Di bawah ini adalah pengingat ringan bahwa ada "efek pengamat", dan kutipan dari buku, mentransfer prinsip prioritas kesadaran dari fisika kuantum ke bidang yang dimanifestasikan.
"Hidupmu adalah di mana perhatianmu berada."
Postulat inilah yang telah dibuktikan secara eksperimental oleh fisikawan di banyak laboratorium di seluruh dunia, tidak peduli seberapa aneh kedengarannya.Mungkin sekarang kedengarannya tidak biasa, tetapi fisika kuantum mulai membuktikan kebenaran zaman kuno: "Hidup Anda adalah tempat perhatian Anda berada." Secara khusus, bahwa seseorang dengan perhatiannya memengaruhi dunia material di sekitarnya, menentukan sebelumnya realitas yang dia rasakan.
Sejak awal, fisika kuantum mulai secara radikal mengubah gagasan tentang mikrokosmos dan manusia, mulai dari paruh kedua abad ke-19, dengan pernyataan William Hamilton tentang sifat gelombang seperti cahaya, dan berlanjut dengan kemajuan yang lebih maju. penemuan ilmuwan modern. Fisika kuantum telah memiliki banyak bukti bahwa mikrokosmos "hidup" menurut hukum fisika yang sama sekali berbeda, bahwa sifat-sifat partikel nano berbeda dari dunia yang dikenal manusia, bahwa partikel elementer berinteraksi dengannya secara khusus.
Pada pertengahan abad ke-20, Klaus Jenson memperoleh hasil yang menarik selama eksperimen: selama eksperimen fisik, partikel subatom dan foton secara akurat merespons perhatian manusia, yang mengarah pada hasil akhir yang berbeda. Artinya, nanopartikel bereaksi terhadap apa yang peneliti fokuskan perhatian mereka pada saat itu. Setiap kali eksperimen ini, yang telah menjadi klasik, mengejutkan para ilmuwan. Ini telah diulang berkali-kali di banyak laboratorium di seluruh dunia, dan setiap kali hasil percobaan ini identik, yang menegaskan nilai ilmiah dan keandalannya.
Jadi, untuk percobaan ini, sumber cahaya dan layar (pelat kedap foton) disiapkan, yang memiliki dua celah. Perangkat, yang merupakan sumber cahaya, "menembak" foton dengan pulsa tunggal.
Foto 1.
Sebuah layar khusus dengan dua celah ditempatkan di depan kertas foto khusus. Seperti yang diharapkan, dua garis vertikal muncul di kertas foto - jejak foton yang menerangi kertas saat melewati celah ini. Secara alami, jalannya percobaan dipantau.
Foto 2.
Ketika peneliti menyalakan perangkat, dan dia sendiri pergi sebentar, kembali ke laboratorium, dia sangat terkejut: foton meninggalkan gambar yang sama sekali berbeda di atas kertas foto - bukannya dua garis vertikal - banyak.
Foto 3.
Bagaimana ini bisa terjadi? Jejak yang tertinggal di atas kertas merupakan ciri gelombang yang melewati celah-celah. Dengan kata lain, pola interferensi diamati.
Foto 4.
Eksperimen sederhana dengan foton menunjukkan bahwa pada fakta pengamatan (dengan adanya detektor atau pengamat), gelombang masuk ke keadaan partikel dan berperilaku seperti partikel, tetapi, tanpa adanya pengamat, berperilaku seperti melambai. Ternyata jika tidak melakukan pengamatan dalam percobaan ini, kertas foto menunjukkan jejak gelombang, yaitu terlihat pola interferensi. Fenomena fisik seperti itu mulai disebut “Effect of the Observer”.
Eksperimen partikel yang dijelaskan di atas juga berlaku untuk pertanyaan "Apakah Tuhan itu ada?". Karena jika, dengan perhatian yang cermat dari Pengamat, sesuatu yang memiliki sifat gelombang dapat berada dalam wujud materi, bereaksi dan mengubah sifat-sifatnya, lalu siapa yang dengan cermat mengamati seluruh Alam Semesta? Siapa yang menjaga semua materi dalam keadaan stabil dengan perhatian mereka? Begitu seseorang dalam persepsinya memiliki asumsi bahwa dia dapat hidup di dunia yang berbeda secara kualitatif (misalnya, di dunia Tuhan), baru kemudian dia, orang tersebut , mulai mengubah vektor perkembangannya di sisi ini, dan peluang untuk bertahan dari pengalaman ini meningkat berkali-kali lipat. Artinya, cukup mengakui kemungkinan kenyataan seperti itu bagi diri sendiri. Oleh karena itu, segera setelah seseorang menerima kemungkinan memperoleh pengalaman seperti itu, dia benar-benar mulai memperolehnya. Ini juga ditegaskan dalam buku AllatRa oleh Anastasia Novykh:
“Semuanya tergantung pada Pengamat itu sendiri: jika seseorang memandang dirinya sebagai partikel (objek material yang hidup menurut hukum dunia material), dia akan melihat dan merasakan dunia materi; jika seseorang menganggap dirinya sebagai gelombang (pengalaman sensorik, keadaan kesadaran yang diperluas), maka ia merasakan dunia Tuhan dan mulai memahaminya, menjalaninya.
Dalam percobaan yang dijelaskan di atas, pengamat pasti mempengaruhi jalannya dan hasil percobaan. Artinya, prinsip yang sangat penting muncul: tidak mungkin mengamati sistem, mengukur dan menganalisisnya tanpa berinteraksi dengannya. Di mana ada interaksi, ada perubahan sifat.
Orang bijak mengatakan bahwa Tuhan ada di mana-mana. Bukankah pengamatan nanopartikel mengkonfirmasi pernyataan ini? Apakah eksperimen ini merupakan konfirmasi bahwa seluruh materi Alam Semesta berinteraksi dengan Dia dengan cara yang sama seperti, misalnya, Pengamat berinteraksi dengan foton? Bukankah pengalaman ini menunjukkan bahwa segala sesuatu di mana perhatian Pengamat diarahkan diserap oleh Pengamat itu sendiri? Memang, dari sudut pandang fisika kuantum dan prinsip "Efek Pengamat", ini tidak dapat dihindari, karena selama interaksi sistem kuantum kehilangan fitur aslinya, berubah di bawah pengaruh sistem yang lebih besar. Artinya, kedua sistem saling bertukar dalam rencana energi-informasi, saling memodifikasi.
Jika pertanyaan ini kita kembangkan lebih jauh, ternyata Pengamat telah menentukan sebelumnya realitas di mana ia kemudian hidup. Ini memanifestasikan dirinya sebagai konsekuensi dari pilihannya. Dalam fisika kuantum, ada konsep pluralitas realitas, ketika ribuan realitas yang mungkin ada di depan Pengamat sampai dia membuat pilihan terakhirnya, dengan demikian memilih hanya satu dari realitas. Dan ketika dia memilih realitasnya sendiri untuk dirinya sendiri, dia memusatkan perhatian padanya, dan itu memanifestasikan dirinya untuknya (atau dia untuknya?).
Dan lagi, dengan mempertimbangkan fakta bahwa seseorang hidup dalam kenyataan yang dia dukung sendiri dengan perhatiannya, maka kita sampai pada pertanyaan yang sama: jika semua materi di Alam Semesta dijaga dengan perhatian, lalu Siapa yang menjaga Alam Semesta itu sendiri dengan miliknya perhatian? Bukankah postulat ini membuktikan keberadaan Tuhan, Dia yang dapat merenungkan seluruh gambaran?
Bukankah ini menunjukkan bahwa pikiran kita terlibat langsung dalam pekerjaan dunia material? Wolfgang Pauli, salah satu pendiri mekanika kuantum, pernah berkata: Hukum fisika dan kesadaran harus dilihat sebagai pelengkap". Aman untuk mengatakan bahwa Tuan Pauli benar. Ini sudah sangat dekat dengan pengenalan dunia: dunia material adalah cerminan ilusi dari pikiran kita, dan apa yang kita lihat dengan mata kita bukanlah kenyataan yang sebenarnya. Lalu apa itu kenyataan? Di mana lokasinya dan bagaimana Anda bisa menemukannya?
