Dintre disciplinele non-umanitare, mi-a plăcut întotdeauna fizica. În ciuda faptului că relația mea cu matematica și geometria nu a funcționat, am avut întotdeauna un B stabil la fizică. Aparent, adevărul este că știința este aplicată, de înțeles și oarecum asemănătoare cu limba sau chiar cu literatura. Nu întrebați de ce cred așa – gândire imaginativă, este atât de misterioasă. Spre deosebire de algebră, unde nu am văzut niciodată sensul din spatele adunării abstracte, scăderii și altor operații, formulele fizice și problemele au fost întotdeauna concrete pentru mine. Fizica poate fi imaginată, descrisă, chiar desenată, dar matematica este doar un set de „squiggles” fără suflet și de neînțeles.
Fizica cuantică este o știință de două ori interesantă. Pentru mine, acesta este un fel de hibrid de cunoștințe exacte și raționament filozofic, presupuneri, condiții, probabilități. Fizica teoretică este un domeniu fertil pentru reflecție, dezbatere, ipoteze de neconceput și descoperiri spontane. Ca filozof și ezoterist, această latură a vieții este foarte interesantă pentru mine. Teoretic și fizica cuantică dau răspunsuri la întrebările pe care le pun colegii mei și aruncă măcar puțină lumină asupra esenței fenomenelor misterioase.
Fizica cuantică este cea care presupune variabilitatea Universului și prezența spațiilor paralele. Cu ajutorul lui, se poate explica cel puțin cumva ciudateniile spațio-temporale care se întâmplă din când în când în viață.
Principiile de bază ale mecanicii cuantice au stat chiar la baza unei mișcări psihologice populare.
Un exemplu simplu, cunoscut chiar și de cei care nu sunt interesați de știință, este celebra „pisica lui Schrödinger”. Experimentul a fost descris de multe ori în diverse surse. Dacă omitem termeni tehnici și detalii abstruse, atunci esența sa este următoarea: pentru un observator din exterior, pisica se află în două stări deodată. El este fie viu, fie mort. Până nu deschidem capacul cutiei cu pisica și substanța radioactivă, nu vom ști. Da, pentru experimentator, o substanță radioactivă există și în două stări: fie se descompune, fie nu. Viața pisicii notorii depinde de asta. Pentru a spune și mai simplu, lumea din jurul nostru este întotdeauna duală. Totul depinde dacă îl „spionăm” sau nu.
Așa-numitul „efect de observator” se bazează pe această afirmație, din care există multe exemple în viață. Imaginează-ți o zi geroasă de iarnă. Stai la o stație de transport în comun, îngropat într-o eșarfă, înghețați și vă înjurați că nu vă deranjați să verificați încărcarea bateriei din mașină. Autobuzul a plecat de vreo zece minute. Marcezi cu nerăbdare timpul, ieși pe șosea, căutând autobuzul nefericit. Dar tot nu merge. Te uiți la el, știi ce vreau să spun? Îți dorești cu pasiune să-l vezi, dar orizontul este gol. În cele din urmă, nu poți suporta tortura frigului și decizi să mergi. Și atunci, parcă din aer, la câțiva metri de oprire, apare autobuzul dorit! Coincidență? Deloc. Acest așa-zis a funcționat. efect de observator. În timp ce ne uitam cu tristețe în ceața ceață și geroasă, lumea s-a comportat ostil, parcă și-ar fi batjocorit chinul nostru. Imediat ce a renunțat la activitatea inutilă, s-a comportat imediat diferit. Concluzie - realitatea înconjurătoare se schimbă în funcție de faptul că o „spionăm” sau nu. Cu cât ne dorim ceva mai mult, cu atât este mai puțin probabil să obținem. În timp ce grăbim Universul, îndemnând cu nerăbdare, acesta va continua să întârzie râvnitul autobuz! Și dacă ai fi verificat bateria la timp, nu ai fi ajuns deloc la această oprire.
Fumatorii stiu ca pentru ca transportul pe care il astepti de mult sa ajunga mai repede trebuie sa te aprinzi. Înainte să ai timp să aprinzi bricheta, la orizont apare microbuzul dorit! Și aceasta nu este o glumă, am verificat această afirmație de multe ori. Pot să mă numesc pe bună dreptate un fizician practicant în domeniul mecanicii cuantice! Trebuie doar să uităm de cererea cuiva, să devină dorința de ceva, iar lumea realizează instantaneu „dorințele” noastre. Acesta este adevărul: trebuie doar să pierzi dorința! Și aceasta nu este fantezie - așa funcționează principiul observării realității. Universul viclean se comportă ca un tigru ascuns în stuf: până nu sare, nu vei ști dacă este acolo sau nu.
Cu siguranță, mulți au întâlnit un alt efect uimitor din domeniul cunoștințelor teoretice: îți amintești intens despre cineva, iar această persoană pare să apară din pământ pe calea ta. Chiar dacă locuiți în diferite părți ale orașului sau nu v-ați văzut de câțiva ani. Noi, oamenii, se pare că ne atragem unii pe alții. Cum sunt atrase particulele încărcate, separate de mulți kilometri în spațiu.
Te-ai gândit vreodată că suntem amândoi observatori și pisici închise într-o cutie în același timp? Pe de o parte, aștepți un tramvai într-o stație într-o zi de iarnă, pe de altă parte, cum ar arăta această lume dacă nu ai fi în ea? Și, cel mai probabil, există Universuri paralele în care noi nu suntem. Sau am ales altceva? drumul vietiiși nu vom ajunge niciodată la această oprire. Poate că, într-o altă realitate, ne plimbăm într-o limuzină personală și vedem imagini complet diferite. Suntem atât cercetători, cât și subiecți experimentali.
