Nimeni din această lume nu înțelege ce este mecanica cuantică. Acesta este poate cel mai important lucru pe care trebuie să-l știi despre ea. Desigur, mulți fizicieni au învățat să folosească legi și chiar să prezică fenomene bazate pe calculul cuantic. Dar încă nu se știe de ce observatorul experimentului determină comportamentul sistemului și îl face să ia una din două stări.
Iată câteva exemple de experimente cu rezultate care se vor schimba inevitabil sub influența observatorului. Ele arată că mecanica cuantică se ocupă practic de intervenția gândirii conștiente în realitatea materială.
Există multe interpretări ale mecanicii cuantice astăzi, dar Interpretarea de la Copenhaga este poate cea mai cunoscută. În anii 1920, postulatele sale generale au fost formulate de Niels Bohr și Werner Heisenberg.
Interpretarea de la Copenhaga se bazează pe funcția de val. Este o funcție matematică care conține informații despre toate stările posibile ale unui sistem cuantic în care există simultan. Conform interpretării de la Copenhaga, starea unui sistem și poziția acestuia în raport cu alte state nu pot fi determinate decât prin observare (funcția de undă este utilizată doar pentru a calcula matematic probabilitatea de a găsi un sistem într-un stat sau altul).
Putem spune că, după observare, sistemul cuantic devine clasic și încetează imediat să existe în alte stări decât cea în care a fost observat. Această concluzie și-a găsit adversarii (amintiți-vă de celebrul „Dumnezeu nu joacă zaruri” al lui Einstein), dar acuratețea calculelor și a predicțiilor le-a avut în continuare.
Cu toate acestea, numărul de susținători ai interpretării de la Copenhaga este în scădere, iar principalul motiv pentru aceasta este misterioasa prăbușire instantanee a funcției de val în timpul experimentului. Celebrul experiment de gândire al lui Erwin Schrödinger cu o pisică săracă ar trebui să demonstreze absurditatea acestui fenomen. Să ne amintim detaliile.
În cutia neagră stă o pisică neagră și cu ea o sticlă de otravă și un mecanism care poate elibera la întâmplare otrava. De exemplu, un atom radioactiv poate sparge o bulă în timpul degradării. Nu se cunoaște timpul exact de descompunere al atomului. Se cunoaște numai timpul de înjumătățire, în timpul căruia decăderea are o probabilitate de 50%.
Evident, pentru un observator din exterior, pisica din interiorul cutiei este în două stări: este în viață dacă totul a decurs bine, ori moartă dacă s-a produs descompunerea și sticla s-a rupt. Ambele stări sunt descrise de funcția de undă a pisicii, care se schimbă în timp.
Video promotional:
Cu cât a trecut mai mult timp, cu atât este mai probabil să apară degradarea radioactivă. Dar imediat ce deschidem caseta, funcția de val se prăbușește și vom vedea imediat rezultatele acestui experiment inuman.
De fapt, până când observatorul va deschide cutia, pisica va echilibra la nesfârșit între viață și moarte sau va fi în viață și moartă în același timp. Soarta sa nu poate fi determinată decât de acțiunile unui observator. Schrödinger a subliniat această absurditate.
1. Difracția electronilor
Conform unui sondaj realizat de The New York Times, fizicieni celebri, experimentul de difracție a electronilor este unul dintre cele mai uimitoare studii din istoria științei. Care este natura sa? Există o sursă care emite un fascicul de electroni pe un ecran sensibil la lumină. Și există un obstacol în calea acestor electroni, o placă de cupru cu două fante.
Ce fel de imagine vă puteți aștepta pe un ecran dacă electronii ne sunt de obicei prezentați ca niște bile mici încărcate? Două dungi opuse fantelor din placa de cupru. Dar, în realitate, pe ecran apare un model mult mai complex de benzi albe și negre alternante. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când trec prin fanta, electronii încep să se comporte nu numai ca particulele, ci și ca undele (fotoni sau alte particule de lumină se comportă în același mod, care poate fi o undă în același timp).
