Unten ist eine leichte Erinnerung, dass es einen „Beobachtereffekt“ gibt, und ein Auszug aus dem Buch, der das Prinzip der Priorität des Bewusstseins von der Quantenphysik auf die manifestierte Ebene überträgt.
"Dein Leben ist dort, wo deine Aufmerksamkeit ist."
Es ist dieses Postulat, das von Physikern in vielen Labors auf der ganzen Welt experimentell bewiesen wurde, egal wie seltsam es klingen mag.Vielleicht klingt es jetzt ungewöhnlich, aber die Quantenphysik begann, die Wahrheit des grauen Altertums zu beweisen: "Dein Leben ist dort, wo deine Aufmerksamkeit ist." Insbesondere, dass ein Mensch mit seiner Aufmerksamkeit die umgebende materielle Welt beeinflusst, bestimmt die Realität, die er wahrnimmt.
Von Anfang an begann die Quantenphysik, die Vorstellung vom Mikrokosmos und vom Menschen radikal zu verändern, beginnend mit der Aussage von William Hamilton über die wellenartige Natur des Lichts in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts und fortschreitend Entdeckungen moderner Wissenschaftler. Die Quantenphysik hat bereits viele Hinweise darauf, dass der Mikrokosmos nach ganz anderen physikalischen Gesetzen „lebt“, dass sich die Eigenschaften von Nanopartikeln von der dem Menschen vertrauten Welt unterscheiden, dass Elementarteilchen auf besondere Weise mit ihm wechselwirken.
Mitte des 20. Jahrhunderts erzielte Klaus Jenson bei Experimenten ein interessantes Ergebnis: Bei physikalischen Experimenten reagierten subatomare Teilchen und Photonen genau auf die menschliche Aufmerksamkeit, was zu einem anderen Endergebnis führte. Das heißt, Nanopartikel reagierten auf das, worauf die Forscher in diesem Moment ihre Aufmerksamkeit richteten. Dieses bereits zum Klassiker gewordene Experiment überrascht die Wissenschaftler jedes Mal aufs Neue. Es wurde viele Male in vielen Labors auf der ganzen Welt wiederholt, und jedes Mal sind die Ergebnisse dieses Experiments identisch, was seinen wissenschaftlichen Wert und seine Zuverlässigkeit bestätigt.
Für dieses Experiment werden also eine Lichtquelle und ein Schirm (eine für Photonen undurchlässige Platte) vorbereitet, der zwei Schlitze hat. Das Gerät, also die Lichtquelle, „schießt“ Photonen mit Einzelpulsen.
Foto 1.
Vor dem speziellen Fotopapier wurde ein spezielles Sieb mit zwei Schlitzen angebracht. Wie erwartet erschienen zwei vertikale Streifen auf dem Fotopapier – Spuren von Photonen, die das Papier beleuchteten, als sie diese Schlitze passierten. Selbstverständlich wurde der Versuchsverlauf überwacht.
Foto 2.
Als der Forscher das Gerät einschaltete und selbst für eine Weile wegging und ins Labor zurückkehrte, war er unglaublich überrascht: Photonen hinterließen auf Fotopapier ein völlig anderes Bild - anstelle von zwei vertikalen Streifen - viel.
Foto 3.
Wie konnte das passieren? Die auf dem Papier hinterlassenen Spuren waren charakteristisch für eine Welle, die durch die Risse lief. Mit anderen Worten, es wurde ein Interferenzmuster beobachtet.
Foto 4.
Ein einfaches Experiment mit Photonen zeigte, dass die Welle bei Beobachtung (in Gegenwart eines Detektors oder Beobachters) in den Zustand eines Teilchens übergeht und sich wie ein Teilchen verhält, sich aber in Abwesenheit eines Beobachters wie ein Teilchen verhält Welle. Es stellte sich heraus, dass Fotopapier Wellenspuren zeigt, wenn Sie in diesem Experiment keine Beobachtungen durchführen, dh ein Interferenzmuster ist sichtbar. Dieses physikalische Phänomen wurde als Beobachtereffekt bekannt.
Das oben beschriebene Teilchenexperiment gilt auch für die Frage „Gibt es einen Gott?“. Denn wenn mit der wachsamen Aufmerksamkeit des Beobachters das, was eine Wellennatur hat, sich in einem Materiezustand befinden kann, reagiert und seine Eigenschaften ändert, wer beobachtet dann sorgfältig das gesamte Universum? Wer hält mit seiner Aufmerksamkeit alle Materie in einem stabilen Zustand?Sobald ein Mensch in seiner Wahrnehmung davon ausgeht, dass er in einer qualitativ anderen Welt (zB in der Welt Gottes) leben kann, erst dann tut er, der Mensch , beginnen, seinen Entwicklungsvektor auf dieser Seite zu ändern, und die Chancen, diese Erfahrung zu überleben, steigen um ein Vielfaches. Das heißt, es reicht aus, nur die Möglichkeit einer solchen Realität für sich selbst einzugestehen. Sobald eine Person also die Möglichkeit akzeptiert, eine solche Erfahrung zu erwerben, beginnt sie tatsächlich, sie zu erwerben. Dies wird auch im AllatRa-Buch von Anastasia Novykh bestätigt:
„Alles hängt vom Beobachter selbst ab: Wenn eine Person sich selbst als Teilchen wahrnimmt (ein materielles Objekt, das nach den Gesetzen der materiellen Welt lebt), wird sie die Welt der Materie sehen und wahrnehmen; wenn ein Mensch sich selbst als Welle wahrnimmt (sinnliche Erfahrungen, ein erweiterter Bewusstseinszustand), dann nimmt er die Welt Gottes wahr und beginnt sie zu verstehen, sie zu leben.
Bei dem oben beschriebenen Experiment beeinflusst der Beobachter zwangsläufig den Ablauf und die Ergebnisse des Experiments. Daraus ergibt sich ein sehr wichtiges Prinzip: Es ist unmöglich, das System zu beobachten, zu messen und zu analysieren, ohne mit ihm zu interagieren. Wo es Interaktion gibt, gibt es eine Änderung der Eigenschaften.
Die Weisen sagen, dass Gott überall ist. Bestätigen Beobachtungen von Nanopartikeln diese Aussage nicht? Sind diese Experimente eine Bestätigung dafür, dass das gesamte materielle Universum mit Ihm auf die gleiche Weise interagiert, wie beispielsweise der Beobachter mit Photonen interagiert? Zeigt diese Erfahrung nicht, dass alles, worauf die Aufmerksamkeit des Beobachters gerichtet ist, von ihm durchdrungen ist? Tatsächlich ist dies aus Sicht der Quantenphysik und des Prinzips des "Effekts des Beobachters" unvermeidlich, da ein Quantensystem während der Wechselwirkung seine ursprünglichen Eigenschaften verliert und sich unter dem Einfluss eines größeren Systems verändert. Das heißt, beide Systeme tauschen sich gegenseitig im Energieinformationsplan aus, modifizieren sich gegenseitig.
Entwickeln wir diese Frage weiter, so stellt sich heraus, dass der Beobachter die Realität, in der er dann lebt, vorbestimmt. Dies manifestiert sich als Folge seiner Wahl. In der Quantenphysik gibt es das Konzept einer Vielzahl von Realitäten, wenn Tausende von möglichen Realitäten vor dem Beobachter liegen, bis er seine endgültige Wahl trifft, wodurch er nur eine der Realitäten auswählt. Und wenn er seine eigene Realität für sich selbst wählt, konzentriert er sich darauf, und sie manifestiert sich für ihn (oder er für sie?).
Und wieder unter Berücksichtigung der Tatsache, dass ein Mensch in der Realität lebt, die er selbst mit seiner Aufmerksamkeit unterstützt, dann kommen wir zu derselben Frage: Wenn alle Materie im Universum von Aufmerksamkeit gehalten wird, wer hält dann das Universum selbst bei sich? Aufmerksamkeit? Beweist dieses Postulat nicht die Existenz Gottes, des Einen, der das ganze Bild betrachten kann?
Bedeutet dies nicht, dass unser Geist direkt an der Arbeit der materiellen Welt beteiligt ist? Wolfgang Pauli, einer der Begründer der Quantenmechanik, sagte einmal: Die Gesetze der Physik und des Bewusstseins müssen als komplementär betrachtet werden". Man kann mit Sicherheit sagen, dass Herr Pauli Recht hatte. Dies kommt der Welterkennung schon sehr nahe: Die materielle Welt ist ein illusorisches Spiegelbild unseres Geistes, und was wir mit unseren Augen sehen, ist nicht wirklich Realität. Was ist dann Realität? Wo befindet es sich und wie findet man es?
Immer mehr Wissenschaftler neigen zu der Annahme, dass das menschliche Denken in gleicher Weise den Prozessen der berüchtigten Quanteneffekte unterliegt. In einer vom Verstand gezeichneten Illusion zu leben oder die Realität für sich selbst zu entdecken – das kann jeder für sich selbst entscheiden. Wir können Ihnen nur empfehlen, sich mit dem oben zitierten AllatRa-Buch vertraut zu machen. Dieses Buch beweist nicht nur wissenschaftlich die Existenz Gottes, sondern gibt auch detaillierte Erklärungen zu allen existierenden Realitäten, Dimensionen und enthüllt sogar die Struktur der menschlichen Energiestruktur. Sie können dieses Buch völlig kostenlos von unserer Website herunterladen, indem Sie auf das Zitat unten klicken oder den entsprechenden Abschnitt der Website aufrufen.
