Parmi les disciplines non humanitaires, j'ai toujours aimé la physique. Malgré le fait que la relation avec les mathématiques et la géométrie ne se soit pas développée, en physique j'ai toujours eu un quatre stable. Apparemment, le fait est que la science est appliquée, compréhensible et quelque peu apparentée à la langue ou même à la littérature. Ne me demandez pas pourquoi je pense ça - la pensée figurative, c'est tellement mystérieux. Contrairement à l'algèbre, où je n'ai jamais vu le but derrière l'addition abstraite, la soustraction et d'autres actions, les formules et les problèmes physiques ont toujours été concrets pour moi. La physique peut être imaginée, décrite, voire dessinée, et les mathématiques ne sont qu'un ensemble de "gribouillis" sans âme et incompréhensibles.
La physique quantique est une science doublement intéressante. Pour moi, c'est une sorte d'hybride de connaissance exacte et de raisonnement philosophique, de tolérances, de conditions, de probabilités. La physique théorique est un terrain fertile pour les réflexions, les disputes, les hypothèses impensables et les découvertes spontanées. En tant que philosophe et ésotériste, ce côté de la vie m'intéresse beaucoup. théorique et la physique quantique donner des réponses aux questions posées par mes collègues et éclairer au moins l'essence de phénomènes mystérieux.
C'est la physique quantique qui suggère la variabilité de l'Univers et la présence d'espaces parallèles. Avec son aide, vous pouvez au moins expliquer d'une manière ou d'une autre les bizarreries spatio-temporelles qui se produisent de temps en temps dans la vie.
Les principes de base de la mécanique quantique ont même formé la base d'une tendance psychologique populaire.
Un exemple simple, connu même de ceux qui ne s'intéressent pas à la science, est le fameux "chat de Schrödinger". L'expérience a été décrite à plusieurs reprises dans diverses sources. Si nous omettons les termes techniques et les détails abstrus, alors son essence est la suivante : pour un observateur latéral, le chat est dans deux états à la fois. Il est soit vivant soit mort. Tant que nous n'aurons pas ouvert le couvercle de la boîte avec le chat et le matériel radioactif, nous ne le saurons pas. Oui, la substance radioactive pour l'expérimentateur est aussi dans deux états : soit elle se désintègre, soit elle ne se désintègre pas. La vie du chat notoire en dépend. Pour le dire encore plus simplement, le monde qui nous entoure est toujours duel. Tout dépend si nous l'"espionnons" ou non.
Le soi-disant « effet observateur » est basé sur cette déclaration, dont on trouve beaucoup d'exemples dans la vie. Imaginez une journée d'hiver glaciale. Vous êtes debout à un arrêt de transport en commun, enfoui dans une écharpe, gelé et maudissant de ne pas avoir pris la peine de vérifier la charge de la batterie dans la voiture. Le bus est parti depuis dix minutes. Vous marquez le pas avec impatience, sortez sur la chaussée en guettant le bus infortuné. Et il ne part pas. Tu le regardes, tu vois ce que je veux dire ? Vous aspirez à le voir, mais l'horizon est vide. Enfin, vous ne supportez pas la torture du froid et décidez de marcher. Et puis, comme sorti de nulle part, à quelques mètres de l'arrêt de bus, le bus tant convoité apparaît ! Hasard? Pas du tout. Cela a fonctionné soi-disant. effet observateur. Alors que nous regardions avec nostalgie dans la brume glaciale et brumeuse, le monde s'est comporté de manière hostile, comme s'il se moquait de notre tourment. Cela valait la peine de quitter une activité inutile, car il s'est immédiatement comporté différemment. La conclusion est que la réalité environnante change selon que nous l'« espionnons » ou non. Plus nous voulons quelque chose, moins nous avons de chances de l'obtenir. Alors que nous nous précipitons sur l'Univers, le pressant avec impatience, il continuera à retarder le bus convoité ! Et si vous aviez vérifié la batterie à temps, vous ne vous seriez pas du tout retrouvé à cet arrêt.
Les fumeurs savent que pour que le transport que vous attendez depuis longtemps arrive plus vite, vous devez absolument fumer. Vous n'aurez pas le temps de frapper un briquet, car le minibus nécessaire apparaît forcément à l'horizon ! Et ce n'est pas une blague, j'ai vérifié cette affirmation plusieurs fois. Je peux à juste titre me qualifier de physicien pratiquant dans le domaine de la mécanique quantique ! Il suffit d'oublier votre demande, de vouloir quelque chose, car le monde réalise instantanément notre "wishlist". C'est vraiment, en vérité : vous n'avez qu'à en avoir marre ! Et ce n'est pas de la fiction - c'est ainsi que fonctionne le principe d'observation de la réalité. L'univers rusé se comporte comme un tigre caché dans les roseaux : jusqu'à ce qu'il saute, vous ne saurez pas s'il est là ou non.
Certes, beaucoup ont rencontré un autre effet étonnant du domaine des connaissances théoriques : vous vous souvenez intensément de quelqu'un, et cette personne semble sortir de terre sur votre chemin. Même si vous vivez dans différents quartiers de la ville ou que vous ne vous êtes pas vus depuis plusieurs années. Nous, les humains, semblons nous attirer. Comment les particules chargées sont attirées, séparées sur plusieurs kilomètres dans l'espace.
Avez-vous déjà pensé que nous étions à la fois des observateurs et des chats enfermés dans une boîte ? D'une part, vous attendez un arrêt de tram un jour d'hiver, d'autre part, à quoi ressemblerait ce monde si vous n'y étiez pas ? Et très probablement, il existe de tels univers parallèles où nous ne sommes pas. Ou avons-nous choisi un autre Le chemin de la vie et nous ne finirons jamais à cet arrêt. Peut-être, dans une réalité différente, roulons-nous sur une limousine personnelle et observons des images complètement différentes. Nous sommes à la fois chercheurs et cobayes.
