Pentru a studia un astfel de fenomen de interferență ca în figură, este firesc să folosiți configurația experimentală prezentată în dreptul acestuia. În studiul fenomenelor, pentru a căror descriere este necesară cunoașterea echilibrului detaliat al impulsului, este evident necesar să presupunem că unele părți ale întregului dispozitiv se pot mișca liber (independent una de cealaltă). Desen din carte: Niels Bohr, „Selected Scientific Works and Articles”, 1925 - 1961b p.415.
După trecerea fantelor de pe ecran în spatele barierei, apare un model de interferență din alternarea dungilor luminoase și întunecate:
Fig.1 Franjuri de interferență
Fotonii lovesc ecranul în puncte separate, dar prezența franjurilor de interferență pe ecran arată că există puncte în care fotonii nu lovesc. Fie p unul dintre aceste puncte. Cu toate acestea, un foton poate intra în p dacă una dintre fante este închisă. O astfel de interferență distructivă, în care posibilitățile alternative se pot anula uneori, este una dintre cele mai misterioase proprietăți ale mecanicii cuantice. O proprietate interesantă a experimentului cu dublă fante este că modelul de interferență poate fi „asamblat” de către o particulă - adică prin setarea intensității sursei atât de scăzută încât fiecare particulă va fi „în zbor” numai în configurație și poate interfera doar cu sine. În acest caz, suntem tentați să ne întrebăm prin care dintre cele două fante trece „cu adevărat” particula. Rețineți că două particule diferite nu creează un model de interferență. Care este misterul, inconsecvența, absurditatea explicării fenomenului de interferență? Ele sunt izbitor de diferite de paradoxul multor alte teorii și fenomene, cum ar fi relativitatea specială, teleportarea cuantică, paradoxul particulelor cuantice încurcate și altele. La prima vedere, explicațiile interferenței sunt simple și evidente. Să luăm în considerare aceste explicații, care pot fi împărțite în două clase: explicații din punct de vedere ondulatoriu și explicații din punct de vedere corpuscular (cuantic). Înainte de a începe analiza, observăm că sub paradoxitatea, inconsecvența, absurditatea fenomenului de interferență, ne referim la incompatibilitatea descrierii acestui fenomen mecanic cuantic cu logica formală și bunul simț. Sensul acestor concepte, în care le aplicăm aici, este expus în acest articol.
Interferență din punct de vedere ondulatoriu
Cea mai comună și fără cusur este explicația rezultatelor experimentului cu dublă fante din punctul de vedere al valului:„Dacă diferența dintre distanțele parcurse de valuri este egală cu jumătate de număr impar de lungimi de undă, atunci oscilațiile cauzate de o undă vor ajunge pe creastă în momentul în care oscilațiile celeilalte undă ajung în jgheab și, prin urmare, o undă va reduce perturbația creată de cealaltă și o poate chiar elimina complet.Acest lucru este ilustrat în Fig. 2, care arată un experiment cu două fante în care undele de la sursa A pot ajunge doar la linia BC de pe ecran trecând prin una dintre cele două fante H1 sau H2 din obstacolul situat între sursă și ecran.X pe linia BC, diferența de lungime a drumului este egală cu AH1X - AH2X;dacă este egală cu un număr întreg de lungimi de undă, perturbarea la punctul X va fi mare;dacă este egal cu jumătate de număr impar de lungimi de undă, perturbarea în punctul X va fi mică.Figura arată dependența intensității undei de poziția unui punct pe dreapta BC, care este asociată cu amplitudinile oscilaţiilor în aceste puncte.
Fig.2. Model de interferență din punct de vedere al undei
S-ar părea că descrierea fenomenului de interferență din punctul de vedere al valului nu contrazice în niciun caz nici logica, nici bunul simț. Cu toate acestea, fotonul este de fapt considerat a fi un cuantic particulă . Dacă prezintă proprietăți de undă, atunci, totuși, trebuie să rămână el însuși - un foton. În caz contrar, cu o singură luare în considerare a fenomenului, distrugem de fapt fotonul ca element al realității fizice. Cu această considerație, rezultă că fotonul ca atare... nu există! Un foton nu prezintă doar proprietăți de undă - aici este o undă în care nu există nimic dintr-o particulă. Altfel, în momentul divizării undelor, trebuie să admitem că prin fiecare dintre fante trece o jumătate de particulă - un foton, o jumătate de foton. Dar atunci ar trebui să fie posibile experimente capabile să „prindă” acești semi-fotoni. Cu toate acestea, nimeni nu a reușit vreodată să înregistreze aceiași jumătate de fotoni. Deci, interpretarea undelor a fenomenului de interferență exclude însăși ideea că un foton este o particulă. Prin urmare, a considera în acest caz un foton ca o particulă este absurd, ilogic, incompatibil cu bunul simț. În mod logic, ar trebui să presupunem că un foton zboară din punctul A ca o particulă. Apropiindu-se de un obstacol, el brusc se întoarceîn val! Trece prin crăpături ca un val, despărțindu-se în două șiroaie. Altfel, trebuie să credem asta întreg particula trece prin două fante în același timp, deoarece presupunem separare nu avem dreptul să-l împărțim în două particule (jumătate). Apoi din nou două jumătăți de valuri conectațiîntr-o particulă întreagă. în care nu exista nicio modalitate de a suprima una dintre semi-valuri. Pare să fie Două jumătăți de valuri, dar nimeni nu a reușit să distrugă unul dintre ele. De fiecare dată, fiecare dintre aceste semi-unde în timpul înregistrării se dovedește a fi întreg foton. O parte este întotdeauna, fără excepție, întregul. Adică, ideea unui foton ca undă ar trebui să permită posibilitatea de a „prinde” fiecare dintre semi-unde exact ca o jumătate de foton. Dar asta nu se întâmplă. Jumătate din foton trece prin fiecare dintre fante, dar numai întregul foton este înregistrat. Este o jumătate egală cu un întreg? Interpretarea prezenței simultane a unei particule de foton în două locuri simultan nu pare cu mult mai logică și sensibilă. Amintiți-vă că descrierea matematică a procesului undei corespunde pe deplin cu rezultatele tuturor experimentelor privind interferența pe două fante, fără excepție.
Interferență din punct de vedere corpuscular
Din punct de vedere corpuscular, este convenabil să explicăm mișcarea „jumătăților” unui foton folosind funcții complexe. Aceste funcții provin din conceptul de bază al mecanicii cuantice - vectorul de stare al unei particule cuantice (aici - un foton), funcția sa de undă, care au un alt nume - amplitudinea probabilității. Probabilitatea ca un foton să lovească un anumit punct de pe ecran (placă fotografică) în cazul unui experiment cu două fante este egală cu pătratul funcției de undă totale pentru două posibile traiectorii fotonice care formează o suprapunere de stări. „Când pătratăm modulul sumei w + z a două numere complexe w și z, de obicei nu obținem doar suma pătratelor modulelor acestor numere; există un „termen de corecție” suplimentar: |w + z| 2 = |w| 2 + |z |2 + 2|w||z|cos θ, unde θ este unghiul format de direcțiile către punctele z și w de la originea pe planul Argand... este termenul de corecție 2|w||z|cos θ care descrie interferența cuantică dintre alternativele mecanice cuantice”. Matematic, totul este logic și clar: conform regulilor de calcul a expresiilor complexe, obținem o curbă de interferență atât de ondulată. Nu sunt necesare interpretări, explicații aici - doar calcule matematice de rutină. Dar dacă încercați să vă imaginați în ce fel, ce traiectorii s-a deplasat fotonul (sau electronul) înainte de a întâlni ecranul, descrierea de mai sus nu vă permite să vedeți: „Prin urmare, afirmația că electronii trec fie prin slotul 1, fie prin slotul 2. este incorect. Trec prin ambele fante în același timp. Și un aparat matematic foarte simplu care descrie un astfel de proces dă acord absolut exact cu experimentul". Într-adevăr, expresiile matematice cu funcții complexe sunt simple și clare. Ele descriu însă doar manifestarea externă a procesului, doar rezultatul acestuia, fără a spune nimic despre ceea ce se întâmplă în sens fizic. Este imposibil să ne imaginăm din punctul de vedere al bunului simț ca o singură particule, chiar dacă nu are dimensiuni cu adevărat punctuale, dar, cu toate acestea, este încă limitată de un volum inseparabil, este imposibil să treci simultan prin două găuri neînrudite. De exemplu, Sudbury, analizând fenomenul, scrie: „Modelul de interferență în sine indică indirect și comportamentul corpuscular al particulelor studiate, deoarece de fapt nu este continuu, ci este compus ca o imagine pe ecranul televizorului dintr-o multitudine de puncte create de flash-uri de la electroni individuali. Dar a explica acest model de interferență pe baza presupunerii că fiecare dintre electroni a trecut prin una sau cealaltă fante este complet imposibil.El ajunge la aceeași concluzie despre imposibilitatea trecerii simultane a unei particule prin două fante: „o particulă. trebuie să treacă fie printr-una, fie printr-o altă fante", marcând structura sa corpusculară evidentă. O particulă nu poate trece prin două fante în același timp, dar nu poate trece prin nici una, nici alta. Fără îndoială, un electron este o particulă, așa cum evidențiată de punctele din blițurile de pe ecran. Și această particulă, fără îndoială, nu putea trece doar printr-una dintre fante. În plus, electronul, fără îndoială, nu a fost împărțit în două părți, în două jumătăți, fiecare dintre acestea în acest cazul ar fi trebuit să aibă jumătate din masa electronului și jumătate din sarcină. -electronii nu au fost observați niciodată de nimeni. Aceasta înseamnă că un electron nu ar putea, împărțit în două părți, bifurcat, să traverseze simultan ambele sloturi. El, așa cum suntem explicat, rămâne întreg, simultan trece prin două fante diferite. Nu se împarte în două părți, ci trece simultan prin două fante. Aceasta este absurditatea descrierii mecanice cuantice (corpusculare) a procesului fizic de interferență pe două fante. Amintiți-vă că din punct de vedere matematic, acest proces este descris impecabil. Dar procesul fizic este complet ilogic, contrar bunului simț. Și, ca de obicei, de vină este bunul simț, care nu poate înțelege cum este: nu a fost împărțit în două, ci a ajuns în două locuri. Pe de altă parte, este imposibil să presupunem contrariul: că un foton (sau electron), într-un mod necunoscut, trece încă prin una dintre cele două fante. Atunci de ce particula lovește anumite puncte și evită altele? De parcă știe despre zonele restricționate. Acest lucru este evident mai ales atunci când particulele interferează cu ea însăși la debite scăzute. În acest caz, este încă necesar să se ia în considerare simultaneitatea trecerii particulei prin ambele fante. Altfel, ar trebui să considerăm particula aproape ca o ființă rațională cu darul previziunii. Experimentele cu detectoare de tranzit sau de excludere (faptul că o particulă nu este fixată lângă o fantă înseamnă că a trecut prin alta) nu clarifică imaginea. Nu există explicații rezonabile pentru cum și de ce o particulă integrală reacționează la prezența unei a doua fante prin care nu a trecut. Dacă particula nu este înregistrată în apropierea unuia dintre sloturi, atunci a trecut prin celălalt. Dar în acest caz, s-ar putea să ajungă foarte bine în punctul „interzis” al ecranului, adică în punctul în care nu s-ar lovi niciodată dacă al doilea slot ar fi deschis. Deși, se pare, nimic nu ar trebui să împiedice aceste particule neîntârziate să creeze un model de interferență „jumătate”. Totuși, acest lucru nu se întâmplă: dacă unul dintre sloturi este închis, particulele par să obțină o „pasare” pentru a intra în zonele „interzise” ale ecranului. Dacă ambele fante sunt deschise, atunci particula care se presupune că a trecut printr-o fante nu poate pătrunde în aceste regiuni „interzise”. Ea pare să simtă cum „se uită” la ea al doilea gol și interzice mișcarea în anumite direcții. Este recunoscut că interferența apare numai în experimentele cu o undă sau particule care se manifestă în acest experiment numai proprietățile undei. Într-un fel magic, particula își expune laturile ondulate sau corpusculare către experimentator, schimbându-le de fapt din mers, în zbor. Dacă absorbantul este plasat imediat după una dintre fante, atunci particula ca undă trece prin ambele fante până la absorbant, continuându-și apoi zborul ca o particule. În acest caz, absorbantul, după cum se dovedește, nu ia nici măcar o mică parte din energia sa din particule. Deși este evident că cel puțin o parte din particule mai trebuia să treacă prin golul blocat. După cum puteți vedea, niciuna dintre explicațiile luate în considerare ale procesului fizic nu poate rezista criticilor din punct de vedere logic și din punctul de vedere al bunului simț. Dualismul unde corpusculare dominant în prezent nu permite nici măcar parțial să conțină interferența. Un foton nu prezintă pur și simplu proprietăți corpusculare sau ondulatorii. El le arată simultan, iar aceste manifestări sunt reciproce exclude fiecare. „Stingerea” uneia dintre semi-unde transformă imediat fotonul într-o particulă care „nu știe” să creeze un model de interferență. Dimpotrivă, două fante deschise transformă un foton în două semi-unde, care apoi, atunci când sunt combinate, se transformă într-un foton întreg, demonstrând încă o dată procedura misterioasă de materializare a unei unde.Experimente similare cu experimentul cu dublu fantă
În experimentul cu două fante, este oarecum dificil să se controleze experimental traiectoriile „jumătăților” de particule, deoarece fantele sunt relativ apropiate una de cealaltă. În același timp, există un experiment similar, dar mai ilustrativ, care permite unui foton să fie „separat” de-a lungul a două traiectorii clar distinse. În acest caz, absurditatea ideii că un foton trece simultan prin două canale devine și mai clară, între care poate exista o distanță de metri sau mai mult. Un astfel de experiment poate fi realizat folosind un interferometru Mach-Zehnder. Efectele observate în acest caz sunt similare cu cele observate în experimentul cu dublă fante. Iată cum le descrie Belinsky: „Să luăm în considerare un experiment cu un interferometru Mach-Zehnder (Fig. 3). Îi aplicăm o stare de un singur foton și mai întâi scoatem al doilea divizor de fascicul situat în fața fotodetectorilor. Detectorii vor înregistrați un singur fotonumăr fie pe unul, fie pe celălalt canal și niciodată pe ambele în același timp, deoarece există un singur foton la intrare.
Fig.3. Schema interferometrului Mach-Zehnder.