"Diejenigen, die bei der ersten Bekanntschaft mit der Quantentheorie nicht schockiert waren, haben höchstwahrscheinlich einfach nichts verstanden." Nils Bohr
Die Prämisse der Quantentheorie ist so verblüffend, dass sie eher wie Science-Fiction ist.
Ein Partikel der Mikrowelt kann gleichzeitig an zwei oder mehr Orten sein!
(Eines der jüngsten Experimente zeigte, dass eines dieser Teilchen gleichzeitig an 3000 Orten sein kann!)
Ein und dasselbe "Objekt" kann sowohl ein lokalisiertes Teilchen als auch eine sich im Raum ausbreitende Energiewelle sein.
Einstein postulierte, dass nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit reisen kann. Aber die Quantenphysik hat bewiesen, dass subatomare Teilchen Informationen sofort austauschen können - in beliebiger Entfernung voneinander.
Die klassische Physik war deterministisch: Anhand von Anfangsbedingungen wie Ort und Geschwindigkeit eines Objekts können wir berechnen, wohin es sich bewegen wird. Die Quantenphysik ist probabilistisch: Wir können nie mit absoluter Sicherheit sagen, wie sich das untersuchte Objekt verhalten wird.
Die klassische Physik war mechanistisch. Es basiert auf der Prämisse, dass wir nur durch die Kenntnis der einzelnen Teile eines Objekts letztendlich verstehen können, was es ist.
Die Quantenphysik ist ganzheitlich: Sie zeichnet ein Bild des Universums als ein Ganzes, dessen Teile miteinander verbunden sind und sich gegenseitig beeinflussen.
Und, vielleicht am wichtigsten, die Quantenphysik hat die Idee eines grundlegenden Unterschieds zwischen dem Subjekt oder Objekt, dem Beobachter und dem Beobachteten zerstört – und doch beherrschte sie die Köpfe der Wissenschaftler 400 Jahre lang!
In der Quantenphysik beeinflusst der Beobachter das beobachtete Objekt. Es gibt keine isolierten Beobachter des mechanischen Universums – alles nimmt an seiner Existenz teil.
SCHOCK #1 - LEERER RAUM
Einer der ersten Risse in der festen Struktur der Newtonschen Physik wurde durch die folgende Entdeckung gemacht: Atome sind diese festen Bausteine des physikalischen Universums! - bestehen hauptsächlich aus leerem Raum. Wie leer? Wenn wir den Kern eines Wasserstoffatoms auf die Größe eines Basketballs vergrößern, dann dreht sich das einzige Elektron um ihn herum in einer Entfernung von dreißig Kilometern, und es wird nichts zwischen dem Kern und dem Elektron sein. Wenn Sie sich also umsehen, denken Sie daran: Die Realität besteht aus den kleinsten Materiepunkten, umgeben von Leere.
Allerdings nicht ganz so. Diese vermeintliche "Leere" ist nicht wirklich leer: Sie enthält eine kolossale Menge unglaublich starker Energie. Wir wissen, dass Energie dichter wird, wenn sie sich auf eine niedrigere Ebene der Materie bewegt (zum Beispiel ist Kernenergie millionenfach stärker als chemische Energie). Wissenschaftler sagen jetzt, dass in einem Kubikzentimeter leerem Raum mehr Energie steckt als in der gesamten Materie des bekannten Universums. Obwohl Wissenschaftler es nicht messen konnten, sehen sie die Ergebnisse dieses Energiemeeres.
SCHOCK #2 – PARTIKEL, WELLE ODER WELLENPARTIKEL?
Das Atom besteht nicht nur fast vollständig aus "Raum" - als Wissenschaftler es genauer untersuchten, stellten sie fest, dass die subatomaren (Bestandteile des Atoms) Teilchen auch nicht fest sind. Und sie scheinen eine Doppelnatur zu haben. Je nachdem, wie wir sie beobachten, können sie sich entweder wie feste Mikroobjekte oder wie Wellen verhalten.
Teilchen sind separate feste Objekte, die eine bestimmte Position im Raum einnehmen. Und die Wellen haben keinen "Körper", sie sind nicht lokalisiert und breiten sich im Raum aus.
Als Welle hat ein Elektron oder Photon (ein Lichtteilchen) keinen genauen Ort, sondern existiert als „Wahrscheinlichkeitsfeld“. Im Partikelzustand "kollabiert" (kollabiert) das Wahrscheinlichkeitsfeld zu einem festen Objekt. Seine Koordinaten in der vierdimensionalen Raumzeit lassen sich bereits bestimmen.
Das ist überraschend, aber der Zustand eines Teilchens (einer Welle oder eines Festkörpers) wird durch Beobachtungs- und Messvorgänge festgelegt. Ungemessene und nicht beobachtbare Elektronen verhalten sich wie Wellen. Sobald wir sie während des Experiments der Beobachtung unterziehen, „kollabieren“ sie zu festen Teilchen und können im Raum fixiert werden.
Aber wie kann etwas gleichzeitig ein festes Teilchen und eine flüssige Welle sein? Vielleicht wird das Paradoxon gelöst, wenn wir uns an das erinnern, was kürzlich gesagt wurde: Teilchen verhalten sich wie Wellen oder wie feste Objekte. Aber die Begriffe „Welle“ und „Teilchen“ sind nur Analogien aus unserer Alltagswelt. Der Begriff der Welle wurde von Erwin Schrödinger in die Quantentheorie eingeführt. Er ist der Autor der berühmten „Wellengleichung“, die die Existenz von Welleneigenschaften in einem festen Teilchen vor dem Akt der Beobachtung mathematisch belegt. Einige Physiker nennen subatomare Teilchen „Wellenteilchen“, um zu erklären, was ihnen noch nie begegnet ist und was sie nicht vollständig verstehen können.
SCHOCK #3 – QUANTENSPRÜNGE UND WAHRSCHEINLICHKEIT
Bei der Untersuchung des Atoms haben Wissenschaftler herausgefunden, dass sich Elektronen nicht wie gewöhnliche Objekte durch den Raum bewegen, wenn sie sich von Umlaufbahn zu Umlaufbahn bewegen, während sie den Kern umkreisen. Nein, sie legen die Distanz sofort zurück. Das heißt, sie verschwinden an einem Ort und erscheinen an einem anderen. Dieses Phänomen wird als Quantensprung bezeichnet.
Außerdem erkannten die Wissenschaftler, dass sie nicht genau bestimmen konnten, wo genau in der neuen Umlaufbahn das verschwundene Elektron auftauchen oder in welchem Moment es einen Sprung machen würde. Sie konnten höchstens die Wahrscheinlichkeit (basierend auf der Schrödinger-Wellengleichung) für den neuen Aufenthaltsort des Elektrons berechnen.
„Wirklichkeit, wie wir sie erleben, entsteht zu jedem Zeitpunkt aus der Gesamtheit unzähliger Möglichkeiten“, sagt Dr. Satinover. - Aber das eigentliche Geheimnis ist, dass es nichts im physischen Universum gibt, das bestimmen würde, welche Möglichkeit aus dieser Gesamtheit wahr werden wird. Es gibt keinen Prozess, der dies einrichtet."
Somit sind Quantensprünge die einzigen wirklich zufälligen Ereignisse im Universum.
SCHOCK #4 – DAS UNSICHERHEITSPRINZIP
In der klassischen Physik können alle Parameter eines Objekts, einschließlich seiner räumlichen Koordinaten und Geschwindigkeit, mit einer Genauigkeit gemessen werden, die nur durch die Möglichkeiten experimenteller Technologien begrenzt ist. Aber auf der Quantenebene, wann immer Sie ein quantitatives Merkmal eines Objekts bestimmen, wie z. B. Geschwindigkeit, können Sie keine genauen Werte seiner anderen Parameter, wie z. B. Koordinaten, erhalten. Mit anderen Worten: Wenn Sie wissen, wie schnell sich ein Objekt bewegt, können Sie nicht wissen, wo es sich befindet. Umgekehrt, wenn Sie wissen, wo es ist, können Sie nicht wissen, wie schnell es sich bewegt.
Egal wie raffiniert die Experimentatoren sind, egal wie fortschrittliche Messtechnologien sie verwenden, sie scheitern daran, hinter diesen Schleier zu blicken.
Werner Heisenberg, einer der Pioniere der Quantenphysik, formulierte die Unschärferelation. Seine Essenz ist wie folgt: Egal wie Sie kämpfen, es ist unmöglich, gleichzeitig die genauen Werte der Koordinaten und der Geschwindigkeit eines Quantenobjekts zu erhalten. Je genauer wir bei der Messung eines Parameters werden, desto unsicherer wird der andere.