Semakin banyak ilmuwan cenderung percaya bahwa pemikiran manusia dengan cara yang sama tunduk pada proses efek kuantum yang terkenal buruk. Untuk hidup dalam ilusi yang ditarik oleh pikiran, atau untuk menemukan kenyataan bagi diri sendiri - ini adalah pilihan setiap orang untuk diri mereka sendiri. Kami hanya dapat menyarankan Anda untuk membiasakan diri dengan buku AllatRa, yang dikutip di atas. Buku ini tidak hanya secara ilmiah membuktikan keberadaan Tuhan, tetapi juga memberikan penjelasan rinci tentang semua realitas yang ada, dimensi, bahkan mengungkap struktur struktur energi manusia. Anda dapat mengunduh buku ini sepenuhnya gratis dari situs web kami dengan mengeklik kutipan di bawah ini, atau dengan membuka bagian situs yang sesuai.
"Mereka yang tidak terkejut pada perkenalan pertama dengan teori kuantum, kemungkinan besar, sama sekali tidak mengerti apa-apa." Niels Bohr
Premis teori kuantum begitu membingungkan sehingga lebih seperti fiksi ilmiah.
Sebuah partikel dari dunia mikro dapat berada di dua tempat atau lebih pada saat yang bersamaan!
(Salah satu eksperimen terbaru menunjukkan bahwa salah satu partikel ini dapat berada di 3000 tempat pada waktu yang sama!)
Satu dan "objek" yang sama dapat berupa partikel terlokalisasi dan gelombang energi yang merambat di ruang angkasa.
Einstein mendalilkan bahwa tidak ada yang dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya. Tetapi fisika kuantum telah membuktikan bahwa partikel subatomik dapat bertukar informasi secara instan - berada pada jarak berapa pun satu sama lain.
Fisika klasik bersifat deterministik: dengan kondisi awal seperti lokasi dan kecepatan suatu benda, kita dapat menghitung ke mana ia akan bergerak. Fisika kuantum bersifat probabilistik: kita tidak pernah bisa mengatakan dengan pasti secara pasti bagaimana objek yang diteliti akan berperilaku.
Fisika klasik bersifat mekanistik. Ini didasarkan pada premis bahwa hanya dengan mengetahui bagian-bagian individual dari suatu objek, kita pada akhirnya dapat memahami apa itu.
Fisika kuantum bersifat holistik: ia melukiskan gambaran alam semesta sebagai satu kesatuan, bagian-bagiannya saling berhubungan dan mempengaruhi satu sama lain.
Dan, mungkin yang paling penting, fisika kuantum telah menghancurkan gagasan tentang perbedaan mendasar antara subjek atau objek, pengamat dan yang diamati - namun itu mendominasi pikiran para ilmuwan selama 400 tahun!
Dalam fisika kuantum, pengamat mempengaruhi objek yang diamati. Tidak ada pengamat yang terisolasi dari Semesta mekanis - semuanya mengambil bagian dalam keberadaannya.
SHOCK #1 - RUANG KOSONG
Salah satu retakan pertama dalam struktur padat fisika Newton dibuat dengan penemuan berikut: atom adalah blok bangunan padat dari alam semesta fisik! - sebagian besar terdiri dari ruang kosong. Seberapa kosong? Jika kita memperbesar inti atom hidrogen seukuran bola basket, maka satu-satunya elektron yang berputar di sekitarnya akan berada pada jarak tiga puluh kilometer, dan tidak akan ada jarak antara inti dan elektron. Jadi lihat sekeliling, ingat: realitas adalah titik terkecil dari materi, dikelilingi oleh kekosongan.
Namun, tidak begitu. Seharusnya "kekosongan" ini sebenarnya tidak kosong: ia mengandung sejumlah besar energi yang sangat kuat. kita tahu bahwa energi menjadi lebih padat saat bergerak ke tingkat materi yang lebih rendah (misalnya, energi nuklir satu juta kali lebih kuat daripada energi kimia). Para ilmuwan sekarang mengatakan bahwa ada lebih banyak energi dalam satu sentimeter kubik ruang kosong daripada di semua materi di alam semesta yang diketahui. Meski para ilmuwan belum bisa mengukurnya, mereka melihat hasil dari lautan energi ini.
SHOCK #2 - PARTIKEL, GELOMBANG ATAU PARTIKEL GELOMBANG?
Tidak hanya atom yang hampir seluruhnya terdiri dari "ruang" - ketika para ilmuwan memeriksanya lebih dalam, mereka menemukan bahwa partikel subatom (komponen atom) juga tidak padat. Dan mereka tampaknya memiliki sifat ganda. Bergantung pada bagaimana kita mengamatinya, mereka dapat berperilaku seperti benda mikro padat atau seperti gelombang.
Partikel adalah benda padat terpisah yang menempati posisi tertentu dalam ruang. Dan gelombang tidak memiliki "tubuh", mereka tidak terlokalisasi dan menyebar di ruang angkasa.
Sebagai gelombang, elektron atau foton (partikel cahaya) tidak memiliki lokasi yang tepat, tetapi ada sebagai "bidang probabilitas". Dalam keadaan partikel, bidang probabilitas "runtuh" (runtuh) menjadi benda padat. Koordinatnya dalam ruang-waktu empat dimensi sudah dapat ditentukan.
Ini mengejutkan, tetapi keadaan partikel (gelombang atau benda padat) ditentukan oleh tindakan pengamatan dan pengukuran. Elektron tak terukur dan tak teramati berperilaku seperti gelombang. Segera setelah kami mengamati mereka selama percobaan, mereka "runtuh" menjadi partikel padat dan dapat diperbaiki di luar angkasa.
Tapi bagaimana sesuatu bisa menjadi partikel padat dan gelombang fluida pada saat yang bersamaan? Mungkin paradoks itu akan terpecahkan jika kita mengingat apa yang baru-baru ini dikatakan: partikel berperilaku seperti gelombang atau seperti benda padat. Tetapi konsep "gelombang" dan "partikel" hanyalah analogi yang diambil dari dunia kita sehari-hari. Konsep gelombang diperkenalkan ke dalam teori kuantum oleh Erwin Schrödinger. Dia adalah penulis "persamaan gelombang" yang terkenal, yang secara matematis mendukung keberadaan sifat gelombang dalam partikel padat sebelum tindakan pengamatan. Beberapa fisikawan - dalam upaya untuk menjelaskan apa yang belum pernah mereka temui dan tidak dapat mereka pahami sepenuhnya - menyebut partikel subatomik sebagai "partikel gelombang".
SHOCK #3 - LOMPATAN DAN PROBABILITAS QUANTUM
Saat mempelajari atom, para ilmuwan telah menemukan bahwa ketika elektron bergerak dari orbit ke orbit saat mereka mengorbit nukleus, mereka tidak bergerak melalui ruang seperti benda biasa. Tidak, mereka menutup jarak secara instan. Artinya, mereka menghilang di satu tempat dan muncul di tempat lain. Fenomena ini disebut lompatan kuantum.
Selain itu, para ilmuwan menyadari bahwa mereka tidak dapat menentukan dengan tepat di mana tepatnya di orbit baru elektron yang hilang itu akan muncul atau pada saat apa elektron itu akan melompat. Yang paling bisa mereka lakukan adalah menghitung probabilitas (berdasarkan persamaan gelombang Schrödinger) dari lokasi baru elektron.
“Realitas, seperti yang kita alami, diciptakan setiap saat dari totalitas kemungkinan yang tak terhitung jumlahnya,” kata Dr. Satinover. - Tapi rahasia sebenarnya adalah bahwa tidak ada apapun di alam semesta fisik yang akan menentukan kemungkinan mana dari totalitas ini yang akan menjadi kenyataan. Tidak ada proses yang mengatur ini."
Jadi, lompatan kuantum adalah satu-satunya peristiwa yang benar-benar acak di alam semesta.
KEJUTAN #4 - PRINSIP KETIDAKPASTIAN
Dalam fisika klasik, semua parameter suatu objek, termasuk koordinat spasial dan kecepatannya, dapat diukur dengan akurasi yang hanya dibatasi oleh kemampuan teknologi eksperimental. Tetapi pada tingkat kuantum, setiap kali Anda menentukan satu karakteristik kuantitatif suatu objek, seperti kecepatan, Anda tidak dapat memperoleh nilai pasti dari parameter lainnya, seperti koordinat. Dengan kata lain: jika Anda tahu seberapa cepat suatu benda bergerak, Anda tidak dapat mengetahui di mana letaknya. Sebaliknya, jika Anda tahu di mana ia berada, Anda tidak dapat mengetahui seberapa cepat ia bergerak.
Tidak peduli seberapa canggih para peneliti, tidak peduli seberapa canggih teknologi pengukuran yang mereka gunakan, mereka gagal untuk melihat di balik tabir ini.