Ceea ce fataliștii numesc „soartă” nu este altceva decât probabilitatea fizică a unui anumit eveniment. De îndată ce faci un pas spre stânga sau spre dreapta, linia vieții face o ramură, iar acum râul evenimentelor, întâlnirilor, eșecurilor și victoriilor se întoarce într-o altă direcție.
Observăm viața prin gaura cheii ideilor noastre despre ea. Dar nimeni nu știe cu adevărat cum arată ea cu adevărat. Lumea este modul în care fiecare o vede în mod individual. Îți amintești pilda despre cum priveau orbii la elefant? Unul avea o coadă, altul un trunchi, iar al treilea un picior. Așa suntem - totul depinde de ce parte a elefantului avem, de ce unghi de vedere am ales - așa va arăta lumea. O pasăre și un șarpe văd, de asemenea, pământul diferit și fiecare creatură este sigură că punctul său de vedere este corect.
Acesta este motivul pentru care iubesc fizica, în special pe cele atât de abstruse - nu-mi hrăni cu pâine, lasă-mă să vorbesc despre secrete și ghicitori. O poziție win-win din punct de vedere al observatorului: la orice petrecere, eu sunt mereu în centrul atenției!
Conform punctului de vedere al materialiştilor, toate procesele care au loc în lume sunt legate prin relaţii cauză-efect. O astfel de ipoteză se numește „determinism” (predeterminare totală) și exclude complet fenomenele aleatorii. De exemplu, atunci când o grenadă explodează, fragmentele sale se împrăștie aleatoriu în direcții diferite, dar materialiștii susțin că împrăștierea fragmentelor nu este întâmplătoare, ci este determinată de microfisuri interne ale metalului, dislocații și alți factori foarte reali. Și dacă s-ar crea un computer infinit de puternic, acesta ar fi capabil să calculeze mișcarea oricărei particule elementare din momentul în care Universul a început până la poziția sa actuală, de exemplu, într-o moleculă a unei proteine.
Această ipoteză a fost serios zdruncinată în 1927, când fizicianul Werner Heisenberg a descoperit Principiul Incertitudinii. S-a dovedit că există o limită a preciziei cu care este posibil să se calculeze toți parametrii microparticulelor. În special, cu cât coordonatele unei particule din spațiu sunt determinate mai precis, cu atât viteza și direcția de mișcare sunt mai inexacte și invers. Caracteristicile particulelor legate între ele prin relația de incertitudine se numesc „non-commuting” (adică interdependente). În același timp, toate caracteristicile particulelor sunt variabile aleatoare și se supun principiilor matematice ale distribuției aleatorii. De exemplu, dacă străluciți un fascicul de lumină pe o fantă îngustă, lumina va suferi difracție și un model de interferență va apărea pe ecran în spatele fantei, dar este imposibil să calculați exact unde va lovi fiecare foton. Acest lucru este similar cu cazul în care vărsați un morman de nisip prin mai multe site succesive: veți obține întotdeauna o distribuție gaussiană a granulelor de nisip în partea de jos, dar este imposibil să calculați unde exact care va cădea.
Datele științifice recente indică faptul că toate fenomenele și procesele nu numai din lumea „micro”, ci și din „macro” au propria probabilitate. Chiar și o simplă mișcare liniară a unui obiect cu o viteză V de la punctul A la punctul B, distanța dintre care este egală cu S, nu poate fi întotdeauna descrisă prin formula S=Vt. Aproximativ, formula S=Vt descrie cazul în care probabilitatea de a muta un obiect de la A la B este de 100% și nu ia în considerare factorul aleatoriu. În ce caz poate această probabilitate să nu fie egală cu 100%, iar obiectul să nu ajungă în punctul B după timpul t? Pentru a înțelege acest lucru, este necesar să formulăm conceptul de Observator și să ne dăm seama care dintre parametrii care descriu mișcarea unui obiect de la A la B nu sunt naveta.
În cele mai vechi timpuri, s-a acordat mult mai multă atenție conceptului de Observator decât în stiinta moderna. În tratatele științifice ale hindușilor există următoarea afirmație: „Pentru ca orice eveniment să aibă loc, sunt necesare cinci componente: timpul, locul, obiectul, subiectul și voia lui Dumnezeu.”. Oamenii de știință antici au introdus inițial conceptul de Observator (Subiect) și chiar conceptul de „Voința lui Dumnezeu” în toate cercetările lor științifice. Ei erau convinși că Subiectul care observă experimentul este capabil să influențeze rezultatul acestuia prin influențarea parametrilor probabilistici ai procesului. În prezent, acest efect a fost confirmat științific în mod repetat. Într-un experiment, un grup de oameni s-a așezat în fața unui generator numere aleatorii, care afișează zerouri și unități pe ecran și le-a cerut să forțeze mental generatorul să producă mai multe zerouri sau unități și a funcționat! Într-un alt experiment, unui grup de oameni li s-a cerut să influențeze mental pe ce număr va ateriza o minge aruncată. zaruri. Dacă toți participanții la experiment și-au dorit mental ca zarul să arate numărul „6”, probabilitatea acestui eveniment a crescut de la 17% (1:6) la 25% (1:4)! În al treilea experiment, subiecților li s-a cerut să facă ca o monedă aruncată să aterizeze „capete” sau „cozi” și au reușit, de asemenea.
Oamenii de știință s-au certat de mult despre „influența personalității asupra rezultatelor unui experiment”. Această influență este cu atât mai vizibilă cu cât sunt mai mulți parametri probabilistici procesul studiat. Dacă conștiința Observatorului are o influență mai mare de 30% asupra cursului experimentului, atunci nu va fi ușor să-l repeți pentru un alt grup de cercetători. Și din moment ce „repetabilitatea” rezultatelor experimentale este una dintre condițiile cheie ale modernului abordare științifică, majoritatea teoriilor bazate pe astfel de experimente sunt încă considerate nerecunoscute sau nedovedite.