SCHOCK #5 – NICHTLOKALITÄT, EPR-PARADOX UND BELLS THEOREM
Albert Einstein mochte die Quantenphysik nicht. Er beurteilte die probabilistische Natur subatomarer Prozesse, die in der Quantenphysik skizziert werden, und sagte: „Gott würfelt nicht mit dem Universum.“ Aber Niels Bohr antwortete ihm: „Hör auf, Gott zu lehren, was er tun soll!“
1935 versuchten Einstein und seine Kollegen Podolsky und Rosen (EPR), die Quantentheorie zu besiegen. Wissenschaftler, die auf den Bestimmungen der Quantenmechanik basierten, führten ein Gedankenexperiment durch und kamen zu einem paradoxen Ergebnis. (Er sollte die Unterlegenheit der Quantentheorie zeigen). Das ist der Kern ihres Denkens. Wenn wir zwei Teilchen haben, die gleichzeitig erschienen sind, bedeutet dies, dass sie miteinander verbunden sind oder sich in einem Zustand der Überlagerung befinden. Schicken wir sie an verschiedene Enden des Universums. Dann ändern wir den Zustand eines der Teilchen. Dann kommt nach der Quantentheorie sofort ein anderes Teilchen in den gleichen Zustand. Sofort! Auf der anderen Seite des Universums!
Eine solche Idee war so lächerlich, dass Einstein sie sarkastisch als „übernatürliche Fernwirkung“ bezeichnete. Nach seiner Relativitätstheorie kann sich nichts schneller fortbewegen als das Licht. Und im EPR-Experiment stellte sich heraus, dass die Informationsaustauschrate zwischen Teilchen unendlich ist! Darüber hinaus widersprach die bloße Idee, dass ein Elektron den Zustand eines anderen Elektrons auf der gegenüberliegenden Seite des Universums „verfolgen“ könnte, völlig den allgemein akzeptierten Vorstellungen über die Realität und tatsächlich dem gesunden Menschenverstand.
Aber 1964 formulierte und bewies der irische theoretische Physiker John Bell ein Theorem, aus dem folgte: Die „lächerlichen“ Schlussfolgerungen aus dem EPR-Gedankenexperiment sind wahr!
Teilchen sind auf einer bestimmten Ebene, die Zeit und Raum transzendiert, eng miteinander verbunden. Daher sind sie in der Lage, Informationen sofort auszutauschen.
Die Vorstellung, dass jedes Objekt im Universum lokal ist – d.h. existiert an jedem Ort (Punkt) des Raums - nicht wahr. Alles auf dieser Welt ist nicht-lokal.
Dennoch ist dieses Phänomen ein gültiges Gesetz des Universums. Schrödinger sagte, dass die Beziehung zwischen Objekten nicht der einzige interessante Aspekt der Quantentheorie sei, aber der wichtigste. 1975 nannte der theoretische Physiker Henry Stapp Bells Theorem „die bedeutendste Entdeckung der Wissenschaft“. Beachten Sie, dass er über Wissenschaft sprach, nicht nur über Physik.
(Der Artikel wurde basierend auf den Materialien des Buches von W. Arntz, B. Chase, M. Vicente "Rabbit Hole, or what do we know aboutself and the Universe?", Kapitel "Quantum Physics", erstellt.)
Niemand auf der Welt versteht die Quantenmechanik - das ist die Hauptsache, die Sie darüber wissen müssen. Ja, viele Physiker haben gelernt, ihre Gesetze zu nutzen und sogar Phänomene mithilfe von Quantenberechnungen vorherzusagen. Aber es ist immer noch unklar, warum die Anwesenheit eines Beobachters das Schicksal des Systems bestimmt und es zwingt, eine Entscheidung zugunsten eines Staates zu treffen. "Theorien und Praktiken" wählte Beispiele von Experimenten aus, deren Ergebnis zwangsläufig vom Beobachter beeinflusst wird, und versuchte herauszufinden, was die Quantenmechanik mit solchen Eingriffen des Bewusstseins in die materielle Realität tun wird.
Shrödingers Katze
Heutzutage gibt es viele Interpretationen der Quantenmechanik, von denen die Kopenhagener nach wie vor die beliebteste ist. Seine wichtigsten Bestimmungen wurden in den 1920er Jahren von Niels Bohr und Werner Heisenberg formuliert. Und der zentrale Begriff der Kopenhagener Interpretation war die Wellenfunktion – eine mathematische Funktion, die Informationen über alle möglichen Zustände eines Quantensystems enthält, in dem sie sich gleichzeitig befindet.
Nach der Kopenhagener Interpretation kann nur die Beobachtung den Zustand des Systems genau bestimmen und ihn vom Rest unterscheiden (die Wellenfunktion hilft nur, mathematisch die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, das System in einem bestimmten Zustand zu entdecken). Wir können sagen, dass ein Quantensystem nach der Beobachtung klassisch wird: Es hört sofort auf, in vielen Zuständen gleichzeitig zu koexistieren, zugunsten eines von ihnen.
Dieser Ansatz hatte schon immer Gegner (denken Sie zum Beispiel an „Gott würfelt nicht“ von Albert Einstein), aber die Genauigkeit der Berechnungen und Vorhersagen forderte ihren Tribut. Allerdings gibt es in den letzten Jahren immer weniger Befürworter der Kopenhagener Deutung, was nicht zuletzt an dem sehr mysteriösen augenblicklichen Zusammenbruch der Wellenfunktion während der Messung liegt. Erwin Schrödingers berühmtes Gedankenexperiment mit der armen Katze sollte nur die Absurdität dieses Phänomens zeigen.
Wir erinnern uns also an den Inhalt des Experiments. Eine lebende Katze, eine Giftampulle und ein Mechanismus, der das Gift zu einem zufälligen Zeitpunkt in Aktion setzen kann, werden in eine schwarze Kiste gelegt. Zum Beispiel ein radioaktives Atom, dessen Zerfall die Ampulle zerbricht. Der genaue Zeitpunkt des Zerfalls des Atoms ist unbekannt. Bekannt ist nur die Halbwertszeit: die Zeit, in der der Zerfall mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % eintritt.
Es stellt sich heraus, dass die Katze in der Kiste für einen externen Beobachter gleichzeitig in zwei Zuständen existiert: Sie ist entweder lebendig, wenn alles gut geht, oder tot, wenn der Verfall eingetreten ist und die Ampulle zerbrochen ist. Beide Zustände werden durch die Wellenfunktion der Katze beschrieben, die sich mit der Zeit ändert: Je weiter entfernt, desto wahrscheinlicher ist es, dass bereits ein radioaktiver Zerfall stattgefunden hat. Aber sobald die Box geöffnet wird, bricht die Wellenfunktion zusammen und wir sehen sofort das Ergebnis des Flayer-Experiments.
Es stellt sich heraus, dass die Katze, bis der Beobachter die Kiste öffnet, für immer an der Grenze zwischen Leben und Tod balancieren wird und nur die Handlung des Beobachters sein Schicksal bestimmen wird. Das ist die Absurdität, auf die Schrödinger hingewiesen hat.
Elektronenbeugung
Laut einer von der New York Times durchgeführten Umfrage unter führenden Physikern wurde das 1961 von Klaus Jenson durchgeführte Experiment mit der Elektronenbeugung zu einem der schönsten in der Geschichte der Wissenschaft. Was ist sein Wesen?
Es gibt eine Quelle, die einen Elektronenstrom in Richtung der siebfotografischen Platte emittiert. Und diesen Elektronen steht ein Hindernis im Weg - eine Kupferplatte mit zwei Schlitzen. Was für ein Bild auf dem Bildschirm ist zu erwarten, wenn wir Elektronen nur als kleine geladene Kugeln darstellen? Zwei beleuchtete Bänder gegenüber den Schlitzen.
In Wirklichkeit erscheint auf dem Bildschirm ein viel komplexeres Muster aus abwechselnd schwarzen und weißen Streifen. Tatsache ist, dass sich Elektronen beim Durchgang durch die Schlitze nicht wie Teilchen, sondern wie Wellen verhalten (genauso wie Photonen, Lichtteilchen, gleichzeitig Wellen sein können). Dann interagieren diese Wellen im Raum, schwächen sich irgendwo ab und verstärken sich gegenseitig, und als Ergebnis erscheint auf dem Bildschirm ein komplexes Bild aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen.
In diesem Fall ändert sich das Ergebnis des Experiments nicht, und wenn Elektronen nicht in einem kontinuierlichen Strom, sondern einzeln durch den Spalt geleitet werden, kann sogar ein Teilchen gleichzeitig eine Welle sein. Sogar ein Elektron kann gleichzeitig zwei Spalte passieren (und dies ist eine weitere wichtige Bestimmung der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik - Objekte können gleichzeitig sowohl ihre "üblichen" Materialeigenschaften als auch exotische Welleneigenschaften aufweisen).