Ce que les fatalistes appellent "destin" n'est rien d'autre que la probabilité physique de tel ou tel événement. Cela vaut la peine de faire un pas à gauche ou à droite, car la ligne de vie forme une branche, et maintenant le fleuve des événements, des rencontres, des échecs et des victoires tourne dans une direction différente.
Nous observons la vie à travers le trou de la serrure de nos idées à son sujet. Et à quoi ça ressemble vraiment, personne ne le sait vraiment. Le monde est tel que chacun le voit individuellement. Vous souvenez-vous de la parabole sur la façon dont les aveugles regardaient l'éléphant ? L'un a une queue, un autre un tronc et un troisième une jambe. C'est comme ça que nous sommes - tout dépend de la partie de l'éléphant, de l'angle de vue que nous avons choisi - c'est à quoi ressemblera le monde. L'oiseau et le serpent voient également la terre différemment, et chaque créature est sûre que c'est sa vue qui est correcte.
C'est pourquoi j'aime la physique, surtout si absconse - ne me donnez pas de pain, laissez-moi parler de secrets et d'énigmes. Position gagnant-gagnant du point de vue de l'observateur : à n'importe quelle fête, je suis toujours à l'honneur !
Selon le point de vue des matérialistes, tous les processus se produisant dans le monde sont liés par des relations de cause à effet. Une telle hypothèse est appelée "détermination" (prédétermination totale) et exclut complètement les phénomènes aléatoires. Par exemple, lorsqu'une grenade explose, ses fragments se dispersent au hasard dans différentes directions, mais les matérialistes soutiennent que la dispersion des fragments n'est pas accidentelle, mais est déterminée par des microfissures internes dans le métal, des dislocations et d'autres facteurs très réels. Et si un ordinateur infiniment puissant était créé, il pourrait calculer le mouvement de n'importe quelle particule élémentaire à partir du moment où l'Univers est apparu jusqu'à sa position actuelle, par exemple, dans une molécule d'une protéine.
Cette hypothèse a été sérieusement ébranlée en 1927, lorsque le physicien Werner Heisenberg a découvert le principe d'incertitude. Il s'est avéré qu'il existe une limite de précision avec laquelle il est possible de calculer tous les paramètres des microparticules. En particulier, plus les coordonnées d'une particule dans l'espace sont déterminées avec précision, plus sa vitesse et sa direction de mouvement sont imprécises, et vice versa. Les caractéristiques des particules, interconnectées par la relation d'incertitude, sont appelées "non commutantes" (c'est-à-dire interdépendantes). Dans le même temps, toutes les caractéristiques des particules sont des variables aléatoires et obéissent aux principes mathématiques de la distribution aléatoire. Par exemple, si vous dirigez un faisceau de lumière vers une fente étroite, la lumière sera diffractée et un motif d'interférence apparaîtra sur l'écran derrière la fente, mais il est impossible de calculer exactement où quel photon frappera. C'est comme passer un tas de sable à travers plusieurs tamis successifs : le fond aura toujours une distribution gaussienne des grains de sable, mais il est impossible de calculer où exactement lequel tombera.
Les dernières données scientifiques montrent que tous les phénomènes et processus non seulement du "micro", mais aussi du "macro" monde ont leur propre probabilité. Même un simple mouvement linéaire d'un objet avec une vitesse V du point A au point B, dont la distance est égale à S, peut ne pas toujours être décrit par la formule S=Vt. Grosso modo, la formule S=Vt décrit le cas où la probabilité de déplacer un objet de A vers B est de 100%, et ne tient pas compte du facteur aléatoire. Dans quel cas cette probabilité peut-elle ne pas être égale à 100 %, et l'objet ne sera-t-il pas au point B après un temps t ? Pour comprendre cela, il est nécessaire de formuler le concept d'un observateur et de réaliser lesquels des paramètres qui décrivent le mouvement d'un objet de A à B ne font pas la navette.
Dans les temps anciens, le concept de l'Observateur a reçu beaucoup plus d'attention que dans science moderne. Il y a la déclaration suivante dans les traités scientifiques des Hindous : "Pour que l'un des événements se produise, cinq éléments sont nécessaires : le temps, le lieu, l'objet, le sujet et la volonté de Dieu". Les anciens scientifiques ont initialement introduit le concept d'Observateur (Sujet) et même le concept de "Volonté de Dieu" dans toutes leurs recherches scientifiques. Ils étaient convaincus que le sujet observant l'expérience est capable d'influencer son résultat en influençant les paramètres probabilistes du processus. À l'heure actuelle, une telle influence a été confirmée scientifiquement à plusieurs reprises. Dans une expérience, un groupe de personnes était assis devant un générateur. nombres aléatoires, qui affichait des zéros et des uns à l'écran, et leur demandait de faire mentalement en sorte que le générateur produise plus de zéros ou de uns, et ça a marché ! Dans une autre expérience, on a demandé à un groupe de personnes d'influencer mentalement le numéro sur lequel tomberait une balle lancée. dé. Si tous les participants à l'expérience souhaitaient mentalement que le cube affiche le chiffre "6", la probabilité de cet événement est passée de 17% (1:6) à 25% (1:4) ! Dans la troisième expérience, on a demandé aux sujets de faire tomber une pièce de monnaie pile ou face, et ils ont également réussi.