Un exemplu în acest sens este homeopatia. Susținătorii homeopatiei susțin că apa și cristalele naturale au capacitatea de a-și aminti proprietățile substanțelor cu care intră în contact. Dacă dizolvați orice medicament în apă, vor apărea conexiuni de informații între moleculele de apă, în care informațiile despre acest medicament vor fi criptate. Și chiar dacă concentrația medicamentului în apă este redusă la zero, apa va continua să se rețină proprietăți medicinale inerente acestui medicament. În 1983, medicul francez Jacques Benveniste a efectuat o serie de experimente farmacologice care au confirmat existența „memoriei apei”. Cu toate acestea, când experimentele sale au fost repetate exact într-unul dintre centrele de cercetare americane, rezultatul a fost negativ. În următorii 15 ani, experimentele au fost retestate de multe ori în diverse laboratoare din întreaga lume; uneori efectul era clar prezent, alteori complet absent. Punctul final al dezbaterii despre prezența memoriei în apă a fost pus în anul 2000 de Departamentul Apărării al SUA, care a publicat următoarea concluzie în raportul său final: „Un efect pozitiv se obține doar dacă cel puțin o persoană participă la experiment. care vrea ca efectul să fie prezent.” (de exemplu, bărbatul din laboratorul lui Benveniste).” Astfel, homeopatia a devenit primul domeniu de cunoaștere pentru care a fost confirmată științific influența personalității asupra rezultatului unui experiment.
În 1997, cercetătorul japonez Masaru Emoto a demonstrat experimental că moleculele de apă au de fapt capacitatea de a forma clustere. Pentru a afla dacă aceste clustere erau capabile să stocheze informații, Masaru Emoto a folosit o metodă simplă: după ce a transferat informații în apă, a înghețat-o într-o cameră criogenică, apoi a examinat cristalele rezultate la microscop. Potrivit omului de știință, informațiile creative generează fulgi de zăpadă simetrici, iar informațiile negative generează fulgi haotici și fără formă. Alternativ, Masaru Emoto a „jucat” diverse opere muzicale, iar după îngheț, fulgi de nea frumoși și armonioși au crescut din apă care se „asculta” clasice sau compoziții pop frumoase, iar din apă care se cânta hard rock sau altă muzică negativă s-au obținut fulgi de nea urâți cu margini rupte. Experimentele lui Masaru Emoto au fost repetate de mulți cercetători din întreaga lume și, din nou, unii au primit rezultate pozitive, în timp ce alții au avut rezultate zero. Utilizarea așa-numitei „metode dublu-orb” a făcut posibil să se stabilească că, dacă, chiar înainte de înghețare, observatorii știu căreia dintre probele de apă au primit informații creative, atunci cristale armonioase cresc din această probă după înghețare și invers. . Acest lucru indică din nou influența personalității asupra rezultatului și, de asemenea, că apa are mecanisme pentru a reține o astfel de influență.
În prezent, știința oficială consideră că domenii precum acupunctura, efectul structurilor cavității, genetica valurilor, teoria câmpului de torsiune și multe altele sunt pseudoștiințifice. Motivul principal pentru aceasta este că rezultatele obținute de autorii acestor teorii trebuie să fie în mod necesar și natural reproductibile în orice alte laboratoare științifice, ceea ce nu este observat în mod consecvent. Dar poate aceasta este principala greșeală a materialiștilor? Poate că merită să acceptăm ca fapt că, pentru a repeta efectul, este necesar nu numai acest sau acel echipament științific, ci și prezența observatorului corespunzător? Să repetăm încă o dată formula anticilor: „Pentru ca orice eveniment să se întâmple, sunt necesare cinci componente: Timpul, Locul, Obiectul, Subiectul și Voința lui Dumnezeu”. „Voința lui Dumnezeu” poate fi înțeleasă ca prezența în experiment a unor factori probabilistici pe care Subiectul i-ar putea întoarce în avantajul său. Iar Subiectul însuși trebuie să fie capabil să controleze acești factori cu ajutorul conștiinței sale.
În fizica clasică, construită pe principii newtoniene și aplicate obiectelor din lumea noastră obișnuită, suntem obișnuiți să ignorăm faptul că un instrument de măsură, atunci când interacționează cu un obiect de măsurare, îl afectează și își modifică proprietățile, inclusiv, de fapt, cantitatea care se măsoară. Când aprindeți lumina în cameră pentru a găsi o carte, nici nu vă gândiți la faptul că sub influența presiunii rezultate a razelor de lumină (aceasta nu este o fantezie), cartea se poate muta de la locul ei, și îi recunoști coordonatele spațiale, distorsionate sub influența luminii pe care ai aprins-o. Intuiția ne spune (și, în acest caz, destul de corect) că actul de măsurare are un efect neglijabil asupra proprietăților măsurate. Acum să ne gândim la procesele care au loc la nivel subatomic.
Să presupunem că trebuie să aflăm locația spațială a unei particule elementare, de exemplu, un electron. Încă avem nevoie de un instrument de măsurare care va interacționa cu electronul și va returna un semnal detectorilor mei cu informații despre locația lui. Și aici apare o dificultate: nu avem alte instrumente pentru a interacționa cu un electron pentru a-i determina poziția în spațiu, în afară de alte particule elementare. Și, dacă presupunerea că lumina, interacționând cu o carte, nu îi afectează coordonatele spațiale, nu același lucru se poate spune despre interacțiunea electronului măsurat cu un alt electron sau fotoni.