Aber was ist mit dem Beobachter? Trotz der Tatsache, dass mit ihm die ohnehin schon komplizierte Geschichte noch komplizierter wurde. Als Physiker bei solchen Experimenten versuchten, mit Hilfe von Instrumenten festzustellen, durch welchen Schlitz das Elektron tatsächlich hindurchgeht, änderte sich das Bild auf dem Bildschirm dramatisch und wurde „klassisch“: zwei beleuchtete Flächen gegenüber den Schlitzen und keine abwechselnden Streifen.
Die Elektronen schienen ihre Wellennatur vor dem Blick des Betrachters nicht zeigen zu wollen. Angepasst an seinen instinktiven Wunsch, ein einfaches und verständliches Bild zu sehen. Mystiker? Es gibt eine viel einfachere Erklärung: Keine Beobachtung des Systems kann ohne physische Einwirkung darauf durchgeführt werden. Aber darauf kommen wir etwas später zurück.
Erhitztes Fulleren
Experimente zur Teilchenbeugung wurden nicht nur an Elektronen, sondern auch an viel größeren Objekten durchgeführt. Zum Beispiel sind Fullerene große, geschlossene Moleküle, die aus Dutzenden von Kohlenstoffatomen bestehen (zum Beispiel hat ein Fulleren mit sechzig Kohlenstoffatomen eine sehr ähnliche Form wie ein Fußball: eine aus Fünf- und Sechsecken genähte Hohlkugel).
Kürzlich hat eine Gruppe an der Universität Wien unter der Leitung von Professor Zeilinger versucht, ein Element der Beobachtung in solche Experimente einzuführen. Dazu bestrahlten sie bewegte Fullerenmoleküle mit einem Laserstrahl. Danach begannen die durch äußere Einwirkung erhitzten Moleküle zu leuchten und offenbarten dem Betrachter damit unweigerlich ihren Platz im All.
Mit dieser Innovation hat sich auch das Verhalten von Molekülen verändert. Vor dem Beginn der totalen Überwachung umgingen Fullerene ziemlich erfolgreich Hindernisse (zeigten Welleneigenschaften), wie Elektronen aus dem vorherigen Beispiel, die durch einen undurchsichtigen Schirm gingen. Aber später, mit dem Aufkommen des Beobachters, beruhigten sich die Fullerene und begannen sich wie völlig gesetzestreue Materieteilchen zu verhalten.
Kühlungsdimension
Eines der bekanntesten Gesetze der Quantenwelt ist die Heisenbergsche Unschärferelation: Es ist unmöglich, gleichzeitig Position und Geschwindigkeit eines Quantenobjekts zu bestimmen. Je genauer wir den Impuls eines Teilchens messen, desto ungenauer können wir seine Position messen. Aber die Wirkung von Quantengesetzen, die auf der Ebene winziger Teilchen wirken, ist in unserer Welt der großen Makroobjekte normalerweise nicht wahrnehmbar.
Umso wertvoller sind die jüngsten Experimente der Gruppe von Professor Schwab aus den USA, bei denen Quanteneffekte nicht auf der Ebene derselben Elektronen oder Fullerenmoleküle (deren charakteristischer Durchmesser etwa 1 nm beträgt), sondern auf einer etwas greifbareres Objekt - ein winziger Aluminiumstreifen.
Dieser Streifen wurde auf beiden Seiten so befestigt, dass seine Mitte in schwebendem Zustand war und unter äußerer Einwirkung schwingen konnte. Außerdem befand sich neben dem Streifen ein Gerät, das seine Position mit hoher Genauigkeit aufzeichnen konnte.
Als Ergebnis entdeckten die Experimentatoren zwei interessante Effekte. Erstens verlief jede Messung der Position des Objekts, die Beobachtung des Streifens nicht spurlos - nach jeder Messung änderte sich die Position des Streifens. Grob gesagt haben die Experimentatoren die Koordinaten des Streifens mit großer Genauigkeit bestimmt und dadurch nach dem Heisenberg-Prinzip seine Geschwindigkeit und damit die spätere Position verändert.
Zweitens führten, was bereits ziemlich unerwartet ist, einige Messungen auch zu einer Abkühlung des Bandes. Es stellt sich heraus, dass der Beobachter die physikalischen Eigenschaften von Objekten nur durch seine Anwesenheit verändern kann. Es klingt absolut unglaublich, aber den Physikern sei gesagt, dass sie nicht ratlos waren – jetzt denkt die Gruppe von Professor Schwab darüber nach, wie man den entdeckten Effekt auf die Kühlung elektronischer Schaltkreise anwenden kann.
Einfrieren von Partikeln
Wie Sie wissen, zerfallen instabile radioaktive Teilchen auf der Welt nicht nur für Experimente an Katzen, sondern auch ganz von selbst. Darüber hinaus zeichnet sich jedes Teilchen durch eine durchschnittliche Lebensdauer aus, die sich unter dem Blick eines Beobachters verlängern kann.
Dieser Quanteneffekt wurde bereits in den 1960er Jahren vorhergesagt, und seine brillante experimentelle Bestätigung erschien 2006 in einer Arbeit, die von der Gruppe des Physik-Nobelpreisträgers Wolfgang Ketterle vom Massachusetts Institute of Technology veröffentlicht wurde.
In dieser Arbeit untersuchten wir den Zerfall von instabilen angeregten Rubidiumatomen (Zerfall in Rubidiumatome im Grundzustand und Photonen). Unmittelbar nach der Vorbereitung des Systems wurde die Anregung von Atomen beobachtet - sie wurden mit einem Laserstrahl beleuchtet. In diesem Fall wurde die Beobachtung in zwei Modi durchgeführt: kontinuierlich (kleine Lichtpulse werden ständig in das System eingespeist) und gepulst (das System wird von Zeit zu Zeit mit stärkeren Pulsen bestrahlt).
Die erhaltenen Ergebnisse stimmen hervorragend mit den theoretischen Vorhersagen überein. Äußere Lichteffekte verlangsamen den Zerfall von Partikeln wirklich, als ob sie sie in ihren ursprünglichen, weit vom Zerfall entfernten Zustand zurückversetzen würden. Auch in diesem Fall stimmt die Größe des Effekts für die beiden untersuchten Regime mit den Vorhersagen überein. Und die maximale Lebensdauer von instabilen angeregten Rubidiumatomen wurde um das 30-fache verlängert.
Quantenmechanik und Bewusstsein
Elektronen und Fullerene verlieren ihre Welleneigenschaften, Aluminiumplatten erkalten und instabile Teilchen gefrieren in ihrem Zerfall: Unter dem allmächtigen Blick eines Beobachters verändert sich die Welt. Was ist kein Beweis für die Beteiligung unseres Verstandes an der Arbeit der Welt um uns herum? Vielleicht hatten also Carl Jung und Wolfgang Pauli (österreichischer Physiker, Nobelpreisträger, einer der Pioniere der Quantenmechanik) recht, als sie sagten, dass die Gesetze der Physik und des Bewusstseins als komplementär betrachtet werden sollten?
Aber so bleibt nur noch ein Schritt zur Pflichterkenntnis: Die ganze Welt um uns herum ist die Essenz unseres Geistes. Unheimlich? („Denkst du wirklich, dass der Mond nur existiert, wenn du ihn ansiehst?“ kommentierte Einstein die Prinzipien der Quantenmechanik). Dann lasst uns noch einmal versuchen, uns den Physikern zuzuwenden. Darüber hinaus sind sie in den letzten Jahren immer weniger erfreut über die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik mit ihrem mysteriösen Zusammenbruch einer Funktionswelle, die durch einen anderen, ganz profanen und zuverlässigen Begriff ersetzt wird - Dekohärenz.
Hier ist die Sache - in allen beschriebenen Experimenten mit Beobachtung haben die Experimentatoren das System zwangsläufig beeinflusst. Es wurde mit einem Laser beleuchtet, Messinstrumente wurden installiert. Und das ist ein allgemeines, sehr wichtiges Prinzip: Man kann ein System nicht beobachten, seine Eigenschaften messen, ohne mit ihm zu interagieren. Und wo es Interaktion gibt, gibt es eine Veränderung der Eigenschaften. Vor allem, wenn ein Koloss von Quantenobjekten mit einem winzigen Quantensystem interagiert. Die ewige, buddhistische Neutralität des Betrachters ist also unmöglich.
Genau das erklärt den Begriff „Dekohärenz“ – ein irreversibler Prozess aus Sicht der Verletzung der Quanteneigenschaften eines Systems, wenn es mit einem anderen, großen System wechselwirkt. Bei einer solchen Wechselwirkung verliert das Quantensystem seine ursprünglichen Eigenschaften und wird klassisch, „gehorcht“ dem großen System. Das erklärt das Paradoxon bei Schrödingers Katze: Die Katze ist ein so großes System, dass sie einfach nicht von der Welt isoliert werden kann. Das Setting des Gedankenexperiments ist nicht ganz korrekt.
Auf jeden Fall klingt Dekohärenz im Vergleich zur Realität als Akt der Bewusstseinsbildung viel ruhiger. Vielleicht sogar zu ruhig. Schließlich wird mit diesem Ansatz die gesamte klassische Welt zu einem großen Dekohärenzeffekt. Und laut den Autoren eines der seriösesten Bücher auf diesem Gebiet folgen aus solchen Ansätzen auch Aussagen wie „es gibt keine Teilchen auf der Welt“ oder „es gibt keine Zeit auf fundamentaler Ebene“.
