Na štúdium takého interferenčného javu ako na obrázku je prirodzené použiť experimentálne usporiadanie zobrazené vedľa neho. Pri skúmaní javov, na popis ktorých je potrebné poznať detailnú bilanciu hybnosti, je evidentne potrebné predpokladať, že niektoré časti celého zariadenia sa môžu voľne (nezávisle od seba) pohybovať. Čerpanie z knihy: Niels Bohr, "Vybrané vedecké práce a články", 1925 - 1961b str.415.
Po prejdení štrbín na obrazovke za bariérou vzniká interferenčný obrazec zo striedania svetlých a tmavých pruhov:
Obr.1 Rušivé pásiky
Fotóny dopadajú na obrazovku v samostatných bodoch, ale prítomnosť interferenčných prúžkov na obrazovke ukazuje, že existujú body, do ktorých fotóny nezasiahnu. Nech p je jeden z týchto bodov. Napriek tomu môže fotón vstúpiť do p, ak je jedna zo štrbín uzavretá. Takéto deštruktívne rušenie, pri ktorom sa alternatívne možnosti niekedy môžu zrušiť, je jednou z najzáhadnejších vlastností kvantovej mechaniky. Zaujímavou vlastnosťou experimentu s dvojitou štrbinou je, že interferenčný obrazec môže byť "poskladaný" jednou časticou - to znamená nastavením intenzity zdroja tak nízko, že každá častica bude "v lete" v nastavení sama a môže len rušiť so sebou samým. V tomto prípade sme v pokušení položiť si otázku, cez ktorú z dvoch štrbín častica „naozaj“ prechádza. Všimnite si, že dve rôzne častice nevytvárajú interferenčný obrazec. V čom spočíva záhadnosť, nejednotnosť, absurdnosť vysvetľovania fenoménu interferencie? Sú nápadne odlišné od paradoxu mnohých iných teórií a javov, ako je špeciálna relativita, kvantová teleportácia, paradox zapletených kvantových častíc a iné. Na prvý pohľad sú vysvetlenia rušenia jednoduché a zrejmé. Zoberme si tieto vysvetlenia, ktoré možno rozdeliť do dvoch tried: vysvetlenia z vlnového hľadiska a vysvetlenie z korpuskulárneho (kvantového) hľadiska. Pred začatím analýzy si všimneme, že pod paradoxnosťou, nekonzistentnosťou a absurdnosťou fenoménu interferencie máme na mysli nezlučiteľnosť popisu tohto kvantovomechanického javu s formálnou logikou a zdravým rozumom. Význam týchto pojmov, v ktorom ich tu aplikujeme, je uvedený v tomto článku.
Rušenie z vlnového hľadiska
Najbežnejšie a najdokonalejšie je vysvetlenie výsledkov dvojštrbinového experimentu z vlnového hľadiska:„Ak sa rozdiel medzi vzdialenosťami, ktoré vlny prejdú, rovná polovici nepárneho počtu vlnových dĺžok, potom oscilácie spôsobené jednou vlnou dosiahnu vrchol v momente, keď oscilácie druhej vlny dosiahnu dno, a preto jedna vlna zníži rušenie vytvárané druhou vlnou a môže ju dokonca úplne odstrániť. To je znázornené na obr. jedna z dvoch štrbín H1 alebo H2 v prekážke nachádzajúcej sa medzi zdrojom a obrazovkou. bod X bude veľký, ak sa bude rovnať polovici nepárneho počtu vlnových dĺžok, bude porucha v bode X malá. Na obrázku je znázornená závislosť intenzity vlny od polohy bodu na priamke BC, ktorá je spojená s amplitúdami kmitov v týchto bodoch.
Obr.2. Interferenčný obrazec z vlnového hľadiska
Zdalo by sa, že popis javu interferencie z vlnového hľadiska nijako neodporuje ani logike, ani zdravému rozumu. Fotón sa však v skutočnosti považuje za kvantum častica . Ak vykazuje vlnové vlastnosti, potom musí zostať sám sebou – fotónom. V opačnom prípade, len s jednou vlnovou úvahou o fenoméne, vlastne zničíme fotón ako prvok fyzickej reality. Pri tejto úvahe sa ukazuje, že fotón ako taký ... neexistuje! Fotón nevykazuje len vlnové vlastnosti - tu je to vlna, v ktorej nie je nič z častice. Inak v momente rozdelenia vĺn musíme priznať, že každou zo štrbín prejde polovica častice – fotón, polovica fotónu. Potom by však mali byť možné experimenty schopné „chytiť“ tieto polovičné fotóny. Nikomu sa však nikdy nepodarilo zaregistrovať tieto rovnaké polovičné fotóny. Takže vlnová interpretácia fenoménu interferencie vylučuje samotnú myšlienku, že fotón je častica. Preto považovať v tomto prípade fotón za časticu je absurdné, nelogické, nezlučiteľné so zdravým rozumom. Logicky by sme mali predpokladať, že fotón vyletí z bodu A ako častica. Keď sa priblížil k prekážke, zrazu otočí do vlny! Prechádza cez trhliny ako vlna a rozdeľuje sa na dva prúdy. Inak tomu musíme veriť celýčastica prechádza dvoma štrbinami súčasne, pretože za predpokladu oddelenie nemáme právo ho rozdeliť na dve častice (polovice). Potom opäť dve polvlny pripojiť do celej častice. V čom neexistuježiadny spôsob, ako potlačiť jednu z polovičných vĺn. Zdá sa, že áno dva polvlny, no nikomu sa nepodarilo zničiť ani jednu z nich. Zakaždým, keď sa každá z týchto polovičných vĺn počas registrácie ukáže byť celý fotón. Časť je vždy bez výnimky celkom. To znamená, že myšlienka fotónu ako vlny by mala umožňovať možnosť „chytenia“ každej polovice vĺn presne ako polovice fotónu. Ale to sa nedeje. Polovica fotónu prejde každou zo štrbín, ale zaregistruje sa iba celý fotón. Polovica sa rovná celku? Interpretácia súčasnej prítomnosti častice fotónu na dvoch miestach naraz nevyzerá oveľa logickejšie a rozumnejšie. Pripomeňme, že matematický popis vlnového procesu plne zodpovedá výsledkom všetkých experimentov o interferencii na dvoch štrbinách bez výnimky.
Interferencia z korpuskulárneho hľadiska
Z korpuskulárneho hľadiska je vhodné vysvetliť pohyb „polovičiek“ fotónu pomocou komplexných funkcií. Tieto funkcie vychádzajú zo základného konceptu kvantovej mechaniky - stavového vektora kvantovej častice (tu - fotónu), jej vlnovej funkcie, ktoré majú iný názov - amplitúda pravdepodobnosti. Pravdepodobnosť, že fotón zasiahne určitý bod na obrazovke (fotografickej platni) v prípade dvojštrbinového experimentu, sa rovná druhej mocnine celkovej vlnovej funkcie pre dve možné trajektórie fotónov, ktoré tvoria superpozíciu stavov. „Keď odmocníme modul súčtu w + z dvoch komplexných čísel w a z, zvyčajne nedostaneme iba súčet druhých mocnín modulov týchto čísel; existuje dodatočný „korekčný člen“: |w + z| 2 = |w| 2 + |z |2 + 2|w||z|cos θ, kde θ je uhol, ktorý zvierajú smery k bodom z a w od začiatku v Argandovej rovine... je korekčný člen 2|w||z|cos θ, ktorý popisuje kvantovú interferenciu medzi kvantovo mechanickými alternatívami“. Matematicky je všetko logické a jasné: podľa pravidiel pre výpočet zložitých výrazov dostaneme práve takúto vlnitú interferenčnú krivku. Nevyžadujú sa tu žiadne interpretácie, vysvetlenia - iba rutinné matematické výpočty. Ale ak sa pokúsite predstaviť si, akým spôsobom, akými trajektóriami sa fotón (alebo elektrón) pohyboval pred stretnutím s obrazovkou, vyššie uvedený popis vám neumožňuje vidieť: „Preto tvrdenie, že elektróny prechádzajú buď cez slot 1 alebo cez slot 2 je nesprávne. Prechádzajú oboma štrbinami súčasne. A veľmi jednoduchý matematický aparát popisujúci takýto proces dáva absolútne presný súhlas s experimentom." Matematické výrazy so zložitými funkciami sú skutočne jednoduché a jasné. Opisujú však len vonkajší prejav procesu, iba jeho výsledok, pričom nehovoria nič o tom, čo sa deje vo fyzickom zmysle. Z hľadiska zdravého rozumu je nemožné predstaviť si jednu časticu, aj keď nemá skutočné bodové veľkosti, ale napriek tomu je stále obmedzená jedným neoddeliteľným objemom, nie je možné súčasne prejsť cez dva nesúvisiace otvory. Sudbury napríklad pri analýze tohto javu píše: „Samotný interferenčný vzor tiež nepriamo naznačuje korpuskulárne správanie skúmaných častíc, pretože v skutočnosti nie je spojitý, ale je zložený ako obraz na televíznej obrazovke z množstva bodky vytvorené zábleskami z jednotlivých elektrónov. Ale vysvetliť tento interferenčný obrazec na základe predpokladu, že každý z elektrónov prešiel jednou alebo druhou štrbinou, je úplne nemožné. Dospieva k rovnakému záveru o nemožnosti prechodu jednej častice súčasne cez dve štrbiny: „častica musí prechádzať buď cez jednu, alebo cez inú štrbinu," čo naznačuje jeho zjavnú korpuskulárnu štruktúru. Častica nemôže prejsť dvoma štrbinami súčasne, ale nemôže prejsť ani jednou, ani druhou. Elektrón je nepochybne častica, keďže svedčia o tom bodky zo zábleskov na obrazovke. A táto častica nepochybne nemohla prejsť iba jednou zo štrbín. Navyše, elektrón nepochybne nebol rozdelený na dve časti, na dve polovice, z ktorých každá v tomto puzdro by malo mať polovičnú hmotnosť elektrónu a polovičný náboj. -elektróny nikdy nikto nepozoroval. To znamená, že elektrón po rozdelení na dve časti, rozdvojený, nemohol súčasne prejsť oboma štrbinami. Ako vysvetľujú nám, zostáva celý, súčasne prechádza cez dve rôzne štrbiny. Nedelí sa na dve časti, ale súčasne prechádza dvoma štrbinami. Toto je absurdnosť kvantovo-mechanického (korpuskulárneho) opisu fyzikálneho procesu interferencie na dvoch štrbinách. Pripomeňme, že matematicky je tento proces opísaný bezchybne. Ale fyzický proces je úplne nelogický, v rozpore so zdravým rozumom. A ako to už býva, na vine je zdravý rozum, ktorý nevie pochopiť, ako to je: nerozdelil sa na dve, ale dostal sa na dve miesta. Na druhej strane je tiež nemožné predpokladať opak: že fotón (alebo elektrón) nejakým neznámym spôsobom stále prechádza jednou z dvoch štrbín. Prečo potom častica zasiahne určité body a iným sa vyhýba? Akoby vedela o zakázaných oblastiach. Toto je obzvlášť zrejmé, keď častica interferuje sama so sebou pri nízkych prietokoch. V tomto prípade je ešte potrebné zvážiť súčasnosť prechodu častice oboma štrbinami. V opačnom prípade by človek musel považovať časticu takmer za racionálnu bytosť s darom predvídavosti. Experimenty s tranzitnými alebo vylučovacími detektormi (skutočnosť, že častica nie je fixovaná v blízkosti jednej štrbiny, znamená, že prešla inou) nevyjasňujú obraz. Neexistujú žiadne rozumné vysvetlenia, ako a prečo jedna integrálna častica reaguje na prítomnosť druhej štrbiny, cez ktorú neprešla. Ak častica nie je zaregistrovaná v blízkosti jedného zo slotov, potom prešla cez druhý. Ale v tomto prípade sa môže dostať do „zakázaného“ bodu obrazovky, teda do bodu, ktorý by nikdy nezasiahol, keby bol druhý slot otvorený. Aj keď by sa zdalo, nič by nemalo brániť týmto oneskoreným časticiam vytvoriť "polovičný" interferenčný obrazec. To sa však nestane: ak je jeden zo slotov zatvorený, zdá sa, že častice dostanú „priechod“ na vstup do „zakázaných“ oblastí obrazovky. Ak sú obe štrbiny otvorené, častica, ktorá údajne prešla jednou štrbinou, sa nemôže dostať do týchto "zakázaných" oblastí. Zdá sa, že cíti, ako sa na ňu druhá medzera „pozerá“ a zakazuje pohyb v určitých smeroch. Uznáva sa, že k interferencii dochádza iba pri experimentoch s vlnou alebo časticami, ktoré sa prejavujú v tomto experimente iba vlnové vlastnosti. Nejakým magickým spôsobom častica odhaľuje svoje vlnové alebo korpuskulárne strany experimentátorovi, v skutočnosti ich mení na cestách, počas letu. Ak je absorbér umiestnený bezprostredne za jednou zo štrbín, potom častica ako vlna prechádza oboma štrbinami až k absorbéru a potom pokračuje vo svojom lete ako častica. V tomto prípade absorbér, ako sa ukazuje, neodoberie častici ani malú časť svojej energie. Aj keď je zrejmé, že aspoň časť častice ešte musela prejsť cez upchatú medzeru. Ako vidíte, žiadne z uvažovaných vysvetlení fyzikálneho procesu nemôže odolať kritike z logického hľadiska a z hľadiska zdravého rozumu. V súčasnosti dominantný dualizmus korpuskulárnych vĺn ani čiastočne neumožňuje obmedziť interferenciu. Fotón jednoducho nevykazuje buď korpuskulárne alebo vlnové vlastnosti. Ukazuje im súčasne, a tieto prejavy sa navzájom vylúčiť navzájom. „Zhášanie“ jednej z polovičných vĺn okamžite premení fotón na časticu, ktorá „nevie ako“ vytvoriť interferenčný obrazec. Naopak, dve otvorené štrbiny premenia fotón na dve polvlny, ktoré sa potom, keď sa spoja, zmenia na celý fotón, čo opäť demonštruje záhadný postup materializácie vlny.Experimenty podobné experimentu s dvojitou štrbinou
V experimente s dvoma štrbinami je trochu ťažké experimentálne kontrolovať trajektórie "polovičiek" častíc, pretože štrbiny sú relatívne blízko seba. Zároveň existuje podobný, ale názornejší experiment, ktorý umožňuje „oddeliť“ fotón po dvoch jasne odlíšiteľných trajektóriách. V tomto prípade sa absurdita myšlienky, že fotón súčasne prechádza dvoma kanálmi, stáva ešte jasnejšou, medzi ktorými môže byť vzdialenosť metrov alebo viac. Takýto experiment sa môže uskutočniť pomocou Mach-Zehnderovho interferometra. Účinky pozorované v tomto prípade sú podobné tým, ktoré sa pozorovali v experimente s dvojitou štrbinou. Belinsky ich opisuje takto: "Uvažujme experiment s Mach-Zehnderovým interferometrom (obr. 3). Aplikujeme naň jednofotónový stav a najskôr odstránime druhý rozdeľovač lúčov umiestnený pred fotodetektormi. Detektory budú registrujte jednotlivé počty fotografií buď v jednom alebo v druhom kanáli a nikdy nie v oboch súčasne, pretože na vstupe je len jeden fotón.
Obr.3. Schéma Mach-Zehnderovho interferometra.