Werner Heisenberg, salah satu pelopor fisika kuantum, merumuskan prinsip ketidakpastian. Esensinya adalah sebagai berikut: tidak peduli bagaimana Anda bertarung, tidak mungkin untuk secara bersamaan mendapatkan nilai yang tepat dari koordinat dan kecepatan objek kuantum. Semakin akurat kita mencapai pengukuran satu parameter, semakin tidak pasti yang lain.
SHOCK #5 - NONLOKALITAS, PARADOKS EPR DAN TEOREMA BELL
Albert Einstein tidak menyukai fisika kuantum. Menilai sifat probabilistik proses subatomik yang diuraikan dalam fisika kuantum, dia berkata: "Tuhan tidak bermain dadu dengan Semesta." Tetapi Niels Bohr menjawabnya: “Berhentilah mengajari Tuhan apa yang harus dilakukan!”
Pada tahun 1935, Einstein dan rekan-rekannya Podolsky dan Rosen (EPR) berusaha untuk mengalahkan teori kuantum. Para ilmuwan berdasarkan ketentuan mekanika kuantum melakukan eksperimen pemikiran dan sampai pada kesimpulan paradoks. (Dia seharusnya menunjukkan inferioritas teori kuantum). Ini adalah inti dari pemikiran mereka. Jika kita memiliki dua partikel yang muncul pada saat yang sama, maka ini berarti mereka saling berhubungan atau berada dalam keadaan superposisi. Mari kita kirim mereka ke berbagai ujung alam semesta. Kemudian kita mengubah keadaan salah satu partikel. Kemudian, menurut teori kuantum, partikel lain langsung datang ke keadaan yang sama. Segera! Di sisi lain alam semesta!
Gagasan seperti itu sangat menggelikan sehingga Einstein dengan sinis menyebutnya sebagai "aksi supranatural dari kejauhan". Menurut teori relativitasnya, tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya. Dan dalam percobaan EPR, ternyata laju pertukaran informasi antar partikel tidak terbatas! Selain itu, gagasan bahwa sebuah elektron dapat "melacak" keadaan elektron lain di sisi berlawanan dari alam semesta sama sekali bertentangan dengan gagasan yang diterima secara umum tentang realitas, dan memang untuk akal sehat.
Tetapi pada tahun 1964, fisikawan teoretis Irlandia John Bell merumuskan dan membuktikan teorema yang diikutinya: kesimpulan "konyol" dari eksperimen pemikiran EPR adalah benar!
Partikel terhubung erat pada tingkat tertentu yang melampaui ruang dan waktu. Oleh karena itu, mereka dapat bertukar informasi secara instan.
Gagasan bahwa objek apa pun di Alam Semesta adalah lokal - mis. ada di satu tempat (titik) ruang mana pun - tidak benar. Segala sesuatu di dunia ini adalah non-lokal.
Namun demikian, fenomena ini adalah hukum alam semesta yang valid. Schrodinger mengatakan bahwa hubungan antara objek bukan satu-satunya aspek yang menarik dari teori kuantum, tetapi yang paling penting. Pada tahun 1975, fisikawan teoretis Henry Stapp menyebut teorema Bell sebagai "penemuan sains yang paling signifikan". Perhatikan bahwa dia berbicara tentang sains, bukan hanya fisika.
(Artikel ini disusun berdasarkan materi buku karya W. Arntz, B. Chase, M. Vicente "Rabbit Hole, or what we know about our self and the Universe?", Bab "Quantum Physics".)
Tidak seorang pun di dunia ini yang memahami mekanika kuantum - ini adalah hal utama yang perlu Anda ketahui tentangnya. Ya, banyak fisikawan telah belajar menggunakan hukumnya dan bahkan memprediksi fenomena menggunakan perhitungan kuantum. Namun masih belum jelas mengapa kehadiran seorang pengamat menentukan nasib sistem dan memaksanya membuat pilihan yang berpihak pada satu negara. "Teori dan Praktik" memilih contoh eksperimen, yang hasilnya pasti dipengaruhi oleh pengamat, dan mencoba mencari tahu apa yang akan dilakukan mekanika kuantum dengan gangguan kesadaran semacam itu dalam realitas material.
Kucing Shroedinger
Saat ini ada banyak interpretasi mekanika kuantum, yang paling populer tetap yang Kopenhagen. Ketentuan utamanya dirumuskan pada tahun 1920-an oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg. Dan istilah sentral dari interpretasi Kopenhagen adalah fungsi gelombang - fungsi matematika yang berisi informasi tentang semua kemungkinan keadaan sistem kuantum di mana ia berada secara bersamaan.
Menurut interpretasi Kopenhagen, hanya pengamatan yang dapat secara akurat menentukan keadaan sistem, membedakannya dari yang lain (fungsi gelombang hanya membantu menghitung secara matematis kemungkinan mendeteksi sistem dalam keadaan tertentu). Kita dapat mengatakan bahwa setelah pengamatan, sistem kuantum menjadi klasik: ia langsung berhenti hidup berdampingan di banyak keadaan sekaligus mendukung salah satunya.
Pendekatan ini selalu memiliki lawan (ingat, misalnya, "Tuhan tidak bermain dadu" oleh Albert Einstein), tetapi keakuratan perhitungan dan prediksi mengambil korbannya. Namun, dalam beberapa tahun terakhir semakin sedikit pendukung interpretasi Kopenhagen, dan tidak sedikit alasan untuk ini adalah keruntuhan seketika yang sangat misterius dari fungsi gelombang selama pengukuran. Eksperimen pemikiran terkenal Erwin Schrödinger dengan kucing malang itu hanya dirancang untuk menunjukkan absurditas fenomena ini.
Jadi, kami mengingat isi percobaan. Seekor kucing hidup, ampul racun, dan beberapa mekanisme yang dapat membuat racun beraksi secara acak ditempatkan di kotak hitam. Misalnya, satu atom radioaktif, peluruhannya akan merusak ampul. Waktu pasti peluruhan atom tidak diketahui. Hanya waktu paruh yang diketahui: waktu selama peluruhan akan terjadi dengan probabilitas 50%.
Ternyata bagi pengamat luar, kucing di dalam kotak itu ada dalam dua keadaan sekaligus: ia hidup, jika semuanya berjalan dengan baik, atau mati, jika pembusukan telah terjadi dan ampulnya pecah. Kedua keadaan ini dijelaskan oleh fungsi gelombang kucing, yang berubah seiring waktu: semakin jauh, semakin besar kemungkinan peluruhan radioaktif telah terjadi. Tapi begitu kotak dibuka, fungsi gelombang runtuh dan kita langsung melihat hasil percobaan flayer.
Ternyata sampai pengamat membuka kotak itu, kucing akan selamanya seimbang di perbatasan antara hidup dan mati, dan hanya tindakan pengamat yang akan menentukan nasibnya. Inilah absurditas yang ditunjukkan Schrödinger.
Difraksi elektron
Menurut survei fisikawan terkemuka yang dilakukan oleh The New York Times, percobaan dengan difraksi elektron, yang dibuat pada tahun 1961 oleh Klaus Jenson, menjadi salah satu yang paling indah dalam sejarah sains. Apa esensinya?
Ada sumber yang memancarkan aliran elektron menuju pelat layar-fotografi. Dan ada hambatan di jalan elektron ini - pelat tembaga dengan dua celah. Gambar seperti apa di layar yang dapat diharapkan jika kita menyatakan elektron hanya sebagai bola bermuatan kecil? Dua pita menyala di seberang celah.
Pada kenyataannya, pola garis-garis hitam dan putih yang jauh lebih kompleks muncul di layar. Faktanya adalah bahwa ketika melewati celah, elektron mulai berperilaku tidak seperti partikel, tetapi seperti gelombang (seperti foton, partikel cahaya, dapat secara bersamaan menjadi gelombang). Kemudian gelombang-gelombang ini berinteraksi di ruang angkasa, di suatu tempat melemah, dan di suatu tempat saling memperkuat, dan sebagai hasilnya, gambar kompleks garis-garis terang dan gelap muncul di layar.
Dalam hal ini, hasil percobaan tidak berubah, dan jika elektron dilewatkan melalui celah tidak dalam aliran kontinu, tetapi satu per satu, bahkan satu partikel dapat secara bersamaan menjadi gelombang. Bahkan satu elektron dapat melewati dua celah pada saat yang sama (dan ini adalah ketentuan penting lainnya dari interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum - objek dapat secara bersamaan menampilkan sifat material "biasa" dan sifat gelombang eksotisnya).
Tapi bagaimana dengan pengamat? Terlepas dari kenyataan bahwa dengan dia, cerita yang sudah rumit menjadi lebih rumit. Ketika, dalam eksperimen semacam itu, fisikawan mencoba memperbaiki dengan bantuan instrumen yang melaluinya celah elektron benar-benar lewat, gambar di layar berubah secara dramatis dan menjadi "klasik": dua area yang diterangi di seberang celah dan tidak ada garis-garis yang bergantian.