Să luăm înapoi separatorul de fascicul. Probabilitatea fotonumărărilor pe detectoare este descrisă de funcția 1 + cos(Ф1 - Ф2), unde Ф1 și Ф2 sunt întârzierile de fază în brațele interferometrului. Semnul depinde de ce detector înregistrează. Această funcție armonică nu poate fi reprezentată ca suma a două probabilități Р(Ф1) + Р(Ф2). În consecință, după primul divizor de fascicul, fotonul este prezent, parcă, în ambele brațe ale interferometrului simultan, deși în primul act al experimentului a fost doar într-un singur braț. Acest comportament neobișnuit în spațiu se numește nonlocalitate cuantică. Nu poate fi explicat din punctul de vedere al intuițiilor spațiale obișnuite ale bunului simț, care sunt de obicei prezente în macrocosmos". Dacă ambele căi sunt libere pentru un foton la intrare, atunci la ieșire fotonul se comportă ca într-o fante dublă. experiment: poate trece a doua oglindă doar de-a lungul unei căi - interferând cu o parte din propria sa „copie”, care a venit pe o cale diferită. Dacă a doua cale este închisă, atunci fotonul vine singur și trece pe lângă a doua oglindă în orice direcție O versiune similară a similarității experimentului cu două fante este descrisă de Penrose (descrierea este foarte elocventă, așa că o vom oferi aproape în întregime): „Fantele nu trebuie neapărat să fie situate aproape una de alta, astfel încât fotonul pot trece prin ele simultan. Pentru a înțelege cum o particulă cuantică poate fi „în două locuri deodată”, indiferent cât de departe sunt locurile, luați în considerare o configurație experimentală ușor diferită de experimentul cu dublu fantă. Ca și înainte, avem o lampă care emite lumină monocromatică, câte un foton; dar în loc să trecem lumina prin două fante, să o reflectăm dintr-o oglindă semi-argintie înclinată spre fascicul la un unghi de 45 de grade.
Fig.4. Cele două vârfuri ale funcției de undă nu pot fi considerate pur și simplu ca ponderi de probabilitate pentru localizarea unui foton într-un loc sau altul. Cele două căi luate de un foton pot fi făcute să interfereze una cu cealaltă.
După întâlnirea cu oglinda, funcția de undă a fotonului este împărțită în două părți, dintre care una este reflectată în lateral, iar a doua continuă să se propage în aceeași direcție în care s-a deplasat inițial fotonul. Ca și în cazul unui foton care iese din două fante, funcția de undă are două vârfuri, dar acum aceste vârfuri sunt separate de o distanță mai mare - un vârf descrie fotonul reflectat, celălalt descrie fotonul care a trecut prin oglindă. În plus, în timp, distanța dintre vârfuri devine din ce în ce mai mare, crescând la nesfârșit. Imaginați-vă că aceste două părți ale funcției de undă merg în spațiu și că așteptăm un an întreg. Apoi, cele două vârfuri ale funcției de undă a fotonului vor fi la un an lumină distanță. Cumva, fotonul ajunge în două locuri deodată, separate de o distanță de un an lumină! Există vreun motiv să faci o astfel de poză în serios? Nu ne putem gândi la un foton ca la ceva care are 50% șanse de a fi într-un loc și 50% șanse de a fi altundeva? Nu, este imposibil! Indiferent de cât timp a fost fotonul în mișcare, există întotdeauna posibilitatea ca două părți ale fasciculului de fotoni să se reflecte înapoi și să se întâlnească, rezultând efecte de interferență care nu ar putea apărea din ponderile de probabilitate ale celor două alternative. Să presupunem că fiecare parte a fasciculului de fotoni întâlnește în cale o oglindă complet argintie, înclinată într-un astfel de unghi încât să aducă ambele părți împreună și că o altă oglindă pe jumătate argintie este plasată la punctul de întâlnire al celor două părți, înclinată la nivelul același unghi ca prima oglindă. Să fie amplasate două fotocelule pe liniile drepte de-a lungul cărora se propagă părți ale fasciculului de fotoni (Fig. 4). Ce vom descoperi? Dacă ar fi adevărat că un foton urmează o rută cu o probabilitate de 50% și alta cu o probabilitate de 50%, atunci am constata că ambele detectoare ar detecta fiecare câte un foton cu o probabilitate de 50%. Cu toate acestea, altceva se întâmplă de fapt. Dacă două rute alternative sunt exact egale în lungime, atunci cu o probabilitate de 100% fotonul va lovi detectorul A, situat pe linia dreaptă de-a lungul căreia s-a deplasat inițial fotonul și cu o probabilitate de 0 - în orice alt detector B. În cu alte cuvinte, fotonul va lovi în mod fiabil detectorul DAR! Desigur, un astfel de experiment nu a fost niciodată efectuat pe distanțe de ordinul unui an lumină, dar rezultatul formulat mai sus nu ridică îndoieli serioase (pentru fizicienii care aderă la mecanica cuantică tradițională! ) Experimente de acest tip au fost de fapt efectuate pe distanțe de ordinul a mai multor metri sau cam asa ceva, iar rezultatele sunt în total acord cu predicțiile mecanicii cuantice. Ce se poate spune acum despre realitatea existenței unui foton între prima și ultima întâlnire cu o oglindă semi-reflectorizantă? Se sugerează inevitabila concluzie, conform căreia fotonul trebuie, într-un anumit sens, să treacă de fapt prin ambele rute deodată! Căci dacă un ecran absorbant ar fi plasat pe calea oricăreia dintre cele două rute, atunci probabilitățile ca un foton să lovească detectorul A sau B ar fi aceleași! Dar dacă ambele rute sunt deschise (ambele de aceeași lungime), atunci fotonul poate ajunge doar la A. Blocarea uneia dintre rute permite fotonului să ajungă la detectorul B! Dacă ambele rute sunt deschise, atunci fotonul „știe” cumva că nu are voie să lovească detectorul B și, prin urmare, este forțat să urmeze două rute deodată. Rețineți, de asemenea, că afirmația „situat în două locuri specifice simultan” nu caracterizează pe deplin starea fotonului: trebuie să distingem starea ψ t + ψ b, de exemplu, de starea ψ t - ψ b (sau, de exemplu, din starea ψ t + iψ b , unde ψ t și ψ b se referă acum la pozițiile fotonului pe fiecare dintre cele două căi (respectiv „transmis” și „reflectat”!).Este acest gen de diferență care determină dacă fotonul va ajunge în mod fiabil la detectorul A, trecând la a doua oglindă semi-argintie, sau va ajunge cu siguranță la detectorul B (sau va lovi detectorii A și B cu o probabilitate intermediară.) Aceasta este o caracteristică misterioasă a realității cuantice, care constă în faptul că trebuie să ținem cont serios de faptul că o particulă poate „a fi în două locuri deodată” în diverse moduri”, rezultă din faptul că trebuie să însumăm stările cuantice, folosind greutăți cu valori complexe pentru a obține alte stări cuantice. „Și din nou, după cum vedem, forma matematică alismul ar trebui să ne convingă, parcă, că particula se află în două locuri deodată. Este o particulă, nu o undă. Pentru ecuațiile matematice care descriu acest fenomen, desigur, nu pot exista pretenții. Totuși, interpretarea lor din punctul de vedere al bunului simț provoacă serioase dificultăți și necesită utilizarea conceptelor de „magie”, „miracol”.
Cauzele încălcării interferenței - cunoștințe despre calea particulei
Una dintre principalele întrebări în luarea în considerare a fenomenului de interferență a unei particule cuantice este problema cauzei încălcării interferenței. Cum și când apare un model de interferență, în general, este de înțeles. Dar în aceste condiții cunoscute, totuși, uneori modelul de interferență nu apare. Ceva împiedică să se întâmple. Zarechny formulează această întrebare în felul următor: „ce este necesar pentru a observa o suprapunere de stări, un model de interferență? Răspunsul la această întrebare este destul de clar: pentru a observa o suprapunere, nu trebuie să stabilim starea unui obiect. Când ne uităm la un electron, aflăm că trece fie printr-o gaură, fie printr-o alta. Nu există suprapunere a acestor două stări! Și când nu îl privim, trece simultan prin două fante, iar distribuția lor pe ecranul nu este deloc la fel ca atunci când ne uităm la ei!”. Adică, încălcarea interferenței are loc datorită prezenței cunoștințelor despre traiectoria particulei. Dacă cunoaștem traiectoria particulei, atunci modelul de interferență nu apare. Bacciagaluppi trage o concluzie similară: există situații în care termenul de interferență nu este respectat, adică. în care funcţionează formula clasică de calcul a probabilităţilor. Acest lucru se întâmplă atunci când efectuăm detectarea fantei, indiferent de credința noastră că măsurarea se datorează unui colaps „adevărat” al funcției de undă (adică doar că unu a componentei este măsurată și lasă o urmă pe ecran). Mai mult, nu numai cunoștințele dobândite despre starea sistemului încalcă interferența, ci chiar potenţial capacitatea de a dobândi aceste cunoștințe este o cauză copleșitoare de interferență. Nu cunoașterea în sine, ci fundamentală posibilitate aflați în starea viitoare a particulei distruge interferența. Acest lucru este demonstrat foarte clar de experimentul lui Tsypenyuk: „Un fascicul de atomi de rubidiu este capturat într-o capcană magneto-optică, este răcit cu laser, iar apoi norul atomic este eliberat și cade sub acțiunea unui câmp gravitațional. De fapt. , are loc difracția atomilor pe o rețea de difracție sinusoidală, similar cu modul în care lumina difractează pe o undă ultrasonică într-un lichid. Fasciculul incident A (viteza lui în regiunea de interacțiune este de numai 2 m/s) este mai întâi împărțit în două fascicule B. și C , apoi lovește o a doua rețea de lumină, după care se formează două perechi de fascicule (D, E) și (F, G). Aceste două perechi de fascicule suprapuse în câmpul îndepărtat formează un model de interferență standard corespunzător difracției atomi prin două fante care sunt situate la o distanță d, egală cu divergența transversală a fasciculelor de-a lungul după prima grilă. Pe parcursul experimentului, atomii au fost „marcați” și trebuia să determine din acest marcaj exact ce traiectorie s-au deplasat înainte de formarea modelului de interferență: stări electronice |2> și |3>: fasciculul B conține predominant atomi. în starea |2>, fascicul C - atomi în starea |3>.Ar trebui subliniat încă o dată că practic nu are loc nicio modificare a impulsului atomului în timpul unei astfel de proceduri de etichetare.Când radiația cu microunde, care marchează atomii în interferență fascicule, este pornită, modelul de interferență dispare complet.Trebuie subliniat că informația nu a fost citită, nu a fost determinată intern. starea sa electronică. Informațiile despre traiectoria atomilor au fost doar înregistrate, atomii și-au amintit în ce direcție s-au mișcat”. Astfel, vedem că chiar și crearea posibilității potențiale de a determina traiectoria particulelor interferente distruge modelul de interferență. O particulă nu numai că nu poate prezenta simultan proprietăți ondulatorii și corpusculare, dar aceste proprietăți nu sunt nici măcar parțial compatibile: fie particula se comportă complet ca o undă, fie complet ca o particulă localizată. Dacă „ajustăm” o particulă ca corpuscul, setând-o la o stare caracteristică unui corpuscul, atunci când efectuăm un experiment pentru a-și dezvălui proprietățile undei, toate setările noastre vor fi distruse. Rețineți că această caracteristică uimitoare a interferenței nu contrazice nici logica, nici bunul simț.Fizica cuantocentrică și Wheeler
În centrul sistemului cuantic-mecanic al modernității, există un cuantic, iar în jurul lui, ca în sistemul geocentric al lui Ptolemeu, stelele cuantice și Soarele cuantic se rotesc. Descrierea celui mai, probabil, cel mai simplu experiment de mecanică cuantică arată că matematica teoriei cuantice este impecabilă, deși descrierea fizicii reale a procesului este complet absentă în ea. Protagonistul teoriei este un cuantic doar pe hârtie, în formule are proprietățile unui cuantic, unei particule. În experimente, însă, nu se comportă deloc ca o particulă. El demonstrează capacitatea de a se împărți în două părți. El este înzestrat în permanență cu diverse proprietăți mistice și chiar comparat cu personajele din basm: „În acest timp fotonul este „un mare dragon fumuriu” care este doar ascuțit la coadă (la separatorul de fascicule 1) și la montura de unde mușcă. detectorul” (Wheeler). Aceste părți, jumătățile „marelui dragon care suflă foc” al lui Wheeler nu au fost niciodată descoperite de nimeni, iar proprietățile pe care aceste jumătăți de cuantice ar trebui să le aibă, contrazic însăși teoria cuanticelor. Pe de altă parte, quanta nu se comportă chiar ca valurile. Da, par să „știe să se destrame” în părți. Dar întotdeauna, la orice încercare de a le înregistra, se contopesc instantaneu într-un singur val, care se dovedește brusc a fi o particulă care s-a prăbușit într-un punct. Mai mult, încercările de a forța o particulă să prezinte numai proprietăți ondulatorii sau numai corpusculare eșuează. O variație interesantă a experimentelor de interferență încurcată sunt experimentele de alegere întârziată ale lui Wheeler:
Fig.5. Alegerea de bază întârziată
1. Un foton (sau orice altă particulă cuantică) este trimis către două fante. 2. Un foton trece prin fante fără a fi observat (detectat), printr-o fante, sau cealaltă fante, sau prin ambele fante (în mod logic, toate acestea sunt alternative posibile). Pentru a obține interferență, presupunem că „ceva” trebuie să treacă prin ambele fante; Pentru a obține distribuția particulelor, presupunem că fotonul trebuie să treacă fie printr-o fantă, fie prin alta. Indiferent de alegerea pe care o face fotonul, „ar trebui” să o facă în momentul în care trece prin fante. 3. După trecerea prin fante, fotonul se deplasează spre peretele din spate. Avem două moduri diferite de a detecta un foton la „peretele din spate”. 4. În primul rând, avem un ecran (sau orice alt sistem de detectare care este capabil să distingă coordonatele orizontale a fotonului incident, dar nu este capabil să determine de unde provine fotonul). Scutul poate fi îndepărtat așa cum este indicat de săgeata întreruptă. Poate fi îndepărtat rapid, foarte repede, dupa aceea pe măsură ce fotonul a trecut două fante, dar înainte ca fotonul să ajungă în planul ecranului. Cu alte cuvinte, ecranul poate fi îndepărtat în intervalul de timp în care fotonul se deplasează în zona 3. Sau putem lăsa ecranul pe loc. Aceasta este alegerea experimentatorului, care amânat până în momentul în care fotonul a trecut prin fanta (2), indiferent cum a făcut-o. 5. Dacă ecranul este îndepărtat, găsim două telescoape. Telescoapele sunt foarte bine concentrate pe observarea doar a regiunilor înguste ale spațiului în jurul unei singure fante fiecare. Telescopul din stânga observă fanta stângă; telescopul drept observă fanta dreaptă. (Mecanismul/metafora telescopului ne asigură că, dacă privim printr-un telescop, vom vedea doar un fulger de lumină dacă fotonul a trecut neapărat - complet sau cel puțin parțial - prin fanta pe care este focalizat telescopul; în caz contrar, noi So când observăm un foton cu un telescop, obținem informații „în ce direcție” despre fotonul care intră.) Acum imaginați-vă că fotonul este în drum spre regiunea 3. Fotonul a trecut deja prin fante. Mai avem opțiunea de a alege, de exemplu, să lăsăm ecranul pe loc; în acest caz, nu știm prin ce fantă a trecut fotonul. Sau putem decide să eliminam ecranul. Dacă scoatem ecranul, ne așteptăm să vedem un bliț într-un telescop sau altul (sau ambele, deși acest lucru nu se întâmplă niciodată) pentru fiecare foton trimis. De ce? Pentru că fotonul trebuie să treacă fie prin una, fie prin cealaltă, fie prin ambele fante. Acest lucru epuizează toate posibilitățile. Când observăm telescoape, ar trebui să vedem una dintre următoarele: un bliț la telescopul din stânga și niciun bliț la cel din dreapta, indicând faptul că fotonul a trecut prin fanta din stânga; sau un bliț la telescopul din dreapta și niciun bliț la telescopul din stânga, indicând faptul că fotonul a trecut prin fanta dreaptă; sau flash-uri slabe de jumătate de intensitate de la ambele telescoape, indicând faptul că fotonul a trecut prin ambele fante. Toate acestea sunt posibilități. Mecanica cuantică ne spune ce vom obține pe ecran: o curbă 4r, care este exact ca interferența a două unde simetrice care vin din fantele noastre. Mecanica cuantică mai spune că atunci când observăm fotoni cu telescoape, obținem: o curbă 5r, care corespunde exact particulelor punctiforme care au trecut printr-una sau alta fantă și au lovit telescopul corespunzător. Să fim atenți la diferența dintre configurațiile configurației noastre experimentale, determinată de alegerea noastră. Dacă alegem să lăsăm ecranul pe loc, obținem o distribuție a particulelor corespunzătoare interferenței a două unde ipotetice de fante. Am putea spune (deși cu mare reticență) că fotonul a călătorit de la sursă la ecran prin ambele fante. Pe de altă parte, dacă alegem să scoatem ecranul, obținem o distribuție a particulelor în concordanță cu cele două maxime pe care le obținem dacă observăm mișcarea unei particule punctiforme de la sursă printr-una dintre fante la telescopul corespunzător. Particula „apare” (vedem blițul) la un telescop sau altul, dar nu în niciun alt punct între ele de-a lungul direcției ecranului. Rezumând, facem o alegere - dacă să aflăm prin ce fantă a trecut particula - alegând sau nu alegând să folosim telescoape pentru detecție. Amânăm această alegere până în momentul de față dupa aceea cum particula „a trecut prin una dintre fante, sau prin ambele fante”, ca să spunem așa. Pare paradoxal că alegerea noastră târzie de a primi sau nu astfel de informații este de fapt determină, ca să spunem așa, dacă particula a trecut printr-o fante sau prin ambele. Dacă preferați să gândiți așa (și nu o recomand), particulele prezintă comportament ondulatoriu după aceea dacă alegeți să utilizați un ecran; de asemenea, particulele prezintă comportament după fapt ca obiect punctual dacă alegeți să utilizați telescoape. Astfel, alegerea noastră întârziată a modului de înregistrare a unei particule ar părea să determine modul în care particula s-a comportat de fapt înainte de înregistrare.