Vráťme rozdeľovač lúčov. Pravdepodobnosť fotopočtu na detektoroch je opísaná funkciou 1 + cos(Ф1 - Ф2), kde Ф1 a Ф2 sú fázové oneskorenia v ramenách interferometra. Znak závisí od toho, ktorý detektor nahráva. Túto harmonickú funkciu nemožno reprezentovať ako súčet dvoch pravdepodobností Р(Ф1) + Р(Ф2). Následne po prvom rozdeľovači lúčov je fotón prítomný takpovediac v oboch ramenách interferometra súčasne, hoci v prvom dejstve experimentu bol iba v jednom ramene. Toto neobvyklé správanie vo vesmíre sa nazýva kvantová nelokálnosť. Nedá sa to vysvetliť z hľadiska zvyčajných priestorových intuícií zdravého rozumu, ktoré sú zvyčajne prítomné v makrokozme." Ak sú obe dráhy pre fotón na vstupe voľné, potom sa na výstupe fotón správa ako v dvojštrbine. experiment: môže prejsť cez druhé zrkadlo iba po jednej dráhe - zasahovať do nejakej svojej vlastnej "kópie", ktorá prišla po inej dráhe. Ak je druhá dráha uzavretá, potom fotón prichádza sám a prechádza druhým zrkadlom ľubovoľným smerom. Podobnú verziu podobnosti dvojštrbinového experimentu popisuje Penrose (popis je veľmi výrečný, preto ho uvedieme takmer celý): „Štrbiny nemusia byť nevyhnutne umiestnené blízko seba, aby fotón mohol prejsť cez ne súčasne. Aby ste pochopili, ako môže byť kvantová častica „na dvoch miestach naraz“, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú tieto miesta od seba, zvážte experimentálne nastavenie mierne odlišné od experimentu s dvojitou štrbinou. Ako predtým, máme lampu vyžarujúcu monochromatické svetlo, jeden fotón po druhom; ale namiesto toho, aby sme svetlo prešli cez dve štrbiny, odrazme ho od napoly postriebreného zrkadla nakloneného k lúču pod uhlom 45 stupňov.
Obr.4. Dva vrcholy vlnovej funkcie nemožno považovať jednoducho za váhy pravdepodobnosti pre lokalizáciu fotónu na jednom alebo druhom mieste. Dve dráhy, ktorými fotón prechádza, sa môžu navzájom rušiť.
Po stretnutí so zrkadlom sa vlnová funkcia fotónu rozdelí na dve časti, z ktorých jedna sa odrazí do strany a druhá sa ďalej šíri rovnakým smerom, akým sa fotón pôvodne pohyboval. Rovnako ako v prípade fotónu vychádzajúceho z dvoch štrbín má vlnová funkcia dva vrcholy, ale teraz sú tieto vrcholy oddelené väčšou vzdialenosťou - jeden vrchol opisuje odrazený fotón, druhý opisuje fotón, ktorý prešiel zrkadlom. Navyše, časom sa vzdialenosť medzi vrcholmi zväčšuje a zväčšuje donekonečna. Predstavte si, že tieto dve časti vlnovej funkcie idú do vesmíru a čakáme na to celý rok. Potom budú dva vrcholy vlnovej funkcie fotónu od seba vzdialené svetelný rok. Fotón nejako skončí na dvoch miestach naraz, oddelených svetelným rokom! Je nejaký dôvod brať takúto fotku vážne? Nemôžeme si jednoducho predstaviť fotón ako objekt, ktorý má 50% šancu, že bude na jednom mieste a 50% šancu, že bude niekde inde! Nie, je to nemožné! Bez ohľadu na to, ako dlho bol fotón v pohybe, vždy existuje možnosť, že dve časti fotónového lúča sa môžu odraziť späť a stretnúť sa, čo má za následok interferenčné efekty, ktoré by nemohli vzniknúť z váh pravdepodobnosti dvoch alternatív. Predpokladajme, že každá časť fotónového lúča sa na svojej dráhe stretne s úplne postriebreným zrkadlom, nakloneným pod takým uhlom, aby sa obe časti spojili, a že ďalšie polostrieborné zrkadlo je umiestnené v bode stretnutia dvoch častí, naklonených v rovnaký uhol ako prvé zrkadlo. Na priamkach, po ktorých sa šíria časti fotónového lúča, nech sú umiestnené dve fotobunky (obr. 4). Čo zistíme? Ak by platilo, že fotón sleduje jednu cestu s 50% pravdepodobnosťou a druhú s 50% pravdepodobnosťou, potom by sme zistili, že oba detektory by každý zachytili fotón s pravdepodobnosťou 50%. V skutočnosti sa však deje niečo iné. Ak majú dve alternatívne cesty presne rovnakú dĺžku, potom so 100% pravdepodobnosťou zasiahne fotón detektor A, ktorý sa nachádza na priamke, po ktorej sa fotón pôvodne pohyboval, as pravdepodobnosťou 0 - do akéhokoľvek iného detektora B. inými slovami, fotón spoľahlivo zasiahne detektor ALE! Samozrejme, takýto experiment sa nikdy neuskutočnil na vzdialenosti rádovo svetelný rok, ale výsledok formulovaný vyššie nevzbudzuje vážne pochybnosti (pre fyzikov, ktorí dodržiavajú tradičnú kvantovú mechaniku! ) Experimenty tohto typu sa v skutočnosti uskutočnili na vzdialenosti rádovo mnohých metrov alebo tak, a výsledky sú v úplnom súlade s kvantovými mechanickými predpoveďami. Čo možno teraz povedať o realite existencie fotónu medzi prvým a posledným stretnutím s poloodrazovým zrkadlom? Nevyhnutným záverom je, že fotón musí v istom zmysle skutočne prejsť oboma cestami naraz! Ak by totiž bola na dráhe ktorejkoľvek z dvoch trás umiestnená absorbujúca clona, potom by bola pravdepodobnosť, že fotón zasiahne detektor A alebo B, rovnaká! Ale ak sú obe cesty otvorené (obe majú rovnakú dĺžku), fotón môže dosiahnuť iba A. Blokovanie jednej z trás umožní fotónu dosiahnuť detektor B! Ak sú obe cesty otvorené, tak fotón akosi „vie“, že nesmie zasiahnuť detektor B, a preto je nútený sledovať dve trasy naraz. Všimnite si tiež, že výrok „nachádza sa na dvoch konkrétnych miestach naraz“ úplne necharakterizuje stav fotónu: musíme odlíšiť stav ψ t + ψ b napríklad od stavu ψ t - ψ b (resp. napríklad zo stavu ψ t + iψ b , kde ψ t a ψ b teraz označujú polohy fotónu na každej z dvoch dráh (resp. „prenesené“ a „odrazené“!). to určuje, či fotón spoľahlivo dosiahne detektor A, prejde do druhého polostrieborného zrkadla, alebo určite dosiahne detektor B (alebo s určitou strednou pravdepodobnosťou zasiahne detektory A a B.) Toto je záhadná vlastnosť kvantovej reality, ktorý spočíva v tom, že musíme vážne brať do úvahy, že častica môže byť „na dvoch miestach naraz“ rôznymi spôsobmi “, vychádza zo skutočnosti, že kvantové stavy musíme sčítať pomocou komplexných váh, aby sme získali iné kvantové stavy.“ A opäť, ako vidíme, matematická forma alizmus by nás mal presvedčiť, že častica je na dvoch miestach naraz. Je to častica, nie vlna. Na matematické rovnice popisujúce tento jav, samozrejme, nemožno mať žiadne nároky. Ich interpretácia z hľadiska zdravého rozumu však spôsobuje vážne ťažkosti a vyžaduje použitie pojmov „mágia“, „zázrak“.
Príčiny narušenia rušenia - poznatky o dráhe častice
Jednou z hlavných otázok pri zvažovaní fenoménu interferencie kvantovej častice je otázka príčiny narušenia interferencie. Ako a kedy sa objaví interferenčný obrazec, je vo všeobecnosti pochopiteľné. Ale za týchto známych podmienok sa niekedy interferenčný obrazec neobjaví. Niečo tomu bráni. Zarechny túto otázku formuluje takto: "Čo je potrebné pozorovať superpozíciu stavov, interferenčný obrazec? Odpoveď na túto otázku je celkom jasná: na pozorovanie superpozície nemusíme fixovať stav objektu. Keď pozrieme sa na elektrón, zistíme, že prechádza buď cez jednu dieru ", alebo cez inú. Neexistuje žiadna superpozícia týchto dvoch stavov! A keď sa naň nepozeráme, súčasne prechádza cez dve štrbiny a ich rozloženie na obrazovka vôbec nie je taká, ako keď sa na ne pozeráme!". To znamená, že k narušeniu interferencie dochádza v dôsledku prítomnosti vedomostí o trajektórii častice. Ak poznáme dráhu častice, interferenčný obrazec nevzniká. Bacciagaluppi vyvodzuje podobný záver: existujú situácie, v ktorých nie je dodržaný interferenčný termín, t.j. v ktorom funguje klasický vzorec na výpočet pravdepodobností. Stáva sa to, keď robíme detekciu štrbiny, bez ohľadu na naše presvedčenie, že meranie je spôsobené „skutočným“ kolapsom vlnovej funkcie (t.j. jeden komponentu sa meria a zanecháva stopu na obrazovke). Navyše nielen získané poznatky o stave systému narúšajú rušenie, ale dokonca potenciál schopnosť získať tieto znalosti je obrovskou príčinou rušenia. Nie vedomosti samotné, ale základné možnosť zistiť v budúcom stave častice zničiť rušenie. Veľmi názorne to demonštruje experiment Tsypenyuka: "Lúč atómov rubídia je zachytený v magnetooptickej pasci, je ochladený laserom a potom sa atómový mrak uvoľní a spadne pôsobením gravitačného poľa. V skutočnosti , dochádza k difrakcii atómov na sínusovej difrakčnej mriežke, podobne ako k difrakcii svetla na ultrazvukovej vlne v kvapaline. Dopadajúci lúč A (jeho rýchlosť v oblasti interakcie je len 2 m/s) sa najskôr rozdelí na dva lúče B a C , potom zasiahne druhú svetelnú mriežku, po ktorej sa vytvoria dva páry lúčov (D, E) a (F, G). Tieto dva páry prekrývajúcich sa lúčov vo vzdialenom poli tvoria štandardný interferenčný obrazec zodpovedajúci difrakcii atómy dvoma štrbinami, ktoré sú umiestnené vo vzdialenosti d, ktorá sa rovná priečnej divergencii lúčov pozdĺž po prvej mriežke. V priebehu experimentu boli atómy "označené" a z tejto značky sa malo presne určiť, po ktorej dráhe sa pohybovali pred vytvorením interferenčného obrazca: elektrónové stavy |2> a |3>: zväzok B obsahuje prevažne atómy v stave |2> zväzok C - atómy v stave |3>. Je potrebné ešte raz zdôrazniť, že pri takomto označovaní prakticky nedochádza k žiadnej zmene hybnosti atómu. lúčov, je zapnutý, interferenčný obrazec úplne zmizne.Treba zdôrazniť, že informácia nebola načítaná, interne neurčená. jeho elektronický stav. Informácie o dráhe atómov boli iba zaznamenané, atómy si pamätali, ktorým smerom sa pohybovali ". Vidíme teda, že aj vytvorenie potenciálnej možnosti na určenie dráhy rušivých častíc ničí interferenčný obrazec. Častica nielenže nemôže súčasne vykazovať vlnové a korpuskulárne vlastnosti, ale tieto vlastnosti nie sú ani čiastočne kompatibilné: buď sa častica správa úplne ako vlna, alebo úplne ako lokalizovaná častica. Ak časticu „upravíme“ ako teliesku, nastavíme ju do nejakého stavu charakteristickém pre telieska, potom pri vykonávaní experimentu na odhalenie jej vlnových vlastností budú všetky naše nastavenia zničené. Všimnite si, že táto úžasná vlastnosť interferencie nie je v rozpore ani s logikou, ani so zdravým rozumom.Kvantocentrická fyzika a Wheeler
V strede kvantovo-mechanického systému modernity je kvantum a okolo neho, ako v geocentrickom systéme Ptolemaia, rotujú kvantové hviezdy a kvantové Slnko. Opis azda najjednoduchšieho kvantovomechanického experimentu ukazuje, že matematika kvantovej teórie je bezchybná, hoci popis skutočnej fyziky procesu v nej úplne absentuje. Hrdinom teórie je kvantum len na papieri, vo vzorcoch má vlastnosti kvanta, častice. Pri pokusoch sa však vôbec nespráva ako častica. Preukazuje schopnosť rozdeliť sa na dve časti. Neustále je obdarený rôznymi mystickými vlastnosťami a dokonca je porovnávaný s rozprávkovými postavami: „Počas tohto obdobia je fotón „veľkým dymovým drakom“, ktorý je ostrý iba na chvoste (na rozdeľovači lúčov 1) a na svojom lane, kde hryzie. detektor“ (Weeler). Tieto časti, polovice Wheelerovho „veľkého draka chrlijúceho oheň“ nikto nikdy neobjavil a vlastnosti, ktoré by tieto polovice kvánt mali mať, sú v rozpore so samotnou teóriou kvánt. Na druhej strane, kvantá sa nesprávajú celkom ako vlny. Áno, zdá sa, že sa „vedia rozpadnúť“ na časti. Ale vždy, pri akomkoľvek pokuse o ich registráciu, sa okamžite spoja do jednej vlny, ktorá sa zrazu ukáže ako častica, ktorá sa zrútila do bodu. Navyše pokusy prinútiť časticu, aby vykazovala iba vlnové alebo iba korpuskulárne vlastnosti, zlyhávajú. Zaujímavou variáciou na záhadné experimenty s interferenciou sú Wheelerove experimenty s oneskoreným výberom:
Obr.5. Základná oneskorená voľba
1. Fotón (alebo akákoľvek iná kvantová častica) je vyslaný do dvoch štrbín. 2. Fotón prechádza cez štrbiny bez toho, aby bol pozorovaný (detegovaný), cez jednu štrbinu, alebo druhú štrbinu, alebo cez obe štrbiny (logicky sú to všetky možné alternatívy). Aby sme dosiahli interferenciu, predpokladáme, že „niečo“ musí prejsť oboma štrbinami; Aby sme získali rozloženie častíc, predpokladáme, že fotón musí prejsť jednou alebo druhou štrbinou. Bez ohľadu na to, akú voľbu fotón urobí, „mal by“ to urobiť v momente, keď prejde štrbinami. 3. Po prechode štrbinami sa fotón pohybuje smerom k zadnej stene. Máme dva rôzne spôsoby detekcie fotónu na "zadnej stene". 4. Najprv máme clonu (alebo akýkoľvek iný detekčný systém, ktorý je schopný rozlíšiť horizontálnu súradnicu dopadajúceho fotónu, ale nie je schopný určiť, odkiaľ fotón pochádza). Štít je možné odstrániť, ako ukazuje prerušovaná šípka. Dá sa odstrániť rýchlo, veľmi rýchlo, potom keď fotón prešiel dvoma štrbinami, ale predtým, ako fotón dosiahne rovinu obrazovky. Inými slovami, clonu možno odstrániť počas časového intervalu, keď sa fotón presunie do oblasti 3. Alebo môžeme clonu ponechať na mieste. Toto je voľba experimentátora, ktorý odložené až do momentu, kedy fotón prešiel štrbinou (2), bez ohľadu na to, ako to urobil. 5. Ak je clona odstránená, nájdeme dva teleskopy. Ďalekohľady sú veľmi dobre zamerané na pozorovanie len úzkych oblastí vesmíru okolo len jednej štrbiny. Ľavý ďalekohľad pozoruje ľavú štrbinu; pravý ďalekohľad pozoruje pravú štrbinu. (Mechanizmus/metafora ďalekohľadu zaisťuje, že ak sa pozrieme cez ďalekohľad, uvidíme záblesk svetla iba vtedy, ak fotón nevyhnutne prešiel - úplne alebo aspoň čiastočne - cez štrbinu, na ktorú je ďalekohľad zaostrený; inak by sme So keď pozorujeme fotón pomocou teleskopu, dostaneme informáciu „akým smerom“ o prichádzajúcom fotóne.) Teraz si predstavte, že fotón je na ceste do oblasti 3. Fotón už prešiel cez štrbiny. Stále máme možnosť zvoliť si napríklad ponechanie obrazovky na mieste; v tomto prípade nevieme, ktorou štrbinou fotón prešiel. Alebo sa môžeme rozhodnúť odstrániť obrazovku. Ak odstránime clonu, očakávame, že pri každom vyslanom fotóne uvidíme záblesk v jednom alebo druhom ďalekohľade (alebo v oboch, hoci sa to nikdy nestane). prečo? Pretože fotón musí prejsť buď cez jednu, alebo cez druhú, alebo cez obe štrbiny. Tým sa vyčerpávajú všetky možnosti. Pri pozorovaní ďalekohľadov by sme mali vidieť jedno z nasledovného: záblesk na ľavom ďalekohľade a žiadny záblesk na pravom, čo naznačuje, že fotón prešiel ľavou štrbinou; alebo záblesk na pravom ďalekohľade a žiadny záblesk na ľavom ďalekohľade, čo naznačuje, že fotón prešiel pravou štrbinou; alebo slabé záblesky polovičnej intenzity z oboch ďalekohľadov, čo naznačuje, že fotón prešiel oboma štrbinami. To všetko sú možnosti. Kvantová mechanika nám hovorí, čo dostaneme na obrazovku: 4r krivku, ktorá je presne ako interferencia dvoch symetrických vĺn vychádzajúcich z našich štrbín. Kvantová mechanika tiež hovorí, že keď pozorujeme fotóny teleskopmi, dostaneme: 5r krivku, ktorá presne zodpovedá bodovým časticiam, ktoré prešli tou či onou štrbinou a dopadli na príslušný ďalekohľad. Venujme pozornosť rozdielom v konfiguráciách nášho experimentálneho nastavenia, ktoré určuje naša voľba. Ak sa rozhodneme ponechať sito na mieste, dostaneme rozdelenie častíc zodpovedajúce interferencii dvoch hypotetických štrbinových vĺn. Mohli by sme povedať (aj keď s veľkou nevôľou), že fotón putoval zo svojho zdroja na clonu cez obe štrbiny. Na druhej strane, ak sa rozhodneme clonu odstrániť, získame distribúciu častíc v súlade s dvomi maximami, ktoré získame, ak budeme pozorovať pohyb bodovej častice od zdroja cez jednu zo štrbín k príslušnému ďalekohľadu. Častica sa "objaví" (vidíme záblesk) v jednom alebo druhom ďalekohľade, ale nie v žiadnom inom bode medzi nimi v smere obrazovky. Keď to zhrnieme, rozhodujeme sa – či chceme zistiť, ktorou štrbinou častica prešla – výberom alebo nevolením použitia teleskopov na detekciu. Túto voľbu odkladáme na čas potom ako častica takpovediac „prešla jednou zo štrbín alebo oboma štrbinami“. Zdá sa paradoxné, že naša neskorá voľba, či takéto informácie dostaneme alebo nie, je v skutočnosti určuje takpovediac, či častica prešla jednou štrbinou alebo oboma. Ak uprednostňujete uvažovanie týmto spôsobom (a to neodporúčam), častica vykazuje ex post facto vlnové správanie, ak sa rozhodnete použiť clonu; častica sa tiež správa po skutočnosti ako bodový objekt, ak sa rozhodnete použiť teleskopy. Zdá sa teda, že naša oneskorená voľba spôsobu registrácie častice určuje, ako sa častica skutočne správala pred registráciou.
