу никто не ловит, она с определенной вероятностью находится во всей Вселенной одновременно. Или нигде.

Этой частицы нет как локального элемента нашей реальности. Она проявляется как конкретный объект в пространстве и времени, лишь когда мы начинаем ее наблюдать. Наблюдение – это попытка каким-то образом определить местоположение частицы в пространстве. А до момента наблюдения электрон или любая другая элементарная частица представляет собой квантовый объект. То есть, не частичку материи, а облако вероятностей размером со всю Вселенную. Потенциальную возможность оказаться в том или ином месте.

Экспериментально установлено, что в состоянии суперпозиции при отсутствии наблюдения находятся не только элементарные частицы, но и макрообъекты.

Молекулы вещества в этих экспериментах из «материальных» тел превращаются в волны, проявляя квантовые свойства. То есть, молекулы также не существуют сами по себе, вне наблюдения за ними.

Еще один экспериментально подтвержденный ключевой вывод квантовой механики – это наличие фундаментального единства мира. Физики называют это нелокальностью. Дело в том, что эксперименты доказали существование квантовой запутанности. Это явление заключается в следующем: между двумя когда-либо взаимодействовавшими элементарными частицами устанавливается связь. Одна частица каким-то непостижимым образом знает о том, что происходит с другой. Каждая частица обладает определенными характеристиками. Например, электрон вращается вокруг своей оси (спин). Она может быть направлена по часовой стрелке или против нее. И пока мы не поймаем частицу, этой характеристики просто не существует. Она, как и сам электрон – только вероятность, существующая в квантовой реальности.

Однако, поймав электрон и измерив его спин, можно быть совершенно точно уверенным в том, что спин его партнера будет противоположным. Пронаблюдав одну частицу, мы словно извлекаем запутанную с ней частицу из квантовой реальности в наш «материальный» мир. Более того, игнорируется даже время: информация может передаваться в прошлое.

Квантовая механика теоретически предсказывала возможность такой связи. Доказана она была в 1982 г. Объясняется все довольно просто. На уровне квантовой реальности эти частицы не разъединены между собой, а представляют собой единое целое, как бы далеко они не находились друг от друга в нашем пространстве.

С точки зрения квантовой механики, пространство в этой реальности имеет бесконечное количество измерений. То есть, фактически пространства нет.

Поскольку пространство и время представляют собой единый континуум, то понятие времени в квантовой реальности также отсутствует. Соответственно, видимый материальный мир – лишь одна из материализованных возможностей, проекций квантовой реальности.

Нужен наблюдатель

Каким же образом из квантовой реальности возникает наш мир? И действительно ли реальность появляется лишь в процессе наблюдения за ней? Насколько принципиальна роль наблюдателя? Последние опыты квантовой механики дают ответ: эта роль действительно принципиальна. Только наблюдателем не обязательно должен быть человек или созданные им приборы. Окружающее пространство – такой же наблюдатель! Как только у окружающей среды появляется возможность определить местоположение и траекторию движения элементарной частицы или даже молекулы в пространстве – она немедленно перестает быть квантовым объектом и проявляется как материальный объект.

Квантовая физика сейчас смогла дать ответ на знаменитый вопрос Эйнштейна: «Неужели Луна существует, лишь когда на нее смотрят?» Согласно теории квантовой реальности, если Луну удастся изолировать так, чтобы ни один метеорит, луч света или частичка космической пыли не взаимодействовала с ней – она из нашей реальности исчезнет.

У каждого своя правда

Квантовая реальность также говорит нам и о том, что истин может быть много, а не одна. Это подтверждает эксперимент друга Вигнера. Мы привыкли, что если в макромире происходит какое-то явление, а видеть его могут сразу несколько человек, то впечатления о нем у всех будут практически одинаковые, если дело касается фактической информации, а не эмоциональной. Но в квантовом мире все не так просто: для двух разных наблюдателей один квантовый процесс может иметь совершенно разный результат. И, как оказывается, фактическая информация каждого из них будет верна.

Этот парадокс впервые описал физик Юджин Вигнер. Он немного усложнил мысленный эксперимент Шредингера с котом, добавив в него категорию друзей. Согласно парадоксу друга Вигнера, представим, что после завершения опыта с котом Шредингера экспериментатор открывает коробку и видит живого кота. Вектор состояния животного в момент открытия коробки переходит в состояние «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, в лаборатории он признан живым. Но за пределами лаборатории находится друг. Он еще не знает, жив кот или нет, и признает кота живым только тогда, когда экспериментатор сообщит ему исход эксперимента. Но все остальные друзья еще не признали кота живым и признают только тогда, когда им расскажут об этом. Таким образом, кота можно признать полностью живым только тогда, когда все люди во Вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента кот остается в суперпозиции двух состояний — между жизнью и смертью.

Этот сценарий долго был интересным мысленным экспериментом. Но отражает ли он реальность? С научной точки зрения, прогресс в этом направлении был незначительным вплоть до недавнего времени, когда Часлав Брюкнер из Венского университета показал, что при определенных допущениях идея Вигнера может быть использована для формального доказательства того, что измерения в квантовой механике субъективны для наблюдателей. Брюкнер предложил способ проверки этого понятия, переведя парадокс друга Вигнера в рамки, впервые установленные физиком Джоном Беллом в 1964 г. Брюкнер рассматривал две пары Вигнеров и их друзей, находящихся в двух отдельных помещениях и проводящих измерения: Вигнеры находились внутри, а друзья ждали и гадали снаружи. Результаты измерений каждой пары можно суммировать, чтобы в итоге решить неравенство Белла. Если оно нарушится, наблюдатели могут иметь разные результаты измерений, каждый из которых будет верен.

Теперь физики впервые провели этот мысленный эксперимент в реальном мире. Для этого они использовали квантовый компьютер и три пары запутанных фотонов. Первая пара представляет собой монеты, а две другие используются для их «подбрасывания» — измерения поляризации. При этом каждая «монета» находится в своем замкнутом сосуде, где, помимо нее, присутствует «бросающий» фотон. Снаружи этих двух коробок расположены еще два фотона, которые выполняют функцию «друзей-наблюдателей».

Несмотря на использование самой современной квантовой технологии, ученым потребовались недели, чтобы собрать достаточный объем данных из шести фотонов. В конце концов, они показали, что неравенство Белла нарушается, следовательно, каждый из наблюдателей квантового явления может иметь свои альтернативные факты. Это означает, что для квантового мира не может быть одной правды: измерения с разных позиций дадут различающиеся результаты и будут одинаково верны. Таким образом, квантовая физика еще раз доказала, что объективной реальности не существует.

По материалам Novmir.info, Naked-science.ru

Share.

Comments are closed.