La începutul anilor 1920, în timpul exploziei gândirii creative care a dus la crearea mecanicii cuantice, tânărul fizician teoretician german Werner Heisenberg a fost primul care a recunoscut această problemă. Pentru care îi suntem foarte recunoscători. La fel ca și pentru conceptul de „incertitudine”, el a introdus, exprimat matematic într-o inegalitate, pe partea dreaptă a cărei eroare în măsurarea coordonatei este înmulțită cu eroarea în măsurarea vitezei, iar în partea stângă - o constantă asociată cu masa particulei. Acum voi explica de ce acest lucru este important.
Termenul „incertitudine a coordonatelor spațiale” înseamnă exact că nu știm locația exactă a particulei. De exemplu, dacă utilizați sistemul de recunoaștere globală GPS pentru a determina locația acestei cărți, sistemul le va calcula la 2-3 metri. Cu toate acestea, din punctul de vedere al măsurătorilor efectuate de instrumentul GPS, cartea poate fi localizată, cu o oarecare probabilitate, oriunde în cadrul celor câteva specificate de sistem. metri patrati. În acest caz, vorbim despre incertitudinea coordonatelor spațiale ale obiectului (în în acest exemplu, cărți). Situația poate fi îmbunătățită dacă luăm o bandă de măsură în locul unui GPS - în acest caz putem spune că cartea se află, de exemplu, la 4 m 11 cm de un perete și 1 m 44 cm de celălalt. Dar și aici suntem limitați în precizia măsurării de diviziunea minimă a scalei de bandă de măsurare (chiar dacă este un milimetru) și de erorile de măsurare ale dispozitivului în sine. Cu cât instrumentul pe care îl folosim este mai precis, cu atât rezultatele pe care le obținem vor fi mai precise, cu atât eroarea de măsurare va fi mai mică și incertitudinea va fi mai mică. În principiu, în lumea noastră de zi cu zi este posibil să reducem incertitudinea la zero și să determinăm coordonatele exacte ale cărții.
Și aici ajungem la foarte diferenta fundamentala microcosmos din lumea noastră fizică de zi cu zi. ÎN lume obisnuita Când măsuram poziția și viteza unui corp în spațiu, practic nu o influențăm. Astfel, în mod ideal, putem măsura simultan atât viteza, cât și coordonatele unui obiect cu precizie absolută (cu alte cuvinte, cu incertitudine zero).
În lumea fenomenelor cuantice, totuși, orice măsurătoare afectează sistemul. Însuși faptul că măsurăm, de exemplu, locația unei particule, duce la o schimbare a vitezei acesteia și la una imprevizibilă (și invers). Cu cât este mai mică incertitudinea într-o variabilă (coordonatele particulelor), cu atât cealaltă variabilă (eroarea de măsurare a vitezei) devine mai nesigură, deoarece produsul a două erori din partea stângă a relației nu poate fi mai mic decât o constantă din partea dreaptă. De fapt, dacă reușim cu eroare zero (absolut exact) să determinăm una dintre mărimile măsurate, incertitudinea celeilalte mărimi va fi egală cu infinitul și nu vom ști deloc nimic despre aceasta. Cu alte cuvinte, dacă am fi capabili să stabilim absolut exact coordonatele unei particule cuantice, nu am avea nici cea mai mică idee despre viteza acesteia; Dacă am putea înregistra cu exactitate viteza unei particule, nu am avea idee unde se află. În practică, desigur, fizicienii experimentali trebuie să caute întotdeauna un fel de compromis între aceste două extreme și să aleagă metode de măsurare care să le permită să judece atât viteza, cât și poziția spațială a particulelor cu o eroare rezonabilă.
De fapt, principiul incertitudinii conectează nu numai coordonatele spațiale și viteza - în acest exemplu pur și simplu se manifestă cel mai clar; incertitudinea leagă în mod egal alte perechi de caracteristici legate reciproc ale microparticulelor. Printr-un raționament similar, ajungem la concluzia că este imposibil să măsori cu exactitate energia unui sistem cuantic și să determinăm momentul de timp în care acesta posedă această energie. Adică, în timp ce măsurăm starea unui sistem cuantic pentru a-i determina energia, energia sistemului în sine se schimbă aleatoriu - apar fluctuații - și nu o putem detecta. Aici ar fi potrivit să vorbim despre pisica lui Schrödinger, dar acest lucru nu ar fi deloc uman.
BINE. Sper că asta se datorează faptului că îți place fizica, nu pisicile.
Haide, Macduff, și al naibii să fie cel care strigă primul: „Destul, oprește-te!”
După cum ne-a explicat Heisenberg, datorită principiului incertitudinii, descrierea obiectelor din microlume cuantică este de altă natură decât descrierea obișnuită a obiectelor din macrolumea newtoniană. În loc de coordonatele spațiale și viteza, cu care suntem obișnuiți să descriem mișcarea mecanică, de exemplu, o minge pe o masă de biliard, în mecanica cuantică obiectele sunt descrise de așa-numita funcție de undă. Creasta „valului” corespunde probabilității maxime de a găsi o particulă în spațiu în momentul măsurării. Mișcarea unei astfel de unde este descrisă de ecuația Schrödinger, care ne spune cum se schimbă starea unui sistem cuantic în timp. Dacă nu vă interesează detaliile, vă recomand să treceți peste următoarele două paragrafe.