(Ross Rhodes, Wheelerov klasický experiment oneskorenej voľby, preložil P. V. Kurakin,
http://quantum3000.narod.ru/translations/dc_wheeler.htm). Nekonzistentnosť kvantového modelu si vyžaduje položiť si otázku "Možno sa stále točí?" Zodpovedá model korpuskulárneho vlnového dualizmu realite? Zdá sa, že kvantum nie je ani častica, ani vlna.
Prečo lopta skáče?
Prečo by sme však mali považovať hádanku interferencie za hlavnú hádanku fyziky? Vo fyzike, v iných vedách a v živote je veľa záhad. Čo je na interferencii také zvláštne? Vo svete okolo nás je množstvo javov, ktoré sa len na prvý pohľad zdajú pochopiteľné, vysvetlené. Ale stojí za to prejsť tieto vysvetlenia krok za krokom, pretože všetko sa zamotáva, vzniká slepá ulička. Prečo sú horšie ako rušenie, menej tajomné? Spomeňme si napríklad na taký známy jav, s ktorým sa v živote stretol každý: odskakovanie gumenej lopty hodenej na asfalte. Prečo sa odrazí, keď narazí na asfalt? Je zrejmé, že pri náraze na asfalt sa loptička zdeformuje a stlačí. Zároveň sa v ňom zvyšuje tlak plynu. V snahe vyrovnať sa, obnoviť svoj tvar loptička tlačí na asfalt a odpudzuje sa od neho. To je, zdá sa, všetko, dôvod skoku bol objasnený. Poďme sa však na to pozrieť bližšie. Pre jednoduchosť vynechávame procesy stláčania plynu a obnovy tvaru gule. Poďme rovno k úvahe o postupe v mieste kontaktu lopty s asfaltom. Lopta sa odrazí od asfaltu, pretože dva body (na asfalte a na lopte) sa vzájomne ovplyvňujú: každý z nich tlačí na druhý, odpudzuje sa od neho. Zdá sa, že tu je všetko jednoduché. Ale položme si otázku: čo je to za tlak? Ako to vyzerá"? Poďme sa ponoriť do molekulárnej štruktúry hmoty. Molekula gumy, z ktorej je gulička vyrobená, a molekula kameňa v asfalte sa navzájom tlačia, to znamená, že majú tendenciu sa navzájom odtláčať. A opäť, všetko sa zdá byť jednoduché, no vynára sa nová otázka: čo je príčinou, zdrojom fenoménu „sily“, ktorý núti každú z molekúl vzďaľovať sa, prežívať nutkanie pohnúť sa od „súpera“? Atómy molekúl gumy sú podľa všetkého odpudzované atómami, z ktorých sa skladá kameň. Ak je to ešte kratšie, zjednodušenejšie, potom je jeden atóm odpudzovaný od druhého. A ešte raz: prečo? Prejdime k atómovej štruktúre hmoty. Atómy sa skladajú z jadier a elektrónových obalov. Zjednodušme problém znova a predpokladajme (dostatočne rozumne), že atómy odpudzujú buď ich obaly, alebo ich jadrá, ako odpoveď na novú otázku: ako presne k tomuto odpudzovaniu dochádza? Napríklad elektrónové obaly sa môžu odpudzovať kvôli ich identickým elektrickým nábojom, pretože podobné náboje sa odpudzujú. A ešte raz: prečo? Ako sa to stane? Čo spôsobuje, že sa napríklad dva elektróny navzájom odpudzujú? Musíme ísť stále ďalej do hĺbky štruktúry hmoty. Ale už tu je celkom zrejmé, že akýkoľvek z našich vynálezov, akékoľvek nové vysvetlenie fyzické mechanizmus odpudzovania bude kĺzať stále ďalej a ďalej, ako horizont, hoci formálny, matematický popis bude vždy presný a jasný. A predsa vždy uvidíme tú absenciu fyzické popis odpudzovacieho mechanizmu nerobí tento mechanizmus, jeho medzimodel, absurdný, nelogický, odporujúci zdravému rozumu. Sú trochu zjednodušené, neúplné, ale logické, rozumné, zmysluplné. Toto je rozdiel medzi vysvetlením interferencie a vysvetleniami mnohých iných javov: popis interferencie vo svojej podstate je nelogický, neprirodzený a v rozpore so zdravým rozumom.Kvantová previazanosť, nelokálnosť, Einsteinov lokálny realizmus
Uvažujme o ďalšom fenoméne, ktorý sa považuje za odporujúci zdravému rozumu. Toto je jedna z najúžasnejších záhad prírody – kvantová previazanosť (efekt zapletenia, zapletenie, neoddeliteľnosť, nelokálnosť). Podstatou tohto javu je, že dve kvantové častice si po interakcii a následnej separácii (rozdelením do rôznych oblastí priestoru) zachovávajú medzi sebou určitý druh informačného spojenia. Najznámejším príkladom je takzvaný EPR paradox. V roku 1935 Einstein, Podolsky a Rosen vyslovili myšlienku, že napríklad dva viazané fotóny v procese separácie (expanzie) si zachovávajú takéto zdanie informačného spojenia. V tomto prípade sa kvantový stav jedného fotónu, napríklad polarizácia alebo spin, môže okamžite preniesť na iný fotón, ktorý sa v tomto prípade stane analógom prvého fotónu a naopak. Pri meraní jednej častice okamžite určíme stav inej častice, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú tieto častice od seba. Spojenie medzi časticami je teda zásadne nemiestne. Ruský fyzik Doronin formuluje podstatu nelokality kvantovej mechaniky nasledovne: „Čo sa týka toho, čo sa myslí nelokálnosťou v QM, vo vedeckej komunite, verím, existuje istý zhodný názor na túto vec. lokálny realizmus (často označovaný ako ako Einsteinov princíp lokality.) Princíp miestneho realizmu tvrdí, že ak sú dva systémy A a B priestorovo oddelené, potom pri úplnom popise fyzikálnej reality by činnosti vykonávané na systéme A nemali meniť vlastnosti systému B.“ Všimnite si, že hlavnou pozíciou miestneho realizmu v uvedenej interpretácii je popieranie vzájomného vplyvu priestorovo oddelených systémov na seba. Hlavnou pozíciou Einsteinovho lokálneho realizmu je nemožnosť vzájomného vplyvu dvoch priestorovo oddelených systémov. Einstein v popísanom EPR paradoxe predpokladal nepriamu závislosť stavu častíc. Táto závislosť sa vytvára v momente zapletenia častíc a pretrváva až do konca experimentu. To znamená, že náhodné stavy častíc vznikajú v momente ich oddelenia. V budúcnosti uložia stavy získané zapletením a tieto stavy sa „uložia“ do niektorých prvkov fyzickej reality, popísaných „dodatočnými parametrami“, keďže merania nad rozmiestnenými systémami sa nemôžu navzájom ovplyvňovať: „Ale zdá sa mi jeden predpoklad nespochybniteľný. Skutočný stav vecí (stav) systému S 2 nezávisí od toho, čo sa robí so systémom S 1 ", ktorý je od neho priestorovo oddelený." operácie na prvom systéme, v druhom sa nedajú získať žiadne skutočné zmeny "Avšak v skutočnosti sa merania v systémoch vzdialených od seba nejakým spôsobom navzájom ovplyvňujú. Alain Aspect opísal tento vplyv takto:" i. Fotón ν 1 , ktorý pred meraním nemal jasne definovanú polarizáciu, nadobúda polarizáciu spojenú s výsledkom získaným pri jeho meraní: to nie je prekvapujúce. ii. Keď sa vykoná meranie na ν 1, fotón ν 2, ktorý nemal pred týmto meraním žiadnu jasnú polarizáciu, sa premietne do polarizačného stavu rovnobežného s výsledkom merania na ν 1 . Je to veľmi prekvapujúce, pretože táto zmena v opise ν 2 je okamžitá, bez ohľadu na vzdialenosť medzi ν 1 a ν 2 v čase prvého merania. Tento obraz je v rozpore s relativitou. Podľa Einsteina udalosť v danej oblasti časopriestoru nemôže byť ovplyvnená udalosťou v časopriestore, ktorý je oddelený intervalom podobným priestoru. Nie je rozumné snažiť sa nájsť prijateľnejšie obrázky, aby sme „pochopili“ korelácie EPR. Toto je obrázok, o ktorom teraz uvažujeme." Tento obrázok sa nazýva „nelokálnosť". merania sa medzi sebou šíria nadsvetelnou rýchlosťou, ale ako také nedochádza k prenosu informácií medzi časticami. teória relativity. Prenášaná (podmienená) informácia medzi Častice EPR sa niekedy nazývajú „kvantové informácie". Nelokálnosť je teda fenomén, ktorý je v protiklade k Einsteinovmu lokálnemu realizmu (lokalizmu). Zároveň sa pre lokálny realizmus považuje za samozrejmosť len jedna vec: absencia prenášaných tradičných (relativistických) informácií. z jednej častice do druhej. hovoriť o „fantómovom pôsobení na diaľku“, ako to nazval Einstein. Pozrime sa bližšie na túto „akciu na veľké vzdialenosti“, do akej miery odporuje špeciálnej teórii relativity a samotnému lokálnemu realizmu. Po prvé, „fantómová akcia na veľké vzdialenosti“ nie je o nič horšia ako kvantovo-mechanická „nelokálnosť“. V skutočnosti nedochádza k prenosu relativistických (podsvetelných) informácií ako takých, ani tam, ani tam. Preto „pôsobenie na veľké vzdialenosti“ nie je v rozpore so špeciálnou teóriou relativity, rovnako ako „nelokálnosť“. Po druhé, strašidelnosť „akcie na diaľku“ nie je o nič strašidelnejšia ako kvantová „nelokálnosť“. Čo je vlastne podstatou nelokality? Vo „výstupe“ do inej úrovne reality? Ale to nič nehovorí, len umožňuje rôzne mystické a božské rozšírené výklady. Žiadne rozumné a podrobné fyzické popis (a ešte viac vysvetlenie) nelokálnosť nemá č. Existuje len jednoduché konštatovanie skutočnosti: dva rozmery koreloval. A čo možno povedať o Einsteinovom „fantómovom pôsobení na diaľku“? Áno, presne to isté: neexistuje žiadny rozumný a podrobný fyzický popis, rovnaké jednoduché vyhlásenie o skutočnosti: dva rozmery pripojený spolu. Otázka v skutočnosti smeruje k terminológii: nemiestne alebo strašidelné pôsobenie na diaľku. A uznanie, že ani jedno, ani druhé formálne neodporuje špeciálnej teórii relativity. To však neznamená nič iné, ako dôslednosť samotného miestneho realizmu (lokalizmu). Jeho hlavné tvrdenie, formulované Einsteinom, určite zostáva platné: v relativistickom zmysle neexistuje žiadna interakcia medzi systémami S 2 a S 1, hypotéza „fantómovej akcie na veľké vzdialenosti“ nevnáša do Einsteinovho lokálneho realizmu najmenší rozpor. . Napokon, samotný pokus o odmietnutie „fantómovej akcie na diaľku“ v lokálnom realizme si logicky vyžaduje rovnaký postoj k svojmu kvantovo mechanickému náprotivku – nelokálnosti. V opačnom prípade sa z toho stáva dvojitý meter, ničím nepodložený dvojitý prístup k dvom teóriám („Čo je dovolené Jupiterovi, nie je dovolené býkovi“). Je nepravdepodobné, že by si takýto prístup zaslúžil serióznu pozornosť. Hypotéza Einsteinovho lokálneho realizmu (lokalizmu) by teda mala byť formulovaná v úplnejšej podobe: „Skutočný stav systému S 2 v relativistickom zmysle nezávisí od toho, čo sa robí so systémom S 1 " priestorovo oddeleným od neho. Vzhľadom na túto malú, ale dôležitú opravu, všetky odkazy na porušenie "Bellových nerovností" (pozri ), ako argumenty vyvracajúce Einsteinov lokálny realizmus, ktorý ich porušuje rovnaký úspech ako kvantová mechanika... Ako vidíme, v kvantovej mechanike je podstata fenoménu nelokality opísaná vonkajšími znakmi, ale nie je vysvetlený jej vnútorný mechanizmus, čo slúžilo ako základ pre Einsteinov výrok o neúplnosti kvantovej mechaniky. .jednoduché vysvetlenie, ktoré nie je v rozpore ani s logikou, ani so zdravým rozumom. Keďže sa dve kvantové častice správajú tak, ako keby „vedia“ o svojom stave, prenášajú si navzájom nejaké nepolapiteľné informácie, možno predpokladať, že prenos sa uskutočňuje nejaký „čisto materiálny“ nosič (nie materiálny.) Táto otázka má hlboké filozofické pozadie, týkajúce sa základov reality, teda toho, že primárna látka, z ktorej je stvorený celý náš svet. V skutočnosti by sa táto látka mala nazývať hmotou, ktorá jej dáva vlastnosti, ktoré vylučujú jej priame pozorovanie. Celý okolitý svet je utkaný z hmoty a môžeme ho pozorovať iba interakciou s touto tkaninou, derivátom hmoty: hmota, polia. Bez toho, aby sme zachádzali do podrobností tejto hypotézy, len zdôrazňujeme, že autor identifikuje hmotu a éter, pričom ich považuje za dva názvy pre tú istú látku. Je nemožné vysvetliť štruktúru sveta, odmietajúc základný princíp - hmotu, pretože diskrétnosť hmoty sama o sebe odporuje logike aj zdravému rozumu. Neexistuje žiadna rozumná a logická odpoveď na otázku: čo je medzi diskrétnosťami hmoty, ak hmota je základným princípom všetkého, čo existuje. Preto predpoklad, že hmota má vlastnosť, vznikajúce ako okamžitá interakcia vzdialených hmotných objektov, je celkom logická a konzistentná. Dve kvantové častice spolu interagujú na hlbšej úrovni – hmotná, pričom si navzájom odovzdávajú jemnejšiu, nepolapiteľnú informáciu na hmotnej úrovni, ktorá nie je spojená s materiálom, poľom, vlnou ani iným nosičom a ktorej registrácia je priamo zásadne nemožné. Fenomén nelokality (neoddeliteľnosti), hoci v kvantovej fyzike nemá explicitný a jasný fyzikálny popis (vysvetlenie), je napriek tomu prístupný k pochopeniu a vysvetleniu ako reálny proces. Interakcia zapletených častíc teda vo všeobecnosti nie je v rozpore ani s logikou, ani so zdravým rozumom a umožňuje, aj keď fantastické, ale skôr harmonické vysvetlenie.kvantová teleportácia