Kreativer Beobachter oder allmächtige Dekohärenz? Sie müssen zwischen zwei Übeln wählen. Aber denken Sie daran - Wissenschaftler sind jetzt immer mehr davon überzeugt, dass die sehr berüchtigten Quanteneffekte unseren Denkprozessen zugrunde liegen. Wo also die Beobachtung endet und die Realität beginnt, muss jeder von uns wählen.
1935, als die Quantenmechanik und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie noch sehr jung waren, führte der nicht sehr berühmte sowjetische Physiker Matvey Bronstein im Alter von 28 Jahren die erste detaillierte Studie über die Vereinbarkeit dieser beiden Theorien in der Quantentheorie der Gravitation durch. Diese „vielleicht die Theorie der ganzen Welt“, wie Bronstein schrieb, könnte die klassische Einsteinsche Beschreibung der Gravitation ersetzen, in der sie als Kurven im Raum-Zeit-Kontinuum gesehen wird, und sie in Quantensprache umschreiben, wie der Rest der Physik .
Bronstein fand heraus, wie man die Schwerkraft in Form von quantisierten Teilchen beschreibt, die jetzt Gravitonen genannt werden, aber nur, wenn die Gravitationskraft schwach ist – das heißt (in der allgemeinen Relativitätstheorie), wenn die Raumzeit so leicht gekrümmt ist, dass sie praktisch flach ist. Wenn die Schwerkraft stark ist, "ist die Situation völlig anders", schrieb der Wissenschaftler. „Ohne eine tiefgreifende Überarbeitung der klassischen Konzepte scheint es praktisch unmöglich, die Quantentheorie der Gravitation auch auf diesem Gebiet darzustellen.“
Seine Worte waren prophetisch. Dreiundachtzig Jahre später versuchen Physiker immer noch zu verstehen, wie sich die Raum-Zeit-Krümmung auf makroskopischen Skalen manifestiert, abgeleitet von einem grundlegenderen und angeblich Quantenbild der Gravitation; vielleicht ist dies die tiefste Frage in der Physik. Vielleicht würde Bronsteins heller Kopf den Prozess dieser Suche beschleunigen, wenn es eine Chance gäbe. Neben der Quantengravitation leistete er auch Beiträge zur Astrophysik und Kosmologie, Halbleitertheorie, Quantenelektrodynamik und schrieb mehrere Kinderbücher. 1938 geriet er unter die stalinistischen Repressionen und wurde im Alter von 31 Jahren hingerichtet.
Die Suche nach einer vollständigen Theorie der Quantengravitation wird durch die Tatsache erschwert, dass sich die Quanteneigenschaften der Gravitation niemals in der realen Erfahrung manifestieren. Physiker sehen nicht, wie Einsteins Beschreibung eines glatten Raum-Zeit-Kontinuums oder Bronsteins Quantennäherung davon in einem leicht gekrümmten Zustand verletzt wird.
Das Problem liegt in der extremen Schwäche der Gravitationskraft. Während die quantisierten Teilchen, die starke, schwache und elektromagnetische Kräfte übertragen, so stark sind, dass sie Materie fest zu Atomen binden und buchstäblich unter einem Vergrößerungsglas untersucht werden können, sind Gravitonen einzeln so schwach, dass Labore keine Chance haben, sie zu entdecken. Um ein Graviton mit hoher Wahrscheinlichkeit zu fangen, müsste der Teilchendetektor so groß und massiv sein, dass er zu einem Schwarzen Loch kollabieren würde. Diese Schwäche erklärt, warum astronomische Massenanhäufungen erforderlich sind, um andere massive Körper durch Schwerkraft zu beeinflussen, und warum wir Gravitationseffekte in riesigen Skalen sehen.
Das ist nicht alles. Das Universum scheint einer Art kosmischer Zensur zu unterliegen: Regionen mit starker Schwerkraft – wo Raum-Zeit-Kurven so scharf sind, dass Einsteins Gleichungen versagen und die Quantennatur von Schwerkraft und Raumzeit aufgedeckt werden muss – verstecken sich immer hinter dem Horizont von Schwarzen Löchern.
„Noch vor einigen Jahren herrschte allgemeiner Konsens darüber, dass es höchstwahrscheinlich unmöglich ist, die Quantisierung des Gravitationsfelds in irgendeiner Weise zu messen“, sagt Igor Pikovsky, theoretischer Physiker an der Harvard University.
Und hier sind einige kürzlich in Physical Review Letters veröffentlichte Artikel, die die Situation verändert haben. Diese Papiere behaupten, dass es möglich sein könnte, zur Quantengravitation zu gelangen – auch ohne etwas darüber zu wissen. Die Papiere, verfasst von Sugato Bose vom University College London und Chiara Marletto und Vlatko Vedral von der University of Oxford, schlagen ein technisch komplexes, aber machbares Experiment vor, das bestätigen könnte, dass die Schwerkraft eine Quantenkraft wie alle anderen ist, ohne die Entdeckung einer Graviton. Miles Blancow, ein Quantenphysiker am Dartmouth College, der nicht an der Arbeit beteiligt war, sagt, dass ein solches Experiment eine deutliche Spur unsichtbarer Quantengravitation nachweisen könnte – das „Grinsekatzenlächeln“.
Das vorgeschlagene Experiment wird bestimmen, ob zwei Objekte – die Bose-Gruppe plant, ein Paar Mikrodiamanten zu verwenden – in einem Prozess gegenseitiger Gravitationsanziehung quantenmechanisch miteinander verschränkt werden können. Verschränkung ist ein Quantenphänomen, bei dem Teilchen untrennbar miteinander verflochten werden und eine einzige physikalische Beschreibung teilen, die ihre möglichen kombinierten Zustände definiert. (Die Koexistenz verschiedener möglicher Zustände wird als "Superposition" bezeichnet und definiert ein Quantensystem.) Beispielsweise kann ein Paar verschränkter Teilchen in einer Überlagerung existieren, in der sich Teilchen A mit einer 50-prozentigen Wahrscheinlichkeit nach oben dreht, Teilchen B mit einer 50-prozentigen Wahrscheinlichkeit nach oben und unten dreht und umgekehrt. Niemand weiß im Voraus, welches Ergebnis Sie erhalten, wenn Sie die Richtung des Teilchenspins messen, aber Sie können sicher sein, dass es für sie dasselbe sein wird.
Die Autoren argumentieren, dass zwei Objekte in dem vorgeschlagenen Experiment nur dann auf diese Weise verschränkt werden können, wenn die zwischen ihnen wirkende Kraft – in diesem Fall die Schwerkraft – eine durch Gravitonen vermittelte Quantenwechselwirkung ist, die Quantenüberlagerungen unterstützen kann. „Wenn man ein Experiment durchführt und eine Verschränkung erhält, kann man laut der Arbeit schlussfolgern, dass die Schwerkraft quantisiert ist“, erklärte Blankow.
den Diamanten verwirren
Die Quantengravitation ist so subtil, dass einige Wissenschaftler ihre Existenz in Frage stellen. Der renommierte Mathematiker und Physiker Freeman Dyson, 94, argumentiert seit 2001, dass das Universum eine Art „dualistische“ Beschreibung unterstützen kann, in der „das von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie beschriebene Gravitationsfeld ein rein klassisches Feld ohne jegliches Quantenverhalten wäre. “, während alle Materie in diesem glatten Raum-Zeit-Kontinuum durch Teilchen quantisiert wird, die den Wahrscheinlichkeitsregeln gehorchen.
Dyson, der an der Entwicklung der Quantenelektrodynamik (der Theorie der Wechselwirkungen zwischen Materie und Licht) mitgewirkt hat und emeritierter Professor am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, ist, glaubt nicht, dass die Quantengravitation notwendig ist, um das unerreichbare Innere von Schwarzen Löchern zu beschreiben . Und er hält auch die Entdeckung eines hypothetischen Gravitons für prinzipiell unmöglich. In diesem Fall, sagt er, wäre die Quantengravitation metaphysisch, nicht physikalisch.
Er ist nicht der einzige Skeptiker. Der bekannte englische Physiker Sir Roger Penrose und der ungarische Wissenschaftler Lajos Diosi schlugen unabhängig voneinander vor, dass die Raumzeit Überlagerungen nicht unterstützen kann. Sie glauben, dass seine glatte, starre, im Grunde klassische Natur verhindert, dass es sich gleichzeitig in zwei mögliche Bahnen biegt – und es ist diese Starrheit, die Überlagerungen von Quantensystemen wie Elektronen und Photonen zum Kollabieren bringt. „Gravitations-Dekohärenz“, argumentieren sie, ermöglicht es, dass eine einzelne, solide, klassische Realität eintritt, die auf makroskopischer Ebene gefühlt werden kann.
Die Möglichkeit, das „Lächeln“ der Quantengravitation zu finden, scheint Dysons Argument zu widerlegen. Es tötet auch die Theorie der gravitativen Dekohärenz, indem es zeigt, dass Gravitation und Raumzeit tatsächlich Quantenüberlagerungen unterstützen.