Les scientifiques discutent depuis longtemps de "l'influence de la personnalité sur les résultats de l'expérience". Cette influence est d'autant plus sensible que le processus étudié possède des paramètres plus probabilistes. Si la conscience de l'Observateur a plus de 30% d'influence sur le déroulement de l'expérience, alors il ne sera pas facile de la répéter pour un autre groupe de chercheurs. Et puisque la "répétabilité" des résultats de l'expérience est l'une des conditions clés de la modernité approche scientifique, la plupart des théories basées sur de telles expériences sont encore considérées comme non reconnues ou non prouvées.
L'homéopathie en est un exemple. Les partisans de l'homéopathie affirment que l'eau et les cristaux naturels ont la capacité de se souvenir des propriétés des substances avec lesquelles ils entrent en contact. Si un médicament est dissous dans l'eau, des liaisons d'information apparaîtront entre les molécules d'eau, dans lesquelles les informations sur ce médicament seront cryptées. Et même si vous ramenez la concentration du médicament dans l'eau à zéro, l'eau continuera à retenir propriétés médicales associé à ce médicament. En 1983, le médecin français Jacques Benveniste a mené une série d'expériences pharmacologiques qui ont confirmé l'existence de la "mémoire de l'eau". Cependant, lorsque ses expériences ont été répétées exactement dans l'un des centres de recherche américains, le résultat a été négatif. Au cours des 15 années suivantes, les expériences ont été revérifiées à plusieurs reprises dans divers laboratoires du monde entier; parfois l'effet était clairement présent, parfois complètement absent. Le dernier point du débat sur la présence de mémoire dans l'eau a été posé en 2000 par le département américain de la Défense, qui a publié la conclusion suivante dans son rapport final : "Un effet positif n'est obtenu que si au moins une personne participe à l'expérience qui veut que l'effet soit présent (par exemple, une personne du laboratoire de Benveniste)". L'homéopathie est ainsi devenue le premier des domaines du savoir pour lequel l'influence de l'individu sur le résultat de l'expérience a été scientifiquement confirmée.
En 1997, le chercheur japonais Masaru Emoto a prouvé expérimentalement que les molécules d'eau avaient vraiment la capacité de se regrouper. Pour savoir si ces amas sont capables de stocker des informations, Masaru Emoto a utilisé une méthode simple : après avoir transféré les informations dans l'eau, il les a congelées dans une chambre cryogénique, puis a examiné les cristaux obtenus au microscope. Selon le scientifique, les informations créatives génèrent des flocons de neige symétriques et négatifs - chaotiques et informes. En option, Masaru Emoto a "perdu" plusieurs oeuvres musicales, et après avoir gelé de l'eau, qui "écoutait" les classiques ou de belles compositions pop, de beaux et harmonieux flocons de neige ont poussé, et de l'eau, qui était réglée sur du hard rock ou d'autres musiques négatives, de vilains flocons de neige aux bords déchirés ont été obtenus. Les expériences de Masaru Emoto ont été répétées par de nombreux chercheurs à travers le monde, et encore une fois, certaines ont reçu des résultats positifs, tandis que d'autres n'ont eu aucun résultat. L'utilisation de la soi-disant "méthode en double aveugle" a permis d'établir que si même avant la congélation, les observateurs savent lequel des échantillons d'eau a reçu des informations créatives, des cristaux harmonieux se développent à partir de cet échantillon après la congélation, et vice versa. Cela indique à nouveau l'influence de l'individu sur le résultat, ainsi que le fait que l'eau a des mécanismes pour se souvenir de cette influence.
Actuellement, la science officielle considère des domaines pseudoscientifiques tels que l'acupuncture, l'effet des structures cavitaires, la génétique des ondes, la théorie des champs de torsion et bien d'autres. La principale raison en est que les résultats obtenus par les auteurs de ces théories doivent être nécessairement et naturellement reproductibles dans tout autre laboratoire scientifique, ce qui n'est pas systématiquement observé. Mais peut-être est-ce la principale erreur des matérialistes ? Peut-être vaut-il la peine d'accepter comme un fait que pour répéter l'effet, non seulement tel ou tel équipement scientifique est nécessaire, mais également la présence de l'observateur correspondant? Répétons encore une fois la formule des anciens : « Pour que l'un quelconque des événements se produise, cinq éléments sont nécessaires : le temps, le lieu, l'objet, le sujet et la volonté de Dieu. Sous la "Volonté de Dieu" on peut comprendre la présence dans l'expérience de facteurs probabilistes que le Sujet pourrait retourner en sa faveur. Et le Sujet lui-même doit pouvoir contrôler ces facteurs à l'aide de sa conscience.
En physique classique, construite sur des principes newtoniens et applicable aux objets de notre monde ordinaire, nous avons l'habitude d'ignorer le fait que l'outil de mesure, en interaction avec l'objet de mesure, l'affecte et modifie ses propriétés, y compris, en fait, l'objet mesuré. évaluer. En allumant la lumière dans la pièce pour trouver un livre, vous ne pensez même pas que sous l'influence de la pression des rayons lumineux (ce n'est pas du fantasme), le livre peut bouger de sa place, et vous reconnaîtrez son espace coordonnées déformées sous l'influence de la lumière que vous avez allumée. L'intuition nous dit (et, dans ce cas, à juste titre) que l'acte de mesurer affecte de manière négligeable les propriétés mesurées. Pensons maintenant aux processus qui se déroulent au niveau subatomique.
Supposons que nous ayons besoin de connaître la position spatiale d'une particule élémentaire, par exemple un électron. Nous avons encore besoin d'un outil de mesure qui interagira avec l'électron et renverra un signal à mes détecteurs avec des informations sur son emplacement. Et puis une difficulté surgit : nous n'avons pas d'autres outils pour interagir avec un électron pour déterminer sa position dans l'espace, à l'exception d'autres particules élémentaires. Et, si l'hypothèse selon laquelle la lumière, interagissant avec le livre, n'affecte pas ses coordonnées spatiales, on ne peut pas en dire autant de l'interaction de l'électron mesuré avec un autre électron ou des photons.