Ďalším zaujímavým a paradoxným prejavom kvantovej podstaty hmoty je kvantová teleportácia. Pojem „teleportácia“, prevzatý zo sci-fi, sa dnes vo vedeckej literatúre bežne používa a na prvý pohľad budí dojem niečoho neskutočného. Kvantová teleportácia znamená okamžitý prenos kvantového stavu z jednej častice na druhú na veľkú vzdialenosť. K samotnej teleportácii častice, prenosu hmoty však v tomto prípade nedochádza. Otázka kvantovej teleportácie bola prvýkrát nastolená v roku 1993 Bennettovou skupinou, ktorá pomocou EPR paradoxu ukázala, že v princípe môžu spojené (prepletené) častice slúžiť ako druh informačného „transportu“. Priložením tretej – „informačnej“ – častice k jednej zo spriahnutých častíc je možné preniesť jej vlastnosti na druhú, a to aj bez merania týchto vlastností. Implementácia EPR kanála bola vykonaná experimentálne a bola preukázaná realizovateľnosť princípov EPR v praxi pre prenos polarizačných stavov medzi dvoma fotónmi cez optické vlákna pomocou tretieho na vzdialenosť do 10 kilometrov. Podľa zákonov kvantovej mechaniky nemá fotón presnú hodnotu polarizácie, kým nie je zmeraný detektorom. Meranie teda transformuje množinu všetkých možných polarizácií fotónu na náhodnú, no veľmi špecifickú hodnotu. Meranie polarizácie jedného fotónu zapleteného páru vedie k tomu, že druhý fotón, bez ohľadu na to, ako ďaleko je, okamžite objaví zodpovedajúcu - kolmo naň - polarizáciu. Ak sa jeden z dvoch pôvodných fotónov „zmieša“ s cudzím fotónom, vytvorí sa nový pár, nový viazaný kvantový systém. Po zmeraní jeho parametrov je možné okamžite prenášať kamkoľvek chcete - teleportovať - smer polarizácie už nie je pôvodný, ale cudzí fotón. V zásade platí, že takmer všetko, čo sa stane jednému fotónu z páru, by malo okamžite ovplyvniť druhý a zmeniť jeho vlastnosti veľmi určitým spôsobom. V dôsledku merania druhý fotón pôvodného viazaného páru tiež získal určitú pevnú polarizáciu: kópia počiatočného stavu „fotónu posla“ bola prenesená do vzdialeného fotónu. Najťažšie bolo dokázať, že kvantový stav bol skutočne teleportovaný: to si vyžadovalo presne vedieť, ako sú detektory nastavené pri meraní celkovej polarizácie a bolo potrebné ich starostlivo synchronizovať. Zjednodušenú schému kvantovej teleportácie si možno predstaviť nasledovne. Alice a Bob (podmienené znaky) dostanú jeden fotón z dvojice zapletených fotónov. Alica má časticu (fotón) v (pre ňu neznámom) stave A; fotón z páru a Alicin fotón interagujú ("zapletené"), Alice vykoná meranie a určí stav systému dvoch fotónov, ktoré má. Prirodzene, počiatočný stav A fotónu Alice je v tomto prípade zničený. Fotón z dvojice zapletených fotónov, ktorý skončil v Bobovi, však prechádza do stavu A. Bob v zásade ani nevie, že došlo k aktu teleportácie, preto je potrebné, aby mu Alice o tom poslala informáciu. obvyklým spôsobom. Matematicky, rečou kvantovej mechaniky, možno tento jav opísať nasledovne. Schéma zariadenia na teleportáciu je znázornená na obrázku:
Obr.6. Schéma inštalácie na realizáciu kvantovej teleportácie stavu fotónu
"Počiatočný stav je určený výrazom:
Tu sa predpokladá, že prvé dva (zľava doprava) qubity patria Alici a tretí qubit patrí Bobovi. Potom Alice odovzdá svoje dva qubity CNOT-brána. V tomto prípade sa získa stav |Ψ 1 >:
Alice potom prejde prvým qubitom cez Hadamardskú bránu. V dôsledku toho bude stav uvažovaných qubitov |Ψ 2 > vyzerať takto:
Preskupením výrazov v (10.4), pozorovaním zvolenej postupnosti príslušnosti qubitov k Alici a Bobovi, dostaneme:
To ukazuje, že ak napríklad Alice vykoná merania stavov svojho páru qubitov a dostane 00 (teda M 1 = 0, M 2 = 0), potom bude Bobov qubit v stave |Ψ>, že je v stave, ktorý Alice chcela dať Bobovi. Vo všeobecnom prípade, v závislosti od výsledku Aliceho merania, bude stav Bobovho qubitu po procese merania určený jedným zo štyroch možných stavov:
Aby však Bob vedel, v ktorom zo štyroch stavov je jeho qubit, musí získať klasickú informáciu o výsledku Aliceho merania. Len čo Bob pozná výsledok Aliceho merania, môže pomocou kvantových operácií zodpovedajúcich schéme (10.6) získať stav Alicinho pôvodného qubitu |Ψ>. Ak mu teda Alice povedala, že výsledok jej merania je 00, Bob nemusí so svojím qubitom nič robiť – je v stave |Ψ>, čiže výsledok prenosu už bol dosiahnutý. Ak Alicino meranie poskytne výsledok 01, potom Bob musí na svoj qubit pôsobiť bránou X. Ak Alicino meranie dáva 10, Bob musí použiť bránu Z. Nakoniec, ak bol výsledok 11, potom musí Bob pôsobiť na brány X*Z na získanie prenášaného stavu |Ψ>. Celkový kvantový obvod popisujúci fenomén teleportácie je znázornený na obrázku. Pre fenomén teleportácie existuje množstvo okolností, ktoré je potrebné vysvetliť s prihliadnutím na všeobecné fyzikálne princípy. Napríklad by sa dalo nadobudnúť dojem, že teleportácia umožňuje okamžitý prenos kvantového stavu, a teda rýchlejší ako rýchlosť svetla. Toto tvrdenie je v priamom rozpore s teóriou relativity. Vo fenoméne teleportácie však nie je v rozpore s teóriou relativity, pretože na uskutočnenie teleportácie musí Alice preniesť výsledok svojho merania klasickým komunikačným kanálom a teleportácia neprenáša žiadne informácie. teleportácie jasne a logicky vyplýva z formalizmu kvantovej mechaniky. Je zrejmé, že základom tohto javu, jeho "jadrom" je spletenie. Teleportácia je teda logická ako spletenie, je ľahko a jednoducho opísaná matematicky, bez toho, aby vznikla akékoľvek rozpory s logikou alebo zdravým rozumom.
Bellove nerovnosti
vyskytli sa nepodložené odkazy na porušovanie „Bellových nerovností“ ako argumenty proti Einsteinovmu miestnemu realizmu, ktorý ich porušuje rovnako dobre ako kvantová mechanika. Článok DS Bella o EPR paradoxe bol presvedčivým matematickým vyvrátením Einsteinových argumentov o neúplnosti kvantovej mechaniky a ním formulovaných ustanovení takzvaného „miestneho realizmu“. Odo dňa uverejnenia článku v roku 1964 až dodnes boli Bellove argumenty, známejšie vo forme „Bellových nerovností“, najbežnejším a hlavným argumentom v spore medzi pojmami nelokality kvantovej mechaniky a tzv. celá trieda teórií založených na „skrytých premenných“ alebo „dodatočných parametroch“. Bellove námietky treba zároveň považovať za kompromis medzi špeciálnou teóriou relativity a experimentálne pozorovaným javom zapletenia, ktorý má všetky viditeľné znaky okamžitej závislosti dvoch od seba oddelených systémov. Tento kompromis je dnes známy ako nelokálnosť alebo neoddeliteľnosť. Nelokálnosť vlastne popiera ustanovenia tradičnej teórie pravdepodobnosti o závislých a nezávislých udalostiach a zdôvodňuje nové ustanovenia - kvantová pravdepodobnosť, kvantové pravidlá pre výpočet pravdepodobnosti udalostí (sčítanie amplitúd pravdepodobnosti), kvantová logika. Takýto kompromis slúži ako základ pre vznik mystických pohľadov na prírodu. Zamyslime sa nad Bellovým veľmi zaujímavým záverom z analýzy EPR paradoxu: „V kvantovej teórii s dodatočnými parametrami, aby bolo možné určiť výsledky jednotlivých meraní bez zmeny štatistických predpovedí, musí existovať mechanizmus, ktorým nastavenie jedného meracieho zariadenia dokáže ovplyvniť čítanie iného vzdialeného prístroja Okrem toho sa príslušný signál musí šíriť okamžite, takže takáto teória nemôže byť Lorentzova invariantná." Einstein aj Bell vylučujú superluminálnu interakciu medzi časticami. Einsteinove argumenty o „dodatočných parametroch“ však Bell presvedčivo vyvrátil, aj keď za cenu priznania akéhosi nadsvetelného „ladiaceho mechanizmu“. Aby sa zachovala Lorentzova invariantnosť teórie, vidíme dva spôsoby: rozpoznať mystiku nelokality alebo ... existenciu nehmotnej substancie, ktorá viaže častice. Predpoklad okamžitého prenosu doteraz nepolapiteľnej, experimentálne nezaregistrovanej „kvantovej informácie“ umožňuje opustiť mystiku v prospech logiky a zdravého rozumu a platnosti špeciálnej teórie relativity. Aj keď vysvetlenie ako celok vyzerá fantasticky.Rozpor medzi kvantovou mechanikou a SRT
Vyššie bolo povedané o formálnom uznaní absencie rozporu medzi kvantovou mechanikou - fenoménom nelokality, previazanosti a špeciálnej teórie relativity. Fenomén zapletenia však v zásade umožňuje zorganizovať experiment, ktorý môže explicitne ukázať, že vzájomne sa pohybujúce hodiny sú synchrónne. To znamená, že tvrdenie SRT, že pohyblivé hodiny sú pozadu, je nesprávne. Existujú dobré dôvody domnievať sa, že existuje nezredukovateľný rozpor medzi kvantovou teóriou a špeciálnou teóriou relativity, pokiaľ ide o rýchlosť prenosu interakcie a kvantovú nelokálnosť. Pozícia kvantovej teórie o okamžitom kolapse stavového vektora je v rozpore s postulátom SRT o obmedzenej rýchlosti prenosu interakcie, pretože existuje spôsob, ako využiť kolaps na generovanie synchronizačného signálu, ktorý je v skutočnosti informačným signálom. ktorý sa okamžite šíri v priestore. Z toho vyplýva záver, že jednou z teórií je kvantová alebo špeciálna relativita, alebo obe teórie vyžadujú revíziu v otázke rýchlosti prenosu interakcie. Pre kvantovú teóriu ide o odmietnutie kvantovej korelácie zapletených častíc (nelokality) s okamžitým kolapsom vlnovej funkcie na akúkoľvek vzdialenosť, pre SRT je to hranica rýchlosti prenosu interakcie. Podstata kvantovej synchronizácie je nasledovná. Dve zapletené častice (fotóny) okamžite získajú svoje vlastné stavy, keď sa spoločná vlnová funkcia zrúti - to je pozícia kvantovej mechaniky. Pretože existuje aspoň jedna IFR, v ktorej každý z fotónov prijíma svoj stav v meracom zariadení, neexistujú žiadne rozumné dôvody na tvrdenie, že existujú ďalšie IFR, v ktorých fotóny dostali tieto stavy. vonku meracie zariadenia. Z toho vyplýva nevyhnutný záver, že dochádza k prevádzke dvoch metrov súčasne z hľadiska akýkoľvek ISO, pretože pre akýkoľvek ISO oba merače fungovali súčasne v dôsledku kolapsu vlnovej funkcie. Najmä to znamená, že vlastný merač nehybný ISO fungovalo absolútne súčasne so vstupom merača sťahovanie ISO, keďže kvantovo zamotané častice (fotóny) boli v momente kolapsu v meracích zariadeniach a kolaps nastane okamžite. Použitie podpisov (sekvencií meracích signálov) vám umožňuje neskôr zobraziť synchronizáciu hodín. Ako vidíme, aj takýto jasne pozorovaný rozpor medzi dvoma poprednými fyzikálnymi teóriami pripúšťa úplne logické rozuzlenie (vrátane experimentálneho overenia), ktoré v žiadnom prípade neodporuje zdravému rozumu. Treba však poznamenať, že samotný fenomén kvantovej synchronizácie sa ukázal byť mimo chápania všetkých odporcov, s ktorými sa o ňom diskutovalo.Záhady egyptských pyramíd
Od školských rokov nás učili, že slávne egyptské pyramídy boli postavené rukami Egypťanov nám známych dynastií. Vedecké expedície, ktoré dnes organizoval A.Yu Sklyarov, však poukázali na mnohé nezrovnalosti a rozpory v takýchto názoroch na pôvod pyramíd. Okrem toho sa našli rozpory vo výkladoch vzhľadu takýchto štruktúr v iných častiach sveta. Sklyarovove expedície si stanovili celkom fantastické úlohy: "hlavnou vecou je nájsť to, čo sme hľadali - znaky a stopy vysoko rozvinutej civilizácie, ktorá sa radikálne líši v schopnostiach a technológiách, ktoré ovládala od všetkých mezoamerických národov známych historikom." Po kritike prevládajúcich vysvetlení oficiálnej historickej vedy o vzniku úžasných starovekých štruktúr dospel k presvedčivému záveru o ich úplne odlišnom pôvode: „Každý čítal a“ pozná “slávne egyptské obelisky. Ale vedia čo? . .V knihách môžete vidieť údaje o výške obeliskov, odhad ich hmotnosti a údaj o materiáli, z ktorého sú vyrobené, popis ich majestátnosti, vyhlásenie o verzii výroby, dodávky a montáže v r. Môžete dokonca nájsť možnosti prekladu nápisov na nich. Je však nepravdepodobné, že niekde nájdete zmienku o tom, že na tých istých obeliskoch veľmi často nájdete úzke ozdobné štrbiny (s hĺbkou asi centimeter a šírkou vstup len pár milimetrov a hĺbka sa prakticky rovná nule), čo teraz žiadny superdokonalý prístroj nedokáže zopakovať. technológie!" Toto všetko bolo natočené, zobrazené zblízka, akékoľvek pochybnosti o pravosti zobrazeného sú vylúčené. Zábery sú úžasné! A závery vyvodené na základe analýzy prvkov štruktúr sú, samozrejme, jednoznačné a nespochybniteľné: "Odtiaľto nevyhnutne a automaticky vyplýva, že to mohol vyrobiť len ten, kto mal vhodný nástroj. Toto sú dva. ktorí mali výrobnú základňu na vytvorenie takéhoto nástroja.Toto sú traja.Ten, ktorý mal príslušnú zásobu energie ako na chod tohto nástroja, tak aj na chod celej základne, ktorá nástroj vyrába.To sú štyria.kto mal primerané znalosti. To je päť. A tak ďalej a tak ďalej. Výsledkom je civilizácia, ktorá prevyšuje našu modernú vedomosťami aj technológiou. Fantázia?... Ale slot je skutočný! !!" Musíte byť patologický Thomas Neveriaci, aby ste mohli poprieť prítomnosť stôp špičkovej technológie a byť neuveriteľným snílkom, aby ste všetky tieto diela pripísali starým Egypťanom (a iným národom, na ktorých území boli objavené štruktúry). Napriek tomu fantastickú povahu starovekých stavieb v Egypte, Mexiku a iných regiónoch, ich výskyt možno vysvetliť bez akýchkoľvek rozporov s logikou a zdravým rozumom.Tieto vysvetlenia sú v rozpore so všeobecne uznávanou interpretáciou pôvodu pyramíd, ale sú v zásade skutočné.Dokonca predpoklad, že mimozemšťania navštevujú Zem a stavajú nimi pyramídy, nie je v rozpore so zdravým rozumom: hoci je táto myšlienka fantastická, pokojne sa mohla uskutočniť. Navyše, toto vysvetlenie je oveľa logickejšie a rozumnejšie, ako pripisovať stavbu starodávnym, slabo rozvinutým civilizácií.Čo ak je to neuveriteľné?