Elektron tampaknya tidak ingin menunjukkan sifat gelombangnya di bawah tatapan pengamat. Disesuaikan dengan keinginan naluriahnya untuk melihat gambaran yang sederhana dan mudah dipahami. Mistik? Ada penjelasan yang jauh lebih sederhana: tidak ada pengamatan sistem yang dapat dilakukan tanpa dampak fisik terhadapnya. Tapi kita akan kembali ke ini nanti.
Fullerene yang dipanaskan
Eksperimen difraksi partikel dilakukan tidak hanya pada elektron, tetapi juga pada objek yang jauh lebih besar. Misalnya, fullerene adalah molekul besar dan tertutup yang terdiri dari puluhan atom karbon (misalnya, fullerene yang terdiri dari enam puluh atom karbon sangat mirip bentuknya dengan bola sepak: bola berongga yang dijahit dari lima dan segi enam).
Baru-baru ini, sebuah kelompok di Universitas Wina, yang dipimpin oleh Profesor Zeilinger, telah mencoba memasukkan elemen observasi ke dalam eksperimen semacam itu. Untuk melakukan ini, mereka menyinari molekul fullerene yang bergerak dengan sinar laser. Setelah itu, dipanaskan oleh pengaruh eksternal, molekul-molekul mulai bersinar dan dengan demikian tak terelakkan mengungkapkan tempatnya di ruang angkasa bagi pengamat.
Seiring dengan inovasi ini, perilaku molekul juga berubah. Sebelum dimulainya pengawasan total, fullerene cukup berhasil melewati rintangan (menunjukkan sifat gelombang) seperti elektron dari contoh sebelumnya yang melewati layar buram. Tetapi kemudian, dengan munculnya pengamat, fullerene menjadi tenang dan mulai berperilaku seperti partikel materi yang sepenuhnya mematuhi hukum.
Dimensi pendinginan
Salah satu hukum paling terkenal dari dunia kuantum adalah prinsip ketidakpastian Heisenberg: tidak mungkin untuk secara bersamaan menentukan posisi dan kecepatan objek kuantum. Semakin akurat kita mengukur momentum suatu partikel, semakin kurang akurat kita dapat mengukur posisinya. Tetapi operasi hukum kuantum, yang beroperasi pada tingkat partikel kecil, biasanya tidak terlihat di dunia objek makro besar kita.
Oleh karena itu, percobaan terbaru dari kelompok Profesor Schwab dari Amerika Serikat semuanya lebih berharga, di mana efek kuantum ditunjukkan tidak pada tingkat elektron yang sama atau molekul fullerene (diameter karakteristiknya sekitar 1 nm), tetapi pada tingkat yang sama. objek yang sedikit lebih nyata - strip aluminium kecil.
Strip ini dipasang di kedua sisi sehingga bagian tengahnya dalam keadaan ditangguhkan dan dapat bergetar di bawah pengaruh eksternal. Selain itu, di sebelah strip ada perangkat yang mampu merekam posisinya dengan akurasi tinggi.
Hasilnya, para peneliti menemukan dua efek menarik. Pertama, setiap pengukuran posisi objek, pengamatan strip tidak lulus tanpa jejak - setelah setiap pengukuran, posisi strip berubah. Secara kasar, para peneliti menentukan koordinat strip dengan sangat akurat dan dengan demikian, menurut prinsip Heisenberg, mengubah kecepatannya, dan karenanya posisi berikutnya.
Kedua, yang sudah cukup tak terduga, beberapa pengukuran juga menyebabkan pendinginan strip. Ternyata pengamat hanya bisa mengubah ciri fisik benda dengan kehadirannya. Kedengarannya benar-benar luar biasa, tetapi untuk kredit para fisikawan, katakanlah bahwa mereka tidak bingung - sekarang kelompok Profesor Schwab sedang memikirkan bagaimana menerapkan efek yang ditemukan untuk mendinginkan sirkuit elektronik.
Partikel beku
Seperti yang Anda ketahui, partikel radioaktif yang tidak stabil meluruh di dunia tidak hanya demi eksperimen pada kucing, tetapi juga dengan sendirinya. Selain itu, setiap partikel dicirikan oleh masa hidup rata-rata, yang ternyata dapat meningkat di bawah pandangan pengamat.
Efek kuantum ini pertama kali diprediksi pada tahun 1960-an, dan konfirmasi eksperimentalnya yang brilian muncul dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 2006 oleh kelompok peraih Nobel dalam bidang fisika Wolfgang Ketterle dari Massachusetts Institute of Technology.
Dalam karya ini, kami mempelajari peluruhan atom rubidium tereksitasi yang tidak stabil (meluruh menjadi atom rubidium dalam keadaan dasar dan foton). Segera setelah persiapan sistem, eksitasi atom mulai diamati - mereka diterangi dengan sinar laser. Dalam hal ini, pengamatan dilakukan dalam dua mode: terus menerus (pulsa cahaya kecil terus-menerus dimasukkan ke dalam sistem) dan berdenyut (sistem disinari dengan pulsa yang lebih kuat dari waktu ke waktu).
Hasil yang diperoleh sangat sesuai dengan prediksi teoritis. Efek cahaya eksternal benar-benar memperlambat peluruhan partikel, seolah-olah mengembalikannya ke aslinya, jauh dari keadaan peluruhan. Dalam hal ini, besarnya efek untuk kedua rezim yang dipelajari juga bertepatan dengan prediksi. Dan umur maksimum atom rubidium tereksitasi tidak stabil diperpanjang 30 kali.
Mekanika kuantum dan kesadaran
Elektron dan fullerene berhenti menunjukkan sifat gelombangnya, pelat aluminium mendingin, dan partikel yang tidak stabil membeku dalam peluruhannya: di bawah tatapan mahakuasa seorang pengamat, dunia sedang berubah. Apa yang bukan bukti keterlibatan pikiran kita dalam pekerjaan dunia sekitar? Jadi mungkin Carl Jung dan Wolfgang Pauli (fisikawan Austria, pemenang Nobel, salah satu pelopor mekanika kuantum) benar ketika mereka mengatakan bahwa hukum fisika dan kesadaran harus dianggap saling melengkapi?
Tapi jadi hanya ada satu langkah tersisa untuk pengakuan kewajiban: seluruh dunia di sekitar adalah inti dari pikiran kita. Menakutkan? (“Apakah Anda benar-benar berpikir bahwa Bulan hanya ada ketika Anda melihatnya?” Einstein mengomentari prinsip-prinsip mekanika kuantum). Kemudian mari kita coba lagi untuk beralih ke fisikawan. Selain itu, dalam beberapa tahun terakhir mereka semakin tidak senang dengan interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum dengan keruntuhan misterius gelombang fungsi, yang digantikan oleh istilah lain yang cukup biasa dan andal - dekoherensi.
Begini masalahnya - dalam semua eksperimen yang dijelaskan dengan pengamatan, para peneliti pasti memengaruhi sistem. Itu diterangi dengan laser, alat pengukur dipasang. Dan ini adalah prinsip umum yang sangat penting: Anda tidak dapat mengamati suatu sistem, mengukur sifat-sifatnya tanpa berinteraksi dengannya. Dan di mana ada interaksi, ada perubahan sifat. Terutama ketika raksasa objek kuantum berinteraksi dengan sistem kuantum kecil. Jadi kenetralan Buddhis yang abadi dari pengamat tidak mungkin.
Inilah tepatnya yang menjelaskan istilah "dekoherensi" - proses ireversibel dari sudut pandang melanggar sifat kuantum suatu sistem ketika berinteraksi dengan sistem besar lainnya. Selama interaksi seperti itu, sistem kuantum kehilangan fitur aslinya dan menjadi klasik, "mematuhi" sistem besar. Ini menjelaskan paradoks dengan kucing Schrödinger: kucing adalah sistem yang sangat besar sehingga tidak dapat diisolasi dari dunia. Pengaturan eksperimen pemikiran itu sendiri tidak sepenuhnya benar.
Bagaimanapun, dibandingkan dengan kenyataan sebagai tindakan penciptaan kesadaran, dekoherensi terdengar jauh lebih tenang. Bahkan mungkin terlalu tenang. Bagaimanapun, dengan pendekatan ini, seluruh dunia klasik menjadi satu efek dekoherensi yang besar. Dan menurut penulis salah satu buku paling serius di bidang ini, pernyataan seperti "tidak ada partikel di dunia" atau "tidak ada waktu pada tingkat fundamental" juga secara logis mengikuti dari pendekatan semacam itu.