Die Vorschläge von Bose und Marletto erschienen gleichzeitig und völlig zufällig, obwohl Experten darauf hinweisen, dass sie den Zeitgeist widerspiegeln. Quantenphysikalische Experimentallabore auf der ganzen Welt bringen immer größere mikroskopische Objekte in Quantenüberlagerungen und optimieren Protokolle zum Testen der Verschränkung zweier Quantensysteme. Das vorgeschlagene Experiment würde diese Verfahren kombinieren, während es weitere Verbesserungen im Maßstab und in der Empfindlichkeit erfordert; vielleicht dauert es zehn Jahre. „Aber es gibt keine physikalische Sackgasse“, sagt Pikovsky, der auch erforscht, wie man Gravitationsphänomene in Laborexperimenten untersuchen könnte. "Ich denke, es ist schwierig, aber nicht unmöglich."
Dieser Plan wird ausführlicher in Bose et al., Eleven Ocean Experts for Different Proposal Stages, beschrieben. Einer der Co-Autoren, Gavin Morley, arbeitet beispielsweise in seinem Labor an der University of Warwick am ersten Schritt, indem er versucht, einen Mikrodiamanten an zwei Stellen in eine Quantenüberlagerung zu bringen. Dazu wird er ein Stickstoffatom in einem Mikrodiamanten neben einer Leerstelle in der Diamantstruktur (dem sogenannten NV-Zentrum oder stickstoffsubstituierten Leerstelle im Diamanten) einschließen und mit einem Mikrowellenpuls aufladen. Ein um das NV-Zentrum rotierendes Elektron absorbiert gleichzeitig Licht und nicht, und das System geht in eine Quantenüberlagerung zweier Spinrichtungen - auf und ab - wie ein Kreisel, der sich mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit im Uhrzeigersinn und mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit gegen den Uhrzeigersinn dreht. Ein mit diesem Überlagerungsspin beladener Mikrodiamant wird einem Magnetfeld ausgesetzt, das bewirkt, dass sich der obere Spin nach links und der untere Spin nach rechts bewegt. Der Diamant selbst spaltet sich in eine Überlagerung von zwei Trajektorien auf.
Im vollständigen Experiment müssen die Wissenschaftler all dies mit zwei Diamanten – zum Beispiel rot und blau – tun, die nebeneinander in einem superkalten Vakuum platziert werden. Wenn die Falle, die sie hält, gelöst wird, fallen zwei Mikrodiamanten, jeder in einer Überlagerung von zwei Positionen, vertikal in ein Vakuum. Wenn die Diamanten fallen, werden sie die Schwerkraft jedes einzelnen spüren. Wie stark wird ihre Anziehungskraft sein?
Wenn die Schwerkraft eine Quantenkraft ist, lautet die Antwort: Es kommt darauf an. Jede Komponente der Überlagerung der blauen Raute erfährt eine stärkere oder schwächere Anziehungskraft zur roten Raute, je nachdem, ob sich letztere in dem näher oder weiter entfernten Ast der Überlagerung befindet. Und die Schwerkraft, die jede Komponente der Überlagerung des roten Diamanten spüren wird, hängt in gleicher Weise vom Zustand des blauen Diamanten ab.
In jedem Fall wirken unterschiedliche Grade der Gravitationsanziehung auf die sich entwickelnden Komponenten von Diamantüberlagerungen. Die beiden Diamanten werden voneinander abhängig, weil ihre Zustände nur in Kombination bestimmt werden können - wenn dies, dann das -, so dass am Ende die Richtungen der Spins der beiden Systeme von NV-Zentren korrelieren.
Nachdem die Mikrodiamanten drei Sekunden lang Seite an Seite gefallen sind – genug, um sich in der Schwerkraft zu verfangen – passieren sie ein weiteres Magnetfeld, das die Zweige jeder Überlagerung wieder zusammenbringt. Der letzte Schritt des Experiments ist das von der dänischen Physikerin Barbara Teral und anderen entwickelte Entanglement Witness Protocol: Blaue und rote Diamanten treten in verschiedene Geräte ein, die die Spinrichtungen der NV-Zentrumssysteme messen. (Messung führt zum Zusammenbruch von Überlagerungen in bestimmte Zustände). Die beiden Ergebnisse werden dann verglichen. Indem man das Experiment immer wieder durchführt und viele Paare von Spinmessungen vergleicht, können Wissenschaftler feststellen, ob die Spins zweier Quantensysteme tatsächlich mehr miteinander korreliert sind als die Obergrenze für Objekte, die nicht quantenmechanisch verschränkt sind. Wenn dies der Fall ist, verwickelt die Schwerkraft tatsächlich Diamanten und kann Überlagerungen unterstützen.
„Das Interessante an diesem Experiment ist, dass man nicht wissen muss, was Quantentheorie ist“, sagt Blancow. „Alles, was man braucht, ist zu behaupten, dass es in diesem Bereich einen Quantenaspekt gibt, der durch die Kraft zwischen den beiden Teilchen vermittelt wird.“
Es gibt viele technische Schwierigkeiten. Das größte Objekt, das zuvor an zwei Stellen in einer Überlagerung platziert wurde, war ein 800-Atom-Molekül. Jeder Mikrodiamant enthält mehr als 100 Milliarden Kohlenstoffatome – genug, um eine greifbare Gravitationskraft zu akkumulieren. Das Entpacken seiner quantenmechanischen Natur erfordert niedrige Temperaturen, tiefe Vakuums und eine präzise Steuerung. „Es ist viel Arbeit, die anfängliche Überlagerung zum Laufen zu bringen“, sagt Peter Barker, ein Mitglied des experimentellen Teams, das Methoden für die Laserkühlung und das Einfangen von Mikrodiamanten verfeinert. Wenn dies mit einem Diamanten möglich wäre, fügt Bose hinzu, „wäre der zweite kein Problem.“
Was ist einzigartig an der Schwerkraft?
Quantengravitationsforscher haben keinen Zweifel daran, dass die Schwerkraft eine Quantenkraft ist, die in der Lage ist, Verschränkung zu verursachen. Natürlich ist die Schwerkraft in gewisser Weise einzigartig, und es gibt noch viel über die Ursprünge von Raum und Zeit zu lernen, aber die Quantenmechanik sollte auf jeden Fall einbezogen werden, sagen die Wissenschaftler. "Wirklich, was ist der Sinn einer Theorie, bei der der größte Teil der Physik Quantenphysik und die Gravitation klassisch ist", sagt Daniel Harlow, Quantengravitationsforscher am MIT. Die theoretischen Argumente gegen gemischte quantenklassische Modelle sind sehr stark (wenn auch nicht unbestreitbar).
Andererseits haben sich Theoretiker schon früher geirrt. „Wenn du es überprüfen kannst, warum nicht? Wenn es diese Leute zum Schweigen bringen würde, die die Quantennatur der Schwerkraft in Frage stellen, wäre das großartig“, sagte Harlow.
Nach Lektüre der Papiere schrieb Dyson: "Das vorgeschlagene Experiment ist sicherlich von großem Interesse und erfordert die Durchführung unter den Bedingungen eines realen Quantensystems." Er stellt jedoch fest, dass die Richtung der Gedanken der Autoren über Quantenfelder eine andere ist als seine. „Mir ist nicht klar, ob dieses Experiment die Frage nach der Existenz der Quantengravitation lösen kann. Die Frage, die ich gestellt habe – ob wir ein separates Graviton beobachten – ist eine andere Frage, und sie kann eine andere Antwort haben.
Die Gedankenrichtung von Bose, Marletto und ihren Kollegen zur quantisierten Gravitation stammt aus der Arbeit von Bronstein bereits aus dem Jahr 1935. (Dyson nannte Bronsteins Arbeit „schöne Arbeit“, die er zuvor noch nicht gesehen hatte). Insbesondere zeigte Bronstein, dass die von einer kleinen Masse erzeugte schwache Schwerkraft durch das Newtonsche Gravitationsgesetz angenähert werden kann. (Dies ist die Kraft, die zwischen Überlagerungen von Mikrodiamanten wirkt). Berechnungen zur schwachen quantisierten Gravitation sind laut Blancow noch nicht viel gemacht worden, obwohl sie sicherlich relevanter sind als die Physik von Schwarzen Löchern oder dem Urknall. Er hofft, dass der neue experimentelle Vorschlag Theoretiker ermutigen wird, nach subtilen Verfeinerungen der Newtonschen Näherung zu suchen, die zukünftige Laborexperimente zu testen versuchen könnten.
Leonard Susskind, ein bekannter Quantengravitations- und Stringtheoretiker an der Stanford University, erkannte den Wert des vorgeschlagenen Experiments, weil „es Beobachtungen der Schwerkraft über einen neuen Bereich von Massen und Entfernungen liefert“. Aber er und andere Forscher haben betont, dass Mikrodiamanten nichts über die vollständige Theorie der Quantengravitation oder Raumzeit aussagen können. Er und seine Kollegen möchten verstehen, was im Zentrum eines Schwarzen Lochs und im Moment des Urknalls passiert.