Takže, ako je znázornené, veľa aj tých najúžasnejších prírodných javov sa dá celkom vysvetliť z hľadiska logiky a zdravého rozumu. Zrejme nájdete oveľa viac takýchto záhad a javov, ktoré nám však umožňujú podať aspoň nejaké logické alebo konzistentné vysvetlenie. To ale neplatí pre zasahovanie, ktoré v priebehu vysvetľovania naráža na neprekonateľné rozpory s logikou a zdravým rozumom. Skúsme sformulovať aspoň nejaké vysvetlenie, aj keď fantastické, šialené, no založené na logike a zdravom rozume. Predpokladajme, že fotón je vlna a nič iné, že neexistuje všeobecne uznávaná dualita vlna-častica. Fotón však nie je vlna vo svojej tradičnej forme: nie je to len elektromagnetická vlna alebo De Broglieho vlna, ale niečo abstraktnejšie, abstraktnejšie - vlna. Potom to, čo nazývame častica a zdá sa, že sa dokonca prejavuje ako častica - v skutočnosti v istom zmysle kolaps, kolaps, "smrť" vlny, postup absorpcie fotónovej vlny, proces o zmiznutí fotónovej vlny. Pokúsme sa teraz vysvetliť niektoré javy z tohto nevedeckého, ba až absurdného uhla pohľadu. Experiment na Mach-Zehnderovom interferometri. Na vstupe do interferometra sa fotón – „ani vlna ani častica“ rozdelí na dve časti. V pravom zmysle slova. Polovica fotónu sa pohybuje pozdĺž jedného ramena a polovica fotónu sa pohybuje pozdĺž druhého. Na výstupe z interferometra je fotón opäť zostavený do jedného celku. Zatiaľ je to len náčrt postupu. Teraz predpokladajme, že jedna z dráh fotónov je zablokovaná. Pri kontakte s prekážkou sa polofotón „skondenzuje“ na celý fotón. To sa deje v jednom z dvoch bodov v priestore: buď v bode kontaktu s prekážkou, alebo vo vzdialenom bode, kde bola v tom momente jej druhá polovica. Ale kde presne? Je jasné, že kvôli kvantovej pravdepodobnosti nie je možné určiť presné miesto: buď tam, alebo tu. V tomto prípade sa systém dvoch polofotónov zničí a „splynie“ do pôvodného fotónu. S istotou je známe len to, že k zlúčeniu dochádza v mieste jedného z polovičných fotónov a že polovičné fotóny sa spájajú nadsvetelnou (okamžitou) rýchlosťou - rovnako ako zapletené fotóny nadobúdajú korelované stavy. Účinok opísaný Penrosom, s rušením na výstupe Mach-Zehnderovho interferometra. Fotón a polofotóny sú tiež vlny, takže všetky vlnové efekty sú z tohto hľadiska vysvetlené jednoducho: "ak sú obe cesty otvorené (obe rovnakej dĺžky), potom môže fotón dosiahnuť iba A" kvôli interferencii polofotónové vlny. „Zablokovanie jednej z trás umožňuje fotónu dosiahnuť detektor B“ presne tak, ako keď fotónová vlna prechádza cez rozdeľovač (rozdeľovač lúča) do interferometra – teda s rozdelením na dva polovičné fotóny a následne kondenzáciou na jednom z detektorov - A alebo B. Zároveň v priemere každý druhý fotón dorazí na výstupný delič v "zloženej forme", keďže prekrytie jednej z dráh spôsobí, že sa fotón "zloží" buď v druhom kanáli alebo na prekážke. Naopak, „ak sú obe cesty otvorené, potom fotón akosi „vie“, že zasiahnuť detektor B nie je dovolené, a preto je nútený sledovať dve cesty naraz, v dôsledku čoho dorazia dva polovičné fotóny. výstupný rozdeľovač, ktorý interferuje s deličom a zasiahne buď detektor A alebo detektor B. Experimentujte na dvoch štrbinách. Keď sa dostaneme do slotov, fotón - "ani vlna, ani častica", ako je uvedené vyššie, je rozdelený na dve časti, na dva polovičné fotóny. Semifotóny, ktoré prechádzajú cez štrbiny, interferujú tradične ako vlny a vytvárajú zodpovedajúce pásy na obrazovke. Keď je jedna zo štrbín uzavretá (na výstupe), potom na jednej z nich "kondenzujú" aj polfotóny podľa zákonov kvantovej pravdepodobnosti. To znamená, že fotón sa môže „poskladať“ do celku ako na výbežku – na prvom polfotóne, tak aj na mieste druhého polfotónu v momente, keď sa prvý dotkne tohto výbežku. V tomto prípade „kondenzovaný“ fotón pokračuje vo svojom ďalšom pohybe tradičným spôsobom pre kvantový vlnový fotón. fenomén oneskorenej voľby. Rovnako ako v predchádzajúcom príklade, polfotóny prechádzajú cez štrbiny. Interferencia funguje rovnakým spôsobom. Ak sa po prechode polofotónov cez štrbiny vymení záznamník (tienidlo alebo okuláre), pre polofotóny sa nič zvláštne nestane. Ak sa na svojej ceste stretnú s obrazovkou, prekážajú, „zhromaždia sa“ do jednej v zodpovedajúcom bode v priestore (obrazovke). Ak sa stretne okulár, potom sa podľa zákonov kvantovej pravdepodobnosti polofotóny „zhromaždia“ do celého fotónu na jednom z nich. Kvantovej pravdepodobnosti je jedno, na ktorom z polofotónov bude fotón „kondenzovať“ do celku. V okuláre skutočne presne uvidíme, že fotón prešiel určitou štrbinou. Zapletenie. Kvantové častice – vlny v momente interakcie a následnej separácie si napríklad zachovávajú svoju „párovosť“. Inými slovami, každá z častíc sa „rozptyľuje“ súčasne v dvoch smeroch vo forme poločastíc. To znamená, že dve polovičné častice - polovica prvej častice a polovica druhej častice - sa odstránia v jednom smere a ďalšie dve polovice - v druhom. V momente kolapsu stavového vektora sa každá z poločastíc „zrúti“, každá na „svojej“ strane, okamžite, bez ohľadu na vzdialenosť medzi časticami. Podľa pravidiel kvantového počítania je v prípade fotónov možné otočiť polarizáciu jednej z častíc bez kolapsu stavového vektora. V tomto prípade by malo dôjsť k rotácii smerov vzájomnej polarizácie zapletených fotónov: pri kolapse už uhol medzi ich polarizáciami nebude násobkom priameho. Dá sa to však vysvetliť napríklad aj nerovnosťou „polovíc“. Fantastický? blázon? Nevedecké? Očividne áno. Navyše tieto vysvetlenia jasne odporujú tým experimentom, v ktorých sa kvantové častice prejavujú presne ako kvantá, napríklad elastické zrážky. Ale taká je cena za snahu držať sa logiky a zdravého rozumu. Ako vidíte, interferencia sa na to nehodí, odporuje logike aj zdravému rozumu v nepomerne väčšej miere ako všetky tu uvažované javy. „Srdce kvantovej mechaniky“, kvintesencia princípu kvantovej superpozície je neriešiteľnou hádankou. A vzhľadom na to, že interferencia je vlastne základným princípom, do tej či onej miery obsiahnutým v mnohých kvantových mechanických výpočtoch, je to absurdita, nevyriešená Hlavná záhada kvantovej fyziky .APPS
Keďže pri analýze tajomstiev vedy budeme používať také základné pojmy ako logika, paradox, rozpor, absurdita, zdravý rozum, mali by sme si určiť, ako budeme tieto pojmy interpretovať.formálna logika
Ako hlavný nástroj analýzy volíme aparát formálnej logiky, ktorý je základom všetkých ostatných tried logík, tak ako je základom všetkých kalkulov (s inými základmi) binárny kalkul. Toto je logika najnižšej úrovne, jednoduchšia, od ktorej nie je možné vymyslieť nič viac. Všetky úvahy a logické konštrukcie sú v konečnom dôsledku založené na tejto základnej, základnej logike, redukujú sa na ňu. Z toho vyplýva nevyhnutný záver, že akékoľvek uvažovanie (konštrukcia) vo svojom základe by nemala odporovať formálnej logike. Logika je:1. Náuka o všeobecných zákonitostiach vývoja objektívneho sveta a poznania.
2. Rozumnosť, správnosť záverov.
3. Vnútorná zákonitosť. (Vysvetľujúci slovník ruského jazyka od Ushakova, http://slovari.yandex.ru/dict/ushakov/article/ushakov/12/us208212.htm) Logika je „normatívna veda o formách a metódach intelektuálnej kognitívnej činnosti. von pomocou jazyka.Špecifickosť logické zákony spočíva v tom, že ide o tvrdenia, ktoré sú pravdivé výlučne na základe svojej logickej formy. Inými slovami, logická forma takýchto tvrdení určuje ich pravdivosť bez ohľadu na špecifikáciu obsahu ich nelogických pojmov.htm) Z logických teórií nás budú zaujímať najmä neklasická logika – kvantová logika, ktorá znamená porušenie zákonov klasickej logiky v mikrokozme. Do istej miery sa budeme opierať o dialektickú logiku, logiku „rozporov“: „Dialektická logika je filozofia, teória pravdy(pravda-proces, podľa Hegela), kým iné „logiky“ sú špeciálnym nástrojom na fixovanie a stelesňovanie výsledkov poznania. Tento nástroj je veľmi potrebný (napríklad ani jeden počítačový program nebude fungovať bez toho, aby sa spoliehal na matematické a logické pravidlá na výpočet výrokov), ale napriek tomu je špeciálny. ... Takáto logika študuje zákony vzniku a vývoja z jedného zdroja rôznych, niekedy zbavených nielen vonkajších podobností, ale aj protichodných javov. Navyše pre dialektickú logiku rozpor neodmysliteľnou súčasťou samotného zdroja vzniku javov. Na rozdiel od formálnej logiky, ktorá ukladá zákaz podobných vecí v podobe „zákona vylúčeného stredu“ (buď A alebo nie-A – tertium non datur: Tretia neexistuje). Čo sa však dá robiť, ak svetlo je už vo svojej základni - svetlo ako "pravda" - je vlnou aj časticou (telieska), na ktorú nie je možné "rozdeliť" ani v podmienkach toho najsofistikovanejšieho laboratória experiment? (Kudryavtsev V., Čo je dialektická logika? http://www.tovievich.ru/book/8/340/1.htm)
Zdravý rozum
V aristotelovskom zmysle slova schopnosť pochopiť vlastnosti objektu pomocou iných zmyslov. Presvedčenia, názory, praktické chápanie vecí, charakteristické pre „priemerného človeka“. Hovorový: dobrý, odôvodnený úsudok. Približné synonymum pre logické myslenie. Pôvodne sa zdravý rozum považoval za neoddeliteľnú súčasť mentálnej schopnosti fungujúcej čisto racionálnym spôsobom. (Oxfordský vysvetľujúci slovník psychológie / Editoval A. Reber, 2002,http://vocabulary.ru/dictionary/487/word/%C7%C4%D0%C0%C2%DB%C9+%D1%CC%DB%D1%CB) Tu považujeme zdravý rozum výlučne za súlad javov k formálnej logike. Len rozpor logiky v konštrukciách môže slúžiť ako základ na rozpoznanie omylu, neúplnosti záverov alebo ich absurdnosti. Ako povedal Y. Sklyarov, vysvetlenie skutočných faktov treba hľadať pomocou logiky a zdravého rozumu, bez ohľadu na to, aké zvláštne, nezvyčajné a „nevedecké“ sa tieto vysvetlenia môžu zdať na prvý pohľad. Pri analýze sa spoliehame na vedeckú metódu, za ktorú považujeme metódu pokus-omyl. (Serebryany A.I., Scientific Method and Mistakes, Nature, N3, 1997, http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/VV_SC2_W.HTM) Zároveň si uvedomujeme, že samotná veda je založená na viera: „v podstate je každé poznanie založené na viere v počiatočné predpoklady (ktoré sa berú a priori prostredníctvom intuície a ktoré nemožno racionálne priamo a rigorózne dokázať), – najmä v nasledujúcich:
(i) naša myseľ dokáže pochopiť realitu,
(ii) naše pocity odrážajú realitu,
(iii) zákony logiky." (V.S. Olkhovsky V.S., Ako spolu súvisia postuláty viery evolucionizmu a kreacionizmu s modernými vedeckými údajmi, http://www.scienceandapologetics.org/text/91.htm) " To, že táto veda je založená na viere, ktorá sa kvalitatívne nelíši od náboženskej viery, uznávajú aj samotní vedci.“ (Modern Science and Faith, http://www.vyasa.ru/philosophy/vedicculture/?id=82) definícia zdravého rozumu: „Zdravý rozum je súbor predsudkov, ktoré si osvojíme po dosiahnutí osemnásteho roku života.“ môže vás odmietnuť.