Pengamat kreatif atau dekoherensi mahakuasa? Anda harus memilih di antara dua kejahatan. Tapi ingat - sekarang para ilmuwan menjadi semakin yakin bahwa efek kuantum yang sangat terkenal mendasari proses berpikir kita. Jadi di mana pengamatan berakhir dan kenyataan dimulai - kita masing-masing harus memilih.
Pada tahun 1935, ketika mekanika kuantum dan teori relativitas umum Einstein masih sangat muda, fisikawan Soviet yang tidak terlalu terkenal Matvey Bronstein, pada usia 28 tahun, membuat studi terperinci pertama tentang rekonsiliasi kedua teori ini dalam teori gravitasi kuantum. Ini "mungkin teori seluruh dunia," seperti yang ditulis Bronstein, dapat menggantikan deskripsi klasik Einstein tentang gravitasi, di mana ia dilihat sebagai kurva dalam kontinum ruang-waktu, dan menulis ulang dalam bahasa kuantum, seperti fisika lainnya. .
Bronstein menemukan cara untuk menggambarkan gravitasi dalam istilah partikel terkuantisasi, sekarang disebut graviton, tetapi hanya ketika gaya gravitasi lemah—yaitu, (dalam relativitas umum) ketika ruang-waktu sedikit melengkung sehingga praktis datar. Ketika gravitasi kuat, "situasinya benar-benar berbeda," tulis ilmuwan itu. "Tanpa revisi mendalam dari konsep klasik, tampaknya praktis tidak mungkin untuk menyajikan teori gravitasi kuantum di area ini juga."
Kata-katanya bersifat nubuat. Delapan puluh tiga tahun kemudian, fisikawan masih mencoba memahami bagaimana kelengkungan ruang-waktu memanifestasikan dirinya pada skala makroskopik, yang diturunkan dari gambaran gravitasi kuantum yang lebih mendasar; mungkin ini adalah pertanyaan terdalam dalam fisika. Mungkin, jika ada kesempatan, kepala terang Bronstein akan mempercepat proses pencarian ini. Selain gravitasi kuantum, ia juga memberikan kontribusi untuk astrofisika dan kosmologi, teori semikonduktor, elektrodinamika kuantum, dan menulis beberapa buku anak-anak. Pada tahun 1938, ia jatuh di bawah penindasan Stalinis dan dieksekusi pada usia 31 tahun.
Pencarian teori gravitasi kuantum yang lengkap diperumit oleh fakta bahwa sifat-sifat kuantum gravitasi tidak pernah terwujud dalam pengalaman nyata. Fisikawan tidak melihat bagaimana deskripsi Einstein tentang kontinum ruang-waktu yang mulus dilanggar, atau aproksimasi kuantum Bronstein tentangnya dalam keadaan sedikit melengkung.
Masalahnya terletak pada kelemahan ekstrim dari gaya gravitasi. Sementara partikel terkuantisasi yang mentransmisikan gaya kuat, lemah, dan elektromagnetik begitu kuat sehingga mereka mengikat materi dengan erat ke dalam atom dan dapat dipelajari secara harfiah di bawah kaca pembesar, graviton secara individual sangat lemah sehingga laboratorium tidak memiliki kesempatan untuk mendeteksinya. Untuk menangkap graviton dengan probabilitas tinggi, detektor partikel harus begitu besar dan masif sehingga akan runtuh ke dalam lubang hitam. Kelemahan ini menjelaskan mengapa akumulasi massa astronomi diperlukan untuk mempengaruhi benda masif lainnya melalui gravitasi, dan mengapa kita melihat efek gravitasi pada skala besar.
Itu tidak semua. Alam semesta tampaknya tunduk pada semacam penyensoran kosmik: wilayah gravitasi kuat—di mana kurva ruang-waktu begitu tajam sehingga persamaan Einstein rusak dan sifat kuantum gravitasi dan ruang-waktu harus diungkapkan—selalu bersembunyi di balik cakrawala lubang hitam.
“Bahkan beberapa tahun yang lalu ada konsensus umum bahwa kemungkinan besar tidak mungkin untuk mengukur kuantisasi medan gravitasi dengan cara apa pun,” kata Igor Pikovsky, fisikawan teoretis di Universitas Harvard.
Dan berikut adalah beberapa artikel terbaru yang diterbitkan di Physical Review Letters yang telah mengubah situasi. Makalah-makalah ini membuat klaim bahwa adalah mungkin untuk mencapai gravitasi kuantum—bahkan tanpa mengetahui apa pun tentangnya. Makalah, yang ditulis oleh Sugato Bose dari University College London dan Chiara Marletto dan Vlatko Vedral dari Universitas Oxford, mengusulkan eksperimen yang rumit secara teknis tetapi layak yang dapat mengkonfirmasi bahwa gravitasi adalah gaya kuantum seperti yang lainnya, tanpa memerlukan penemuan gravitasi. Miles Blancow, fisikawan kuantum di Dartmouth College yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut, mengatakan bahwa eksperimen semacam itu dapat mendeteksi jejak gravitasi kuantum tak terlihat yang jelas, "senyuman Kucing Cheshire."
Eksperimen yang diusulkan akan menentukan apakah dua objek – kelompok Bose berencana untuk menggunakan sepasang berlian mikro – dapat menjadi terjerat secara mekanis kuantum satu sama lain dalam proses tarik-menarik gravitasi timbal balik. Keterikatan adalah fenomena kuantum di mana partikel menjadi terjalin tak terpisahkan, berbagi deskripsi fisik tunggal yang mendefinisikan kemungkinan keadaan gabungan mereka. (Koeksistensi berbagai kemungkinan keadaan disebut "superposisi" dan mendefinisikan sistem kuantum.) Misalnya, sepasang partikel yang terjerat dapat berada dalam superposisi di mana partikel A akan berputar ke atas dengan peluang 50 persen, partikel B akan berputar ke atas dan ke bawah, dan sebaliknya dengan peluang 50 persen. Tidak ada yang tahu sebelumnya hasil apa yang akan Anda dapatkan ketika mengukur arah putaran partikel, tetapi Anda dapat yakin bahwa itu akan sama untuk mereka.
Para penulis berpendapat bahwa dua objek dalam percobaan yang diusulkan dapat terjerat dengan cara ini hanya jika gaya yang bekerja di antara mereka - dalam hal ini gravitasi - adalah interaksi kuantum yang dimediasi oleh graviton, yang dapat mendukung superposisi kuantum. “Jika sebuah eksperimen dilakukan dan diperoleh keterjeratan, sesuai dengan pekerjaan, dapat disimpulkan bahwa gravitasi terkuantisasi,” jelas Blankow.
membingungkan berlian
Gravitasi kuantum begitu halus sehingga beberapa ilmuwan mempertanyakan keberadaannya. Matematikawan dan fisikawan terkenal Freeman Dyson, 94, telah berdebat sejak 2001 bahwa alam semesta dapat mendukung semacam deskripsi "dualistik" di mana "medan gravitasi yang dijelaskan oleh teori relativitas umum Einstein akan menjadi medan klasik murni tanpa perilaku kuantum. ”, sementara semua materi dalam kontinum ruang-waktu yang mulus ini akan dikuantisasi oleh partikel-partikel yang mematuhi aturan probabilitas.
Dyson, yang membantu mengembangkan elektrodinamika kuantum (teori interaksi antara materi dan cahaya) dan merupakan profesor emeritus di Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey, tidak percaya bahwa gravitasi kuantum diperlukan untuk menggambarkan interior lubang hitam yang tidak terjangkau. . Dan dia juga percaya bahwa penemuan graviton hipotetis mungkin pada prinsipnya mustahil. Dalam hal itu, katanya, gravitasi kuantum akan menjadi metafisik, bukan fisik.
Dia bukan satu-satunya yang skeptis. Fisikawan Inggris terkenal Sir Roger Penrose dan ilmuwan Hongaria Lajos Diosi secara independen mengusulkan bahwa ruang-waktu tidak dapat mendukung superposisi. Mereka percaya bahwa sifat klasiknya yang halus, kaku, dan fundamental mencegahnya membengkok menjadi dua kemungkinan jalur pada saat yang bersamaan - dan kekakuan inilah yang menyebabkan superposisi sistem kuantum seperti elektron dan foton runtuh. “Dekoherensi gravitasi,” mereka berpendapat, memungkinkan terjadinya satu realitas klasik yang solid yang dapat dirasakan dalam skala makroskopik.