(Ross Rhodes, Wheeler's Classic Delayed Choice Experiment, tradus de P. V. Kurakin,
http://quantum3000.narod.ru/translations/dc_wheeler.htm). Inconsecvența modelului cuantic necesită a pune întrebarea „Poate că încă se învârte?” Modelul dualismului unde corpusculare corespunde realității? Se pare că cuantica nu este nici o particulă, nici o undă.
De ce sare mingea?
Dar de ce ar trebui să considerăm ghicitoarea interferenței drept principala ghicitoare a fizicii? Există multe mistere în fizică, în alte științe și în viață. Ce este atât de special la interferență? În lumea din jurul nostru, există multe fenomene care doar la prima vedere par de înțeles, a explicat. Dar merită să parcurgeți pas cu pas aceste explicații, deoarece totul devine confuz, apare o fundătură. De ce sunt mai rele decât interferența, mai puțin misterioase? Luați în considerare, de exemplu, un fenomen atât de familiar pe care toată lumea l-a întâlnit în viață: săritul unei mingi de cauciuc aruncată pe asfalt. De ce sare când lovește asfaltul? Evident, la lovirea de asfalt, mingea este deformată și comprimată. În același timp, presiunea gazului din acesta crește. În efortul de a se îndrepta, de a-și restabili forma, mingea apasă pe asfalt și se respinge de acesta. Asta, s-ar părea, este tot, motivul săriturii a fost clarificat. Cu toate acestea, să aruncăm o privire mai atentă. Pentru simplitate, omitem procesele de comprimare a gazului și refacerea formei mingii. Să trecem direct la luarea în considerare a procesului la punctul de contact dintre minge și asfalt. Mingea sare de pe asfalt, deoarece două puncte (pe asfalt și pe minge) interacționează: fiecare dintre ele apasă pe celălalt, respinge de ea. Se pare că totul este simplu aici. Dar să ne întrebăm: ce este această presiune? Cum arata"? Să ne aprofundăm în structura moleculară a materiei. Molecula de cauciuc din care este făcută mingea și molecula de piatră din asfalt se presează reciproc, adică tind să se împingă una pe cealaltă. Și din nou, totul pare a fi simplu, dar apare o nouă întrebare: care este cauza, sursa fenomenului „forță”, care obligă fiecare dintre molecule să se îndepărteze, să experimenteze constrângerea de a se muta de la „rival”? Aparent, atomii moleculelor de cauciuc sunt respinși de atomii care alcătuiesc piatra. Dacă și mai scurt, mai simplificat, atunci un atom este respins de altul. Și din nou: de ce? Să trecem la structura atomică a materiei. Atomii sunt formați din nuclee și învelișuri de electroni. Să simplificăm din nou problema și să presupunem (în mod rezonabil) că atomii sunt respinși fie de învelișul lor, fie de nucleele lor, ca răspuns la o nouă întrebare: cum are loc exact această repulsie? De exemplu, învelișurile de electroni se pot respinge datorită sarcinilor lor electrice identice, deoarece sarcinile asemănătoare se resping. Și din nou: de ce? Cum se întâmplă asta? Ce face ca doi electroni, de exemplu, să se respingă unul pe altul? Trebuie să mergem din ce în ce mai mult în profunzimile structurii materiei. Dar deja aici este destul de vizibil că oricare dintre invențiile noastre, orice explicație nouă fizic mecanismul de repulsie va aluneca din ce în ce mai departe, ca un orizont, deși descrierea formală, matematică, va fi întotdeauna exactă și clară. Și totuși vom vedea mereu că absența fizic descrierea mecanismului de repulsie nu face ca acest mecanism, modelul său intermediar, să fie absurd, ilogic, contrar bunului simț. Sunt oarecum simplificate, incomplete, dar logic, rezonabil, semnificativ. Aceasta este diferența dintre explicația interferenței și explicațiile multor alte fenomene: descrierea interferenței în însăși esența sa este ilogică, nefirească și contrară bunului simț.Entanglement cuantic, nonlocalitate, realismul local al lui Einstein
Luați în considerare un alt fenomen care este considerat contrar bunului simț. Acesta este unul dintre cele mai uimitoare mistere ale naturii - entanglement cuantic (efect de entanglement, intangled, non-separability, non-locality). Esența fenomenului este că două particule cuantice după interacțiune și separarea ulterioară (separându-le în diferite regiuni ale spațiului) păstrează un fel de conexiune informațională între ele. Cel mai cunoscut exemplu în acest sens este așa-numitul paradox EPR. În 1935, Einstein, Podolsky și Rosen au exprimat ideea că, de exemplu, doi fotoni legați în procesul de separare (expansiune) păstrează o asemenea aparență de conexiune informațională. În acest caz, starea cuantică a unui foton, de exemplu, polarizarea sau spinul, poate fi transferată instantaneu unui alt foton, care în acest caz devine un analog cu primul și invers. Făcând o măsurătoare pe o particulă, determinăm instantaneu starea altei particule, indiferent cât de departe sunt aceste particule una de cealaltă. Astfel, legătura dintre particule este fundamental nelocală. Fizicianul rus Doronin formulează esența nelocalității mecanicii cuantice astfel: „În ceea ce privește ceea ce se înțelege prin nonlocalitate în QM, în comunitatea științifică, cred că există o opinie de acord în această privință. ca principiul localității al lui Einstein.) Principiul realismului local afirmă că, dacă două sisteme A și B sunt separate spațial, atunci într-o descriere completă a realității fizice, acțiunile efectuate asupra sistemului A nu ar trebui să modifice proprietățile sistemului B." Rețineți că poziția principală a realismului local în interpretarea de mai sus este negarea influenței reciproce a sistemelor separate spațial unul asupra celuilalt. Poziția principală a realismului local al lui Einstein este imposibilitatea influenței a două sisteme separate spațial unul asupra celuilalt. Einstein în paradoxul EPR descris a presupus o dependență indirectă a stării particulelor. Această dependență se formează în momentul încurcării particulelor și persistă până la sfârșitul experimentului. Adică, stările aleatorii ale particulelor apar în momentul separării lor. În viitor, ele salvează stările obținute prin încurcare, iar aceste stări sunt „stocate” în unele elemente ale realității fizice, descrise prin „parametri suplimentari”, întrucât măsurătorile pe sisteme distanțate nu se pot influența reciproc: „Dar o presupunere mi se pare. incontestabil. Starea reală a lucrurilor (starea) a sistemului S 2 nu depinde de ceea ce se face cu sistemul S 1 „, care este separat spațial de acesta.” operațiuni pe primul sistem, nu se pot obține modificări reale în al doilea. "Cu toate acestea, în realitate, măsurătorile în sisteme îndepărtate unele de altele se influențează într-un fel reciproc. Alain Aspect a descris această influență astfel:" i. Fotonul ν 1 , care nu a avut o polarizare clar definită înainte de măsurare, capătă o polarizare asociată cu rezultatul obţinut în timpul măsurării sale: acest lucru nu este surprinzător. ii. Când se face o măsurătoare pe ν 1, un foton ν 2 care nu a avut nicio polarizare definită înainte de această măsurătoare este proiectat într-o stare de polarizare paralelă cu rezultatul măsurării pe ν 1 . Acest lucru este foarte surprinzător deoarece această modificare în descrierea lui ν 2 este instantanee, indiferent de distanța dintre ν 1 și ν 2 la momentul primei măsurători. Această imagine este în conflict cu relativitatea. Potrivit lui Einstein, un eveniment dintr-o anumită regiune a spațiu-timpului nu poate fi influențat de un eveniment dintr-un spațiu-timp care este separat de un interval asemănător spațiului. Nu este înțelept să încerci să găsești imagini mai acceptabile pentru a „înțelege” corelațiile EPR. Aceasta este imaginea pe care o luăm în considerare acum." Această imagine se numește „nonlocalitate". măsurătorile se propagă între ele la viteză superluminală, dar ca atare nu există transfer de informații între particule. teoria relativității. Informația transmisă (condițională) între Particulele EPR sunt uneori numite „informație cuantică”. Deci, nonlocalitatea este un fenomen opus realismului local (localismului) al lui Einstein. În același timp, un singur lucru este considerat de la sine înțeles pentru realismul local: absența informațiilor tradiționale (relativiste) transmise. de la o particulă la alta. pentru a vorbi despre „acțiune fantomă la distanță”, așa cum a numit-o Einstein. Să aruncăm o privire mai atentă la această „acțiune cu rază lungă”, cât de mult contrazice teoria relativității speciale și realismul local în sine. În primul rând, „acțiunea fantomă pe distanță lungă” nu este mai rea decât „non-localitatea” mecanică cuantică. Într-adevăr, nu există nici un transfer de informații relativiste (sub-viteza luminii) ca atare, nici acolo, nici acolo. Prin urmare, „acțiunea pe distanță lungă” nu contrazice teoria relativității speciale la fel ca „non-localitatea”. În al doilea rând, fantomatologia „acțiunii pe distanță lungă” nu este mai fantomatică decât „nonlocalitatea” cuantică. Într-adevăr, care este esența nonlocalității? În „ieșire” la un alt nivel de realitate? Dar acest lucru nu spune nimic, ci doar permite diverse interpretări extinse mistice și divine. Nu este rezonabil și detaliat fizic descrierea (și cu atât mai mult, explicația) nonlocalitatea are nr. Există doar o simplă afirmație de fapt: două dimensiuni corelat. Și ce se poate spune despre „acțiunea fantomă la distanță” a lui Einstein? Da, exact același lucru: nu există nicio descriere fizică rezonabilă și detaliată, aceeași declarație simplă de fapt: două dimensiuni conectatîmpreună. Întrebarea se rezumă de fapt la terminologie: non-localitate sau acțiune fantomatică la distanță. Și recunoașterea faptului că nici una, nici alta nu contrazice în mod formal teoria relativității speciale. Dar aceasta nu înseamnă altceva decât consistența realismului local (localismului) în sine. Afirmația sa principală, formulată de Einstein, rămâne cu siguranță valabilă: în sens relativist, nu există interacțiune între sistemele S 2 și S 1, ipoteza „acțiunii fantomă la distanță lungă” nu introduce nici cea mai mică contradicție în realismul local al lui Einstein. . În cele din urmă, însăși încercarea de a respinge „acțiunea fantomă la distanță” în realismul local necesită în mod logic aceeași atitudine față de omologul său mecanic cuantic - nonlocalitatea. Altfel, devine un standard dublu, o abordare dublă nefondată a două teorii („Ceea ce îi este permis lui Jupiter nu este permis taurului”). Este puțin probabil ca o astfel de abordare să merite o atenție serioasă. Astfel, ipoteza realismului local (localismului) al lui Einstein ar trebui formulată într-o formă mai completă: „Starea reală a sistemului S 2 în sens relativist nu depinde de ceea ce se face cu sistemul S 1 " separat spațial de acesta. Având în vedere această mică, dar importantă corecție, toate referirile la încălcări ale „inegalităților lui Bell" (vezi ), ca argumente care resping realismul local al lui Einstein, care le încalcă cu același succes ca mecanica cuantică... După cum vedem, în mecanica cuantică esența fenomenului de nonlocalitate este descrisă prin semne externe, dar mecanismul său intern nu este explicat, ceea ce a servit drept bază pentru afirmația lui Einstein despre incompletitudinea mecanicii cuantice. .o explicație simplă care nu contrazice nici logica, nici bunul simț.Din moment ce două particule cuantice se comportă ca și cum ar „știe” una despre starea celeilalte și își transmit unele informații evazive una altuia, se poate ipoteza că transferul este efectuat de către oarecare purtător „pur material” (nu material.) Această întrebare are un fundal filozofic profund, legat de fundamentele realității, adică de faptul că substanța primară din care este creată întreaga noastră lume. De fapt, această substanță ar trebui să fie numită materie, dotându-i cu proprietăți care exclud observarea ei directă. Întreaga lume înconjurătoare este țesută din materie și o putem observa doar interacționând cu această țesătură, un derivat al materiei: materie, câmpuri. Fără să intrăm în detaliile acestei ipoteze, nu facem decât să subliniem că autorul identifică materia și eterul, considerându-le două nume pentru aceeași substanță. Este imposibil de explicat structura lumii, refuzând principiul fundamental - materia, deoarece discretitatea materiei în sine contrazice atât logica, cât și bunul simț. Nu există un răspuns rezonabil și logic la întrebarea: ce este între discretele materiei, dacă materia este principiul fundamental al tot ceea ce există. Prin urmare, ipoteza că materia are o proprietate, în curs de dezvoltare ca o interacțiune instantanee a obiectelor materiale îndepărtate, este destul de logică și consecventă. Două particule cuantice interacționează una cu cealaltă la un nivel mai profund - cea materială, trecând reciproc informații mai subtile, evazive la nivel material, care nu sunt asociate cu un material, câmp, undă sau orice alt purtător și a cărui înregistrare este direct fundamental imposibil. Fenomenul de nonlocalitate (nonseparabilitate), deși nu are o descriere (explicație) fizică explicită și clară în fizica cuantică, este totuși accesibil înțelegerii și explicației ca proces real. Astfel, interacțiunea particulelor încurcate, în general, nu contrazice nici logica, nici bunul simț și permite, deși o explicație fantastică, dar mai degrabă armonioasă.teleportarea cuantică