Rozpor
"Vo formálnej logike je dvojica úsudkov, ktoré si navzájom odporujú, teda úsudky, z ktorých každý je negáciou toho druhého. Rozporom je aj samotná skutočnosť objavenia sa takejto dvojice úsudkov v priebehu akéhokoľvek uvažovaním alebo v rámci akejkoľvek vedeckej teórie“. (Veľká sovietska encyklopédia, Rubricon, http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00063/38600.htm) „Myšlienka alebo pozícia nezlučiteľná s inou, vyvracanie inej, nekonzistentnosť v myšlienkach, vyhláseniach a činoch, porušenie logika alebo pravda. (Výkladový slovník ruského jazyka Ushakov, http://slovari.yandex.ru/dict/ushakov/article/ushakov/16-4/us3102504.htm) „logická situácia simultánnej pravdy dvoch vzájomne sa vylučujúcich definícií alebo tvrdení (rozsudky) o jednom a tom istom Vo formálnej logike sa rozpor považuje za neprípustný podľa zákona protirečenia. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Controversy)Paradox
"1) názor, úsudok, záver, ostro v rozpore so všeobecne uznávaným, v rozpore so "zdravým rozumom" (niekedy len na prvý pohľad); 2) neočakávaný jav, udalosť, ktorá nezodpovedá zaužívaným predstavám; 3) v logike – rozpor, ktorý vzniká pri akomkoľvek odklone od pravdy Rozpor je synonymom pojmu „antinómia“ – rozpor v zákone – takto sa nazýva každá úvaha, ktorá dokazuje pravdivosť tézy aj pravdivosť jeho negáciu. Často vzniká paradox, keď sa dva vzájomne sa vylučujúce (protichodné) rozsudky ukážu ako rovnako preukázateľné." (http://slovari.yandex.ru/dict/psychlex2/article/PS2/ps2-0279.htm) Keďže je zvykom považovať jav, ktorý je v rozpore so všeobecne uznávanými názormi, za paradox, v tomto zmysle za paradox a rozpor sú podobné. Budeme ich však posudzovať samostatne. Paradox je síce rozpor, dá sa však logicky vysvetliť, je prístupný zdravému rozumu. Rozpor budeme považovať za neriešiteľnú, nemožnú, absurdnú logickú konštrukciu, nevysvetliteľnú z hľadiska zdravého rozumu. Článok hľadá také rozpory, ktoré sa nielen ťažko riešia, ale dosahujú až absurdnosti. Nielenže je ťažké ich vysvetliť, ale aj formulácia problému, popis podstaty rozporu naráža na ťažkosti. Ako vysvetlíš niečo, čo nevieš ani sformulovať? Youngov dvojštrbinový experiment je podľa nás taká absurdita. Zistilo sa, že je mimoriadne ťažké vysvetliť správanie kvantovej častice, keď zasahuje do dvoch štrbín.Absurdné
Niečo nelogické, absurdné, odporujúce zdravému rozumu. - Výraz sa považuje za absurdný, ak nie je navonok protirečivý, no napriek tomu z neho možno protirečenie odvodiť. - Absurdný výrok je zmysluplný a pre svoju nejednotnosť je nepravdivý. Logický zákon protirečenia hovorí o neprípustnosti afirmácie aj negácie. - Absurdný výrok je priamym porušením tohto zákona. V logike sa dôkazy posudzujú reductio ad absurdum („zníženie do absurdity“): ak je rozpor odvodený od určitej pozície, potom je toto ustanovenie nepravdivé. (Wikipedia, http://ru.wikipedia.org/wiki/Absurd) Pre Grékov pojem absurdita znamenal logickú slepú uličku, teda miesto, kde uvažovanie privádza uvažujúceho k zjavnému rozporu alebo navyše k očividný nezmysel, a preto si vyžaduje inú myšlienkovú cestu. Absurdita sa teda chápala ako popretie ústrednej zložky racionality – logiky. (http://www.ec-dejavu.net/a/absurd.html)Literatúra
- Aspekt A. "Bellov teorém: naivný pohľad experimentátora", 2001,
(http://quantum3000.narod.ru/papers/edu/aspect_bell.zip) - Aspect: Alain Aspect, Bell's Theorem: An Experimenter's Naive View, (z angličtiny preložil P. V. Putenikhina), Quantum Magic, 2007.
- Bacciagaluppi G., Úloha dekoherencie v kvantovej teórii: Preložil M. H. Shulman. - Inštitút histórie a filozofie vedy a techniky (Paríž) -
http://plato.stanford.edu/entries/qm-decoherence/ - Belinsky A.V., Kvantová nelokálnosť a absencia apriórnych hodnôt meraných veličín v experimentoch s fotónmi, - UFN, v.173, ?8, august 2003.
- Boumeister D., Eckert A., Zeilinger A., Fyzika kvantových informácií. -
http://quantmagic.narod.ru/Books/Zeilinger/g1.djvu - Vlnové procesy v nehomogénnych a nelineárnych prostrediach. Seminár 10. Kvantová teleportácia, Voronežská štátna univerzita, Výskumné a vzdelávacie centrum REC-010,
http://www.rec.vsu.ru/rus/ecourse/quantcomp/sem10.pdf - Doronin S.I., "Nelokalita kvantovej mechaniky", Fórum fyziky mágie, webová stránka Physics of Magic, Physics, http://physmag.h1.ru/forum/topic.php?forum=1&topic=29
- Doronin S.I., stránka "Fyzika mágie", http://physmag.h1.ru/
- Zarechny M.I., Kvantové a mystické obrazy sveta, 2004, http://www.simoron.dax.ru/
- Kvantová teleportácia (Gordon vysiela 21. mája 2002, 00:30),
http://www.mi.ras.ru/~volovich/lib/vol-acc.htm - Mensky MB, Kvantová mechanika: nové experimenty, nové aplikácie a nové formulácie starých otázok. - UFN, zväzok 170, N 6, 2000
- Roger Penrose, Kráľova nová myseľ: Počítače, myslenie a zákony fyziky: Per. z angličtiny. / Bežné vyd. V.O. Malyshenko. - M.: Úvodník URSS, 2003. - 384 s. Preklad knihy:
Roger Penrose, The Emperor's New Mind. Concerning Computers, Minds and The Laws of Physics. Oxford University Press, 1989. - Putenikhin P.V., Kvantová mechanika verzus SRT. - samizdat, 2008,
http://zhurnal.lib.ru/editors/p/putenihin_p_w/kmvsto.shtml - P. V. Putenikhin, Keď nie sú porušené Bellove nerovnosti. Samizdat, 2008
- Putenikhin P.V., Komentáre k Bellovým záverom v článku „Paradox Einsteina, Podolského, Rosena“. Samizdat, 2008
- Sklyarov A., Staroveké Mexiko bez krivých zrkadiel, http://lah.ru/text/sklyarov/mexico-web.rar
- Hawking S., Stručná história času od veľkého tresku po čierne diery. - Petrohrad, 2001
- Hawking S., Penrose R., Povaha priestoru a času. - Iževsk: Výskumné centrum "Pravidelná a chaotická dynamika", 2000, 160 strán.
- Tsypenyuk Yu.M., Vzťah neistoty alebo princíp komplementarity? - M.: Príroda, č.5, 1999, s.90
- Einstein A. Zbierka vedeckých prác v štyroch zväzkoch. Zväzok 4. Články, recenzie, listy. Evolúcia fyziky. M.: Nauka, 1967,
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Einstein_t4_1967ru.djvu - Einstein A., Podolsky B., Rosen N. Dá sa kvantový mechanický popis fyzikálnej reality považovať za úplný? / Einstein A. Sobr. vedecké práce, zväzok 3. M., Nauka, 1966, s. 604-611〉
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Einstein_t3_1966ru.djvu
Podľa prieskumu slávnych fyzikov The New York Times je experiment elektrónovej difrakcie jednou z najúžasnejších štúdií v histórii vedy. Aká je jeho povaha? Existuje zdroj, ktorý vysiela lúč elektrónov na fotocitlivú obrazovku. A týmto elektrónom stojí v ceste prekážka, medená platňa s dvoma štrbinami.
Aký obraz môžeme očakávať na obrazovke, ak sú pre nás elektróny zvyčajne reprezentované ako malé nabité guľôčky? Dva pruhy oproti štrbinám v medenej doske. Ale v skutočnosti sa na obrazovke objaví oveľa zložitejší vzor striedajúcich sa bielych a čiernych pruhov. Je to spôsobené tým, že pri prechode štrbinou sa elektróny začnú správať nielen ako častice, ale aj ako vlny (fotóny alebo iné svetelné častice, ktoré môžu byť zároveň vlnou, sa správajú rovnako).
Tieto vlny interagujú v priestore, narážajú na seba a navzájom sa posilňujú a v dôsledku toho sa na obrazovke zobrazuje zložitý vzor striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Zároveň sa výsledok tohto experimentu nemení, aj keď elektróny prechádzajú jeden po druhom - aj jedna častica môže byť vlna a prechádzať cez dve štrbiny súčasne. Tento postulát bol jedným z hlavných v kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky, keď častice môžu súčasne demonštrovať svoje „obyčajné“ fyzikálne vlastnosti a exotické vlastnosti ako vlna.
Ale čo pozorovateľ? Práve on robí tento mätúci príbeh ešte mätúcim. Keď sa fyzici v experimentoch, ako je tento, pokúsili použiť prístroje na určenie, ktorou štrbinou elektrón skutočne prechádza, obraz na obrazovke sa dramaticky zmenil a stal sa „klasickým“: s dvoma osvetlenými časťami priamo oproti štrbinám bez akýchkoľvek striedajúcich sa pruhov.
Zdalo sa, že elektróny sa zdráhajú odhaliť svoju vlnovú povahu pozornému oku prizerajúcich sa. Vyzerá to ako záhada zahalená tmou. Existuje však jednoduchšie vysvetlenie: pozorovanie systému nemožno vykonávať bez fyzického vplyvu naň. Budeme o tom diskutovať neskôr.
2. Vyhrievané fullerény
Experimenty s difrakciou častíc sa robili nielen s elektrónmi, ale aj s inými, oveľa väčšími objektmi. Používali sa napríklad fullerény, veľké a uzavreté molekuly pozostávajúce z niekoľkých desiatok atómov uhlíka. Nedávno sa skupina vedcov z Viedenskej univerzity pod vedením profesora Zeilingera pokúsila do týchto experimentov zahrnúť prvok pozorovania. Aby to urobili, ožiarili pohybujúce sa molekuly fullerénu laserovými lúčmi. Potom, zahrievané vonkajším zdrojom, molekuly začali žiariť a nevyhnutne odrážali svoju prítomnosť pre pozorovateľa.
Spolu s touto inováciou sa zmenilo aj správanie molekúl. Pred takýmto komplexným pozorovaním sa fullerény celkom úspešne vyhýbali prekážke (vykazujúcej vlnové vlastnosti), podobne ako v predchádzajúcom príklade s elektrónmi narážajúcimi na obrazovku. Ale s prítomnosťou pozorovateľa sa fullerény začali správať ako fyzikálne častice, ktoré dokonale dodržiavajú zákony.
3. Meranie chladenia
Jedným z najznámejších zákonov vo svete kvantovej fyziky je, že nie je možné určiť rýchlosť a polohu kvantového objektu súčasne. Čím presnejšie zmeriame hybnosť častice, tým presnejšie dokážeme zmerať jej polohu. V našom makroskopickom reálnom svete však platnosť kvantových zákonov pôsobiacich na drobné častice zvyčajne zostáva nepovšimnutá.
Nedávne experimenty prof. Schwaba z USA sú veľmi cenným príspevkom k tejto oblasti. Kvantové efekty v týchto experimentoch sa nepreukázali na úrovni elektrónov alebo molekúl fullerénu (ktoré majú približný priemer 1 nm), ale na väčších objektoch, malej hliníkovej stuhe. Táto páska bola upevnená na oboch stranách, takže jej stred bol v zavesenom stave a mohol vibrovať pod vonkajším vplyvom. Okrem toho bolo v blízkosti umiestnené zariadenie schopné presne zaznamenať polohu pásky. Výsledkom experimentu bolo objavených niekoľko zaujímavých vecí. Po prvé, akékoľvek meranie súvisiace s polohou objektu a pozorovaním pásky ju ovplyvnilo, po každom meraní sa poloha pásky zmenila.
Experimentátori určili súradnice pásky s vysokou presnosťou, a tak v súlade s Heisenbergovým princípom zmenili jej rýchlosť a tým aj následnú polohu. Po druhé, a celkom neočakávane, niektoré merania viedli k ochladeniu pásky. Pozorovateľ teda môže meniť fyzikálne vlastnosti predmetov už len ich prítomnosťou.
4. Mrazivé častice
Ako viete, nestabilné rádioaktívne častice sa rozpadajú nielen pri pokusoch s mačkami, ale aj samostatne. Každá častica má priemernú životnosť, ktorá sa, ako sa ukazuje, môže pod drobnohľadom pozorovateľa predĺžiť. Tento kvantový efekt bol predpovedaný už v 60. rokoch a jeho skvelý experimentálny dôkaz sa objavil v článku publikovanom skupinou vedenou nositeľom Nobelovej ceny za fyziku Wolfgangom Ketterlem z Massachusettského technologického inštitútu.
V tejto práci sa študoval rozpad nestabilných excitovaných atómov rubídia. Ihneď po príprave systému boli atómy excitované pomocou laserového lúča. Pozorovanie prebiehalo v dvoch režimoch: kontinuálnom (systém bol neustále vystavený malým svetelným impulzom) a pulznom (systém bol z času na čas ožarovaný silnejšími impulzmi).