Au début des années 1920, alors qu'il y avait une tempête de pensée créative qui a conduit à la création de la mécanique quantique, ce problème a été reconnu pour la première fois par le jeune physicien théoricien allemand Werner Heisenberg. Ce dont nous lui sommes très reconnaissants. Ainsi que pour le concept d '"incertitude" introduit par lui, exprimé mathématiquement dans une inégalité, sur le côté droit de laquelle l'erreur de mesure de la coordonnée est multipliée par l'erreur de mesure de la vitesse, et sur le côté gauche - une constante associé à la masse de la particule. Maintenant, je vais vous expliquer pourquoi c'est important.
Le terme "incertitude des coordonnées spatiales" signifie simplement que nous ne connaissons pas l'emplacement exact de la particule. Par exemple, si vous utilisez le GPS global pour déterminer l'emplacement de ce livre, le système les calculera avec une précision de 2-3 mètres. Cependant, du point de vue de la mesure effectuée par l'instrument GPS, le livre peut, avec une certaine probabilité, se trouver n'importe où dans les plusieurs spécifiés par le système. mètres carrés. Dans ce cas, on parle de l'incertitude des coordonnées spatiales de l'objet (en cet exemple, livres). La situation peut être améliorée si nous prenons un ruban à mesurer au lieu du GPS - dans ce cas, nous pouvons dire que le livre est, par exemple, à 4 m 11 cm d'un mur et à 1 m 44 cm d'un autre. Mais ici aussi, nous sommes limités dans la précision de la mesure par la division minimale de l'échelle de la roulette (même s'il s'agit d'un millimètre) et les erreurs de mesure de l'appareil lui-même. Plus l'instrument que nous utilisons est précis, plus nos résultats seront précis, plus l'erreur de mesure est faible et moins il y a d'incertitude. En principe, dans notre monde de tous les jours, il est possible de réduire l'incertitude à zéro et de déterminer les coordonnées exactes du livre.
Et ici nous arrivons à différence fondamentale micromonde de notre monde physique quotidien. À monde ordinaire, mesurant la position et la vitesse du corps dans l'espace, nous ne l'influençons pratiquement pas. Ainsi, idéalement, nous pouvons mesurer simultanément à la fois la vitesse et les coordonnées de l'objet de manière absolument précise (c'est-à-dire avec une incertitude nulle).
Dans le monde des phénomènes quantiques, cependant, toute mesure affecte le système. Le fait même que nous mesurions, par exemple, l'emplacement d'une particule, entraîne un changement de sa vitesse, et imprévisible de surcroît (et vice versa). Plus l'incertitude sur une variable (coordonnée de particule) est petite, plus l'autre variable devient incertaine (l'erreur de mesure de vitesse) car le produit de deux erreurs sur le côté gauche du rapport ne peut pas être inférieur à la constante sur le côté droit. En effet, si nous réussissons avec une erreur nulle (avec une précision absolue) à déterminer l'une des grandeurs mesurées, l'incertitude de l'autre grandeur sera égale à l'infini, et nous n'en saurons rien du tout. En d'autres termes, si nous pouvions établir avec une précision absolue les coordonnées d'une particule quantique, nous n'aurions pas la moindre idée de sa vitesse ; si nous pouvions fixer avec précision la vitesse d'une particule, nous n'aurions aucune idée de son emplacement. En pratique, bien sûr, les physiciens expérimentateurs doivent toujours trouver un compromis entre ces deux extrêmes et choisir des méthodes de mesure permettant de juger à la fois de la vitesse et de la position spatiale des particules avec une erreur raisonnable.
En fait, le principe d'incertitude relie non seulement les coordonnées spatiales et la vitesse - dans cet exemple, il se manifeste simplement le plus clairement ; l'incertitude relie également d'autres paires de caractéristiques de microparticules mutuellement liées dans une mesure égale. Par un raisonnement analogue, nous arrivons à la conclusion qu'il est impossible de mesurer avec précision l'énergie d'un système quantique et de déterminer à quel moment il possède cette énergie. Autrement dit, pendant que nous mesurons l'état d'un système quantique afin de déterminer son énergie, l'énergie du système lui-même change de manière aléatoire - elle fluctue - et nous ne pouvons pas le révéler. Ici, il serait approprié de parler du chat de Schrödinger, mais ce ne serait pas humain du tout.
D'ACCORD. J'espère que c'est parce que vous aimez la physique, pas les chats.
En avant, Macduff, et maudit sois le premier à crier, "Ça suffit, arrête !"
Comme nous l'a expliqué Heisenberg, en raison du principe d'incertitude, la description des objets du micromonde quantique est d'une nature différente de la description habituelle des objets du macrocosme newtonien. Au lieu des coordonnées spatiales et de la vitesse, que nous avons utilisées pour décrire le mouvement mécanique, par exemple, d'une boule sur une table de billard, en mécanique quantique, les objets sont décrits par la fonction dite d'onde. La crête de la "vague" correspond à la probabilité maximale de trouver une particule dans l'espace au moment de la mesure. Le mouvement d'une telle onde est décrit par l'équation de Schrödinger, qui nous indique comment l'état d'un système quantique change avec le temps. Si les détails ne vous intéressent pas, je vous recommande de sauter les deux paragraphes suivants.