Aceste valuri interacționează în spațiu, se ciocnesc și se consolidează reciproc și, în consecință, pe ecran este afișat un model complex de dungi alternative de lumină și întuneric. În același timp, rezultatul acestui experiment nu se schimbă, chiar dacă electronii trec unul câte unul - chiar și o particulă poate fi o undă și trece simultan prin două fante. Acest postulat a fost unul dintre principalele în interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice, când particulele pot demonstra simultan proprietățile lor fizice „obișnuite” și proprietățile exotice precum o undă.
Dar despre observator? El este cel care face această poveste încurcată și mai confuză. Când fizicienii în timpul unor astfel de experimente au încercat să determine cu ajutorul unor instrumente, prin care fanta trece electronul efectiv, imaginea de pe ecran s-a schimbat dramatic și a devenit „clasică”: cu două secțiuni iluminate strict opuse fantei, fără nicio bandă alternantă.
Electronii păreau reticenți în a-și dezvălui natura valurilor în ochiul atent al observatorilor. Pare un mister învăluit în întuneric. Există însă și o explicație mai simplă: monitorizarea sistemului nu poate fi efectuată fără a o influența fizic. Vom discuta asta mai târziu.
2. Fullereni încălziți
Experimentele de difracție a particulelor au fost realizate nu numai cu electroni, ci și cu alte obiecte mult mai mari. De exemplu, au folosit fullerenele, molecule mari și închise constând din câteva zeci de atomi de carbon. Recent, un grup de oameni de știință de la Universitatea din Viena, condus de profesorul Zeilinger, a încercat să încorporeze un element de observație în aceste experimente. Pentru a face acest lucru, au iradiat moleculele de fulleren în mișcare cu fascicule laser. Apoi, încălzite de o sursă externă, moleculele au început să strălucească și, inevitabil, să-și afișeze prezența pentru observator.
Odată cu această inovație, comportamentul moleculelor s-a schimbat și el. Înainte de începerea unei astfel de observații cuprinzătoare, fullerenii au avut destul de mare succes în evitarea obstacolelor (care prezintă proprietăți ale undelor), similar cu exemplul precedent, cu electronii care loveau un ecran. Dar, cu prezența unui observator, fullerenii au început să se comporte ca niște particule fizice care respectă complet legea.
3. Dimensiunea răcirii
Una dintre cele mai cunoscute legi din lumea fizicii cuantice este principiul incertitudinii Heisenberg, conform căruia este imposibil să se determine viteza și poziția unui obiect cuantic în același timp. Cu cât măsurăm mai precis momentul unei particule, cu atât mai exact putem măsura poziția acesteia. Cu toate acestea, în lumea noastră reală macroscopică, valabilitatea legilor cuantice care acționează asupra particulelor minuscule trece de obicei neobservată.
Experimentele recente ale profesorului Schwab din SUA contribuie foarte mult la acest domeniu. Efectele cuantice din aceste experimente s-au demonstrat nu la nivelul electronilor sau moleculelor de fulleren (cu un diametru aproximativ de 1 nm), ci asupra obiectelor mai mari, o panglică minusculă de aluminiu. Această bandă a fost fixată pe ambele părți, astfel încât mijlocul său să fie în stare suspendată și să poată vibra sub influență externă. În plus, un dispozitiv a fost plasat în apropiere care putea înregistra cu exactitate poziția benzii. Experimentul a dezvăluit câteva lucruri interesante. În primul rând, orice măsurare legată de poziția obiectului și observația benzii a afectat-o, după fiecare măsurare, poziția benzii a fost modificată.
Experimentatorii au determinat coordonatele benzii cu o precizie ridicată și astfel, în conformitate cu principiul Heisenberg, și-au schimbat viteza și, prin urmare, poziția ulterioară. În al doilea rând, destul de neașteptat, unele măsurători au dus la o răcire a benzii. Astfel, observatorul poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor prin simpla sa prezență.