Kemungkinan menemukan "senyuman" gravitasi kuantum tampaknya akan menyangkal argumen Dyson. Ini juga membunuh teori dekoherensi gravitasi dengan menunjukkan bahwa gravitasi dan ruang-waktu memang mendukung superposisi kuantum.
Proposal Bose dan Marletto muncul secara bersamaan dan sepenuhnya secara tidak sengaja, meskipun para ahli mencatat bahwa mereka mencerminkan semangat zaman. Laboratorium eksperimental fisika kuantum di seluruh dunia menempatkan objek mikroskopis yang lebih besar ke dalam superposisi kuantum dan mengoptimalkan protokol untuk menguji keterjeratan dua sistem kuantum. Eksperimen yang diusulkan akan menggabungkan prosedur-prosedur ini sementara membutuhkan peningkatan lebih lanjut dalam skala dan sensitivitas; mungkin akan memakan waktu sepuluh tahun. "Tapi tidak ada jalan buntu fisik," kata Pikovsky, yang juga meneliti bagaimana eksperimen laboratorium dapat menyelidiki fenomena gravitasi. "Saya pikir itu sulit, tetapi bukan tidak mungkin."
Rencana ini diuraikan lebih rinci dalam Bose et al., Sebelas Ahli Kelautan untuk Tahapan Proposal yang Berbeda. Misalnya, di laboratoriumnya di University of Warwick, salah satu rekan penulis Gavin Morley sedang mengerjakan langkah pertama, mencoba menempatkan berlian mikro dalam superposisi kuantum di dua tempat. Untuk melakukan ini, ia akan melampirkan atom nitrogen dalam berlian mikro, di sebelah kekosongan dalam struktur berlian (yang disebut pusat NV, atau kekosongan tersubstitusi nitrogen dalam berlian), dan mengisinya dengan pulsa gelombang mikro. Sebuah elektron yang berputar di sekitar pusat NV secara bersamaan menyerap cahaya dan tidak, dan sistem masuk ke superposisi kuantum dari dua arah putaran - naik dan turun - seperti bagian atas, yang berputar searah jarum jam dengan probabilitas tertentu dan berlawanan arah jarum jam dengan probabilitas tertentu. Sebuah berlian mikro yang dimuat dengan putaran superposisi ini dikenai medan magnet yang menyebabkan putaran atas bergerak ke kiri dan putaran bawah ke kanan. Berlian itu sendiri terbagi menjadi superposisi dua lintasan.
Dalam percobaan penuh, para ilmuwan harus melakukan semua ini dengan dua berlian - merah dan biru, misalnya - ditempatkan berdampingan dalam ruang hampa superdingin. Ketika perangkap yang menahannya dilepaskan, dua berlian mikro, masing-masing dalam superposisi dua posisi, akan jatuh secara vertikal dalam ruang hampa. Saat berlian jatuh, mereka akan merasakan gravitasi masing-masing. Seberapa kuat tarikan gravitasi mereka?
Jika gravitasi adalah gaya kuantum, jawabannya adalah, itu tergantung. Setiap komponen superposisi intan biru akan mengalami gaya tarik yang lebih kuat atau lebih lemah terhadap intan merah, tergantung apakah yang terakhir berada di cabang superposisi yang lebih dekat atau lebih jauh. Dan gravitasi yang akan dirasakan oleh setiap komponen superposisi berlian merah bergantung pada keadaan berlian biru dengan cara yang sama.
Dalam setiap kasus, tingkat tarikan gravitasi yang berbeda bekerja pada komponen superposisi berlian yang berkembang. Kedua berlian menjadi saling bergantung karena keadaannya hanya dapat ditentukan dalam kombinasi - jika ini, maka itu - jadi, pada akhirnya, arah putaran kedua sistem pusat NV akan berkorelasi.
Setelah berlian mikro jatuh berdampingan selama tiga detik—cukup lama untuk terjerat dalam gravitasi—mereka akan melewati medan magnet lain yang akan menyatukan kembali cabang-cabang setiap superposisi. Langkah terakhir dari eksperimen ini adalah protokol saksi keterjeratan yang dikembangkan oleh fisikawan Denmark Barbara Teral dan lainnya: berlian biru dan merah memasuki perangkat berbeda yang mengukur arah putaran sistem pusat NV. (Pengukuran menyebabkan runtuhnya superposisi ke negara-negara tertentu). Kedua hasil tersebut kemudian dibandingkan. Dengan menjalankan eksperimen berulang kali dan membandingkan banyak pasangan pengukuran putaran, para ilmuwan dapat menentukan apakah putaran dua sistem kuantum memang berkorelasi satu sama lain lebih dari batas atas untuk objek yang tidak terjerat secara mekanis kuantum. Jika demikian, gravitasi memang menjerat berlian dan mungkin mendukung superposisi.
"Yang menarik dari eksperimen ini adalah Anda tidak perlu tahu apa itu teori kuantum," kata Blancow. "Yang diperlukan hanyalah mengklaim bahwa ada beberapa aspek kuantum di area ini yang dimediasi oleh gaya antara dua partikel."
Ada banyak kesulitan teknis. Objek terbesar yang ditempatkan dalam superposisi di dua tempat sebelumnya adalah molekul 800-atom. Setiap berlian mikro mengandung lebih dari 100 miliar atom karbon - cukup untuk mengakumulasi gaya gravitasi yang nyata. Membongkar sifat mekanika kuantumnya akan membutuhkan suhu rendah, vakum dalam, dan kontrol yang tepat. “Banyak pekerjaan yang membuat superposisi awal berjalan dan berjalan,” kata Peter Barker, anggota tim eksperimental yang menyempurnakan metode pendinginan laser dan perangkap berlian mikro. Jika ini bisa dilakukan dengan satu berlian, Bose menambahkan, "yang kedua tidak akan menjadi masalah."
Apa yang unik tentang gravitasi?
Para peneliti gravitasi kuantum tidak ragu bahwa gravitasi adalah gaya kuantum yang mampu menyebabkan belitan. Tentu saja, gravitasi agak unik, dan masih banyak yang harus dipelajari tentang asal usul ruang dan waktu, tetapi mekanika kuantum pasti harus dilibatkan, kata para ilmuwan. "Sungguh, apa gunanya teori di mana sebagian besar fisika adalah kuantum dan gravitasi adalah klasik," kata Daniel Harlow, peneliti gravitasi kuantum di MIT. Argumen teoretis terhadap model kuantum-klasik campuran sangat kuat (meskipun tidak dapat disangkal).
Di sisi lain, para ahli teori telah salah sebelumnya. “Kalau bisa dicek, kenapa tidak? Jika itu menutup mulut orang-orang yang mempertanyakan sifat kuantum gravitasi, itu akan bagus,” kata Harlow.
Setelah membaca makalah, Dyson menulis: "Eksperimen yang diusulkan tentu sangat menarik dan membutuhkan pelaksanaan di bawah kondisi sistem kuantum nyata." Namun, ia mencatat bahwa arah pemikiran penulis tentang medan kuantum berbeda darinya. “Tidak jelas bagi saya apakah eksperimen ini akan mampu menjawab pertanyaan tentang keberadaan gravitasi kuantum. Pertanyaan yang saya ajukan - apakah kita mengamati graviton yang terpisah - adalah pertanyaan yang berbeda, dan mungkin memiliki jawaban yang berbeda.
Arah pemikiran Bose, Marletto dan rekan-rekan mereka tentang gravitasi terkuantisasi berasal dari karya Bronstein pada awal 1935. (Dyson menyebut karya Bronstein "pekerjaan indah" yang belum pernah dilihatnya sebelumnya). Secara khusus, Bronstein menunjukkan bahwa gravitasi lemah yang dihasilkan oleh massa kecil dapat didekati dengan hukum gravitasi Newton. (Ini adalah gaya yang bekerja di antara superposisi berlian mikro). Menurut Blancow, perhitungan gravitasi terkuantisasi lemah belum banyak dilakukan, meskipun pasti lebih relevan daripada fisika lubang hitam atau Big Bang. Dia berharap proposal eksperimental baru akan mendorong para ahli teori untuk mencari penyempurnaan halus pada pendekatan Newtonian yang mungkin coba diuji oleh eksperimen benchtop di masa depan.
Leonard Susskind, seorang ahli teori gravitasi dan string kuantum terkenal di Universitas Stanford, melihat nilai percobaan yang diusulkan karena "ini memberikan pengamatan gravitasi pada rentang massa dan jarak baru." Tetapi dia dan peneliti lain telah menekankan bahwa berlian mikro tidak dapat mengungkapkan apa pun tentang teori penuh gravitasi kuantum atau ruang-waktu. Dia dan rekan-rekannya ingin memahami apa yang terjadi di pusat lubang hitam dan saat Big Bang.