Despre funcția de undă. Aici trebuie făcută o explicație. În lumea noastră de zi cu zi, energia este transferată în două moduri: prin materie atunci când se deplasează dintr-un loc în altul (de exemplu, printr-o locomotivă în mișcare sau prin vânt) - particulele participă la un astfel de transfer de energie; sau unde (de exemplu, unde radio care sunt transmise de emițătoare puternice și captate de antenele televizoarelor noastre). Adică, în macrocosmosul în care trăim tu și eu, toți purtătorii de energie sunt strict împărțiți în două tipuri - corpusculari (format din particule materiale) sau ondulatori. Mai mult, orice undă este descrisă de un tip special de ecuații - ecuații de undă. Fără excepție, toate valurile - valuri oceanice, unde roci seismice, unde radio din galaxii îndepărtate - sunt descrise de același tip de ecuații de undă. Această explicație este necesară pentru a face clar că dacă vrem să reprezentăm fenomenele lumii subatomice în termeni de unde de distribuție a probabilității. El a aplicat ecuația diferențială clasică a funcției de undă conceptului de unde de probabilitate și a obținut celebra ecuație. La fel cum ecuația obișnuită a funcției de undă descrie propagarea, de exemplu, a ondulațiilor pe suprafața apei, ecuația Schrödinger descrie propagarea unei unde a probabilității de a găsi o particule în punct dat spaţiu. Vârfurile acestei unde (punctele de maximă probabilitate) arată unde în spațiu este cel mai probabil să ajungă particula.
Imaginea evenimentelor cuantice pe care ne-o oferă ecuația Schrödinger este aceea că electronii și alți particule elementare se comportă ca valurile la suprafața oceanului. De-a lungul timpului, vârful undei (corespunzător locației în care este cel mai probabil să fie electronul) se mișcă în spațiu în conformitate cu ecuația care descrie această undă. Adică, ceea ce consideram în mod tradițional o particulă se comportă mult ca o undă în lumea cuantică.
Acum despre pisica. Toată lumea știe că pisicile adoră să se ascundă în cutii (). Erwin Schrödinger era, de asemenea, la curent. Mai mult, cu fanatism pur nordic, el a folosit această caracteristică într-un experiment de gândire celebru. Esența a fost că o pisică a fost închisă într-o cutie cu o mașină infernală. Mașina este conectată printr-un releu la un sistem cuantic, de exemplu, o substanță care se descompune radioactiv. Probabilitatea de dezintegrare este cunoscută și este de 50%. Mașina infernală este declanșată atunci când starea cuantică a sistemului se schimbă (are loc decăderea) și pisica moare complet. Dacă lăsați sistemul „Cat-box-hellish machine-quanta” pentru sine timp de o oră și vă amintiți că starea unui sistem cuantic este descrisă în termeni de probabilitate, atunci devine clar că dacă pisica este vie sau nu depinde de acest moment timp, probabil că nu va funcționa, la fel cum nu va fi posibil să preziceți cu exactitate căderea unei monede pe capete sau cozi în avans. Paradoxul este foarte simplu: funcția de undă care descrie un sistem cuantic amestecă cele două stări ale unei pisici - este vie și moartă în același timp, la fel cum un electron legat poate fi localizat cu aceeași probabilitate în orice loc din spațiu echidistant de nucleul atomic. Dacă nu deschidem cutia, nu știm exact ce mai face pisica. Fără a face observații (citiți măsurători) unui nucleu atomic, putem descrie starea acestuia doar prin suprapunerea (amestecarea) a două stări: un nucleu degradat și un nucleu nedezintegrat. O pisică aflată în dependență nucleară este atât vie, cât și moartă în același timp. Întrebarea este: când un sistem încetează să existe ca un amestec de două stări și alege una anume?
Interpretarea de la Copenhaga a experimentului ne spune că sistemul încetează să mai fie un amestec de stări și alege una dintre ele în momentul în care are loc o observație, care este și măsurătoare (se deschide caseta). Adică, însuși faptul măsurării schimbă realitatea fizică, ducând la prăbușirea funcției de undă (pisica fie devine moartă, fie rămâne în viață, dar încetează să mai fie un amestec al ambelor)! Gândește-te, experimentul și măsurătorile care îl însoțesc schimbă realitatea din jurul nostru. Personal, acest fapt îmi deranjează creierul mult mai mult decât alcoolul. Cunoscutul Steve Hawking se confruntă cu greu cu acest paradox, repetând că atunci când aude de pisica lui Schrödinger, mâna lui se întinde spre Browning. Severitatea reacției fizicianului teoretic remarcabil se datorează faptului că, în opinia sa, rolul observatorului în colapsul funcției de undă (prăbușirea acesteia într-una dintre cele două stări probabiliste) este mult exagerat.
Desigur, când profesorul Erwin și-a conceput batjocorul de pisică în 1935, a fost o modalitate ingenioasă de a arăta imperfecțiunea mecanicii cuantice. De fapt, o pisică nu poate fi vie și moartă în același timp. Ca urmare a uneia dintre interpretările experimentului, a devenit evident că există o contradicție între legile macro-lumii (de exemplu, a doua lege a termodinamicii - pisica este fie vie, fie moartă) și micro- lume (pisica este vie și moartă în același timp).
Cele de mai sus sunt folosite în practică: în calculul cuantic și criptografia cuantică. Un semnal luminos într-o suprapunere a două stări este trimis printr-un cablu de fibră optică. Dacă atacatorii se conectează la cablu undeva la mijloc și fac o atingere de semnal acolo pentru a asculta informațiile transmise, atunci aceasta va prăbuși funcția de undă (din punctul de vedere al interpretării de la Copenhaga, se va face o observație) și lumina va intra într-una din stări. Prin efectuarea de teste statistice de lumină la capătul receptor al cablului, va fi posibil să se detecteze dacă lumina se află într-o suprapunere de stări sau a fost deja observată și transmisă în alt punct. Acest lucru face posibilă crearea unor mijloace de comunicare care exclud interceptarea semnalului nedetectabil și interceptarea cu urechea.