Vielleicht liegt ein Hinweis darauf, warum die Quantisierung der Schwerkraft so viel schwieriger ist als alles andere, in der Tatsache, dass andere Naturkräfte eine sogenannte „Lokalität“ haben: Quantenteilchen in einem Bereich des Feldes (z. B. Photonen in einem elektromagnetischen Feld) sind „unabhängig von anderen physikalischen Einheiten in einer anderen Region des Weltraums“, sagt Mark van Raamsdonk, Quantengravitationstheoretiker an der University of British Columbia. "Aber es gibt viele theoretische Beweise dafür, dass die Schwerkraft nicht so funktioniert."
In den besten Sandbox-Modellen der Quantengravitation (mit vereinfachten Raum-Zeit-Geometrien) ist es unmöglich anzunehmen, dass das Band der Raum-Zeit in unabhängige dreidimensionale Teile unterteilt ist, sagt van Raamsdonk. Stattdessen legt die moderne Theorie nahe, dass die zugrunde liegenden, grundlegenden Bestandteile des Raums „eher zweidimensional angeordnet“ sind. Das Gewebe der Raumzeit kann wie ein Hologramm oder ein Videospiel sein. "Obwohl das Bild dreidimensional ist, werden die Informationen auf einem zweidimensionalen Computerchip gespeichert." In einem solchen Fall ist die dreidimensionale Welt eine Illusion in dem Sinne, dass die verschiedenen Teile davon nicht so unabhängig sind. In einer Videospielanalogie können ein paar Bits auf einem zweidimensionalen Chip die globalen Funktionen des gesamten Spieluniversums codieren.
Und dieser Unterschied ist wichtig, wenn Sie versuchen, eine Quantentheorie der Gravitation zu erstellen. Der übliche Ansatz zur Quantisierung von etwas besteht darin, seine unabhängigen Teile – zum Beispiel Teilchen – zu definieren und dann die Quantenmechanik auf sie anzuwenden. Aber wenn Sie nicht die richtigen Begriffe definieren, erhalten Sie die falschen Gleichungen. Die von Bronstein angestrebte direkte Quantisierung des dreidimensionalen Raums funktioniert einigermaßen bei schwacher Gravitation, erweist sich aber bei stark gekrümmter Raumzeit als nutzlos.
Einige Experten sagen, dass das „Lächeln“ der Quantengravitation diese Art von abstraktem Denken motivieren könnte. Schließlich werden selbst die lautesten theoretischen Argumente über die Existenz der Quantengravitation nicht durch experimentelle Fakten gestützt. Wenn van Raamsdonk seine Forschung auf einem Kolloquium von Wissenschaftlern erklärt, sagt er, beginne es normalerweise damit, dass die Schwerkraft mit der Quantenmechanik neu gedacht werden muss, weil die klassische Beschreibung der Raumzeit an Schwarzen Löchern und dem Urknall zusammenbricht.
„Aber wenn Sie dieses einfache Experiment durchführen und zeigen, dass das Gravitationsfeld überlagert war, wird das Versagen der klassischen Beschreibung offensichtlich. Weil es ein Experiment geben wird, das impliziert, dass Gravitation Quanten ist.“
Quelle: Quanta Magazine
Die Entstehung und Entwicklung der Quantentheorie führte zu einer Veränderung der klassischen Vorstellungen über die Struktur von Materie, Bewegung, Kausalität, Raum, Zeit, die Natur der Erkenntnis usw., was zu einer radikalen Transformation des Weltbildes beitrug. Das klassische Verständnis eines materiellen Teilchens war gekennzeichnet durch seine scharfe Trennung von der Umgebung, den Besitz einer eigenen Bewegung und Verortung im Raum. In der Quantentheorie wurde ein Teilchen als funktionaler Teil des Systems dargestellt, in dem es enthalten ist, das nicht sowohl Koordinaten als auch Impuls hat. In der klassischen Theorie wurde Bewegung als Bewegung eines Teilchens, das mit sich selbst identisch bleibt, entlang einer bestimmten Bahn betrachtet. Die Doppelnatur der Bewegung des Teilchens erforderte die Ablehnung einer solchen Darstellung der Bewegung. Der klassische (dynamische) Determinismus ist dem probabilistischen (statistischen) Determinismus gewichen. Verstand man früher das Ganze als die Summe seiner Bestandteile, so offenbarte die Quantentheorie die Abhängigkeit der Eigenschaften eines Teilchens von dem System, in dem es enthalten ist. Das klassische Verständnis des Erkenntnisprozesses war mit der Erkenntnis eines materiellen Objekts als an sich existierend verbunden. Die Quantentheorie hat die Abhängigkeit des Wissens über ein Objekt von Forschungsverfahren aufgezeigt. Wenn die klassische Theorie behauptete, vollständig zu sein, dann entwickelte sich die Quantentheorie von Anfang an als unvollständig, basierend auf einer Reihe von Hypothesen, deren Bedeutung zunächst alles andere als klar war, und daher erhielten ihre Hauptbestimmungen unterschiedliche Interpretationen, unterschiedliche Interpretationen .
Meinungsverschiedenheiten entstanden vor allem über die physikalische Bedeutung der Dualität von Mikropartikeln. De Broglie stellte zuerst das Konzept einer Pilotwelle vor, wonach eine Welle und ein Teilchen koexistieren, die Welle führt das Teilchen. Ein reales Materialgebilde, das seine Stabilität behält, ist ein Teilchen, da es gerade Energie und Impuls hat. Die Welle, die das Teilchen trägt, steuert die Art der Bewegung des Teilchens. Die Amplitude der Welle an jedem Punkt im Raum bestimmt die Wahrscheinlichkeit der Partikellokalisierung in der Nähe dieses Punktes. Schrödinger löst das Problem der Dualität eines Teilchens im Wesentlichen, indem er es entfernt. Für ihn wirkt das Teilchen als reines Wellengebilde. Mit anderen Worten, das Teilchen ist der Ort der Welle, an dem sich die größte Energie der Welle konzentriert. Die Interpretationen von de Broglie und Schrödinger waren im Wesentlichen Versuche, visuelle Modelle im Geiste der klassischen Physik zu schaffen. Dies stellte sich jedoch als unmöglich heraus.
Heisenberg schlug eine Interpretation der Quantentheorie vor, die (wie zuvor gezeigt) davon ausging, dass die Physik nur Begriffe und Größen verwenden sollte, die auf Messungen beruhen. Heisenberg gab daher die visuelle Darstellung der Bewegung eines Elektrons in einem Atom auf. Makrogeräte können aufgrund der grundsätzlich unvollständigen Kontrollierbarkeit der Wechselwirkung des Gerätes mit dem Teilchen keine Beschreibung der Bewegung eines Teilchens bei gleichzeitiger Fixierung von Impuls und Koordinaten (also im klassischen Sinne) geben – aufgrund der Unschärferelation, der die Messung des Impulses erlaubt keine Bestimmung der Koordinaten und umgekehrt. Mit anderen Worten, aufgrund der grundsätzlichen Ungenauigkeit der Messungen können die Vorhersagen der Theorie nur probabilistischer Natur sein, und die Wahrscheinlichkeit ist eine Folge der grundsätzlichen Unvollständigkeit der Information über die Bewegung eines Teilchens. Dieser Umstand führte zu dem Schluss auf den Zusammenbruch des Kausalitätsprinzips im klassischen Sinne, das die Vorhersage exakter Impuls- und Ortswerte voraussetzte. Im Rahmen der Quantentheorie sprechen wir also nicht von Beobachtungs- oder Experimentfehlern, sondern von einem grundsätzlichen Unwissen, das sich in der Wahrscheinlichkeitsfunktion ausdrückt.
Heisenbergs Interpretation der Quantentheorie wurde von Bohr entwickelt und als Kopenhagener Interpretation bezeichnet. Im Rahmen dieser Interpretation ist die Hauptbestimmung der Quantentheorie das Prinzip der Komplementarität, was die Forderung bedeutet, sich gegenseitig ausschließende Klassen von Konzepten, Geräten und Forschungsverfahren zu verwenden, die unter ihren spezifischen Bedingungen verwendet werden und sich gegenseitig ergänzen, um zu erhalten ein ganzheitliches Bild des untersuchten Objekts im Erkenntnisprozess. Dieses Prinzip erinnert an die Heisenbergsche Unschärferelation. Wenn wir über die Definition von Momentum und Koordination als sich gegenseitig ausschließende und komplementäre Forschungsverfahren sprechen, dann gibt es Gründe, diese Prinzipien zu identifizieren. Die Bedeutung des Komplementaritätsprinzips geht jedoch weiter als die Unsicherheitsrelationen. Um die Stabilität des Atoms zu erklären, kombinierte Bohr klassische und Quantenvorstellungen über die Bewegung eines Elektrons in einem Modell. Das Prinzip der Komplementarität erlaubte es also, klassische Darstellungen durch Quantenrepräsentationen zu ergänzen. Nachdem Bohr das Gegenteil der Wellen- und Korpuskulareigenschaften des Lichts aufgedeckt und ihre Einheit nicht gefunden hatte, neigte er zu der Idee von zwei einander gleichwertigen Beschreibungsmethoden - Welle und Korpuskular - mit ihrer anschließenden Kombination. Es ist also genauer zu sagen, dass das Prinzip der Komplementarität die Entwicklung der Unschärferelation ist, die das Verhältnis von Koordinate und Impuls ausdrückt.