À propos de la fonction d'onde. Ici, il est nécessaire de faire une explication. Dans notre monde quotidien, l'énergie est transférée de deux manières : par la matière lorsqu'elle se déplace d'un endroit à l'autre (par exemple, par une locomotive en mouvement ou le vent) - les particules participent à ce transfert d'énergie ; ou des ondes (par exemple, les ondes radio, qui sont transmises par de puissants émetteurs et captées par les antennes de nos téléviseurs). Autrement dit, dans le macrocosme où nous vivons, tous les porteurs d'énergie sont strictement divisés en deux types - corpusculaires (constitués de particules matérielles) ou ondulatoires. Dans ce cas, toute onde est décrite par un type spécial d'équations - les équations d'onde. Toutes les ondes sans exception - ondes océaniques, ondes sismiques des roches, ondes radio des galaxies lointaines - sont décrites par le même type d'équations d'onde. Cette explication est nécessaire afin de préciser que si nous voulons représenter les phénomènes du monde subatomique en termes d'ondes de distribution de probabilité. Il a appliqué l'équation différentielle classique de la fonction d'onde au concept d'ondes de probabilité et a obtenu la fameuse équation. Tout comme l'équation habituelle de la fonction d'onde décrit la propagation, par exemple, d'une ondulation à la surface de l'eau, l'équation de Schrödinger décrit la propagation d'une onde de la probabilité de trouver une particule dans point donné espace. Les pics de cette onde (points de probabilité maximale) indiquent où dans l'espace la particule est susceptible de se retrouver.
L'image des événements quantiques que nous donne l'équation de Schrödinger est que les électrons et les autres particules élémentaires se comportent comme des vagues à la surface de l'océan. Au fil du temps, le pic de l'onde (correspondant à l'endroit où l'électron est le plus susceptible de se trouver) se déplace dans l'espace conformément à l'équation décrivant cette onde. Autrement dit, ce que nous considérions traditionnellement comme une particule dans le monde quantique se comporte à bien des égards comme une onde.
Parlons maintenant du chat. Tout le monde sait que les chats adorent se cacher dans des boîtes (). Erwin Schrödinger était également au courant. De plus, avec une sauvagerie purement nordique, il a utilisé cette fonctionnalité dans une célèbre expérience de pensée. Son essence était qu'un chat était enfermé dans une boîte avec une machine infernale. La machine est connectée via un relais à un système quantique, par exemple, une substance en décomposition radioactive. La probabilité de décroissance est connue et est de 50 %. La machine infernale fonctionne lorsque l'état quantique du système change (la désintégration se produit) et que le chat meurt complètement. Si nous laissons le système "Cat-box-infernal machine-quanta" à lui-même pendant une heure et rappelons que l'état du système quantique est décrit en termes de probabilité, alors il devient clair que pour savoir si le chat est vivant ou pas dedans ce moment le temps, à coup sûr, ne fonctionnera pas, tout comme il ne fonctionnera pas exactement pour prédire à l'avance la chute d'une pièce de monnaie sur pile ou face. Le paradoxe est très simple : la fonction d'onde décrivant un système quantique mélange deux états d'un chat - il est vivant et mort en même temps, tout comme un électron lié avec une probabilité égale peut être situé n'importe où dans l'espace à égale distance du noyau atomique. Si nous n'ouvrons pas la boîte, nous ne savons pas exactement comment va le chat. Sans faire d'observations (lire mesures) sur le noyau atomique, on ne peut décrire son état que par une superposition (mélange) de deux états : un noyau désintégré et non désintégré. Un chat accro au nucléaire est à la fois vivant et mort. La question est la suivante : quand un système cesse-t-il d'exister en tant que mélange de deux états et en choisit-il un concret ?
L'interprétation de Copenhague de l'expérience nous dit que le système cesse d'être un mélange d'états et en choisit un au moment où a lieu une observation, qui est aussi une mesure (la boîte s'ouvre). C'est-à-dire que le fait même de la mesure modifie la réalité physique, entraînant l'effondrement de la fonction d'onde (le chat devient mort ou reste vivant, mais cesse d'être un mélange des deux) ! Pensez-y, l'expérience et les mesures qui l'accompagnent changent la réalité qui nous entoure. Personnellement, ce fait rend mon cerveau beaucoup plus fort que l'alcool. Le notoire Steve Hawking prend également ce paradoxe au sérieux, répétant que lorsqu'il entend parler du chat de Schrödinger, sa main tend vers le Browning. L'acuité de la réaction du remarquable physicien théoricien est due au fait que, selon lui, le rôle de l'observateur dans l'effondrement de la fonction d'onde (la faisant tomber dans l'un des deux états probabilistes) est grandement exagéré.
Bien sûr, lorsque le professeur Erwin a conçu son chat-fraude en 1935, c'était une manière intelligente de montrer l'imperfection de la mécanique quantique. En effet, un chat ne peut pas être vivant et mort en même temps. En conséquence, l'une des interprétations de l'expérience était la contradiction évidente entre les lois du macro-monde (par exemple, la deuxième loi de la thermodynamique - un chat est soit vivant soit mort) et le micro-monde (un chat est vivant et mort à la fois).
Ce qui précède est appliqué dans la pratique : en informatique quantique et en cryptographie quantique. Un câble à fibre optique envoie un signal lumineux qui est dans une superposition de deux états. Si des attaquants se connectent au câble quelque part au milieu et y font un tapotement de signal afin d'écouter les informations transmises, cela effondrera la fonction d'onde (du point de vue de l'interprétation de Copenhague, une observation sera faite) et la lumière ira dans l'un des états. Après avoir effectué des tests statistiques de lumière à l'extrémité réceptrice du câble, il sera possible de savoir si la lumière est dans une superposition d'états ou si elle a déjà été observée et transmise à un autre point. Cela permet de créer des moyens de communication qui excluent l'interception de signal imperceptible et l'écoute clandestine.