Răspuns
Încă 2 comentarii
Comunicarea cuantică indică faptul că, de fapt, oamenii de știință au învățat să „observe” starea primei particule și, mulțumită acestui lucru, determină cu exactitate spin-ul celei de-a doua particule legate dacă în acest moment prima particulă este îndepărtată din starea de încurcare cuantică. Adică, există un fel de conexiune între particule, asupra căreia timpul și distanța nu au control. De fapt, literatura rusă (pe care am găsit-o pe internet))) nu ajunge de fapt în acest punct. Poți să-mi spui ce pot citi care este de înțeles despre toate acestea? Mulțumesc!
Răspuns
cometariu
Nimeni în lume nu înțelege mecanica cuantică - acesta este principalul lucru pe care trebuie să-l știi despre ea. Da, mulți fizicieni au învățat să-și folosească legile și chiar să prezică fenomene folosind calcule cuantice. Dar încă nu este clar de ce prezența unui observator determină soarta sistemului și îl obligă să facă o alegere în favoarea unui singur stat. „Teorii și practici” a selectat exemple de experimente, al căror rezultat este inevitabil influențat de observator și a încercat să descopere ce va face mecanica cuantică cu o astfel de interferență a conștiinței în realitatea materială.
Pisica lui Shroedinger
Astăzi există multe interpretări ale mecanicii cuantice, dintre care cea mai populară rămâne cea de la Copenhaga. Principiile sale principale au fost formulate în anii 1920 de Niels Bohr și Werner Heisenberg. Iar termenul central al interpretării de la Copenhaga a fost funcția de undă - o funcție matematică care conține informații despre toate stările posibile ale unui sistem cuantic în care se află simultan.
Conform interpretării de la Copenhaga, numai observația poate determina în mod fiabil starea unui sistem și o poate distinge de restul (funcția de undă ajută doar la calcularea matematică a probabilității de a detecta un sistem într-o anumită stare). Putem spune că după observare, un sistem cuantic devine clasic: încetează instantaneu să coexiste în mai multe stări deodată în favoarea uneia dintre ele.
Această abordare și-a avut întotdeauna adversari (amintiți-vă, de exemplu, „Dumnezeu nu joacă zaruri” de Albert Einstein), dar acuratețea calculelor și a predicțiilor și-a luat tributul. Cu toate acestea, în În ultima vreme Există din ce în ce mai puțini susținători ai interpretării de la Copenhaga și nu cel mai mic motiv pentru aceasta este prăbușirea instantanee foarte misterioasă a funcției de undă în timpul măsurării. Celebrul experiment de gândire al lui Erwin Schrödinger cu biata pisică a fost tocmai menit să arate absurditatea acestui fenomen.
Deci, să ne amintim conținutul experimentului. O pisică vie, o fiolă cu otravă și un anumit mecanism care poate pune la întâmplare otrava în acțiune sunt puse într-o cutie neagră. De exemplu, un atom radioactiv, a cărui descompunere va sparge fiola. Timpul exact dezintegrarea atomică este necunoscută. Se cunoaște doar timpul de înjumătățire: timpul în care se va produce degradarea cu o probabilitate de 50%.
Se dovedește că, pentru un observator extern, pisica din interiorul cutiei există în două stări deodată: fie este vie, dacă totul merge bine, fie moartă, dacă s-a produs descompunerea și fiola s-a rupt. Ambele stări sunt descrise de funcția de undă a pisicii, care se modifică în timp: cu cât mai departe, cu atât este mai mare probabilitatea ca dezintegrarea radioactivă să fi avut deja loc. Dar, de îndată ce cutia este deschisă, funcția de undă se prăbușește și vedem imediat rezultatul experimentului zdrobitorului.
Se pare că până când observatorul deschide cutia, pisica se va echilibra pentru totdeauna la granița dintre viață și moarte și doar acțiunea observatorului îi va determina soarta. Aceasta este absurditatea pe care a subliniat-o Schrödinger.
Difracția electronilor
Potrivit unui sondaj al fizicienilor de seamă realizat de The New York Times, experimentul cu difracția electronilor, realizat în 1961 de Klaus Jenson, a devenit unul dintre cele mai frumoase din istoria științei. Care este esența lui?
Există o sursă care emite un flux de electroni către un ecran de placă fotografică. Și există un obstacol în calea acestor electroni - o placă de cupru cu două fante. La ce fel de imagine te poți aștepta pe ecran dacă te gândești la electroni ca la niște bile mici încărcate? Două dungi iluminate opuse fantelor.
În realitate, pe ecran apare un model mult mai complex de dungi albe și negre alternative. Cert este că atunci când trec prin fante, electronii încep să se comporte nu ca niște particule, ci ca unde (la fel cum fotonii, particulele de lumină, pot fi simultan unde). Apoi, aceste valuri interacționează în spațiu, slăbind și întărindu-se reciproc în unele locuri și, ca rezultat, pe ecran apare o imagine complexă a dungilor luminoase și întunecate.
În acest caz, rezultatul experimentului nu se schimbă, iar dacă electronii sunt trimiși prin fantă nu într-un flux continuu, ci individual, chiar și o particulă poate fi simultan o undă. Chiar și un electron poate trece simultan prin două fante (și aceasta este o altă poziție importantă a interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice - obiectele își pot prezenta simultan proprietățile materiale „obișnuite” și proprietățile undelor exotice).
Dar ce legătură are observatorul cu asta? În ciuda faptului că povestea lui deja complicată a devenit și mai complicată. Când, în experimente similare, fizicienii au încercat să detecteze cu ajutorul instrumentelor prin care fanteu electronul trecut efectiv, imaginea de pe ecran s-a schimbat dramatic și a devenit „clasică”: două zone iluminate opuse fantelor și fără dungi alternante.