O altă manifestare interesantă și paradoxală a naturii cuantice a materiei este teleportarea cuantică. Termenul de „teleportare”, preluat din science fiction, este acum folosit pe scară largă în literatura științifică și la prima vedere dă impresia de ceva ireal. Teleportarea cuantică înseamnă transferul instantaneu al unei stări cuantice de la o particulă la alta de la distanță. Cu toate acestea, teleportarea particulei în sine, transferul de masă nu are loc în acest caz. Problema teleportării cuantice a fost ridicată pentru prima dată în 1993 de grupul Bennett, care, folosind paradoxul EPR, a arătat că, în principiu, particulele legate (încurcate) pot servi ca un fel de „transport” de informații. Atașând o a treia particulă - „informație” - la una dintre particulele cuplate, este posibil să-și transfere proprietățile către alta și chiar fără a măsura aceste proprietăți. Implementarea canalului EPR a fost efectuată experimental, iar fezabilitatea principiilor EPR în practică a fost dovedită pentru transmiterea stărilor de polarizare între doi fotoni prin fibre optice prin intermediul unei treimi la distanțe de până la 10 kilometri. Conform legilor mecanicii cuantice, un foton nu are o valoare exactă de polarizare până când nu este măsurat de un detector. Astfel, măsurarea transformă setul tuturor polarizărilor posibile ale unui foton într-o valoare aleatorie, dar foarte specifică. Măsurarea polarizării unui foton dintr-o pereche încâlcită duce la faptul că al doilea foton, indiferent cât de departe ar fi, apare instantaneu polarizarea corespunzătoare - perpendiculară pe acesta. Dacă unul dintre cei doi fotoni inițiali este „amestecat” cu un foton străin, se formează o nouă pereche, un nou sistem cuantic legat. După măsurarea parametrilor acestuia, este posibil să transmiteți instantaneu cât de mult doriți - pentru a se teleporta - direcția de polarizare nu mai este cea originală, ci un foton străin. În principiu, aproape tot ceea ce se întâmplă unui foton al unei perechi ar trebui să-l afecteze instantaneu pe celălalt, schimbându-i proprietățile într-un mod foarte definit. Ca rezultat al măsurării, al doilea foton al perechii originale legate a dobândit, de asemenea, o anumită polarizare fixă: o copie a stării inițiale a „fotonului mesager” a fost transmisă fotonului de la distanță. Cea mai grea parte a fost să dovedesc că starea cuantică a fost într-adevăr teleportată: aceasta a necesitat cunoașterea exactă a modului în care au fost instalate detectoarele atunci când se măsoară polarizarea generală și a fost necesar să le sincronizezi cu atenție. Schema simplificată de teleportare cuantică poate fi imaginată după cum urmează. Alice și Bob (personaje condiționate) primesc un foton dintr-o pereche de fotoni încâlciți. Alice are o particulă (foton) într-o stare (necunoscută pentru ea) A; un foton dintr-o pereche și fotonul lui Alice interacționează ("încurcat"), Alice face o măsurătoare și determină starea sistemului de doi fotoni pe care îl are. Desigur, starea inițială A a fotonului lui Alice este distrusă în acest caz. Totuși, un foton dintr-o pereche de fotoni încâlciți, care a ajuns în Bob, intră în starea A. În principiu, Bob nici măcar nu știe că a avut loc un act de teleportare, așa că este necesar ca Alice să-i trimită informații despre asta. în mod obişnuit. Matematic, în limbajul mecanicii cuantice, acest fenomen poate fi descris după cum urmează. Schema dispozitivului pentru teleportare este prezentată în figură:
Fig.6. Schema de instalare pentru implementarea teleportării cuantice a stării unui foton
„Starea inițială este determinată de expresia:
Aici se presupune că primii doi (de la stânga la dreapta) qubiți îi aparțin Alicei, iar al treilea qubit îi aparține lui Bob. Apoi, Alice trece prin cei doi qubiți CNOT-Poartă. În acest caz, se obține starea |Ψ 1 >:
Alice trece apoi primul qubit prin poarta Hadamard. Ca rezultat, starea qubiților considerați |Ψ 2 > va arăta astfel:
Regrupând termenii din (10.4), observând succesiunea aleasă de apartenență a qubiților la Alice și Bob, obținem:
Aceasta arată că, dacă, de exemplu, Alice efectuează măsurători ale stărilor perechii ei de qubiți și obține 00 (adică M 1 = 0, M 2 = 0), atunci qubitul lui Bob va fi în starea |Ψ>, că este, în starea aceea pe care Alice voia să o dea lui Bob. În cazul general, în funcție de rezultatul măsurării lui Alice, starea qubit-ului lui Bob după procesul de măsurare va fi determinată de una dintre cele patru stări posibile:
Totuși, pentru a ști în care dintre cele patru stări se află qubit-ul său, Bob trebuie să obțină informații clasice despre rezultatul măsurării lui Alice. De îndată ce Bob cunoaște rezultatul măsurării lui Alice, el poate obține starea qubitului original al lui Alice |Ψ> efectuând operații cuantice corespunzătoare schemei (10.6). Deci, dacă Alice i-a spus că rezultatul măsurării ei este 00, atunci Bob nu trebuie să facă nimic cu qubit-ul său - este în starea |Ψ>, adică rezultatul transmisiei a fost deja atins. Dacă măsurarea lui Alice dă un rezultat de 01, atunci Bob trebuie să acționeze asupra qubit-ului său cu o poartă X. Dacă măsurarea lui Alice dă 10, atunci Bob trebuie să aplice o poartă Z. În cele din urmă, dacă rezultatul a fost 11, atunci Bob trebuie să acționeze asupra porților X*Z pentru a obține starea transmisă |Ψ>. Circuitul cuantic total care descrie fenomenul de teleportare este prezentat în figură. Există o serie de circumstanțe pentru fenomenul de teleportare, care trebuie explicate ținând cont de principiile fizice generale. De exemplu, s-ar putea avea impresia că teleportarea permite transferul unei stări cuantice instantaneu și, prin urmare, mai rapid decât viteza luminii. Această afirmație este în contradicție directă cu teoria relativității. Totuși, în fenomenul de teleportare nu există nicio contradicție cu teoria relativității, deoarece pentru a realiza teleportarea, Alice trebuie să transmită rezultatul măsurării sale prin canalul clasic de comunicare, iar teleportarea nu transmite nicio informație”. a teleportarii decurge clar si logic din formalismul mecanicii cuantice.Este evident ca la baza acestui fenomen, „nucleul” lui este intricarea.De aceea, teleportarea este logica ca si incurcarea, este usor si simplu descrisa matematic, fara a da nastere la orice contradicții cu logica sau bunul simț.
inegalitățile lui Bell
au existat referiri nefondate la încălcări ale „inegalităților lui Bell” ca argumente împotriva realismului local al lui Einstein, care le încalcă la fel de bine ca și mecanica cuantică. Articolul lui DS Bell despre paradoxul EPR a fost o respingere matematică convingătoare a argumentelor lui Einstein despre incompletitudinea mecanicii cuantice și a prevederilor așa-numitului „realism local” formulat de el. Din ziua în care lucrarea a fost publicată în 1964 și până în prezent, argumentele lui Bell, mai cunoscute sub forma „inegalităților lui Bell”, au reprezentat cel mai comun și principal argument în disputa dintre noțiunile de non-localitate a mecanicii cuantice și un întreaga clasă de teorii bazate pe „variabile ascunse” sau „parametri suplimentari”. În același timp, obiecțiile lui Bell ar trebui considerate un compromis între teoria relativității speciale și fenomenul de încurcare observat experimental, care are toate semnele vizibile ale unei dependențe instantanee a două sisteme separate unul de celălalt. Acest compromis este cunoscut astăzi ca non-localitate sau non-separabilitate. Nonlocalitatea neagă de fapt prevederile teoriei tradiționale a probabilității asupra evenimentelor dependente și independente și fundamentează noi prevederi - probabilitatea cuantică, regulile cuantice pentru calcularea probabilității evenimentelor (adunarea amplitudinilor probabilității), logica cuantică. Un astfel de compromis servește drept bază pentru apariția unor concepții mistice asupra naturii. Luați în considerare concluzia extrem de interesantă a lui Bell dintr-o analiză a paradoxului EPR: „Într-o teorie cuantică cu parametri suplimentari, pentru a determina rezultatele măsurătorilor individuale fără a modifica predicțiile statistice, trebuie să existe un mecanism prin care setarea unui dispozitiv de măsurare poate afectează citirea unui alt instrument îndepărtat. În plus, semnalul implicat trebuie să se propagă instantaneu, astfel încât o astfel de teorie să nu poată fi invariabilă Lorentz." Atât Einstein, cât și Bell exclud interacțiunea superluminală dintre particule. Cu toate acestea, argumentele lui Einstein despre „parametri suplimentari” au fost infirmate convingător de Bell, deși cu prețul admiterii unui fel de „mecanism de reglare” superluminal. Pentru a păstra invarianța Lorentz a teoriei, există două moduri: să recunoaștem misticismul nonlocalității sau... existența unei substanțe imateriale care leagă particulele. Asumarea transmiterii instantanee a „informației cuantice” evazive, neînregistrate experimental, face posibilă abandonarea misticismului în favoarea logicii și a bunului simț și a validității teoriei relativității speciale. Deși explicația în ansamblu arată fantastic.Contradicția dintre mecanica cuantică și SRT
S-a spus mai sus despre recunoașterea formală a absenței unei contradicții între mecanica cuantică - fenomenul de nonlocalitate, întanglement și teoria relativității speciale. Cu toate acestea, fenomenul de încurcare face totuși posibilă, în principiu, organizarea unui experiment care să arate în mod explicit că ceasurile care se mișcă unul față de celălalt sunt sincrone. Aceasta înseamnă că declarația SRT conform căreia ceasul în mișcare este în urmă este greșită. Există motive întemeiate să credem că există o contradicție ireductibilă între teoria cuantică și relativitatea specială în ceea ce privește rata de transmitere a interacțiunii și nonlocalitatea cuantică. Poziția teoriei cuantice despre instantaneitatea colapsului vectorului de stare contrazice postulatul SRT cu privire la rata limitată de transmisie a interacțiunii, deoarece există o modalitate de a utiliza colapsul pentru a genera un semnal de sincronizare, care este de fapt un semnal informațional. care se propagă instantaneu în spațiu. Aceasta implică concluzia că una dintre teorii este relativitatea cuantică sau specială, sau ambele teorii necesită revizuire în problema ratei de transmitere a interacțiunii. Pentru teoria cuantică, aceasta este o respingere a corelației cuantice a particulelor încurcate (nonlocalitate) cu colapsul instantaneu al funcției de undă la orice distanță; pentru SRT, aceasta este limita ratei de transfer de interacțiune. Esența sincronizării cuantice este următoarea. Două particule încurcate (fotoni) dobândesc instantaneu propriile stări atunci când funcția de undă comună se prăbușește - aceasta este poziția mecanicii cuantice. Deoarece există cel puțin un IFR în care fiecare dintre fotoni își primește starea în cadrul dispozitivului de măsurare, nu există motive rezonabile pentru a afirma că există și alte IFR-uri în care fotonii au primit aceste stări. in afara aparate de masura. De aici concluzia inevitabilă că are loc funcționarea a doi metri simultan din punct de vedere orice ISO, pentru că pt orice ISO au funcționat ambele contoare simultan din cauza prăbușirii funcției de undă. În special, aceasta înseamnă că propriul contor nemişcat ISO a funcționat absolut simultan cu contorul in miscare ISO, deoarece particulele cuantice încurcate (fotoni) în momentul colapsului se aflau în dispozitivele de măsurare, iar colapsul are loc instantaneu. Utilizarea semnăturilor (secvențe de semnale de contor) vă permite să afișați ulterior sincronismul ceasului. După cum putem vedea, chiar și o contradicție atât de clar observată între cele două teorii fizice conducătoare admite o rezoluție complet logică (inclusiv verificarea experimentală), care nu contrazice în niciun fel bunul simț. Cu toate acestea, trebuie menționat că însuși fenomenul sincronizării cuantice s-a dovedit a fi dincolo de înțelegerea tuturor oponenților cu care s-a discutat.Misterele piramidelor egiptene
Din anii de școală, am fost învățați că celebrele piramide egiptene au fost construite de mâinile egiptenilor din dinastiile cunoscute nouă. Cu toate acestea, expedițiile științifice organizate în zilele noastre de A.Yu.Sklyarov au evidențiat multe inconsecvențe și contradicții în astfel de vederi cu privire la originea piramidelor. Mai mult, s-au găsit contradicții în interpretările apariției unor astfel de structuri în alte părți ale lumii. Expedițiile lui Sklyarov și-au propus sarcini destul de fantastice: „principalul este să găsim ceea ce căutăm – semne și urme ale unei civilizații foarte dezvoltate, radical diferite ca capacități și tehnologii stăpânite de ea de ceea ce erau toate popoarele mezoamericane cunoscute de istorici”. După ce a criticat explicațiile dominante ale științei istorice oficiale ale apariției unor structuri antice uimitoare, el ajunge la o concluzie convingătoare despre originea lor complet diferită: „Toată lumea a citit și” cunoaște ”celebrele obeliscuri egiptene. Dar știu ei ce? . . În cărți puteți vedea datele despre înălțimea obeliscurilor, o estimare a greutății lor și o indicație a materialului din care sunt realizate; o descriere a măreției lor; o declarație a versiunii de fabricație, livrare și instalare în loc.Puteți găsi chiar și opțiuni de traducere a inscripțiilor de pe ele.Dar este puțin probabil ca oriunde să găsiți o mențiune că pe aceleași obeliscuri de foarte multe ori puteți găsi fante decorative înguste (cu o adâncime de aproximativ un centimetru și o lățime la intrarea de doar câțiva milimetri și practic egală cu zero în adâncime), pe care niciun instrument super-perfect nu este capabil să o repete acum. tehnologii!" Toate acestea au fost filmate, prezentate în prim-plan, sunt excluse orice îndoieli cu privire la autenticitatea spectacolului. Fotografiile sunt uimitoare! Iar concluziile trase pe baza analizei elementelor structurilor sunt, desigur, neechivoce și indiscutabile: „De aici rezultă inevitabil și automat că doar cei care aveau instrumentul adecvat ar putea să o facă. Acestea sunt două. Cel care a avut o bază de producție pentru crearea unei astfel de unealte.Acesta este trei.Cel care a avut sursa de energie adecvată atât pentru funcționarea acestui instrument cât și pentru funcționarea întregii baze care produce unealta.Acesta este patru.cine a avut cunoștințe adecvate. Sunt cinci. Și așa mai departe și așa mai departe. Drept urmare, obținem o civilizație care o depășește pe cea modernă atât în cunoștințe, cât și în tehnologie. Fantezie?.. Dar slotul este real! !!" Trebuie să fii un Thomas Necredinciosul patologic pentru a nega prezența urmelor de înaltă tehnologie și să fii un visător incredibil pentru a atribui toate aceste lucrări vechilor egipteni (și altor popoare pe teritoriul cărora au fost descoperite structuri). natura fantastică a structurilor antice din Egipt, Mexic și alte regiuni, apariția lor poate fi explicată fără contradicții cu logica și bunul simț. Aceste explicații contrazic interpretarea general acceptată a originii piramidelor, dar sunt reale în principiu. Chiar și presupunerea că extratereștrii vizitează Pământul și construiesc piramide de către aceștia nu contrazice bunul simț: deși această idee este fantastică, ar fi putut avea loc. În plus, această explicație este mult mai logică și mai sensibilă decât atribuirea construcției vechilor, slab dezvoltate. civilizatii.Dacă e de necrezut?