Mungkin satu petunjuk mengapa mengkuantisasi gravitasi jauh lebih sulit daripada yang lain terletak pada kenyataan bahwa kekuatan alam lain memiliki apa yang disebut "lokalitas": partikel kuantum di satu wilayah medan (foton dalam medan elektromagnetik, misalnya) "tidak tergantung pada entitas fisik lain di wilayah ruang lain," kata Mark van Raamsdonk, ahli teori gravitasi kuantum di University of British Columbia. "Tapi ada banyak bukti teoretis bahwa gravitasi tidak bekerja seperti itu."
Dalam model kotak pasir terbaik dari gravitasi kuantum (dengan geometri ruang-waktu yang disederhanakan), tidak mungkin untuk mengasumsikan bahwa pita ruang-waktu dibagi menjadi potongan tiga dimensi yang independen, kata van Raamsdonk. Sebaliknya, teori modern menyatakan bahwa unsur-unsur pokok yang mendasari ruang "teratur agak dua-dimensi." Struktur ruang-waktu bisa seperti hologram atau video game. "Meskipun gambarnya tiga dimensi, informasinya disimpan pada chip komputer dua dimensi." Dalam kasus seperti itu, dunia tiga dimensi akan menjadi ilusi dalam arti bahwa berbagai bagiannya tidak begitu independen. Dalam analogi video game, beberapa bit pada chip dua dimensi dapat mengkodekan fungsi global dari seluruh jagat game.
Dan perbedaan ini penting ketika Anda mencoba membuat teori gravitasi kuantum. Pendekatan biasa untuk mengkuantisasi sesuatu adalah dengan mengidentifikasi bagian independennya—partikel, misalnya—dan kemudian menerapkan mekanika kuantum padanya. Tetapi jika Anda tidak mendefinisikan istilah yang tepat, Anda mendapatkan persamaan yang salah. Kuantisasi langsung ruang tiga dimensi yang ingin dilakukan Bronstein bekerja sampai batas tertentu dengan gravitasi lemah, tetapi ternyata tidak berguna ketika ruang-waktu sangat melengkung.
Beberapa ahli mengatakan menyaksikan "senyum" gravitasi kuantum dapat memotivasi penalaran abstrak semacam ini. Lagi pula, bahkan argumen teoretis paling keras tentang keberadaan gravitasi kuantum tidak didukung oleh fakta eksperimental. Ketika van Raamsdonk menjelaskan penelitiannya di sebuah kolokium ilmuwan, katanya, biasanya dimulai dengan mengatakan bahwa gravitasi perlu dipikirkan kembali dengan mekanika kuantum karena deskripsi klasik ruang-waktu terurai di lubang hitam dan Big Bang.
“Tetapi jika Anda melakukan eksperimen sederhana ini dan menunjukkan bahwa medan gravitasi berada dalam superposisi, kegagalan deskripsi klasik menjadi jelas. Karena akan ada eksperimen yang menyiratkan bahwa gravitasi adalah kuantum.”
Bersumber dari Majalah Quanta
Munculnya dan perkembangan teori kuantum menyebabkan perubahan dalam ide-ide klasik tentang struktur materi, gerak, kausalitas, ruang, waktu, sifat kognisi, dll., Yang berkontribusi pada transformasi radikal dari gambaran dunia. Pemahaman klasik tentang partikel material dicirikan oleh pemisahannya yang tajam dari lingkungan, kepemilikan gerakannya sendiri, dan lokasinya di ruang angkasa. Dalam teori kuantum, sebuah partikel mulai direpresentasikan sebagai bagian fungsional dari sistem di mana ia termasuk, yang tidak memiliki koordinat dan momentum. Dalam teori klasik, gerak dianggap sebagai perpindahan partikel, yang tetap identik dengan dirinya sendiri, sepanjang lintasan tertentu. Sifat ganda dari gerakan partikel mengharuskan penolakan representasi gerakan semacam itu. Determinisme klasik (dinamis) telah digantikan oleh determinisme probabilistik (statistik). Jika sebelumnya keseluruhan dipahami sebagai jumlah dari bagian-bagian penyusunnya, maka teori kuantum mengungkapkan ketergantungan sifat-sifat partikel pada sistem di mana ia termasuk. Pemahaman klasik tentang proses kognitif dikaitkan dengan pengetahuan tentang objek material seperti yang ada dalam dirinya sendiri. Teori kuantum telah menunjukkan ketergantungan pengetahuan tentang suatu objek pada prosedur penelitian. Jika teori klasik mengklaim lengkap, maka teori kuantum berkembang sejak awal sebagai tidak lengkap, berdasarkan sejumlah hipotesis, yang maknanya pada awalnya jauh dari jelas, dan oleh karena itu ketentuan utamanya menerima interpretasi yang berbeda, interpretasi yang berbeda. .
Ketidaksepakatan muncul terutama tentang makna fisik dari dualitas mikropartikel. De Broglie pertama kali mengajukan konsep gelombang pilot, yang menurutnya gelombang dan partikel hidup berdampingan, gelombang memimpin partikel. Suatu formasi material nyata yang mempertahankan kestabilannya adalah partikel, karena justru partikel itulah yang memiliki energi dan momentum. Gelombang yang membawa partikel mengontrol sifat gerak partikel. Amplitudo gelombang pada setiap titik dalam ruang menentukan probabilitas lokalisasi partikel di dekat titik ini. Schrödinger pada dasarnya memecahkan masalah dualitas partikel dengan menghilangkannya. Baginya, partikel bertindak sebagai formasi gelombang murni. Dengan kata lain, partikel adalah tempat gelombang, di mana energi terbesar gelombang terkonsentrasi. Interpretasi de Broglie dan Schrödinger pada dasarnya adalah upaya untuk menciptakan model visual dalam semangat fisika klasik. Namun, ini ternyata tidak mungkin.
Heisenberg mengusulkan interpretasi teori kuantum, melanjutkan (seperti yang ditunjukkan sebelumnya) dari fakta bahwa fisika seharusnya hanya menggunakan konsep dan kuantitas berdasarkan pengukuran. Oleh karena itu Heisenberg meninggalkan representasi visual dari gerakan elektron dalam atom. Perangkat makro tidak dapat memberikan deskripsi gerakan partikel dengan fiksasi momentum dan koordinat secara simultan (yaitu dalam pengertian klasik) karena pengendalian interaksi perangkat dengan partikel yang pada dasarnya tidak lengkap - karena hubungan ketidakpastian, pengukuran momentum tidak memungkinkan untuk menentukan koordinat dan sebaliknya. Dengan kata lain, karena ketidaktepatan pengukuran yang mendasar, prediksi teori hanya dapat bersifat probabilistik, dan probabilitas adalah konsekuensi dari ketidaklengkapan mendasar informasi tentang gerakan partikel. Keadaan ini mengarah pada kesimpulan tentang runtuhnya prinsip kausalitas dalam pengertian klasik, yang mengasumsikan prediksi nilai-nilai tepat dari momentum dan posisi. Oleh karena itu, dalam kerangka teori kuantum, kita tidak berbicara tentang kesalahan dalam pengamatan atau eksperimen, tetapi tentang kurangnya pengetahuan yang mendasar, yang diekspresikan dengan menggunakan fungsi probabilitas.
Interpretasi Heisenberg tentang teori kuantum dikembangkan oleh Bohr dan disebut interpretasi Kopenhagen. Dalam kerangka interpretasi ini, ketentuan utama teori kuantum adalah prinsip komplementaritas, yang berarti keharusan untuk menggunakan kelas konsep, perangkat, dan prosedur penelitian yang saling eksklusif yang digunakan dalam kondisi spesifiknya dan saling melengkapi untuk memperoleh gambaran holistik dari objek yang diteliti dalam proses kognisi. Prinsip ini mengingatkan pada hubungan ketidakpastian Heisenberg. Jika kita berbicara tentang definisi momentum dan koordinat sebagai prosedur penelitian yang saling eksklusif dan saling melengkapi, maka ada alasan untuk mengidentifikasi prinsip-prinsip ini. Namun, makna prinsip komplementaritas lebih luas daripada hubungan ketidakpastian. Untuk menjelaskan stabilitas atom, Bohr menggabungkan ide klasik dan kuantum tentang gerakan elektron dalam satu model. Prinsip komplementaritas, oleh karena itu, memungkinkan representasi klasik untuk dilengkapi dengan yang kuantum. Setelah mengungkapkan kebalikan dari gelombang dan sifat sel darah cahaya dan tidak menemukan kesatuannya, Bohr condong ke ide dua, setara satu sama lain, metode deskripsi - gelombang dan sel darah - dengan kombinasi selanjutnya. Jadi lebih tepat dikatakan bahwa prinsip saling melengkapi adalah pengembangan dari hubungan ketidakpastian, yang menyatakan hubungan koordinat dan momentum.