Era ca și cum electronii nu ar fi vrut să-și arate natura ondulatorie sub privirea atentă a observatorului. Ne-am adaptat la dorința lui instinctivă de a vedea o imagine simplă și de înțeles. Mistic? Există o explicație mult mai simplă: nicio observare a sistemului nu poate fi efectuată fără influența fizică asupra acestuia. Dar vom reveni la asta puțin mai târziu.
Fullerenă încălzită
Experimentele privind difracția particulelor au fost efectuate nu numai pe electroni, ci și pe obiecte mult mai mari. De exemplu, fulerenele sunt molecule mari, închise, formate din zeci de atomi de carbon (de exemplu, o fulerenă cu șaizeci de atomi de carbon este foarte asemănătoare ca formă cu o minge de fotbal: o sferă goală, cusată împreună din pentagoane și hexagoane).
Recent, un grup de la Universitatea din Viena, condus de profesorul Zeilinger, a încercat să introducă un element de observație în astfel de experimente. Pentru a face acest lucru, au iradiat molecule de fuleren în mișcare cu un fascicul laser. Ulterior, încălzite de influența externă, moleculele au început să strălucească și, prin urmare, inevitabil au dezvăluit observatorului locul lor în spațiu.
Odată cu această inovație, s-a schimbat și comportamentul moleculelor. Înainte de începerea supravegherii totale, fulerenele au ocolit cu succes obstacolele (proprietățile undei expuse), cum ar fi electronii din exemplul anterior care trec printr-un ecran opac. Dar mai târziu, odată cu apariția unui observator, fulerenele s-au calmat și au început să se comporte ca niște particule de materie care respectă legea.
Dimensiunea de răcire
Una dintre cele mai faimoase legi ale lumii cuantice este principiul de incertitudine al lui Heisenberg: este imposibil să se determine simultan poziția și viteza unui obiect cuantic. Cu cât măsurăm mai precis impulsul unei particule, cu atât mai puțin precis poate fi măsurată poziția acesteia. Dar efectele legilor cuantice care operează la nivelul particulelor mici sunt de obicei de neobservat în lumea noastră de macro-obiecte mari.
Prin urmare, cu atât mai valoroase sunt experimentele recente ale grupului profesorului Schwab din SUA, în care efectele cuantice au fost demonstrate nu la nivelul acelorași electroni sau molecule de fuleren (diametrul lor caracteristic este de aproximativ 1 nm), ci la un nivel ceva mai tangibil. obiect - o bandă minusculă de aluminiu.
Această bandă a fost asigurată pe ambele părți, astfel încât mijlocul ei să fie suspendat și să poată vibra sub influența externă. În plus, lângă bandă era un dispozitiv capabil să-și înregistreze poziția cu mare precizie.
Drept urmare, experimentatorii au descoperit două efecte interesante. În primul rând, orice măsurătoare a poziției obiectului sau observarea benzii nu a trecut fără a lăsa o urmă pentru ea - după fiecare măsurătoare, poziția benzii s-a schimbat. În linii mari, experimentatorii au determinat coordonatele benzii cu mare precizie și, prin urmare, conform principiului Heisenberg, i-au schimbat viteza și, prin urmare, poziția ulterioară.
În al doilea rând, și în mod destul de neașteptat, unele măsurători au dus și la răcirea benzii. Se pare că un observator poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor doar prin prezența sa. Sună complet incredibil, dar spre meritul fizicienilor, să spunem că nu au fost în pierdere - acum grupul profesorului Schwab se gândește la cum să aplice efectul descoperit la cipurile electronice răcite.
Particule de congelare
După cum știți, particulele radioactive instabile se descompun în lume nu numai de dragul experimentelor pe pisici, ci și complet pe cont propriu. În plus, fiecare particulă este caracterizată de o durată medie de viață, care, se pare, poate crește sub privirea atentă a observatorului.
Acest efect cuantic a fost prezis pentru prima dată în anii 1960, iar confirmarea sa genială experimentală a apărut într-o lucrare publicată în 2006 de grup. laureat Nobelîn fizică de Wolfgang Ketterle de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
În această lucrare, am studiat dezintegrarea atomilor de rubidiu excitați instabili (desintegrarea în atomi de rubidiu în starea fundamentală și fotoni). Imediat după ce sistemul a fost pregătit și atomii au fost excitați, au început să fie observați - au fost iluminați cu un fascicul laser. În acest caz, observarea a fost efectuată în două moduri: continuu (pulsuri de lumină mici sunt furnizate constant sistemului) și pulsat (sistemul este iradiat din când în când cu impulsuri mai puternice).
Rezultatele obţinute au fost în acord excelent cu predicţiile teoretice. Influențele luminii exterioare încetinesc de fapt degradarea particulelor, ca și cum le-ar reveni la starea lor inițială, departe de degradare. Mai mult, amploarea efectului pentru cele două regimuri studiate coincide și cu previziunile. Și durata maximă de viață a atomilor de rubidiu excitați instabili a fost prelungită de 30 de ori.
Mecanica cuantică și conștiința
Electronii și fulerenele încetează să-și mai manifeste proprietățile ondulatorii, plăcile de aluminiu se răcesc, iar particulele instabile îngheață în dezintegrarea lor: sub privirea omnipotentă a observatorului, lumea se schimbă. Ce nu este o dovadă a implicării minții noastre în lucrarea lumii din jurul nostru? Deci poate că Carl Jung și Wolfgang Pauli (fizician austriac, laureat al Premiului Nobel, unul dintre pionierii mecanicii cuantice) au avut dreptate când au spus că legile fizicii și ale conștiinței ar trebui considerate complementare?