Deci, așa cum se arată, chiar și cele mai uimitoare fenomene naturale pot fi destul de explicate din punct de vedere al logicii și al bunului simț. Aparent, puteți găsi mult mai multe astfel de mistere și fenomene, care, totuși, ne permit să dăm măcar o explicație logică sau consistentă. Dar acest lucru nu se aplică interferențelor, care în cursul explicației întâmpină contradicții insurmontabile cu logica și bunul simț. Să încercăm să formulăm măcar o explicație, chiar dacă este fantastică, nebunească, dar bazată pe logică și bun simț. Să presupunem că un foton este o undă și nimic altceva, că nu există o dualitate undă-particulă general recunoscută. Cu toate acestea, un foton nu este o undă în forma sa tradițională: nu este doar o undă electromagnetică sau o undă De Broglie, ci ceva mai abstract, abstract - undă. Apoi, ceea ce numim o particulă și, se pare, chiar se manifestă ca o particulă - de fapt, într-un sens, prăbușirea, prăbușirea, „moartea” undei, procedura de absorbție a unei unde fotonice, procesul a disparitiei unei unde fotonice. Acum să încercăm să explicăm unele fenomene din acest punct de vedere neștiințific, chiar absurd. Experiment pe interferometrul Mach-Zehnder. La intrarea în interferometru, fotonul - „nici undă, nici particulă” este împărțit în două părți. În adevăratul sens al cuvântului. O jumătate de foton se mișcă de-a lungul unui umăr și o jumătate de foton se mișcă de-a lungul celuilalt. La ieșirea interferometrului, fotonul este din nou asamblat într-un singur întreg. Până acum, aceasta este doar o schiță a procesului. Acum să presupunem că una dintre căile fotonilor este blocată. La contactul cu un obstacol, un semi-foton se „condensează” într-un foton întreg. Acest lucru se întâmplă într-unul din cele două puncte din spațiu: fie în punctul de contact cu obstacolul, fie într-un punct îndepărtat unde se afla cealaltă jumătate a acestuia în acel moment. Dar unde mai exact? Este clar că, din cauza probabilității cuantice, este imposibil să se determine locul exact: fie acolo, fie aici. În acest caz, sistemul de doi semi-fotoni este distrus și „contopește” în fotonul original. Se știe doar cu siguranță că fuziunea are loc în locația unuia dintre semifotoni și că semifotonii se îmbină împreună la viteză superluminală (instantanee) - la fel cum fotonii încâlciți iau stări corelate. Efectul descris de Penrose, cu interferență la ieșirea interferometrului Mach-Zehnder. Fotonii și semifotonii sunt, de asemenea, unde, așa că toate efectele undelor sunt explicate simplu din acest punct de vedere: „dacă ambele rute sunt deschise (ambele de aceeași lungime), atunci fotonul poate ajunge doar la A” din cauza interferenței unde semifotonice. „Blocarea uneia dintre rute permite fotonului să ajungă la detectorul B” exact în același mod ca atunci când o undă fotonică trece printr-un divizor (divizor de fascicul) într-un interferometru - adică cu împărțirea lui în doi semifotoni și ulterior condensarea pe unul dintre detectoare - A sau B. În același timp, în medie, fiecare al doilea foton ajunge la divizorul de ieșire în „forma asamblată”, deoarece suprapunerea uneia dintre căi face ca fotonul să „asambleze” fie în al doilea canal sau pe un obstacol. Dimpotrivă, „dacă ambele rute sunt deschise, atunci fotonul „știe” cumva că lovirea detectorului B nu este permisă și, prin urmare, este forțat să urmeze două rute deodată”, drept urmare doi semifotoni ajung la divizorul de ieșire, care și interferează asupra divizorului, lovind fie detectorul A, fie detectorul B. Experimentați pe două fante. Ajungând la sloturi, fotonul - „nici o undă, nici o particulă”, ca mai sus, este împărțit în două părți, în doi semifotoni. Trecând prin fante, semifotonii interferează în mod tradițional ca undele, dând benzile corespunzătoare pe ecran. Când una dintre fante este închisă (la ieșire), atunci și semifotonii se „condensează” pe una dintre ele conform legilor probabilității cuantice. Adică, un foton se poate „asambla” într-un întreg atât pe cioț - pe prima jumătate de foton, cât și la locul celui de-al doilea semi-foton în momentul în care primul atinge acest ciot. În acest caz, fotonul „condensat” își continuă mișcarea în mod tradițional pentru un foton cu undă cuantică. fenomen de alegere întârziată. Ca și în exemplul anterior, semifotonii trec prin fante. Interferența funcționează în același mod. Dacă, după ce semifotonii au trecut prin fante, recorderul (ecranul sau ocularele) este înlocuit, nu se va întâmpla nimic special pentru semifotoni. Dacă întâlnesc un ecran pe drum, se amestecă, „se adună” într-unul în punctul corespunzător din spațiu (ecran). Dacă se întâlnește un ocular, atunci, conform legilor probabilității cuantice, semifotonii se vor „aduna” într-un întreg foton pe unul dintre ei. Probabilității cuantice nu îi pasă pe care dintre semi-fotoni să „condenseze” fotonul într-un întreg. În ocular, vom vedea într-adevăr exact că fotonul a trecut printr-o anumită fantă. Încurcarea. Particulele cuantice - undele în momentul interacțiunii și separării ulterioare, de exemplu, își păstrează „pereche”. Cu alte cuvinte, fiecare dintre particule „se împrăștie” simultan în două direcții sub formă de semiparticule. Adică, două jumătăți de particule - jumătate din prima particulă și jumătate din a doua particulă - sunt îndepărtate într-o direcție, iar celelalte două jumătăți - în cealaltă. În momentul prăbușirii vectorului de stare, fiecare dintre semiparticule „se prăbușește”, fiecare pe partea „proprie”, instantaneu, indiferent de distanța dintre particule. Conform regulilor calculului cuantic, în cazul fotonilor este posibil să se rotească polarizarea uneia dintre particule fără prăbușirea vectorului de stare. În acest caz, ar trebui să aibă loc rotația direcțiilor de polarizare reciprocă ale fotonilor încâlciți: în timpul colapsului, unghiul dintre polarizările lor nu va mai fi multiplu al celui direct. Dar acest lucru poate fi explicat, de exemplu, prin inegalitatea „jumătăților”. Fantastic? Nebun? Neştiinţific? Asa se pare. Mai mult, aceste explicații contrazic în mod clar acele experimente în care particulele cuantice se manifestă tocmai ca cuante, de exemplu, ciocniri elastice. Dar acesta este prețul străduirii de a adera la logica și bunul simț. După cum puteți vedea, interferența nu se pretează la acest lucru, ea contrazice atât logica, cât și bunul simț într-o măsură disproporționat mai mare decât toate fenomenele luate în considerare aici. „Inima mecanicii cuantice”, chintesența principiului suprapunerii cuantice este o ghicitoare de nerezolvat. Și având în vedere că interferența este de fapt un principiu de bază, într-o măsură sau alta conținută în multe calcule mecanice cuantice, este o absurditate, nerezolvată. Principalul mister al fizicii cuantice .APLICAȚII
Deoarece atunci când analizăm misterele științei vom folosi concepte de bază precum logică, paradox, contradicție, absurd, bun simț, ar trebui să stabilim cum vom interpreta aceste concepte.logica formală
Alegem aparatul logicii formale ca instrument principal de analiză, care stă la baza tuturor celorlalte clase de logici, la fel cum calculul binar este baza tuturor calculelor (cu alte baze). Aceasta este logica celui mai de jos nivel, mai simplu decat este imposibil sa concepe ceva mai mult. Toate raționamentele și construcțiile logice, în cele din urmă, se bazează pe această logică de bază, de bază, sunt reduse la ea. De aici concluzia inevitabilă că orice raționament (construcție) din baza sa nu ar trebui să contrazică logica formală. Logica este:1. Știința legilor generale de dezvoltare a lumii obiective și a cunoașterii.
2. Rezonabilitate, corectitudinea concluziilor.
3. Regularitate internă. (Dicționar explicativ al limbii ruse de Ushakov, http://slovari.yandex.ru/dict/ushakov/article/ushakov/12/us208212.htm) Logica este „o știință normativă despre formele și metodele activității cognitive intelectuale desfășurate afară cu ajutorul limbajului.specificitatea legi logice constă în faptul că sunt afirmații care sunt adevărate numai în virtutea formei lor logice. Cu alte cuvinte, forma logică a unor astfel de afirmații determină adevărul lor, indiferent de specificarea conținutului termenilor lor nelogici.htm) Dintre teoriile logice, ne va interesa în mod deosebit logica neclasică – cuantică logica care presupune o incalcare a legilor logicii clasice in microcosmos. Într-o anumită măsură, ne vom baza pe logica dialectică, logica „contradicțiilor”: „Logica dialectică este filozofie, teoria adevărului(adevărul-proces, după Hegel), în timp ce alte „logici” sunt un instrument special pentru fixarea și întruchiparea rezultatelor cunoașterii. Instrumentul este foarte necesar (de exemplu, niciun program de calculator nu va funcționa fără să se bazeze pe regulile matematice și logice pentru calcularea propozițiilor), dar totuși este special. ... O astfel de logică studiază legile apariției și dezvoltării dintr-o singură sursă de fenomene diverse, uneori lipsite nu numai de asemănări externe, ci și de fenomene contradictorii. Mai mult, pentru logica dialectică contradicţie inerente însăşi sursei originii fenomenelor. Spre deosebire de logica formală, care impune o interdicție asupra lucrurilor similare sub forma „legii mijlocului exclus” (fie A sau nu-A - tertium non datur: Nu există a treia). Dar ce poți face dacă lumina se află deja la baza ei - lumina ca „adevăr” - este atât o undă, cât și o particulă (corpuscul), în care este imposibil să o „împarți” chiar și în condițiile celui mai sofisticat laborator experiment? (Kudryavtsev V., Ce este logica dialectică? http://www.tovievich.ru/book/8/340/1.htm)
Bun simț
În sensul aristotelic al cuvântului, capacitatea de a înțelege proprietățile unui obiect prin utilizarea altor simțuri. Credințe, opinii, înțelegere practică a lucrurilor, caracteristice „persoanei medii”. Colocvial: judecată bună, motivată. Un sinonim aproximativ pentru gândirea logică. Inițial, bunul simț a fost privit ca o parte integrantă a facultății mentale, funcționând într-un mod pur rațional. (Dicționar explicativ de psihologie Oxford / Editat de A. Reber, 2002,http://vocabulary.ru/dictionary/487/word/%C7%C4%D0%C0%C2%DB%C9+%D1%CC%DB%D1%CB) Aici considerăm bunul simț doar ca corespondență a fenomenelor la logica formală. Doar contradicția logicii în construcții poate servi drept bază pentru recunoașterea eroării, incompletității concluziilor sau absurdității acestora. După cum spunea Y. Sklyarov, o explicație a faptelor reale trebuie căutată cu ajutorul logicii și al bunului simț, oricât de ciudate, neobișnuite și „neștiințifice” ar părea aceste explicații la prima vedere. Când analizăm, ne bazăm pe metoda științifică, pe care o considerăm metoda încercării și erorii. (Serebryany A.I., Scientific Method and Mistakes, Nature, N3, 1997, http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/VV_SC2_W.HTM) În același timp, suntem conștienți că știința însăși se bazează pe credință: „în esență, toată cunoașterea se bazează pe credința în ipoteze inițiale (care sunt luate a priori, prin intuiție și care nu pot fi demonstrate rațional, direct și riguros), - în special, în următoarele:
(i) mintea noastră poate înțelege realitatea,
(ii) sentimentele noastre reflectă realitatea,
(iii) legile logicii". (V.S. Olkhovsky V.S., Cum postulatele credinței evoluționismului și creaționismului se relaționează între ele cu datele științifice moderne, http://www.scienceandapologetics.org/text/91.htm) " Faptul că acea știință se bazează pe credință, care nu este diferită calitativ de credința religioasă, este recunoscut chiar de oamenii de știință.” (Modern Science and Faith, http://www.vyasa.ru/philosophy/vedicculture/?id=82) definiția bunului simț: „Bunul simț este un set de prejudecăți pe care le dobândim la împlinirea vârstei de optsprezece ani.” s-ar putea să te refuze.