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2 autres commentaires
La communication quantique indique qu'en fait, les scientifiques ont appris à "regarder" l'état de la première particule et, grâce à cela, à déterminer avec précision le spin de la seconde particule liée si la première particule est retirée de l'état d'intrication quantique à ce moment précis. C'est-à-dire qu'il existe une certaine connexion entre les particules, sur laquelle le temps et la distance ne sont pas soumis. En fait, la littérature russe (que j'ai trouvée sur Internet))) n'atteint pas ce point. Ne me dites pas ce que vous pouvez lire de compréhensible sur tout ça ? Merci!
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Personne au monde ne comprend la mécanique quantique - c'est la principale chose que vous devez savoir à ce sujet. Oui, de nombreux physiciens ont appris à utiliser ses lois et même à prédire des phénomènes à l'aide de calculs quantiques. Mais on ne sait toujours pas pourquoi la présence d'un observateur détermine le sort du système et l'oblige à faire un choix en faveur d'un État. "Théories et pratiques" a sélectionné des exemples d'expériences, dont le résultat est inévitablement influencé par l'observateur, et a tenté de comprendre ce que la mécanique quantique allait faire avec une telle interférence de la conscience dans la réalité matérielle.
Le chat de Shroedinger
Il existe aujourd'hui de nombreuses interprétations de la mécanique quantique, dont la plus populaire reste celle de Copenhague. Ses principales dispositions ont été formulées dans les années 1920 par Niels Bohr et Werner Heisenberg. Et le terme central de l'interprétation de Copenhague était la fonction d'onde - une fonction mathématique qui contient des informations sur tous les états possibles d'un système quantique dans lequel il réside simultanément.
Selon l'interprétation de Copenhague, seule l'observation peut déterminer avec précision l'état du système, le distinguer du reste (la fonction d'onde ne permet que de calculer mathématiquement la probabilité de détecter le système dans un état particulier). On peut dire qu'après observation, un système quantique devient classique : il cesse instantanément de coexister dans plusieurs états à la fois au profit de l'un d'entre eux.
Cette approche a toujours eu des adversaires (rappelez-vous, par exemple, "Dieu ne joue pas aux dés" d'Albert Einstein), mais la précision des calculs et des prédictions a fait des ravages. Cependant, dans Ces derniers temps Il y a de moins en moins de partisans de l'interprétation de Copenhague, et la raison non des moindres est le très mystérieux effondrement instantané de la fonction d'onde lors de la mesure. La célèbre expérience de pensée d'Erwin Schrödinger avec le pauvre chat visait simplement à montrer l'absurdité de ce phénomène.
Ainsi, nous rappelons le contenu de l'expérience. Un chat vivant, une ampoule de poison et un mécanisme capable de déclencher le poison à un moment aléatoire sont placés dans une boîte noire. Par exemple, un atome radioactif dont la désintégration cassera l'ampoule. Heure exacte la désintégration de l'atome est inconnue. Seule la demi-vie est connue : le temps pendant lequel la décroissance se produira avec une probabilité de 50 %.
Il s'avère que pour un observateur extérieur, le chat à l'intérieur de la boîte existe dans deux états à la fois : il est soit vivant, si tout se passe bien, soit mort, si la carie s'est produite et que l'ampoule s'est cassée. Ces deux états sont décrits par la fonction d'onde du chat, qui change avec le temps : plus loin, plus il est probable que la désintégration radioactive s'est déjà produite. Mais dès que la boîte est ouverte, la fonction d'onde s'effondre et nous voyons immédiatement le résultat de l'expérience flayer.
Il s'avère que jusqu'à ce que l'observateur ouvre la boîte, le chat restera à jamais en équilibre à la frontière entre la vie et la mort, et seule l'action de l'observateur déterminera son destin. C'est l'absurdité que Schrödinger a soulignée.
Diffraction électronique
Selon une enquête menée par le New York Times auprès d'éminents physiciens, l'expérience de diffraction d'électrons, mise en place en 1961 par Klaus Jenson, est devenue l'une des plus belles de l'histoire des sciences. Quelle est son essence ?
Il y a une source qui émet un flux d'électrons vers la plaque sérigraphique. Et il y a un obstacle sur le chemin de ces électrons - une plaque de cuivre avec deux fentes. À quel type d'image sur l'écran peut-on s'attendre si nous représentons les électrons comme de simples petites boules chargées ? Deux bandes lumineuses en face des fentes.
En réalité, un motif beaucoup plus complexe d'alternance de rayures noires et blanches apparaît à l'écran. Le fait est qu'en traversant les fentes, les électrons commencent à se comporter non pas comme des particules, mais comme des ondes (tout comme les photons, particules de lumière, peuvent être simultanément des ondes). Ensuite, ces ondes interagissent dans l'espace, s'affaiblissant quelque part et se renforçant quelque part, et par conséquent, une image complexe de bandes claires et sombres alternées apparaît à l'écran.
Dans ce cas, le résultat de l'expérience ne change pas, et si les électrons traversent la fente non pas dans un flux continu, mais un par un, même une particule peut simultanément être une onde. Même un électron peut traverser deux fentes en même temps (et c'est une autre des dispositions importantes de l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique - les objets peuvent simultanément afficher à la fois leurs propriétés matérielles "habituelles" et leurs propriétés d'onde exotiques).
Mais qu'en est-il de l'observateur ? Malgré le fait qu'avec lui, l'histoire déjà compliquée est devenue encore plus compliquée. Lorsque, dans de telles expériences, les physiciens ont essayé de fixer à l'aide d'instruments à travers quelle fente l'électron passe réellement, l'image sur l'écran a radicalement changé et est devenue "classique": deux zones éclairées en face des fentes et aucune bande alternée.