Sejumlah ilmuwan telah menafsirkan pelanggaran prinsip determinisme klasik dalam kerangka teori kuantum demi indeternisme. Bahkan, di sini prinsip determinisme berubah bentuknya. Dalam kerangka fisika klasik, jika pada saat awal waktu posisi dan keadaan gerak elemen-elemen sistem diketahui, adalah mungkin untuk memprediksi posisinya secara lengkap pada saat waktu mendatang. Semua sistem makroskopik tunduk pada prinsip ini. Bahkan dalam kasus-kasus ketika probabilitas perlu diperkenalkan, selalu diasumsikan bahwa semua proses dasar benar-benar deterministik dan bahwa hanya sejumlah besar dan perilakunya yang tidak teratur yang membuat seseorang menggunakan metode statistik. Dalam teori kuantum, situasinya secara fundamental berbeda. Untuk menerapkan prinsip deternisasi, di sini perlu diketahui koordinat dan momentum, dan hal ini dilarang oleh hubungan ketidakpastian. Penggunaan probabilitas di sini memiliki arti yang berbeda dibandingkan dengan mekanika statistik: jika dalam mekanika statistik probabilitas digunakan untuk menggambarkan fenomena skala besar, maka dalam teori kuantum, probabilitas, sebaliknya, diperkenalkan untuk menggambarkan proses dasar itu sendiri. Semua ini berarti bahwa di dunia benda-benda berskala besar prinsip dinamis kausalitas beroperasi, dan dalam mikrokosmos - prinsip kausalitas probabilistik.
Interpretasi Kopenhagen mengandaikan, di satu sisi, deskripsi eksperimen dalam istilah fisika klasik, dan, di sisi lain, pengakuan konsep-konsep ini sebagai tidak akurat sesuai dengan keadaan sebenarnya. Inkonsistensi inilah yang menentukan kemungkinan teori kuantum. Konsep fisika klasik merupakan bagian penting dari bahasa alami. Jika kita tidak menggunakan konsep-konsep ini untuk menggambarkan eksperimen kita, kita tidak akan bisa saling memahami.
Cita-cita fisika klasik adalah objektivitas pengetahuan yang lengkap. Tetapi dalam kognisi kami menggunakan instrumen, dan dengan demikian, seperti yang dikatakan Heinzerberg, elemen subjektif dimasukkan ke dalam deskripsi proses atom, karena instrumen dibuat oleh pengamat. “Kita harus ingat bahwa apa yang kita amati bukanlah alam itu sendiri, tetapi alam yang muncul sebagaimana terungkap dengan cara kita mengajukan pertanyaan. Karya ilmiah dalam fisika terdiri dari mengajukan pertanyaan tentang alam pada bahasa yang kita gunakan dan mencoba untuk mendapatkan jawaban di dalamnya. sebuah eksperimen yang dilakukan dengan sarana yang kita miliki. Ini mengingatkan kita pada kata-kata Bohr tentang teori kuantum: jika kita mencari harmoni dalam hidup, kita tidak boleh lupa bahwa dalam permainan kehidupan kita adalah penonton dan partisipan. jelas bahwa dalam sikap ilmiah kita terhadap alam, aktivitas kita sendiri menjadi penting di mana kita harus berurusan dengan bidang alam yang hanya dapat ditembus melalui sarana teknis yang paling penting "
Representasi klasik ruang dan waktu juga terbukti tidak mungkin digunakan untuk menggambarkan fenomena atom. Inilah yang ditulis oleh pencipta teori kuantum lain tentang ini: "Keberadaan kuantum aksi mengungkapkan hubungan yang sama sekali tak terduga antara geometri dan dinamika: ternyata kemungkinan melokalisasi proses fisik dalam ruang geometris bergantung pada keadaan dinamisnya. teori relativitas telah mengajarkan kita untuk mempertimbangkan sifat-sifat lokal ruang-waktu tergantung pada distribusi materi di alam semesta. Namun, keberadaan kuanta membutuhkan transformasi yang jauh lebih dalam dan tidak lagi memungkinkan kita untuk mewakili pergerakan objek fisik. sepanjang garis tertentu dalam ruang-waktu (garis dunia).Sekarang tidak mungkin untuk menentukan keadaan gerak, berdasarkan kurva yang menggambarkan posisi berturut-turut dari suatu objek dalam ruang dari waktu ke waktu.Sekarang kita perlu mempertimbangkan keadaan dinamis bukan sebagai konsekuensi dari lokalisasi spatio-temporal, tetapi sebagai aspek independen dan tambahan dari realitas fisik"
Diskusi tentang masalah interpretasi teori kuantum telah mengungkap pertanyaan tentang status teori kuantum - apakah itu teori lengkap tentang gerak partikel mikro. Pertanyaan ini pertama kali dirumuskan dengan cara ini oleh Einstein. Posisinya diekspresikan dalam konsep parameter tersembunyi. Einstein berangkat dari pemahaman teori kuantum sebagai teori statistik yang menggambarkan pola-pola yang terkait dengan perilaku bukan partikel tunggal, tetapi ansambel mereka. Setiap partikel selalu terlokalisasi secara ketat dan secara bersamaan memiliki nilai momentum dan posisi tertentu. Relasi ketidakpastian tidak mencerminkan struktur nyata realitas pada tingkat mikroproses, tetapi ketidaklengkapan teori kuantum - hanya saja pada tingkatnya kita tidak dapat secara bersamaan mengukur momentum dan koordinat, meskipun sebenarnya ada, tetapi sebagai parameter tersembunyi ( tersembunyi dalam kerangka teori kuantum). Einstein menganggap deskripsi keadaan partikel dengan bantuan fungsi gelombang tidak lengkap, dan karena itu ia mempresentasikan teori kuantum sebagai teori gerak mikropartikel yang tidak lengkap.
Bohr mengambil posisi berlawanan dalam diskusi ini, berangkat dari pengakuan ketidakpastian objektif parameter dinamis mikropartikel sebagai alasan sifat statistik teori kuantum. Menurut pendapatnya, penyangkalan Einstein tentang keberadaan kuantitas yang tidak pasti secara objektif membuat fitur gelombang yang melekat pada mikropartikel tidak dapat dijelaskan. Bohr menganggap mustahil untuk kembali ke konsep klasik tentang gerak partikel mikro.
Di tahun 50-an. Pada abad ke-20, D.Bohm kembali ke konsep de Broglie tentang pilot gelombang, menghadirkan gelombang psi sebagai medan nyata yang terkait dengan partikel. Pendukung teori kuantum interpretasi Kopenhagen dan bahkan beberapa penentangnya tidak mendukung posisi Bohm, namun berkontribusi pada studi yang lebih mendalam tentang konsep de Broglie: partikel mulai dianggap sebagai formasi khusus yang muncul dan bergerak. di bidang psi, tetapi mempertahankan individualitasnya. Karya P.Vigier, L.Yanoshi, yang mengembangkan konsep ini, dinilai oleh banyak fisikawan sebagai terlalu "klasik".
Dalam literatur filosofis Rusia pada periode Soviet, interpretasi Kopenhagen atas teori kuantum dikritik karena "kepatuhan pada sikap positivis" dalam interpretasi proses kognisi. Namun, sejumlah penulis membela validitas interpretasi Kopenhagen atas teori kuantum. Penggantian cita-cita klasik kognisi ilmiah dengan yang non-klasik disertai dengan pemahaman bahwa pengamat, yang mencoba membangun gambaran suatu objek, tidak dapat dialihkan dari prosedur pengukuran, yaitu. peneliti tidak dapat mengukur parameter objek yang diteliti seperti sebelum prosedur pengukuran. W. Heisenberg, E. Schrödinger dan P. Dirac meletakkan prinsip ketidakpastian sebagai dasar teori kuantum, di mana partikel tidak lagi memiliki momentum dan koordinat yang pasti dan saling independen. Teori kuantum dengan demikian memperkenalkan unsur ketidakpastian dan keacakan ke dalam sains. Dan meskipun Einstein tidak setuju dengan ini, mekanika kuantum konsisten dengan eksperimen, dan karena itu menjadi dasar dari banyak bidang pengetahuan.