Contradicţie
„În logica formală, o pereche de judecăți care se contrazic una pe cealaltă, adică judecăți, fiecare dintre ele fiind o negație a celeilalte. O contradicție este și faptul însuși al apariției unei astfel de perechi de judecăți în cursul oricărei raționament sau în cadrul oricărei teorii științifice”. (Marea Enciclopedie Sovietică, Rubricon, http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00063/38600.htm) „Un gând sau o poziție incompatibilă cu altul, respingerea altuia, inconsecvență în gânduri, declarații și acțiuni, încălcare logica sau adevarul. (Dicționar explicativ al limbii ruse Ushakov, http://slovari.yandex.ru/dict/ushakov/article/ushakov/16-4/us3102504.htm) „situația logică a adevărului simultan a două definiții sau afirmații care se exclud reciproc (judecăți) despre unul și același În logica formală, contradicția este considerată inadmisibilă conform legii contradicției. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Controversy)Paradox
„1) opinie, judecată, concluzie, puternic în dezacord cu general acceptat, contrar „bunului simț” (uneori doar la prima vedere); 2) un fenomen neașteptat, un eveniment care nu corespunde ideilor obișnuite; 3) in logica – contradictie care apare odata cu orice abatere de la adevar.O contradictie este sinonima cu termenul de „antinomie” – o contradictie in lege – acesta este numele oricarui rationament care dovedeste atat adevarul tezei cat si adevarul negația sa. Adesea apare un paradox atunci când două judecăți care se exclud reciproc (contradictorii) se dovedesc a fi la fel de demonstrate.” (http://slovari.yandex.ru/dict/psychlex2/article/PS2/ps2-0279.htm) Deoarece este obișnuit să se considere un fenomen care contrazice opiniile general acceptate ca un paradox, în acest sens, paradoxul și contradicția sunt asemănătoare. Cu toate acestea, le vom lua în considerare separat. Deși un paradox este o contradicție, se poate explica logic, este accesibil bunului simț. Vom considera contradicția ca o construcție logică insolubilă, imposibilă, absurdă, inexplicabilă din punctul de vedere al bunului simț. Articolul caută astfel de contradicții care nu sunt doar greu de rezolvat, dar ajung la nivelul absurdului. Nu numai că este greu de explicat, dar chiar și formularea problemei, descrierea esenței contradicției, întâmpină dificultăți. Cum explici ceva pe care nici măcar nu poți să-l formulezi? În opinia noastră, experimentul cu dublă fantă al lui Young este o absurditate. S-a descoperit că este extrem de dificil de explicat comportamentul unei particule cuantice atunci când interferează cu două fante.Absurd
Ceva ilogic, absurd, contrar bunului simț. - O expresie este considerată absurdă dacă nu este în exterior contradictorie, dar din care se poate deriva totuși o contradicție. - O afirmație absurdă are sens și, datorită inconsecvenței sale, este falsă. Legea logică a contradicției vorbește despre inadmisibilitatea atât a afirmării, cât și a negației. - O afirmație absurdă este o încălcare directă a acestei legi. În logică, dovezile sunt considerate prin reductio ad absurdum („reducerea la absurd”): dacă o contradicție este derivată dintr-o anumită poziție, atunci această prevedere este falsă. (Wikipedia, http://ru.wikipedia.org/wiki/Absurd) Pentru greci, conceptul de absurd însemna o fundătură logică, adică un loc în care raționamentul îl conduce pe raționant la o contradicție evidentă sau, mai mult, la prostii evidente și, prin urmare, necesită o cale de gândire diferită. Astfel, absurdul a fost înțeles ca negarea componentei centrale a raționalității – logica. (http://www.ec-dejavu.net/a/absurd.html)Literatură
- Aspectul A. „Teorema lui Bell: viziunea naivă a unui experimentalist”, 2001,
(http://quantum3000.narod.ru/papers/edu/aspect_bell.zip) - Aspect: Alain Aspect, Bell's Theorem: An Experimenter's Naive View, (Tradus din engleză de P. V. Putenikhina), Quantum Magic, 2007.
- Bacciagaluppi G., Rolul decoerenței în teoria cuantică: Traducere de M.H. Shulman. - Institutul de Istorie și Filosofie a Științei și Tehnologiei (Paris) -
http://plato.stanford.edu/entries/qm-decoherence/ - Belinsky A.V., Nonlocalitatea cuantică și absența valorilor a priori ale cantităților măsurate în experimente cu fotoni, - UFN, v.173, ?8, august 2003.
- Boumeister D., Eckert A., Zeilinger A., Fizica informațiilor cuantice. -
http://quantmagic.narod.ru/Books/Zeilinger/g1.djvu - Procese ondulatorii în medii neomogene și neliniare. Seminarul 10. Teleportarea cuantică, Universitatea de Stat Voronezh, Centrul de Cercetare și Educație REC-010,
http://www.rec.vsu.ru/rus/ecourse/quantcomp/sem10.pdf - Doronin S.I., „Non-localitatea mecanicii cuantice”, Forumul Physics of Magic, site-ul Physics of Magic, Physics, http://physmag.h1.ru/forum/topic.php?forum=1&topic=29
- Doronin S.I., Site-ul „Fizica magiei”, http://physmag.h1.ru/
- Zarechny M.I., Imagini cuantice și mistice ale lumii, 2004, http://www.simoron.dax.ru/
- Teleportarea cuantică (Gordon difuzat 21 mai 2002, 00:30),
http://www.mi.ras.ru/~volovich/lib/vol-acc.htm - Mensky MB, Mecanica cuantică: noi experimente, noi aplicații și noi formulări ale vechilor întrebări. - UFN, Volumul 170, N 6, 2000
- Roger Penrose, Noua minte a regelui: despre computere, gândire și legile fizicii: Per. din engleza. / Uzual ed. V.O. Malyshenko. - M.: Editorial URSS, 2003. - 384 p. Traducerea cărții:
Roger Penrose, Noua minte a împăratului, referitor la computere, minți și legile fizicii, Oxford University Press, 1989. - Putenikhin P.V., Mecanica cuantică versus SRT. - Samizdat, 2008,
http://zhurnal.lib.ru/editors/p/putenihin_p_w/kmvsto.shtml - P. V. Putenikhin, Când inegalitățile lui Bell nu sunt încălcate. Samizdat, 2008
- Putenikhin P.V., Comentează concluziile lui Bell în articolul „The Einstein, Podolsky, Rosen Paradox”. Samizdat, 2008
- Sklyarov A., Mexicul antic fără oglinzi strâmbe, http://lah.ru/text/sklyarov/mexico-web.rar
- Hawking S., O scurtă istorie a timpului de la Big Bang la găurile negre. - Sankt Petersburg, 2001
- Hawking S., Penrose R., Natura spațiului și timpului. - Izhevsk: Centrul de cercetare „Dinamica regulată și haotică”, 2000, 160 pagini.
- Tsypenyuk Yu.M., Relația de incertitudine sau principiul complementarității? - M.: Priroda, Nr. 5, 1999, p.90
- Einstein A. Culegere de lucrări științifice în patru volume. Volumul 4. Articole, recenzii, scrisori. Evolutia fizicii. M.: Nauka, 1967,
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Einstein_t4_1967ru.djvu - Einstein A., Podolsky B., Rosen N. Poate fi considerată completă descrierea mecanică cuantică a realității fizice? / Einstein A. Sobr. lucrări științifice, vol. 3. M., Nauka, 1966, p. 604-611〉
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Einstein_t3_1966ru.djvu
Potrivit unui sondaj al fizicienilor celebri realizat de The New York Times, experimentul de difracție a electronilor este unul dintre cele mai uimitoare studii din istoria științei. Care este natura lui? Există o sursă care emite un fascicul de electroni pe un ecran fotosensibil. Și există un obstacol în calea acestor electroni, o placă de cupru cu două fante.
La ce imagine ne putem aștepta pe ecran dacă electronii ne sunt reprezentați de obicei ca bile mici încărcate? Două dungi opuse fantelor din placa de cupru. Dar, de fapt, pe ecran apare un model mult mai complex de dungi albe și negre alternative. Acest lucru se datorează faptului că atunci când trec prin fantă, electronii încep să se comporte nu numai ca particule, ci și ca unde (fotonii sau alte particule de lumină care pot fi o undă în același timp se comportă în același mod).
Aceste valuri interacționează în spațiu, ciocnindu-se și întărindu-se una pe cealaltă și, ca urmare, pe ecran este afișat un model complex de dungi luminoase și întunecate alternante. În același timp, rezultatul acestui experiment nu se schimbă, chiar dacă electronii trec unul câte unul - chiar și o particulă poate fi o undă și trece prin două fante în același timp. Acest postulat a fost unul dintre cele mai importante în interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice, când particulele își pot demonstra simultan proprietățile fizice „obișnuite” și proprietățile exotice ca un val.
Dar ce rămâne cu observatorul? El este cel care face această poveste confuză și mai confuză. Când fizicienii din experimente ca acesta au încercat să folosească instrumente pentru a determina prin ce fantă trece de fapt un electron, imaginea de pe ecran s-a schimbat dramatic și a devenit „clasică”: cu două secțiuni iluminate direct opuse fantelor, fără dungi alternative.
Electronii păreau reticenți să-și dezvăluie natura ondulatorie ochiului atent al privitorilor. Pare un mister învăluit în întuneric. Dar există o explicație mai simplă: observarea sistemului nu poate fi efectuată fără influența fizică asupra acestuia. Vom discuta despre asta mai târziu.
2. Fullerene încălzite
Experimentele privind difracția particulelor au fost efectuate nu numai cu electroni, ci și cu alte obiecte mult mai mari. De exemplu, s-au folosit fullerene, molecule mari și închise formate din câteva zeci de atomi de carbon. Recent, un grup de oameni de știință de la Universitatea din Viena, condus de profesorul Zeilinger, a încercat să includă un element de observație în aceste experimente. Pentru a face acest lucru, au iradiat molecule de fuleren în mișcare cu raze laser. Apoi, încălzite de o sursă externă, moleculele au început să strălucească și să reflecte inevitabil prezența lor pentru observator.
Odată cu această inovație, s-a schimbat și comportamentul moleculelor. Înainte de o astfel de observație cuprinzătoare, fulerenele au evitat un obstacol cu succes (care prezintă proprietăți de undă), similar exemplului anterior cu electronii care loveau un ecran. Dar odată cu prezența unui observator, fulerenele au început să se comporte ca niște particule fizice care respectă perfect legea.
3. Măsurarea răcirii
Una dintre cele mai faimoase legi din lumea fizicii cuantice este că este imposibil să se determine viteza și poziția unui obiect cuantic în același timp. Cu cât măsurăm mai precis impulsul unei particule, cu atât mai puțin precis putem măsura poziția acesteia. Cu toate acestea, în lumea noastră reală macroscopică, valabilitatea legilor cuantice care acționează asupra particulelor minuscule trece de obicei neobservată.
Experimentele recente ale Prof. Schwab din SUA au o contribuție foarte valoroasă în acest domeniu. Efectele cuantice în aceste experimente au fost demonstrate nu la nivelul electronilor sau al moleculelor fullerene (care au un diametru aproximativ de 1 nm), ci pe obiecte mai mari, o panglică minusculă de aluminiu. Această bandă a fost fixată pe ambele părți, astfel încât mijlocul ei să fie într-o stare suspendată și să poată vibra sub influența externă. În plus, în apropiere a fost plasat un dispozitiv capabil să înregistreze cu precizie poziția casetei. În urma experimentului au fost descoperite câteva lucruri interesante. În primul rând, orice măsurătoare legată de poziția obiectului și observarea benzii l-a afectat, după fiecare măsurătoare poziția benzii s-a schimbat.
Experimentatorii au determinat coordonatele benzii cu mare precizie și astfel, în conformitate cu principiul Heisenberg, i-au schimbat viteza și, prin urmare, poziția ulterioară. În al doilea rând, și în mod destul de neașteptat, unele măsurători au dus la o răcire a benzii. Astfel, un observator poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor prin simpla lor prezență.
4. Înghețarea particulelor
După cum știți, particulele radioactive instabile se descompun nu numai în experimente cu pisici, ci și pe cont propriu. Fiecare particulă are o durată medie de viață, care, după cum se dovedește, poate crește sub privirea atentă a unui observator. Acest efect cuantic a fost prezis încă din anii 60, iar dovada sa genială experimentală a apărut într-o lucrare publicată de un grup condus de laureatul Nobel pentru fizică Wolfgang Ketterle de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
În această lucrare, a fost studiată dezintegrarea atomilor de rubidiu excitați instabili. Imediat după pregătirea sistemului, atomii au fost excitați folosind un fascicul laser. Observarea s-a desfășurat în două moduri: continuă (sistemul a fost expus constant la mici impulsuri de lumină) și pulsat (sistemul era iradiat din când în când cu pulsuri mai puternice).