Dar acesta este la doar un pas de recunoașterea de rutină: întreaga lume din jurul nostru este esența minții noastre. Înfiorător? („Chiar crezi că Luna există doar când te uiți la ea?” Einstein a comentat principiile mecanicii cuantice). Atunci să încercăm să apelăm din nou la fizicieni. Mai mult, în anul trecut ei sunt din ce în ce mai puțin îndrăgostiți de interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice cu prăbușirea sa misterioasă a undei funcționale, care este înlocuită cu un alt termen, destul de real și de încredere - decoerență.
Ideea este aceasta: în toate experimentele observaționale descrise, experimentatorii au influențat inevitabil sistemul. L-au iluminat cu un laser și au instalat instrumente de măsură. Și acesta este un principiu general, foarte important: nu puteți observa un sistem, nu puteți măsura proprietățile sale fără a interacționa cu el. Și acolo unde există interacțiune, există o schimbare a proprietăților. Mai mult, atunci când colosul obiectelor cuantice interacționează cu un sistem cuantic minuscul. Deci, veșnică, neutralitatea budistă a observatorului este imposibilă.
Acesta este exact ceea ce explică termenul „decoerență” - un proces ireversibil de încălcare a proprietăților cuantice ale unui sistem în timpul interacțiunii sale cu un alt sistem mai mare. În timpul unei astfel de interacțiuni, sistemul cuantic își pierde caracteristicile originale și devine clasic, „supunându-se” sistemului mare. Așa se explică paradoxul cu pisica lui Schrödinger: pisica este un sistem atât de mare încât pur și simplu nu poate fi izolată de lume. Experimentul gândirii în sine nu este în întregime corect.
În orice caz, în comparație cu realitatea ca act de creare a conștiinței, decoerența sună mult mai calmă. Poate chiar prea calm. La urma urmei, cu această abordare, întreaga lume clasică devine un mare efect de decoerență. Și conform autorilor uneia dintre cele mai serioase cărți din acest domeniu, din astfel de abordări rezultă, în mod logic, afirmații precum „nu există particule în lume” sau „nu există timp la un nivel fundamental”.
Observator creativ sau decoerență atotputernică? Trebuie să alegi între două rele. Dar amintiți-vă - acum oamenii de știință sunt din ce în ce mai convinși că baza proceselor noastre de gândire sunt aceleași efecte cuantice notorii. Așadar, acolo unde observația se termină și începe realitatea - fiecare dintre noi trebuie să aleagă.
Efectul de observator. Dualismul undă-particulă este principiul conform căruia orice obiect fizic poate fi descris atât folosind un aparat matematic bazat pe ecuații de undă, cât și folosind un formalism bazat pe ideea unui obiect ca particulă sau ca sistem de particule. În special, ecuația de undă Schrödinger nu impune restricții asupra masei particulelor pe care le descrie și, prin urmare, orice particulă, atât micro- cât și macro-, poate fi asociată cu o undă de Broglie. În acest sens, orice obiect poate prezenta atât proprietăți ondulatorii, cât și corpusculare (cuantice). Ideea dualității undă-particulă a fost folosită în dezvoltarea mecanicii cuantice pentru a interpreta fenomenele observate în microlume în termeni de concepte clasice. În conformitate cu teorema lui Ehrenfest, analogii cuantici ai sistemului de ecuații canonice ale lui Hamilton pentru macroparticule conduc la ecuațiile obișnuite ale mecanicii clasice. O dezvoltare ulterioară a principiului dualității undă-particulă a fost conceptul de câmpuri cuantificate în teoria câmpurilor cuantice. Ca exemplu clasic, lumina poate fi interpretată ca un flux de corpusculi (fotoni), care prezintă proprietăți în multe efecte fizice undele electromagnetice. Lumina prezintă proprietăți de undă în fenomenele de difracție și interferență la scări comparabile cu lungimea de undă a luminii. De exemplu, chiar și fotonii unici care trec printr-o fantă dublă creează un model de interferență pe ecran, determinat de ecuațiile lui Maxwell. Natura problemei care se rezolvă dictează alegerea abordării utilizate: corpuscular (efect fotoelectric, efect Compton), ondulatoriu sau termodinamic. Cu toate acestea, experimentul arată că un foton nu este un impuls scurt de radiație electromagnetică; de exemplu, nu poate fi împărțit în mai multe fascicule prin divizoare optice de fascicul, așa cum a fost arătat clar de un experiment realizat de fizicienii francezi Grangier, Roger și Aspe în 1986. . Proprietățile corpusculare ale luminii se manifestă prin efectul fotoelectric și efectul Compton. Un foton se comportă, de asemenea, ca o particulă care este emisă sau absorbită în întregime de obiecte ale căror dimensiuni sunt mult mai mici decât lungimea de undă (de exemplu, nuclee atomice), sau poate fi considerat în general punctual (de exemplu, un electron). Acum conceptul de dualitate val-particulă are doar interes istoric, deoarece, în primul rând, este incorect să compari și/sau să contrastezi un obiect material ( radiatie electromagnetica, de exemplu) și metoda descrierii acesteia (corpusculară sau ondulată); și, în al doilea rând, numărul de moduri de a descrie un obiect material poate fi mai mare de două (corpuscular, ondulatoriu, termodinamic, ...), astfel încât termenul „dualism” în sine devine incorect. La momentul apariției sale, conceptul de dualitate undă-particulă a servit ca o modalitate de a interpreta comportamentul obiectelor cuantice, selectând analogii din fizica clasică. De fapt, obiectele cuantice nu sunt nici una valuri clasice, nici particulele clasice, dobândind proprietățile primei sau celei de-a doua doar la o anumită aproximare. Metodologic mai corectă este formularea teoriei cuantice prin integrale de cale (propagator), liberă de utilizarea conceptelor clasice.