Získané výsledky plne súhlasili s teoretickými predpoveďami. Vonkajšie svetelné efekty spomaľujú rozpad častíc a vracajú ich do pôvodného stavu, ktorý je vzdialený od stavu rozpadu. Veľkosť tohto efektu sa tiež zhodovala s predpoveďami. Maximálna životnosť nestabilných excitovaných atómov rubídia sa zvýšila 30-krát.
5. Kvantová mechanika a vedomie
Elektróny a fullerény prestávajú vykazovať svoje vlnové vlastnosti, hliníkové platne sa ochladzujú a nestabilné častice spomaľujú ich rozpad. Pozorné oko diváka doslova mení svet. Prečo to nemôže byť dôkazom zapojenia našej mysle do práce sveta? Možno mali Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakúsky fyzik, laureát Nobelovej ceny, priekopník kvantovej mechaniky) predsa len pravdu, keď povedali, že zákony fyziky a vedomia by sa mali považovať za vzájomne sa dopĺňajúce?
Sme jeden krok od toho, aby sme si uvedomili, že svet okolo nás je. Predstava je to desivá a lákavá. Skúsme sa opäť obrátiť na fyzikov. Najmä v posledných rokoch, keď čoraz menej ľudí verí kodanskej interpretácii kvantovej mechaniky s jej záhadnými vlnovými kolapsmi, ktoré sa menia na svetskejšiu a spoľahlivejšiu dekoherenciu.
Faktom je, že pri všetkých týchto experimentoch s pozorovaniami experimentátori nevyhnutne ovplyvňovali systém. Osvetlili ho laserom a nainštalovali meracie prístroje. Spájal ich dôležitý princíp: nemôžete pozorovať systém alebo merať jeho vlastnosti bez interakcie s ním. Akákoľvek interakcia je proces úpravy vlastností. Najmä keď je malý kvantový systém vystavený kolosálnym kvantovým objektom. Nejaký večne neutrálny budhistický pozorovateľ je z princípu nemožný. A tu vstupuje do hry pojem „dekoherencia“, ktorý je z hľadiska termodynamiky nezvratný: kvantové vlastnosti systému sa menia pri interakcii s iným veľkým systémom.
Počas tejto interakcie kvantový systém stráca svoje pôvodné vlastnosti a stáva sa klasickým, akoby „poslúchal“ veľký systém. To vysvetľuje aj paradox Schrödingerovej mačky: mačka je príliš veľký systém, takže ju nemožno izolovať od zvyšku sveta. Samotný dizajn tohto myšlienkového experimentu nie je úplne správny.
V každom prípade, ak predpokladáme realitu aktu stvorenia vedomím, dekoherencia sa javí ako oveľa pohodlnejší prístup. Možno až príliš pohodlné. S týmto prístupom sa celý klasický svet stáva jedným veľkým dôsledkom dekoherencie. A ako uviedol autor jednej z najznámejších kníh v tejto oblasti, takýto prístup logicky vedie k výrokom ako „na svete nie sú žiadne častice“ alebo „na základnej úrovni neexistuje čas“.
Čo je pravda: v tvorcovi-pozorovateľovi alebo v silnej dekoherencii? Musíme si vybrať medzi dvoma zlami. Napriek tomu sú vedci čoraz viac presvedčení, že kvantové efekty sú prejavom našich duševných procesov. A kde končí pozorovanie a začína realita, závisí od každého z nás.
Podľa topinfopost.com
Nikto na svete nerozumie kvantovej mechanike – to je hlavná vec, ktorú o nej potrebujete vedieť. Áno, mnohí fyzici sa naučili využívať jeho zákony a dokonca predpovedať javy pomocou kvantových výpočtov. Stále však nie je jasné, prečo prítomnosť pozorovateľa určuje osud systému a núti ho k voľbe v prospech jedného štátu. „Teórie a prax“ vybrali príklady experimentov, ktorých výsledok nevyhnutne ovplyvňuje pozorovateľ, a pokúsili sa zistiť, čo urobí kvantová mechanika s takýmto zasahovaním vedomia do materiálnej reality.
Shroedingerova mačka
Dnes existuje veľa interpretácií kvantovej mechaniky, z ktorých najpopulárnejšia zostáva kodanská. Jeho hlavné ustanovenia sformulovali v 20. rokoch 20. storočia Niels Bohr a Werner Heisenberg. A ústredným pojmom kodanskej interpretácie bola vlnová funkcia – matematická funkcia, ktorá obsahuje informácie o všetkých možných stavoch kvantového systému, v ktorom súčasne sídli.
Podľa kodanskej interpretácie iba pozorovanie môže presne určiť stav systému, odlíšiť ho od zvyšku (vlnová funkcia len pomáha matematicky vypočítať pravdepodobnosť detekcie systému v konkrétnom stave). Môžeme povedať, že po pozorovaní sa kvantový systém stáva klasickým: okamžite prestane koexistovať v mnohých štátoch naraz v prospech jedného z nich.
Tento prístup mal vždy odporcov (spomeňte si napríklad na „Boh nehrá kocky“ od Alberta Einsteina), no presnosť výpočtov a predpovedí si vyžiadala svoju daň. V posledných rokoch je však čoraz menej zástancov kodanskej interpretácie a v neposlednom rade je to veľmi záhadný okamžitý kolaps vlnovej funkcie počas merania. Slávny myšlienkový experiment Erwina Schrödingera s úbohou mačkou bol navrhnutý tak, aby ukázal absurdnosť tohto javu.
Pripomeňme si teda obsah experimentu. Živá mačka, ampulka s jedom a nejaký mechanizmus, ktorý dokáže spustiť jed v náhodnom okamihu, sú umiestnené v čiernej skrinke. Napríklad jeden rádioaktívny atóm, ktorého rozpad rozbije ampulku. Presný čas rozpadu atómu nie je známy. Známy je iba polčas rozpadu: čas, počas ktorého dôjde k rozpadu s pravdepodobnosťou 50 %.
Ukazuje sa, že pre vonkajšieho pozorovateľa existuje mačka vo vnútri škatuľky naraz v dvoch stavoch: buď je živá, ak všetko ide dobre, alebo mŕtva, ak došlo k rozkladu a ampulka sa rozbila. Oba tieto stavy sú opísané vlnovou funkciou mačky, ktorá sa časom mení: čím ďalej, tým je pravdepodobnejšie, že rádioaktívny rozpad už nastal. Ale akonáhle je krabica otvorená, vlnová funkcia sa zrúti a okamžite vidíme výsledok experimentu s flayerom.
Ukáže sa, že kým pozorovateľ škatuľu neotvorí, bude mačka navždy balansovať na hranici medzi životom a smrťou a len činnosť pozorovateľa určí jeho osud. Toto je absurdita, na ktorú poukázal Schrödinger.
Elektrónová difrakcia
Podľa prieskumu popredných fyzikov, ktorý uskutočnil The New York Times, sa experiment s elektrónovou difrakciou, ktorý v roku 1961 uskutočnil Klaus Jenson, stal jedným z najkrajších v histórii vedy. Čo je jej podstatou?
Existuje zdroj, ktorý vyžaruje prúd elektrónov smerom k plátno-fotografickej doske. A týmto elektrónom stojí v ceste prekážka – medená platňa s dvoma štrbinami. Aký obraz na obrazovke možno očakávať, ak elektróny predstavíme len ako malé nabité guľôčky? Dva osvetlené pásy oproti štrbinám.
V skutočnosti sa na obrazovke objaví oveľa zložitejší vzor striedajúcich sa čiernych a bielych pruhov. Faktom je, že pri prechode cez štrbiny sa elektróny začnú správať nie ako častice, ale ako vlny (rovnako ako fotóny, častice svetla, môžu byť súčasne vlnami). Potom tieto vlny interagujú v priestore, niekde slabnú a niekde sa navzájom posilňujú a v dôsledku toho sa na obrazovke objaví zložitý obraz striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov.
V tomto prípade sa výsledok experimentu nemení a ak elektróny prechádzajú štrbinou nie v súvislom prúde, ale jeden po druhom, aj jedna častica môže byť súčasne vlnou. Dokonca aj jeden elektrón môže prechádzať cez dve štrbiny súčasne (a to je ďalšie z dôležitých ustanovení kodanskej interpretácie kvantovej mechaniky – objekty môžu súčasne vykazovať ako svoje „zvyčajné“ materiálové vlastnosti, tak aj exotické vlnové vlastnosti).
Ale čo pozorovateľ? Napriek tomu, že s ním sa už aj tak komplikovaný príbeh ešte viac skomplikoval. Keď sa pri takýchto experimentoch fyzici pokúsili pomocou prístrojov, cez ktoré štrbinou skutočne prechádza elektrón, opraviť, obraz na obrazovke sa dramaticky zmenil a stal sa „klasickým“: dve osvetlené oblasti oproti štrbinám a žiadne striedajúce sa pruhy.
Zdá sa, že elektróny nechceli pod pohľadom pozorovateľa ukázať svoju vlnovú povahu. Prispôsobený svojej inštinktívnej túžbe vidieť jednoduchý a zrozumiteľný obraz. Mystik? Existuje oveľa jednoduchšie vysvetlenie: žiadne pozorovanie systému nemožno vykonať bez fyzického dopadu naň. Ale k tomu sa vrátime trochu neskôr.
Vyhrievaný fullerén
Experimenty s difrakciou častíc sa robili nielen na elektrónoch, ale aj na oveľa väčších objektoch. Napríklad fullerény sú veľké, uzavreté molekuly zložené z desiatok atómov uhlíka (napríklad fullerén so šesťdesiatimi atómami uhlíka je tvarom veľmi podobný futbalovej lopte: dutá guľa zošitá z piatich a šesťuholníkov).
Nedávno sa skupina na Viedenskej univerzite pod vedením profesora Zeilingera pokúsila zaviesť do takýchto experimentov prvok pozorovania. Aby to urobili, ožiarili pohybujúce sa molekuly fullerénu laserovým lúčom. Potom, zahriate vonkajším vplyvom, začali molekuly žiariť a tak nevyhnutne odhalili svoje miesto v priestore pre pozorovateľa.
Spolu s touto inováciou sa zmenilo aj správanie molekúl. Pred začiatkom totálneho sledovania fullerény celkom úspešne obchádzali prekážky (vykazovali vlnové vlastnosti), ako elektróny z predchádzajúceho príkladu prechádzajúce cez nepriehľadné sito. Ale neskôr, s príchodom pozorovateľa, sa fullerény upokojili a začali sa správať ako častice hmoty úplne dodržiavajúce zákony.
Chladiaci rozmer
Jedným z najznámejších zákonov kvantového sveta je Heisenbergov princíp neurčitosti: nie je možné súčasne určiť polohu a rýchlosť kvantového objektu. Čím presnejšie zmeriame hybnosť častice, tým presnejšie dokážeme zmerať jej polohu. Ale fungovanie kvantových zákonov, fungujúcich na úrovni drobných častíc, je v našom svete veľkých makro objektov zvyčajne nepostrehnuteľné.
O to cennejšie sú preto nedávne experimenty skupiny profesora Schwaba z USA, v ktorých sa kvantové efekty nepreukázali na úrovni rovnakých elektrónov alebo molekúl fullerénu (ich charakteristický priemer je asi 1 nm), ale na o niečo hmatateľnejší predmet - maličký hliníkový pásik.
Tento pás bol pripevnený na oboch stranách, takže jeho stred bol v zavesenom stave a mohol vibrovať pod vonkajším vplyvom. Okrem toho sa vedľa pásika nachádzalo zariadenie schopné zaznamenávať jeho polohu s vysokou presnosťou.
Výsledkom bolo, že experimentátori objavili dva zaujímavé efekty. Po prvé, akékoľvek meranie polohy objektu, pozorovanie pásika neprešlo bez stopy - po každom meraní sa poloha pásika zmenila. Zhruba povedané, experimentátori určili súradnice pásu s veľkou presnosťou a tým podľa Heisenbergovho princípu zmenili jeho rýchlosť a tým aj následnú polohu.
Po druhé, čo je už celkom neočakávané, niektoré merania tiež viedli k ochladeniu pásu. Ukazuje sa, že fyzikálne vlastnosti predmetov môže pozorovateľ meniť len svojou prítomnosťou. Znie to úplne neuveriteľne, ale ku cti fyzikov, povedzme, že neboli bezradní – skupina profesora Schwaba teraz premýšľa, ako objavený efekt aplikovať na chladenie elektronických obvodov.
Mrazivé častice
Ako viete, nestabilné rádioaktívne častice sa vo svete rozpadajú nielen kvôli pokusom na mačkách, ale aj celkom sami. Okrem toho sa každá častica vyznačuje priemernou životnosťou, ktorá sa môže pod pohľadom pozorovateľa predĺžiť.
Tento kvantový efekt bol prvýkrát predpovedaný už v 60. rokoch minulého storočia a jeho vynikajúce experimentálne potvrdenie sa objavilo v článku publikovanom v roku 2006 skupinou laureáta Nobelovej ceny za fyziku Wolfganga Ketterleho z Massachusettského technologického inštitútu.
V tejto práci sme študovali rozpad nestabilných excitovaných atómov rubídia (rozpad na atómy rubídia v základnom stave a fotóny). Hneď po príprave sústavy sa začalo pozorovať budenie atómov – boli osvetlené laserovým lúčom. V tomto prípade sa pozorovanie uskutočnilo v dvoch režimoch: nepretržitý (malé svetelné impulzy sú neustále privádzané do systému) a pulzný (systém je z času na čas ožiarený silnejšími impulzmi).
Získané výsledky sú vo výbornej zhode s teoretickými predpoveďami. Vonkajšie svetelné efekty skutočne spomaľujú rozpad častíc, akoby ich vracali do pôvodného, ďaleko od rozpadového stavu. V tomto prípade sa veľkosť účinku pre dva študované režimy tiež zhoduje s predpoveďami. A maximálna životnosť nestabilných excitovaných atómov rubídia sa predĺžila 30-krát.
Kvantová mechanika a vedomie
Elektróny a fullerény prestávajú vykazovať svoje vlnové vlastnosti, hliníkové platne sa ochladzujú a nestabilné častice pri svojom rozpade zamŕzajú: pod všemocným pohľadom pozorovateľa sa svet mení. Čo nie je dôkazom zapojenia našej mysle do práce okolitého sveta? Takže možno mali Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakúsky fyzik, laureát Nobelovej ceny, jeden z priekopníkov kvantovej mechaniky) pravdu, keď povedali, že zákony fyziky a vedomia by sa mali považovať za komplementárne?
Ale k uznaniu povinnosti zostáva už len jeden krok: celý svet okolo je podstatou našej mysle. Strašidelné? („Naozaj si myslíš, že Mesiac existuje, len keď sa naň pozrieš?“ Einstein komentoval princípy kvantovej mechaniky). Potom sa skúsme opäť obrátiť na fyzikov. Navyše ich v posledných rokoch čoraz menej teší kodanská interpretácia kvantovej mechaniky s jej záhadným kolapsom funkčnej vlny, ktorú nahrádza iný, celkom prízemný a spoľahlivý pojem – dekoherencia.