Rezultatele obţinute au fost în deplin acord cu previziunile teoretice. Efectele luminii externe încetinesc dezintegrarea particulelor, readucându-le la starea lor inițială, care este departe de starea de degradare. Amploarea acestui efect a coincis și cu previziunile. Durata maximă de viață a atomilor de rubidiu excitați instabili a crescut cu un factor de 30.
5. Mecanica cuantică și conștiința
Electronii și fulerenele încetează să-și arate proprietățile undelor, plăcile de aluminiu se răcesc, iar particulele instabile își încetinesc degradarea. Ochiul atent al privitorului schimbă literalmente lumea. De ce nu poate fi aceasta o dovadă a implicării minții noastre în lucrarea lumii? Poate că Carl Jung și Wolfgang Pauli (fizician austriac, laureat al premiului Nobel, pionier al mecanicii cuantice) au avut dreptate, până la urmă, când au spus că legile fizicii și conștiința ar trebui considerate ca fiind complementare unele cu altele?
Suntem la un pas de a recunoaște că lumea din jurul nostru este. Ideea este înfricoșătoare și tentantă. Să încercăm să apelăm din nou la fizicieni. Mai ales în ultimii ani, când din ce în ce mai puțini oameni cred că interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice cu funcția sa de undă misterioasă se prăbușește, îndreptându-se către o decoerență mai banală și mai de încredere.
Cert este că în toate aceste experimente cu observații, experimentatorii au influențat inevitabil sistemul. L-au aprins cu un laser și au instalat instrumente de măsură. Ei au fost uniți de un principiu important: nu poți observa un sistem sau nu-i poți măsura proprietățile fără a interacționa cu el. Orice interacțiune este un proces de modificare a proprietăților. Mai ales când un sistem cuantic minuscul este expus la obiecte cuantice colosale. Un observator budist veșnic neutru este imposibil în principiu. Și aici intră în joc termenul „decoerență”, care este ireversibil din punctul de vedere al termodinamicii: proprietățile cuantice ale unui sistem se schimbă atunci când interacționează cu un alt sistem mare.
În timpul acestei interacțiuni, sistemul cuantic își pierde proprietățile inițiale și devine clasic, ca și cum ar „asculta” unui sistem mare. Așa se explică și paradoxul pisicii lui Schrödinger: pisica este un sistem prea mare, așa că nu poate fi izolată de restul lumii. Însuși designul acestui experiment de gândire nu este în întregime corect.
În orice caz, dacă ne asumăm realitatea actului de creație de către conștiință, decoerența pare a fi o abordare mult mai convenabilă. Poate chiar prea convenabil. Cu această abordare, întreaga lume clasică devine o mare consecință a decoerenței. Și așa cum a afirmat autorul uneia dintre cele mai cunoscute cărți din domeniu, o astfel de abordare duce în mod logic la afirmații precum „nu există particule în lume” sau „nu există timp la un nivel fundamental”.
Care este adevărul: în creator-observator sau decoerență puternică? Trebuie să alegem între două rele. Cu toate acestea, oamenii de știință sunt din ce în ce mai convinși că efectele cuantice sunt o manifestare a proceselor noastre mentale. Și unde se termină observația și unde începe realitatea depinde de fiecare dintre noi.
Potrivit topinfopost.com
Nimeni în lume nu înțelege mecanica cuantică - acesta este principalul lucru pe care trebuie să-l știi despre ea. Da, mulți fizicieni au învățat să-și folosească legile și chiar să prezică fenomene folosind calcule cuantice. Dar încă nu este clar de ce prezența unui observator determină soarta sistemului și îl obligă să facă o alegere în favoarea unui stat. „Teorii și practici” a selectat exemple de experimente, al căror rezultat este inevitabil influențat de observator și a încercat să descopere ce va face mecanica cuantică cu o astfel de interferență a conștiinței în realitatea materială.
Pisica lui Shroedinger
Astăzi există multe interpretări ale mecanicii cuantice, dintre care cea mai populară rămâne cea de la Copenhaga. Principalele sale prevederi au fost formulate în anii 1920 de Niels Bohr și Werner Heisenberg. Iar termenul central al interpretării de la Copenhaga a fost funcția de undă - o funcție matematică care conține informații despre toate stările posibile ale unui sistem cuantic în care se află simultan.
Conform interpretării de la Copenhaga, numai observația poate determina cu precizie starea sistemului, o poate distinge de restul (funcția de undă ajută doar la calcularea matematică a probabilității de detectare a sistemului într-o anumită stare). Putem spune că după observare, un sistem cuantic devine clasic: încetează instantaneu să coexiste în mai multe stări deodată în favoarea uneia dintre ele.
Această abordare a avut întotdeauna adversari (amintiți-vă, de exemplu, „Dumnezeu nu joacă zaruri” de Albert Einstein), dar acuratețea calculelor și a predicțiilor și-a luat tributul. Cu toate acestea, în ultimii ani, au existat din ce în ce mai puțini susținători ai interpretării de la Copenhaga și nu cel mai mic motiv pentru aceasta este prăbușirea instantanee foarte misterioasă a funcției de undă în timpul măsurării. Celebrul experiment de gândire al lui Erwin Schrödinger cu biata pisică a fost conceput doar pentru a arăta absurditatea acestui fenomen.
Așadar, ne amintim conținutul experimentului. O pisică vie, o fiolă de otravă și un mecanism care poate pune otrava în acțiune într-un moment aleatoriu sunt plasate într-o cutie neagră. De exemplu, un atom radioactiv, a cărui descompunere va sparge fiola. Momentul exact al dezintegrarii atomului este necunoscut. Se cunoaște doar timpul de înjumătățire: timpul în care se va produce degradarea cu o probabilitate de 50%.
Se dovedește că, pentru un observator extern, pisica din interiorul cutiei există în două stări deodată: fie este vie, dacă totul merge bine, fie moartă, dacă s-a produs descompunerea și fiola s-a rupt. Ambele stări sunt descrise de funcția de undă a pisicii, care se modifică în timp: cu cât mai departe, cu atât este mai probabil ca dezintegrarea radioactivă să fi avut deja loc. Dar, de îndată ce cutia este deschisă, funcția de undă se prăbușește și vedem imediat rezultatul experimentului dezvăluitor.
Se pare că până când observatorul deschide cutia, pisica se va echilibra pentru totdeauna la granița dintre viață și moarte și doar acțiunea observatorului îi va determina soarta. Aceasta este absurditatea pe care a subliniat-o Schrödinger.
Difracția electronilor
Potrivit unui sondaj al fizicienilor de seamă realizat de The New York Times, experimentul cu difracția electronilor, stabilit în 1961 de Klaus Jenson, a devenit unul dintre cele mai frumoase din istoria științei. Care este esența lui?
Există o sursă care emite un flux de electroni către placa ecran-fotografică. Și există un obstacol în calea acestor electroni - o placă de cupru cu două fante. La ce fel de imagine pe ecran ne putem aștepta dacă reprezentăm electronii ca doar bile mici încărcate? Două benzi iluminate opuse fantelor.
Ceea ce apare de fapt pe ecran este un model mult mai complex de dungi albe și negre alternative. Faptul este că atunci când trec prin fante, electronii încep să se comporte nu ca niște particule, ci ca unde (la fel ca fotonii, particulele de lumină, pot fi simultan unde). Apoi, aceste valuri interacționează în spațiu, undeva slăbind și undeva întărindu-se reciproc și, ca urmare, pe ecran apare o imagine complexă a dungilor luminoase și întunecate.
În acest caz, rezultatul experimentului nu se schimbă, iar dacă electronii trec prin fantă nu într-un flux continuu, ci unul câte unul, chiar și o particulă poate fi simultan o undă. Chiar și un electron poate trece prin două fante în același timp (și aceasta este o altă prevedere importantă a interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice - obiectele își pot afișa simultan atât proprietățile lor „obișnuite” ale materialelor, cât și proprietățile undelor exotice).
Dar ce rămâne cu observatorul? În ciuda faptului că cu el povestea deja complicată a devenit și mai complicată. Când, în astfel de experimente, fizicienii au încercat să repare cu ajutorul instrumentelor prin care fanta trece efectiv electronul, imaginea de pe ecran s-a schimbat dramatic și a devenit „clasică”: două zone iluminate opuse fantelor și fără dungi alternative.
Electronii nu păreau să vrea să-și arate natura ondulatorie sub privirea observatorului. Adaptat la dorința lui instinctivă de a vedea o imagine simplă și de înțeles. Mistic? Există, de asemenea, o explicație mult mai simplă: nicio observare a sistemului nu poate fi efectuată fără influența fizică asupra acestuia. Dar vom reveni la asta puțin mai târziu.
Fullerenă încălzită
Experimentele privind difracția particulelor au fost efectuate nu numai pe electroni, ci și pe obiecte mult mai mari. De exemplu, fulerenele sunt molecule mari, închise, compuse din zeci de atomi de carbon (de exemplu, o fulerenă cu șaizeci de atomi de carbon este foarte asemănătoare ca formă cu o minge de fotbal: o sferă goală cusută din cinci și hexagoane).
Recent, un grup de la Universitatea din Viena, condus de profesorul Zeilinger, a încercat să introducă un element de observație în astfel de experimente. Pentru a face acest lucru, au iradiat molecule de fuleren în mișcare cu un fascicul laser. După aceea, încălzite de o influență externă, moleculele au început să strălucească și astfel și-au dezvăluit inevitabil locul în spațiu pentru observator.
Odată cu această inovație, s-a schimbat și comportamentul moleculelor. Înainte de începerea supravegherii totale, fulerenele au ocolit cu succes obstacole (au arătat proprietățile undei), cum ar fi electronii din exemplul anterior care trec printr-un ecran opac. Dar mai târziu, odată cu apariția observatorului, fulerenele s-au calmat și au început să se comporte ca niște particule de materie care respectă legea.
Dimensiunea de răcire
Una dintre cele mai faimoase legi ale lumii cuantice este principiul incertitudinii Heisenberg: este imposibil să se determine simultan poziția și viteza unui obiect cuantic. Cu cât măsurăm mai precis impulsul unei particule, cu atât mai puțin precis putem măsura poziția acesteia. Dar funcționarea legilor cuantice, care operează la nivelul particulelor minuscule, este de obicei imperceptibilă în lumea noastră de macro-obiecte mari.
Prin urmare, sunt cu atât mai valoroase experimentele recente ale grupului profesorului Schwab din SUA, în care efectele cuantice au fost demonstrate nu la nivelul acelorași electroni sau molecule de fuleren (diametrul lor caracteristic este de aproximativ 1 nm), ci pe un obiect puțin mai tangibil - o bandă minusculă de aluminiu.
Această bandă a fost fixată pe ambele părți, astfel încât mijlocul ei să fie într-o stare suspendată și să poată vibra sub influența externă. În plus, lângă bandă era un dispozitiv capabil să-și înregistreze poziția cu mare precizie.
Drept urmare, experimentatorii au descoperit două efecte interesante. În primul rând, orice măsurare a poziției obiectului, observarea benzii nu a trecut fără urmă pentru aceasta - după fiecare măsurătoare, poziția benzii s-a schimbat. Aproximativ vorbind, experimentatorii au determinat coordonatele benzii cu mare precizie și prin urmare, conform principiului Heisenberg, i-au schimbat viteza și, prin urmare, poziția ulterioară.
În al doilea rând, ceea ce este deja destul de neașteptat, unele măsurători au dus și la răcirea benzii. Se pare că observatorul poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor doar prin prezența sa. Sună absolut incredibil, dar spre meritul fizicienilor, să spunem că nu au fost în pierdere - acum grupul profesorului Schwab se gândește cum să aplice efectul descoperit la circuitele electronice de răcire.
Particule de congelare
După cum știți, particulele radioactive instabile se descompun în lume nu numai de dragul experimentelor pe pisici, ci și de la sine. În plus, fiecare particulă este caracterizată de o durată medie de viață, care, se pare, poate crește sub privirea unui observator.
Acest efect cuantic a fost prezis pentru prima dată în anii 1960, iar confirmarea sa genială experimentală a apărut într-o lucrare publicată în 2006 de grupul laureatului Nobel pentru fizică Wolfgang Ketterle de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
În această lucrare, am studiat dezintegrarea atomilor de rubidiu excitați instabili (desintegrarea în atomi de rubidiu în starea fundamentală și fotoni). Imediat după pregătirea sistemului, a început să fie observată excitația atomilor - aceștia au fost iluminați de un fascicul laser. În acest caz, observarea a fost efectuată în două moduri: continuă (pulsuri mici de lumină sunt introduse constant în sistem) și pulsată (sistemul este iradiat cu impulsuri mai puternice din când în când).
Rezultatele obţinute sunt în acord excelent cu previziunile teoretice. Efectele de lumină exterioară încetinesc cu adevărat degradarea particulelor, ca și cum le-ar reveni la starea lor originală, departe de starea de degradare. În acest caz, amploarea efectului pentru cele două regimuri studiate coincide și cu previziunile. Și viața maximă a atomilor de rubidiu excitați instabili a fost prelungită de 30 de ori.
Mecanica cuantică și conștiința
Electronii și fulerenele încetează să-și arate proprietățile undelor, plăcile de aluminiu se răcesc, iar particulele instabile îngheață în dezintegrarea lor: sub privirea omnipotentă a unui observator, lumea se schimbă. Ce nu este o dovadă a implicării minții noastre în munca lumii din jur? Deci poate că Carl Jung și Wolfgang Pauli (fizician austriac, laureat al Nobel, unul dintre pionierii mecanicii cuantice) au avut dreptate când au spus că legile fizicii și ale conștiinței ar trebui considerate ca fiind complementare?
Dar, deci, mai rămâne un singur pas până la recunoașterea datoriei: întreaga lume din jur este esența minții noastre. Înfiorător? („Chiar crezi că Luna există doar când te uiți la ea?” Einstein a comentat principiile mecanicii cuantice). Atunci să încercăm din nou să apelăm la fizicieni. Mai mult decât atât, în ultimii ani sunt din ce în ce mai puțin mulțumiți de interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice cu prăbușirea sa misterioasă a undei funcționale, care este înlocuită cu un alt termen, destul de banal și de încredere - decoerență.
Iată chestia - în toate experimentele descrise cu observație, experimentatorii au influențat inevitabil sistemul. A fost iluminat cu un laser, au fost instalate instrumente de măsură. Și acesta este un principiu general, foarte important: nu puteți observa un sistem, nu puteți măsura proprietățile sale fără a interacționa cu el. Și acolo unde există interacțiune, există o schimbare a proprietăților. Mai ales când colos de obiecte cuantice interacționează cu un sistem cuantic minuscul. Deci neutralitatea eternă, budistă a observatorului este imposibilă.