Eine Reihe von Wissenschaftlern haben die Verletzung des Prinzips des klassischen Determinismus im Rahmen der Quantentheorie zugunsten des Indeternismus interpretiert. Tatsächlich änderte hier das Prinzip des Determinismus seine Form. Wenn zum Anfangszeitpunkt die Positionen und der Bewegungszustand der Elemente des Systems bekannt sind, ist es im Rahmen der klassischen Physik möglich, seine Position zu jedem zukünftigen Zeitpunkt vollständig vorherzusagen. Alle makroskopischen Systeme unterlagen diesem Prinzip. Auch dort, wo es notwendig war, Wahrscheinlichkeiten einzuführen, wurde immer davon ausgegangen, dass alle elementaren Prozesse streng deterministisch sind und nur ihre große Zahl und ihr ungeordnetes Verhalten einen Rückgriff auf statistische Methoden veranlassen. In der Quantentheorie ist die Situation grundlegend anders. Zur Umsetzung der Deternisierungsprinzipien ist hier die Kenntnis der Koordinaten und Impulse erforderlich, was durch die Unschärferelation verhindert wird. Der Gebrauch von Wahrscheinlichkeit hat hier eine andere Bedeutung als in der statistischen Mechanik: Wurden in der statistischen Mechanik Wahrscheinlichkeiten verwendet, um großräumige Phänomene zu beschreiben, dann werden in der Quantentheorie Wahrscheinlichkeiten dagegen eingeführt, um die elementaren Prozesse selbst zu beschreiben. All dies bedeutet, dass in der Welt der großen Körper das dynamische Prinzip der Kausalität wirkt und im Mikrokosmos das probabilistische Prinzip der Kausalität.
Die Kopenhagener Deutung setzt einerseits die Beschreibung von Experimenten mit Begriffen der klassischen Physik voraus, andererseits die Anerkennung dieser Begriffe als ungenau den tatsächlichen Verhältnissen entsprechend. Es ist diese Inkonsistenz, die die Wahrscheinlichkeit der Quantentheorie bestimmt. Die Konzepte der klassischen Physik bilden einen wichtigen Bestandteil der natürlichen Sprache. Wenn wir diese Konzepte nicht verwenden, um unsere Experimente zu beschreiben, werden wir einander nicht verstehen können.
Das Ideal der klassischen Physik ist die vollständige Objektivität des Wissens. Aber in der Erkenntnis verwenden wir Instrumente, und so wird, wie Heinzerberg sagt, ein subjektives Element in die Beschreibung atomarer Prozesse eingeführt, da das Instrument vom Beobachter geschaffen wird. „Wir müssen uns daran erinnern, dass das, was wir beobachten, nicht die Natur selbst ist, sondern die Natur, die so erscheint, wie sie sich durch unsere Art, Fragen zu stellen, offenbart. Wissenschaftliche Arbeit in der Physik besteht darin, Fragen über die Natur in der von uns verwendeten Sprache zu stellen und zu versuchen, eine Antwort zu finden ein Experiment, das mit den uns zur Verfügung stehenden Mitteln durchgeführt wird.Das erinnert an Bohrs Worte über die Quantentheorie: Wenn wir Harmonie im Leben suchen, dürfen wir nie vergessen, dass wir im Spiel des Lebens sowohl Zuschauer als auch Teilnehmer sind ist klar, dass in unserer wissenschaftlichen Einstellung zur Natur die eigene Tätigkeit dort wichtig wird, wo wir uns mit Naturbereichen auseinandersetzen müssen, die nur mit den wichtigsten technischen Mitteln zu durchdringen sind.
Auch die klassischen Darstellungen von Raum und Zeit erwiesen sich als unbrauchbar, um atomare Phänomene zu beschreiben. Hier ist, was ein anderer Schöpfer der Quantentheorie darüber schrieb: „Die Existenz eines Aktionsquants offenbarte eine völlig unvorhergesehene Verbindung zwischen Geometrie und Dynamik: Es stellt sich heraus, dass die Möglichkeit, physikalische Prozesse im geometrischen Raum zu lokalisieren, von ihrem dynamischen Zustand abhängt Die Relativitätstheorie hat uns bereits gelehrt, die lokalen Eigenschaften der Raumzeit in Abhängigkeit von der Verteilung der Materie im Universum zu betrachten. Die Existenz von Quanten erfordert jedoch eine viel tiefere Transformation und erlaubt es uns nicht mehr, die Bewegung eines physischen Objekts darzustellen entlang einer bestimmten Linie in der Raumzeit (der Weltlinie). Jetzt ist es unmöglich, den Bewegungszustand zu bestimmen, basierend auf der Kurve, die aufeinanderfolgende Positionen eines Objekts im Raum über die Zeit darstellt. Jetzt müssen wir den dynamischen Zustand nicht als betrachten als Folge der raumzeitlichen Lokalisierung, sondern als eigenständiger und zusätzlicher Aspekt der physikalischen Realität"
Diskussionen über das Problem der Interpretation der Quantentheorie haben die Frage nach dem eigentlichen Status der Quantentheorie aufgedeckt – ob sie eine vollständige Theorie der Bewegung eines Mikroteilchens ist. Die Frage wurde erstmals so von Einstein formuliert. Seine Position drückte sich im Konzept der verborgenen Parameter aus. Einstein ging von dem Verständnis der Quantentheorie als einer statistischen Theorie aus, die die Verhaltensmuster nicht eines einzelnen Teilchens, sondern ihres Ensembles beschreibt. Jedes Teilchen ist immer streng lokalisiert und hat gleichzeitig bestimmte Impuls- und Positionswerte. Die Unschärferelation spiegelt nicht die wirkliche Struktur der Realität auf der Ebene von Mikroprozessen wider, sondern die Unvollständigkeit der Quantentheorie - nur können wir auf ihrer Ebene Impuls und Koordinate nicht gleichzeitig messen, obwohl sie tatsächlich existieren, sondern als verborgene Parameter ( verborgen im Rahmen der Quantentheorie). Einstein hielt die Beschreibung des Zustands eines Teilchens mit Hilfe der Wellenfunktion für unvollständig und stellte daher die Quantentheorie als unvollständige Theorie der Bewegung eines Mikroteilchens dar.
Bohr vertrat in dieser Diskussion die gegenteilige Position, ausgehend von der Anerkennung der objektiven Unschärfe der dynamischen Parameter eines Mikroteilchens als Grund für die statistische Natur der Quantentheorie. Seiner Meinung nach lässt Einsteins Leugnung der Existenz objektiv ungewisser Größen die einem Mikropartikel innewohnenden Wellenmerkmale unerklärt. Bohr hielt es für unmöglich, zu den klassischen Konzepten der Bewegung eines Mikropartikels zurückzukehren.
In den 50er Jahren. Im 20. Jahrhundert kehrte D. Bohm zu de Broglies Konzept eines Wellenpiloten zurück und präsentierte eine Psi-Welle als ein reales Feld, das mit einem Teilchen verbunden ist. Befürworter der Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie und sogar einige ihrer Gegner unterstützten Bohms Position nicht, trugen jedoch zu einer tieferen Untersuchung von de Broglies Konzept bei: Das Teilchen wurde allmählich als eine spezielle Formation betrachtet, die entsteht und sich bewegt im Psi-Feld, behält aber seine Individualität. Die Arbeiten von P.Vigier, L.Yanoshi, die dieses Konzept entwickelt haben, wurden von vielen Physikern als zu "klassisch" bewertet.
In der russischen philosophischen Literatur der Sowjetzeit wurde die Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie wegen "Festhalten an positivistischen Einstellungen" bei der Interpretation des Erkenntnisprozesses kritisiert. Eine Reihe von Autoren verteidigten jedoch die Gültigkeit der Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie. Die Ablösung des klassischen Ideals wissenschaftlicher Erkenntnis durch ein nichtklassisches ging mit der Einsicht einher, dass der Betrachter, der versucht, sich ein Bild von einem Objekt zu machen, nicht vom Messvorgang abgelenkt werden darf, d.h. der Forscher ist nicht in der Lage, die Parameter des Untersuchungsobjekts so zu messen, wie sie vor dem Messverfahren waren. W. Heisenberg, E. Schrödinger und P. Dirac legten der Quantentheorie das Prinzip der Unbestimmtheit zugrunde, in der Teilchen keine eindeutigen und voneinander unabhängigen Impulse und Koordinaten mehr hatten. Die Quantentheorie führte somit ein Element der Unvorhersehbarkeit und Zufälligkeit in die Wissenschaft ein. Und obwohl Einstein dem nicht zustimmen konnte, war die Quantenmechanik mit dem Experiment vereinbar und wurde daher zur Grundlage vieler Wissensgebiete.