Les électrons ne semblaient pas vouloir montrer leur nature ondulatoire sous le regard de l'observateur. Ajusté à son désir instinctif de voir une image simple et compréhensible. Mystique? Il y a une explication beaucoup plus simple : aucune observation du système ne peut être effectuée sans impact physique sur celui-ci. Mais nous y reviendrons un peu plus tard.
Fullerène chauffé
Des expériences sur la diffraction des particules ont été menées non seulement sur des électrons, mais aussi sur des objets beaucoup plus gros. Par exemple, les fullerènes sont de grosses molécules fermées composées de dizaines d'atomes de carbone (par exemple, un fullerène de soixante atomes de carbone a une forme très similaire à celle d'un ballon de football : une sphère creuse cousue de cinq et d'hexagones).
Récemment, un groupe de l'Université de Vienne, dirigé par le professeur Zeilinger, a tenté d'introduire un élément d'observation dans de telles expériences. Pour ce faire, ils ont irradié des molécules de fullerène en mouvement avec un faisceau laser. Après cela, chauffées par une influence extérieure, les molécules se sont mises à briller et ont ainsi inévitablement révélé leur place dans l'espace à l'observateur.
Parallèlement à cette innovation, le comportement des molécules a également changé. Avant le début de la surveillance totale, les fullerènes contournaient avec succès les obstacles (montraient des propriétés ondulatoires) comme les électrons de l'exemple précédent traversant un écran opaque. Mais plus tard, avec l'avènement de l'observateur, les fullerènes se sont calmés et ont commencé à se comporter comme des particules de matière totalement respectueuses des lois.
Dimension de refroidissement
L'une des lois les plus célèbres du monde quantique est le principe d'incertitude d'Heisenberg : il est impossible de déterminer simultanément la position et la vitesse d'un objet quantique. Plus nous mesurons avec précision la quantité de mouvement d'une particule, moins nous pouvons mesurer sa position avec précision. Mais le fonctionnement des lois quantiques, opérant au niveau de minuscules particules, est généralement imperceptible dans notre monde de grands macro-objets.
Par conséquent, les expériences récentes du groupe du professeur Schwab des États-Unis sont d'autant plus précieuses, dans lesquelles des effets quantiques ont été démontrés non pas au niveau des mêmes électrons ou molécules de fullerène (leur diamètre caractéristique est d'environ 1 nm), mais sur un objet légèrement plus tangible - une minuscule bande d'aluminium.
Cette bande était fixée des deux côtés de sorte que son milieu était dans un état suspendu et pouvait vibrer sous une influence extérieure. De plus, à côté de la bande se trouvait un appareil capable d'enregistrer sa position avec une grande précision.
En conséquence, les expérimentateurs ont découvert deux effets intéressants. Premièrement, toute mesure de la position de l'objet, l'observation de la bande ne passait pas sans laisser de trace pour elle - après chaque mesure, la position de la bande changeait. En gros, les expérimentateurs ont déterminé les coordonnées de la bande avec une grande précision et, selon le principe de Heisenberg, ont ainsi modifié sa vitesse et donc sa position ultérieure.
Deuxièmement, ce qui est déjà tout à fait inattendu, certaines mesures ont également conduit à un refroidissement de la bande. Il s'avère que l'observateur ne peut modifier les caractéristiques physiques des objets que par sa présence. Cela semble absolument incroyable, mais au crédit des physiciens, disons qu'ils n'étaient pas perdus - maintenant le groupe du professeur Schwab réfléchit à la manière d'appliquer l'effet découvert au refroidissement des circuits électroniques.
Particules de congélation
Comme vous le savez, les particules radioactives instables se désintègrent dans le monde non seulement pour des expériences sur des chats, mais aussi tout à fait par elles-mêmes. De plus, chaque particule est caractérisée par une durée de vie moyenne, qui, il s'avère, peut augmenter sous le regard d'un observateur.
Cet effet quantique a été prédit pour la première fois dans les années 1960 et sa brillante confirmation expérimentale est apparue dans un article publié en 2006 par le groupe du lauréat du prix Nobel de physique Wolfgang Ketterle du Massachusetts Institute of Technology.
Dans ce travail, nous avons étudié la désintégration d'atomes de rubidium excités instables (désintégration en atomes de rubidium à l'état fondamental et en photons). Immédiatement après la préparation du système, l'excitation des atomes a commencé à être observée - ils ont été éclairés par un faisceau laser. Dans ce cas, l'observation a été effectuée en deux modes : continu (de petites impulsions lumineuses sont constamment introduites dans le système) et pulsé (le système est irradié de temps en temps avec des impulsions plus puissantes).
Les résultats obtenus sont en excellent accord avec les prédictions théoriques. Les effets de lumière externe ralentissent vraiment la désintégration des particules, comme s'ils les ramenaient à leur état d'origine, loin de la désintégration. Dans ce cas, l'ampleur de l'effet pour les deux régimes étudiés coïncide également avec les prédictions. Et la durée de vie maximale des atomes de rubidium excités instables a été prolongée de 30 fois.
Mécanique quantique et conscience
Les électrons et les fullerènes cessent de manifester leurs propriétés ondulatoires, les plaques d'aluminium se refroidissent, les particules instables se figent dans leur décomposition : sous le regard omnipotent d'un observateur, le monde change. Qu'est-ce qui n'est pas la preuve de l'implication de notre esprit dans le travail du monde qui nous entoure ? Alors peut-être que Carl Jung et Wolfgang Pauli (physicien autrichien, lauréat prix Nobel, l'un des pionniers de la mécanique quantique) lorsqu'ils disaient que les lois de la physique et de la conscience devaient être considérées comme complémentaires ?