Tocmai asta explică termenul „decoerență” – un proces ireversibil din punctul de vedere al încălcării proprietăților cuantice ale unui sistem atunci când interacționează cu un alt sistem, mare. În timpul unei astfel de interacțiuni, sistemul cuantic își pierde caracteristicile originale și devine clasic, „se supune” sistemului mare. Așa se explică paradoxul cu pisica lui Schrödinger: pisica este un sistem atât de mare încât pur și simplu nu poate fi izolată de lume. Însuși setarea experimentului de gândire nu este în întregime corectă.
În orice caz, în comparație cu realitatea ca act de creare a conștiinței, decoerența sună mult mai calmă. Poate chiar prea calm. La urma urmei, cu această abordare, întreaga lume clasică devine un mare efect de decoerență. Și, potrivit autorilor uneia dintre cele mai serioase cărți din acest domeniu, din astfel de abordări decurg, în mod logic, afirmații precum „nu există particule în lume” sau „nu există timp la un nivel fundamental”.
Observator creativ sau decoerență atotputernică? Trebuie să alegi între două rele. Dar amintiți-vă - acum oamenii de știință devin din ce în ce mai convinși că efectele cuantice foarte notorii stau la baza proceselor noastre de gândire. Așadar, acolo unde observația se termină și începe realitatea - fiecare dintre noi trebuie să aleagă.
Esența experimentului este că un fascicul de lumină este îndreptat către un ecran-ecran opac cu două fante paralele, în spatele căruia este instalat un alt ecran de proiecție. Particularitatea fantelor este că lățimea lor este aproximativ egală cu lungimea de undă a luminii emise. Ar fi logic să presupunem că fotonii ar trebui să treacă prin fante, creând două benzi paralele de lumină pe ecranul din spate. Dar, în schimb, lumina călătorește în benzi cu pete alternative de lumină și întuneric, ceea ce înseamnă că lumina se comportă ca un val. Acest fenomen se numește „interferență”, iar demonstrația sa de Thomas Young a devenit dovada validității teoriei undelor. Regândirea acestui experiment ar putea unifica mecanica cuantică cu un alt pilon al fizicii teoretice, teoria generală a relativității a lui Einstein, o provocare care rămâne încă nerezolvată în practică.
Pentru a calcula probabilitatea ca un foton să apară într-o locație dată pe un ecran, fizicienii folosesc un principiu numit regula Born. Cu toate acestea, nu există niciun motiv pentru acest lucru - experimentul merge întotdeauna în același mod, dar nimeni nu știe de ce. Unii entuziaști au încercat să explice acest fenomen interpretând teoria „multe lumi” a mecanicii cuantice, care presupune că toate stările posibile ale unui sistem cuantic pot exista în universuri paralele, dar aceste încercări au dus la nimic.
Această împrejurare face posibilă folosirea regulii Born ca dovadă a prezenței inconsistențelor în teoria cuantică. Pentru a unifica mecanica cuantică, care operează pe scale de timp înguste ale universului, și relativitatea generală, care operează pe scale de timp vaste, o teorie trebuie să cedeze. Dacă regula Born este greșită, atunci acesta va fi primul pas către studiul gravitației cuantice. „Dacă regula Born este încălcată, atunci va fi încălcată și axioma fundamentală a mecanicii cuantice și vom ști unde să căutăm răspunsul la teoriile despre gravitația cuantică”, spune James Quatch de la Institutul de Știință și Tehnologie din Spania.
Quotch a propus o nouă modalitate de a testa regula Born. El a venit din ideea fizicianului Feynman: pentru a calcula probabilitatea ca o particulă să apară într-un anumit punct de pe ecran, trebuie să luați în considerare toate modalitățile posibile în care acest lucru se poate întâmpla, chiar dacă par ridicole. „Chiar și probabilitatea ca particula să ajungă pe Lună și să se întoarcă înapoi este luată în considerare”, spune Quotch. Practic, niciuna dintre căi nu va afecta locația finală a fotonului, dar unele foarte neobișnuite îi pot schimba în cele din urmă coordonatele. De exemplu, să presupunem că avem trei căi prin care o particulă poate trece prin ecran, în loc de două evidente (adică, în loc de o fante sau alta). Regula lui Born în acest caz ne permite să luăm în considerare interferența care poate apărea între două opțiuni evidente, dar nu între toate trei.
James a arătat că, având în vedere toate abaterile posibile, probabilitatea rezultată ca un foton să lovească punctul X va fi diferită de rezultatul sugerat de regula Born. El a sugerat să folosească un zig-zag rătăcitor ca a treia cale: astfel, particula trece mai întâi prin gaura din stânga, apoi prin cea dreaptă și abia apoi merge la ecran. Dacă a treia cale interferează cu primele două, rezultatul calculelor se va schimba și el. Munca lui Quotch a generat mult interes, iar Aninda Sinha de la Institutul Indian de Știință din Bangalore – un membru al echipei care a propus prima dată folosirea unor modalități întortocheate, „neconvenționale” de a respinge regula lui Born – este pe deplin de acord. Cu toate acestea, omul de știință mai subliniază că există prea multe probabilități nesocotite pentru a putea vorbi acum despre puritatea experimentului. Oricum ar fi, rezultatele acestei lucrări vor deschide omenirii ușa către o înțelegere mai profundă a realității.
imprimare
Într-un studiu al comportamentului particulelor cuantice, oamenii de știință de la Universitatea Națională din Australia au confirmat că particulele cuantice se pot comporta atât de ciudat, încât parcă ar încălca principiul cauzalității.
Acest principiu este una dintre legile fundamentale pe care puțini oameni le contestă. Deși multe mărimi și fenomene fizice nu se schimbă dacă inversăm timpul (sunt T-pari), există un principiu fundamental stabilit empiric: evenimentul A poate afecta evenimentul B numai dacă evenimentul B a avut loc mai târziu. Din punctul de vedere al fizicii clasice - mai târziu, din punctul de vedere al SRT - mai târziu în orice cadru de referință, adică se află în conul de lumină cu un vârf la A.
Până acum, doar scriitorii de science-fiction luptă cu „paradoxul bunicului ucis” (îmi amintesc o poveste în care s-a dovedit că bunicul nu avea deloc de-a face cu asta, dar era necesar să se ocupe de bunica). În fizică, călătoria în trecut este de obicei asociată cu călătoriile mai rapide decât viteza luminii și până acum totul a fost calm cu asta.
Cu excepția unui moment - fizica cuantică. Sunt o mulțime de lucruri ciudate acolo. Iată, de exemplu, experimentul clasic cu două fante. Dacă plasăm un obstacol cu un spațiu în calea unei surse de particule (de exemplu, fotoni) și punem un ecran în spatele lui, atunci vom vedea o bandă pe ecran. Logic. Dar dacă facem două sloturi în obstacol, atunci pe ecran vom vedea nu două dungi, ci un model de interferență. Particulele care trec prin fante încep să se comporte ca undele și să interfereze unele cu altele. 
Pentru a elimina posibilitatea ca particulele să se ciocnească între ele din zbor și, prin urmare, să nu deseneze două dungi clare pe ecranul nostru, le putem elibera una câte una. Și totuși, după ceva timp, un model de interferență va fi desenat pe ecran. Particulele interferează magic cu ele însele! Acest lucru este mult mai puțin logic. Se pare că particula trece prin două fante deodată - altfel, cum poate interfera?
Și apoi - și mai interesant. Dacă încercăm să înțelegem prin ce fel de fantă trece o particulă, atunci când încercăm să stabilim acest fapt, particulele încep instantaneu să se comporte ca niște particule și încetează să interfereze cu ele însele. Adică, particulele practic „simt” prezența unui detector în apropierea fantelor. Mai mult, interferența se obține nu numai cu fotoni sau electroni, ci chiar și cu particule destul de mari conform standardelor cuantice. Pentru a exclude posibilitatea ca detectorul să „strice” cumva particulele care intră, au fost efectuate experimente destul de complexe.
De exemplu, în 2004 a fost efectuat un experiment cu un fascicul de fulerene (molecule C 70 care conțin 70 de atomi de carbon). Fasciculul a fost împrăștiat pe o rețea de difracție constând dintr-un număr mare de fante înguste. În același timp, experimentatorii au putut încălzi controlabil moleculele care zboară în fascicul folosind un fascicul laser, ceea ce a făcut posibilă modificarea temperaturii lor interne (energia medie a vibrațiilor atomilor de carbon din interiorul acestor molecule).
Orice corp încălzit emite fotoni termici, al căror spectru reflectă energia medie a tranzițiilor între posibilele stări ale sistemului. Pe baza mai multor astfel de fotoni, este posibilă, în principiu, să se determine traiectoria moleculei care i-a emis, cu o precizie până la lungimea de undă a cuantumului emis. Cu cât temperatura este mai mare și, în consecință, cu cât lungimea de undă a cuantumului este mai scurtă, cu atât am putea determina cu mai multă precizie poziția moleculei în spațiu, iar la o anumită temperatură critică, precizia va fi suficientă pentru a determina ce fante specifică a avut loc împrăștierea. .
În consecință, dacă cineva a înconjurat instalația cu detectoare de fotoni perfecte, atunci, în principiu, ar putea stabili pe care dintre fantele rețelei de difracție a fost împrăștiat fulerenul. Cu alte cuvinte, emisia de cuante de lumină de către o moleculă ar oferi experimentatorului informațiile pentru separarea componentelor de suprapunere pe care ni le-a oferit detectorul de tranzit. Cu toate acestea, nu existau detectoare în jurul instalației.
În experiment, s-a constatat că, în absența încălzirii cu laser, se observă un model de interferență care este complet analog modelului din două fante din experimentul cu electroni. Includerea încălzirii cu laser duce mai întâi la o slăbire a contrastului de interferență, iar apoi, pe măsură ce puterea de încălzire crește, la dispariția completă a efectelor de interferență. S-a constatat că la temperaturi T< 1000K молекулы ведут себя как квантовые частицы, а при T >3000K, când traiectoriile fulerenelor sunt „fixate” de mediu cu precizia cerută - ca corpurile clasice.
Astfel, mediul s-a dovedit a fi capabil să joace rolul unui detector capabil să separe componentele de suprapunere. În ea, atunci când interacționează cu fotonii termici într-o formă sau alta, au fost înregistrate informații despre traiectoria și starea moleculei de fullerenă. Și nu contează deloc prin ce informații se schimbă: printr-un detector special instalat, mediul înconjurător sau o persoană.
Pentru distrugerea coerenței stărilor și dispariția modelului de interferență contează doar prezența fundamentală a informațiilor, prin care dintre fante a trecut particula - și cine o va primi și dacă o va primi, nu mai este importantă. . Este important doar ca astfel de informații să fie în mod fundamental posibil de obținut.
Crezi că aceasta este cea mai ciudată manifestare a mecanicii cuantice? Indiferent cât de. Fizicianul John Wheeler a propus un experiment de gândire la sfârșitul anilor 1970 pe care l-a numit „experiment de alegere întârziată”. Raționamentul lui era simplu și logic.
Ei bine, să spunem că fotonul știe cumva că se va încerca sau nu să fie detectat înainte de a se apropia de fante. La urma urmei, el trebuie să decidă cumva - să se comporte ca un val și să treacă prin ambele fante deodată (pentru a se potrivi în continuare în modelul de interferență de pe ecran) sau să pretindă că este o particule și să treacă doar prin una dintre cele două fante. Dar trebuie să o facă înainte de a trece prin fisuri, nu? După aceea, este prea târziu - fie zburați acolo ca o minge mică, fie interveniți din plin.
Deci, a sugerat Wheeler, să îndepărtăm ecranul de crăpături. Iar în spatele ecranului vom amplasa și două telescoape, fiecare dintre ele va fi focalizat pe una dintre fante, și va răspunde doar la trecerea unui foton prin una dintre ele. Și vom elimina în mod arbitrar ecranul după ce fotonul trece prin fante, indiferent cum decide să treacă prin ele.
Dacă nu scoatem ecranul, atunci, în teorie, ar trebui să existe întotdeauna un model de interferență pe el. Și dacă îl scoatem, atunci fie fotonul va intra într-unul dintre telescoape ca o particulă (a trecut printr-o fantă), fie ambele telescoape vor vedea o strălucire mai slabă (a trecut prin ambele fante și fiecare dintre ele și-a văzut propria parte. a modelului de interferență) .
În 2006, progresele în fizică au permis oamenilor de știință să efectueze efectiv un astfel de experiment cu un foton. S-a dovedit că, dacă ecranul nu este îndepărtat, modelul de interferență este întotdeauna vizibil pe el, iar dacă este îndepărtat, atunci este întotdeauna posibil să urmăriți prin ce fantă a trecut fotonul. Argumentând din punctul de vedere al logicii care ne este familiar, ajungem la o concluzie dezamăgitoare. Acțiunea noastră de a decide dacă înlăturăm sau nu ecranul a afectat comportamentul fotonului, în ciuda faptului că acțiunea este în viitor în ceea ce privește „decizia” fotonului despre cum să treacă prin fante. Adică, fie viitorul afectează trecutul, fie există ceva fundamental greșit în interpretarea a ceea ce se întâmplă în experimentul cu fante.
Oamenii de știință australieni au repetat acest experiment, doar că în loc de foton au folosit un atom de heliu. O diferență importantă a acestui experiment este faptul că un atom, spre deosebire de foton, are o masă în repaus, precum și diferite grade interne de libertate. Numai că în loc de un obstacol cu sloturi și ecran, au folosit grile create cu raze laser. Acest lucru le-a dat posibilitatea de a obține imediat informații despre comportamentul particulei.
Așa cum ne-am aștepta (deși nu ar trebui să ne așteptăm la ceva cu fizica cuantică), atomul s-a comportat exact în același mod ca un foton. Decizia dacă va exista sau nu un „ecran” pe calea atomului a fost luată pe baza funcționării unui generator de numere aleatorii cuantice. Generatorul a fost separat prin standarde relativiste de atom, adică nu putea exista nicio interacțiune între ele.
Se pare că atomii individuali, având masă și sarcină, se comportă exact în același mod ca fotonii individuali. Și deși aceasta nu este cea mai inovatoare experiență în domeniul cuantic, ea confirmă faptul că lumea cuantică nu este deloc ceea ce ne putem imagina că este.