4. Particule de congelare
După cum știți, particulele radioactive instabile se descompun nu numai în experimentele cu pisici, ci și de unul singur. Fiecare particulă are o durată de viață medie, care, după cum se dovedește, poate crește sub ochiul atent al unui observator. Acest efect cuantic a fost prognozat încă din anii 60, iar strălucitele sale dovezi experimentale au apărut într-o lucrare publicată de un grup condus de laureatul Nobel în fizică Wolfgang Ketterle din MIT.
În această lucrare, a fost studiată degradarea atomilor instabili de rubidiu excitat. Imediat după pregătirea sistemului, atomii au fost excitați folosind un fascicul laser. Observația a avut loc în două moduri: continuă (sistemul a fost expus constant la mici impulsuri de lumină) și pulsat (sistemul a fost iradiat cu impulsuri mai puternice din când în când).
Rezultatele obținute au fost de acord cu prevederile teoretice. Efectele de lumină externă încetinesc degradarea particulelor, revenindu-le la starea lor inițială, care este departe de starea de descompunere. Amploarea acestui efect a fost, de asemenea, în conformitate cu prognozele. Durata de viață maximă a atomilor instabili de rubidiu excitat a crescut de 30 de ori.
5. Mecanica cuantică și conștiința
Electronii și fullerenele nu mai arată proprietățile valurilor lor, plăcile de aluminiu se răcesc, iar particulele instabile încetinesc degradarea. Ochiul atent al privitorului schimbă literalmente lumea. De ce nu poate fi aceasta o dovadă a implicării minții noastre în lucrările lumii? Poate că Carl Jung și Wolfgang Pauli (fizician austriac, laureat Nobel, pionier al mecanicii cuantice) au fost chiar până la urmă când au afirmat că legile fizicii și ale conștiinței trebuie considerate complementare între ele?
Suntem la un pas să recunoaștem că lumea din jurul nostru este doar un produs iluzoriu al minții noastre. Ideea este înfricoșătoare și ispititoare. Să încercăm să apelăm din nou la fizicieni. Mai ales în ultimii ani, când din ce în ce mai puțini oameni cred că interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice, cu funcția ei de undă criptică se prăbușește, referindu-se la o decoență mai banală și mai fiabilă.
Ideea este că în toate aceste experimente cu observații, experimentatorii au influențat inevitabil sistemul. L-au aprins cu un laser și au instalat dispozitive de măsurare. Au fost unite de un principiu important: nu puteți observa un sistem sau măsura proprietățile acestuia fără să interacționați cu acesta. Orice interacțiune este un proces de modificare a proprietăților. Mai ales atunci când un sistem cuantic minuscul este expus obiectelor cuantice colosale. Un principiu observator budist etern neutru este, în principiu, imposibil. Și aici intră în joc termenul „decoherență”, care este ireversibil din punct de vedere al termodinamicii: proprietățile cuantice ale unui sistem se schimbă atunci când interacționează cu un alt sistem mare.
În timpul acestei interacțiuni, sistemul cuantic își pierde proprietățile originale și devine clasic, de parcă „se supune” unui sistem mare. Acest lucru explică, de asemenea, paradoxul pisicii lui Schrödinger: pisica este un sistem prea mare, deci nu poate fi izolată de restul lumii. Însăși designul acestui experiment de gândire nu este complet corect.
În orice caz, dacă presupunem realitatea actului de creație prin conștiință, decoența pare a fi o abordare mult mai convenabilă. Poate chiar prea convenabil. Cu această abordare, întreaga lume clasică devine una dintre consecințele mari ale decenței. Și după cum a declarat autorul uneia dintre cele mai cunoscute cărți din domeniu, această abordare duce logic la afirmații precum „nu există particule în lume” sau „nu există timp la nivel fundamental”.
Este adevărat într-un creator-observator sau într-o decorare puternică? Trebuie să alegem între două rele. Cu toate acestea, oamenii de știință sunt din ce în ce mai convinși că efectele cuantice sunt o manifestare a proceselor noastre mentale. Și acolo unde observația se termină și realitatea începe depinde de fiecare dintre noi.
Pe baza materialelor de la topinfopost.com