Tu je vec - pri všetkých popísaných experimentoch s pozorovaním experimentátori nevyhnutne ovplyvňovali systém. Osvetľovalo sa laserom, inštalovali sa meracie prístroje. A toto je všeobecný, veľmi dôležitý princíp: nemôžete pozorovať systém, merať jeho vlastnosti bez interakcie s ním. A tam, kde dochádza k interakcii, dochádza k zmene vlastností. Najmä keď kolos kvantových objektov interaguje s malým kvantovým systémom. Takže večná, budhistická neutralita pozorovateľa je nemožná.
To je presne to, čo vysvetľuje pojem „dekoherencia“ – nezvratný proces z pohľadu narušenia kvantových vlastností systému pri jeho interakcii s iným, veľkým systémom. Počas takejto interakcie kvantový systém stráca svoje pôvodné črty a stáva sa klasickým, „poslúchne“ veľký systém. To vysvetľuje paradox so Schrödingerovou mačkou: mačka je taký veľký systém, že sa jednoducho nedá izolovať od sveta. Samotné nastavenie myšlienkového experimentu nie je úplne správne.
V každom prípade, v porovnaní s realitou ako aktom tvorby vedomia, dekoherencia vyznieva oveľa pokojnejšie. Možno až príliš pokojný. Koniec koncov, s týmto prístupom sa celý klasický svet stáva jedným veľkým dekoherentným efektom. A podľa autorov jednej z najserióznejších kníh v tejto oblasti z takýchto prístupov logicky vyplývajú aj výroky ako „na svete nie sú častice“ či „na fundamentálnej úrovni neexistuje čas“.
Kreatívny pozorovateľ alebo všemocná dekoherencia? Musíte si vybrať medzi dvoma zlami. Ale pamätajte - vedci sú teraz stále viac presvedčení, že veľmi notoricky známe kvantové efekty sú základom našich myšlienkových procesov. Kde teda končí pozorovanie a začína realita – vybrať si musí každý z nás.
Podstatou experimentu je, že lúč svetla je nasmerovaný na nepriehľadné plátno s dvoma paralelnými štrbinami, za ktorými je inštalované ďalšie plátno. Zvláštnosťou štrbín je, že ich šírka sa približne rovná vlnovej dĺžke vyžarovaného svetla. Bolo by logické predpokladať, že fotóny by mali prechádzať štrbinami a vytvárať dva paralelné pásy svetla na zadnej obrazovke. Ale namiesto toho sa svetlo pohybuje v pásoch so striedajúcimi sa škvrnami svetla a tmy, čo znamená, že svetlo sa správa ako vlna. Tento jav sa nazýva „interferencia“ a práve jeho demonštrácia Thomasa Younga sa stala dôkazom platnosti vlnovej teórie. Prehodnotenie tohto experimentu by mohlo zjednotiť kvantovú mechaniku s ďalším pilierom teoretickej fyziky, Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity, výzvou, ktorá v praxi stále zostáva nevyriešená.
Na výpočet pravdepodobnosti výskytu fotónu na danom mieste na obrazovke používajú fyzici princíp nazývaný Bornovo pravidlo. Nie je na to však dôvod – experiment prebieha vždy rovnako, no nikto nevie prečo. Niektorí nadšenci sa pokúšali vysvetliť tento jav interpretáciou teórie „mnohých svetov“ kvantovej mechaniky, ktorá predpokladá, že v paralelných vesmíroch môžu existovať všetky možné stavy kvantového systému, no tieto pokusy nepriniesli nič.
Táto okolnosť umožňuje použiť Bornovo pravidlo ako dôkaz prítomnosti nezrovnalostí v kvantovej teórii. Aby sa zjednotila kvantová mechanika, ktorá funguje v úzkych časových mierkach vesmíru, a všeobecná teória relativity, ktorá funguje v obrovských časových mierkach, musí ustúpiť jedna teória. Ak je Bornovo pravidlo nesprávne, potom to bude prvý krok k štúdiu kvantovej gravitácie. „Ak sa poruší Bornovo pravidlo, poruší sa aj základná axióma kvantovej mechaniky a budeme vedieť, kde hľadať odpoveď na teórie o kvantovej gravitácii,“ hovorí James Quatch z Inštitútu vedy a technológie v Španielsku.
Quotch navrhol nový spôsob testovania pravidla Born. Vyšiel z myšlienky fyzika Feynmana: ak chcete vypočítať pravdepodobnosť výskytu častice v určitom bode obrazovky, musíte zvážiť všetky možné spôsoby, ako sa to môže stať, aj keď sa zdajú smiešne. "Do úvahy sa berie aj pravdepodobnosť, že častica dosiahne Mesiac a vráti sa späť," hovorí Quotch. Prakticky žiadna z ciest neovplyvní konečné umiestnenie fotónu, no niektoré veľmi nezvyčajné môžu nakoniec zmeniť jeho súradnice. Predpokladajme napríklad, že máme tri cesty, ktorými môže častica prejsť cez sito, namiesto dvoch zrejmých (tj namiesto jednej alebo druhej štrbiny). Bornovo pravidlo nám v tomto prípade umožňuje zvážiť interferenciu, ktorá môže vzniknúť medzi dvoma zrejmými možnosťami, ale nie medzi všetkými tromi.
James ukázal, že vzhľadom na všetky možné odchýlky sa výsledná pravdepodobnosť, že fotón zasiahne bod X, bude líšiť od výsledku, ktorý navrhuje Bornovo pravidlo. Ako tretiu cestu navrhol použiť putovnú cikcak: častica teda prejde najskôr ľavým otvorom, potom pravým otvorom a až potom prejde na obrazovku. Ak tretia cesta zasahuje do prvých dvoch, zmení sa aj výsledok výpočtov. Quotchova práca vyvolala veľký záujem a Aninda Sinha z Indického vedeckého inštitútu v Bangalore – člen tímu, ktorý ako prvý navrhol použiť kľukaté, „nekonvenčné“ spôsoby na vyvrátenie Bornovho pravidla – plne súhlasí. Vedec však tiež poukazuje na to, že existuje príliš veľa nezohľadnených pravdepodobností na to, aby bolo možné teraz hovoriť o čistote experimentu. Nech je to akokoľvek, výsledky tejto práce otvoria ľudstvu dvere k hlbšiemu pochopeniu reality.
vytlačiť
Vedci z Austrálskej národnej univerzity v štúdii o správaní kvantových častíc potvrdili, že kvantové častice sa môžu správať tak zvláštne, že sa zdá, akoby porušovali princíp kauzality.
Tento princíp je jedným zo základných zákonov, ktorý len málokto spochybňuje. Aj keď sa mnohé fyzikálne veličiny a javy nezmenia, ak obrátime čas (sú T-párne), existuje základný empiricky stanovený princíp: udalosť A môže ovplyvniť udalosť B iba vtedy, ak udalosť B nastala neskôr. Z hľadiska klasickej fyziky - až neskôr, z hľadiska SRT - neskôr v akejkoľvek referenčnej sústave, t.j. je vo svetelnom kuželi s vrcholom v A.
S „paradoxom zavraždeného dedka“ zatiaľ bojujú len spisovatelia sci-fi (spomínam si na príbeh, v ktorom sa ukázalo, že dedko s tým nemal vôbec nič spoločné, ale babka sa s tým musela vyrovnať). Vo fyzike sa cestovanie do minulosti zvyčajne spája s cestovaním rýchlejším ako je rýchlosť svetla a doteraz bolo s týmto všetko pokojné.
Až na jeden moment – kvantovú fyziku. Je tam veľa divných vecí. Tu je napríklad klasický experiment s dvoma rozparkami. Ak do cesty zdroja častíc (napríklad fotóny) umiestnime prekážku s medzerou a za ňu dáme sito, potom na obrazovke uvidíme pás. Logicky. Ak však v prekážke vytvoríme dva sloty, na obrazovke neuvidíme dva pruhy, ale interferenčný vzor. Častice prechádzajúce cez štrbiny sa začnú správať ako vlny a navzájom sa rušiť. 
Aby sme vylúčili možnosť, že sa častice počas letu navzájom zrazia, a preto na našej obrazovke nevykreslia dva zreteľné pruhy, môžeme ich jeden po druhom uvoľniť. A po určitom čase sa na obrazovke vykreslí interferenčný vzor. Častice do seba magicky zasahujú! Toto je oveľa menej logické. Ukazuje sa, že častica prechádza cez dve štrbiny naraz - inak, ako môže rušiť?
A potom - ešte zaujímavejšie. Ak sa pokúsime pochopiť, akou štrbinou častica prechádza, potom keď sa pokúsime zistiť túto skutočnosť, častice sa okamžite začnú správať ako častice a prestanú do seba zasahovať. To znamená, že častice prakticky „cítia“ prítomnosť detektora v blízkosti štrbín. Okrem toho sa interferencia dosahuje nielen s fotónmi alebo elektrónmi, ale dokonca aj s pomerne veľkými časticami podľa kvantových štandardov. Aby sa vylúčila možnosť, že detektor nejakým spôsobom „kazí“ prichádzajúce častice, vykonali sa pomerne zložité experimenty.
Napríklad v roku 2004 sa uskutočnil experiment s lúčom fullerénov (molekuly C 70 obsahujúce 70 atómov uhlíka). Lúč bol rozptýlený na difrakčnej mriežke pozostávajúcej z veľkého počtu úzkych štrbín. V tomto prípade mohli experimentátori molekuly letiace v lúči riadene ohrievať pomocou laserového lúča, čo umožnilo meniť ich vnútornú teplotu (priemernú energiu vibrácií atómov uhlíka vo vnútri týchto molekúl).
Akékoľvek zahriate teleso vyžaruje tepelné fotóny, ktorých spektrum odráža priemernú energiu prechodov medzi možnými stavmi systému. Na základe niekoľkých takýchto fotónov je možné v princípe určiť dráhu molekuly, ktorá ich emitovala, s presnosťou až na vlnovú dĺžku emitovaného kvanta. Čím vyššia je teplota a teda čím kratšia vlnová dĺžka kvanta, tým presnejšie by sme mohli určiť polohu molekuly v priestore a pri určitej kritickej teplote bude presnosť dostatočná na určenie, v ktorej konkrétnej štrbine došlo k rozptylu. .
V súlade s tým, ak niekto obklopil inštaláciu dokonalými fotónovými detektormi, potom by v princípe mohol určiť, na ktorej zo štrbín difrakčnej mriežky bol fullerén rozptýlený. Inými slovami, emisia svetelných kvánt molekulou by experimentátorovi poskytla informácie na oddelenie superpozičných zložiek, ktoré nám poskytol tranzitný detektor. V okolí inštalácie však neboli žiadne detektory.
V experimente sa zistilo, že v neprítomnosti laserového zahrievania sa pozoruje interferenčný obrazec, ktorý je úplne analogický vzoru z dvoch štrbín v experimente s elektrónmi. Zahrnutie laserového ohrevu vedie najskôr k zoslabeniu interferenčného kontrastu a potom, keď sa zvyšuje vykurovací výkon, k úplnému vymiznutiu interferenčných efektov. Zistilo sa, že pri teplotách T< 1000K молекулы ведут себя как квантовые частицы, а при T >3000K, kedy sú trajektórie fullerénov „fixované“ prostredím s požadovanou presnosťou – ako klasické telesá.
Ukázalo sa teda, že prostredie je schopné hrať úlohu detektora schopného izolovať superpozičné komponenty. V ňom sa pri interakcii s tepelnými fotónmi v tej či onej forme zaznamenávali informácie o dráhe a stave molekuly fullerénu. A vôbec nezáleží na tom, aké informácie sa vymieňajú: prostredníctvom špeciálne nainštalovaného detektora, prostredia alebo osoby.
Pre deštrukciu súdržnosti stavov a zmiznutie interferenčného obrazca je dôležitá iba zásadná prítomnosť informácie, ktorou zo štrbín častica prešla - a kto ju prijme a či ju prijme, už nie je dôležitá. . Dôležité je len to, aby takéto informácie bolo v zásade možné získať.
Je to podľa vás najzvláštnejší prejav kvantovej mechaniky? Bez ohľadu na to, ako. Fyzik John Wheeler navrhol koncom 70. rokov myšlienkový experiment, ktorý nazval „experiment s oneskorenou voľbou“. Jeho argumentácia bola jednoduchá a logická.
No povedzme, že fotón akosi vie, že sa ho pokúsi alebo nepokúsi odhaliť skôr, ako sa priblíži k štrbinám. Musí sa predsa nejako rozhodnúť – správať sa ako vlna a prejsť oboma štrbinami naraz (aby sa ďalej zmestilo do interferenčného obrazca na obrazovke), alebo predstierať, že je častica a prejsť len jednou z nich. štrbiny. Ale musí to urobiť skôr, než prejde cez trhliny, však? Potom je už neskoro – buď tam letieť ako malá gulička, alebo zasahovať naplno.
Takže poďme, navrhol Wheeler, posunúť obrazovku preč od trhlín. A za clonu dáme aj dva teleskopy, z ktorých každý bude zaostrený na jednu zo štrbín a bude reagovať len na prechod fotónu cez jednu z nich. A clonu svojvoľne odstránime po prechode fotónu cez štrbiny, bez ohľadu na to, ako sa rozhodne nimi prejsť.
Ak clonu neodstránime, teoreticky by na nej mal byť vždy interferenčný obrazec. A ak ho odstránime, potom buď fotón vstúpi do jedného z teleskopov ako častica (prešiel jednou štrbinou), alebo oba teleskopy uvidia slabšiu žiaru (prešiel oboma štrbinami a každý z nich videl svoju časť interferenčného vzoru).
V roku 2006 pokrok vo fyzike umožnil vedcom skutočne vykonať takýto experiment s fotónom. Ukázalo sa, že ak sa clona neodstráni, interferenčný obrazec je na nej vždy viditeľný a ak sa odstráni, vždy je možné sledovať, cez ktorú štrbinu fotón prešiel. Pri argumentácii z pohľadu nám známej logiky dospejeme k neuspokojivému záveru. Naša akcia rozhodnúť, či odstránime clonu alebo nie, ovplyvnila správanie fotónu, napriek skutočnosti, že akcia je v budúcnosti s ohľadom na „rozhodnutie“ fotónu o tom, ako prejsť cez štrbiny. To znamená, že buď budúcnosť ovplyvňuje minulosť, alebo je niečo zásadne nesprávne vo výklade toho, čo sa deje v experimente so štrbinami.
Austrálski vedci tento experiment zopakovali, len namiesto fotónu použili atóm hélia. Dôležitým rozdielom tohto experimentu je skutočnosť, že atóm má na rozdiel od fotónu pokojovú hmotnosť, ako aj rôzne vnútorné stupne voľnosti. Len namiesto prekážky so štrbinami a clonou použili mriežky vytvorené pomocou laserových lúčov. To im dalo možnosť okamžite získať informácie o správaní sa častice.
Ako by sa dalo očakávať (hoci od kvantovej fyziky by sa sotva niečo očakávalo), atóm sa správal úplne rovnako ako fotón. Rozhodnutie o tom, či bude alebo nebude na dráhe atómu „obrazovka“, padlo na základe fungovania kvantového generátora náhodných čísel. Generátor bol relativistickými štandardmi oddelený od atómu, to znamená, že medzi nimi nemohla existovať žiadna interakcia.
Ukazuje sa, že jednotlivé atómy, ktoré majú hmotnosť a náboj, sa správajú úplne rovnako ako jednotlivé fotóny. A hoci nejde o najprelomovejší zážitok v kvantovej oblasti, potvrdzuje fakt, že kvantový svet vôbec nie je taký, ako si ho vieme predstaviť.