Mais il ne reste donc qu'un pas vers la reconnaissance du devoir : le monde entier qui nous entoure est l'essence de notre esprit. Sinistre? ("Pensez-vous vraiment que la Lune n'existe que lorsque vous la regardez ?" a commenté Einstein sur les principes de la mécanique quantique). Alors essayons à nouveau de nous tourner vers les physiciens. De plus, dans dernières années ils favorisent de moins en moins l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique avec son mystérieux effondrement d'une onde d'une fonction, qui est remplacée par un autre terme assez banal et fiable - la décohérence.
Voici le problème - dans toutes les expériences d'observation décrites, les expérimentateurs ont inévitablement influencé le système. Il a été éclairé par un laser, des instruments de mesure ont été installés. Et c'est un principe général, très important : on ne peut pas observer un système, mesurer ses propriétés sans interagir avec lui. Et là où il y a interaction, il y a changement de propriétés. Surtout quand des colosses d'objets quantiques interagissent avec un minuscule système quantique. Ainsi, l'éternelle neutralité bouddhique de l'observateur est impossible.
C'est précisément ce qui explique le terme "décohérence" - un processus irréversible du point de vue de la violation des propriétés quantiques d'un système lorsqu'il interagit avec un autre système de grande taille. Lors d'une telle interaction, le système quantique perd ses caractéristiques d'origine et devient classique, "obéit" au grand système. Ceci explique le paradoxe avec le chat de Schrödinger : le chat est un système si vaste qu'il ne peut tout simplement pas être isolé du monde. Le cadre même de l'expérience de pensée n'est pas tout à fait correct.
En tout cas, comparée à la réalité en tant qu'acte de création de conscience, la décohérence semble beaucoup plus calme. Peut-être même trop calme. Après tout, avec cette approche, tout le monde classique devient un grand effet de décohérence. Et selon les auteurs de l'un des livres les plus sérieux dans ce domaine, des affirmations comme « il n'y a pas de particules dans le monde » ou « il n'y a pas de temps à un niveau fondamental » découlent aussi logiquement de telles approches.
Observateur créatif ou décohérence toute-puissante ? Vous devez choisir entre deux maux. Mais rappelez-vous - maintenant les scientifiques sont de plus en plus convaincus que les effets quantiques très notoires sous-tendent nos processus de pensée. Ainsi, là où l'observation se termine et la réalité commence - chacun de nous doit choisir.
Effet observateur. Le dualisme corpusculaire-onde est le principe selon lequel tout objet physique peut être décrit à la fois à l'aide d'un appareil mathématique basé sur des équations d'onde, et à l'aide d'un formalisme basé sur l'idée d'un objet comme particule ou comme système de particules. En particulier, l'équation d'onde de Schrödinger n'impose pas de restrictions sur la masse des particules qu'elle décrit, et par conséquent, toute particule, à la fois micro et macro, peut être associée à une onde de Broglie. En ce sens, tout objet peut présenter à la fois des propriétés ondulatoires et corpusculaires (quantiques). L'idée de dualité onde-particule a été utilisée dans le développement de la mécanique quantique pour interpréter les phénomènes observés dans le microcosme du point de vue des concepts classiques. Conformément au théorème d'Ehrenfest, les analogues quantiques du système d'équations canoniques de Hamilton pour les macroparticules conduisent aux équations habituelles de la mécanique classique. Un autre développement du principe de la dualité onde-particule a été le concept de champs quantifiés dans la théorie quantique des champs. Comme exemple classique, la lumière peut être interprétée comme un flux de corpuscules (photons) qui, dans de nombreux effets physiques, présentent des propriétés ondes électromagnétiques. La lumière présente les propriétés d'une onde dans les phénomènes de diffraction et d'interférence à des échelles comparables à la longueur d'onde de la lumière. Par exemple, même des photons uniques traversant une double fente créent un motif d'interférence sur l'écran, qui est déterminé par les équations de Maxwell. La nature du problème à résoudre dicte le choix de l'approche utilisée : corpusculaire (effet photoélectrique, effet Compton), ondulatoire ou thermodynamique. Néanmoins, l'expérience montre qu'un photon n'est pas une courte impulsion de rayonnement électromagnétique, par exemple, il ne peut pas être divisé en plusieurs faisceaux par des séparateurs de faisceaux optiques, ce qui a été clairement montré par une expérience menée par les physiciens français Grangier, Roger et Aspe en 1986. Les propriétés corpusculaires de la lumière se manifestent dans l'effet photoélectrique et dans l'effet Compton. Un photon se comporte également comme une particule qui est émise ou absorbée entièrement par des objets dont les dimensions sont bien inférieures à sa longueur d'onde (par exemple, noyaux atomiques), ou en général peut être considéré comme ponctuel (par exemple, un électron). Or, le concept de dualisme des ondes corpusculaires n'a qu'un intérêt historique, puisque, premièrement, il est incorrect de comparer et/ou d'opposer un objet matériel ( un rayonnement électromagnétique, par exemple) et la méthode de sa description (corpusculaire ou ondulatoire) ; et, deuxièmement, le nombre de façons de décrire un objet matériel peut être supérieur à deux (corpusculaire, ondulatoire, thermodynamique, ...), de sorte que le terme même de "dualisme" devient incorrect. Au moment de sa création, le concept de dualité onde-particule servait de moyen d'interpréter le comportement des objets quantiques, reprenant des analogies avec la physique classique. En fait, les objets quantiques ne sont ni vagues classiques, ni particules classiques, acquérant les propriétés de la première ou de la seconde seulement dans une certaine approximation. Méthodologiquement plus correcte est la formulation de la théorie quantique en termes d'intégrales de chemin (propagateur), exempte de l'utilisation de concepts classiques.
