Nikto na tomto svete nechápe, čo je kvantová mechanika. Toto je možno najdôležitejšie, čo o ňom musíte vedieť. Mnoho fyzikov sa samozrejme naučilo používať zákony a dokonca predpovedať javy založené na kvantovom výpočte. Stále však nie je jasné, prečo pozorovateľ experimentu určuje správanie systému a núti ho zaujať jeden z dvoch stavov.
Tu je niekoľko príkladov experimentov s výsledkami, ktoré sa nevyhnutne zmenia pod vplyvom pozorovateľa. Ukazujú, že kvantová mechanika sa prakticky zaoberá zásahom vedomého myslenia do materiálnej reality.
Dnes existuje veľa interpretácií kvantovej mechaniky, ale Kodanská interpretácia je pravdepodobne najslávnejšia. V 20. rokoch 20. storočia formulovali jeho všeobecné postuláty Niels Bohr a Werner Heisenberg.
Kodanská interpretácia je založená na vlnovej funkcii. Je to matematická funkcia, ktorá obsahuje informácie o všetkých možných stavoch kvantového systému, v ktorom existuje súčasne. Podľa Kodanskej interpretácie možno stav systému a jeho pozíciu vo vzťahu k iným stavom určiť iba pozorovaním (vlnová funkcia sa používa iba na matematický výpočet pravdepodobnosti nájdenia systému v jednom alebo inom štáte).
Môžeme povedať, že po pozorovaní sa kvantový systém stáva klasickým a okamžite prestáva existovať v iných štátoch, ako je ten, v ktorom bol pozorovaný. Tento záver zistil, že jeho oponenti (nezabudnite na slávneho Einsteina „Boh nehrá kocky“), ale presnosť výpočtov a predpovedí mala stále svoje vlastné.
Počet podporovateľov kodanskej interpretácie sa však znižuje a hlavným dôvodom je tajomný okamžitý kolaps funkcie vlny počas experimentu. Slávny experiment Erwina Schrödingera so zlou mačkou by mal demonštrovať absurditu tohto javu. Pamätajme si podrobnosti.
Vo vnútri čiernej skrinky je umiestnená čierna mačka as ňou fľaša jedu a mechanizmus, ktorý môže náhodne uvoľniť jed. Napríklad rádioaktívny atóm môže rozpadnúť bublinu počas rozkladu. Presný čas rozpadu atómu nie je známy. Je známy iba polčas rozpadu, počas ktorého dochádza k úpadku s pravdepodobnosťou 50%.
Je zrejmé, že pre vonkajšieho pozorovateľa je mačka vo vnútri škatule v dvoch stavoch: buď je nažive, ak všetko šlo dobre, alebo je mŕtve, ak došlo k rozpadu a fľaša praskla. Oba tieto stavy sú opísané vlnovou funkciou mačky, ktorá sa v priebehu času mení.
Propagačné video:
Čím viac času uplynulo, tým je pravdepodobnejšie, že došlo k rádioaktívnemu rozkladu. Len čo otvoríme krabicu, funkcia vlny sa zrúti a okamžite vidíme výsledky tohto neľudského experimentu.
V skutočnosti, až kým pozorovateľ otvorí skrinku, mačka bude donekonečna rovnováhu medzi životom a smrťou, alebo bude nažive a mŕtva súčasne. Jeho osud môže byť určený iba činmi pozorovateľa. Túto absurditu zdôraznil Schrödinger.
1. Difrakcia elektrónov
Podľa prieskumu slávnych fyzikov The New York Times je experiment elektrónovej difrakcie jedným z najúžasnejších štúdií v histórii vedy. Aká je jeho povaha? Existuje zdroj, ktorý emituje lúč elektrónov na svetlocitlivú obrazovku. A v ceste týmto elektrónom je prekážka, medená doska s dvoma štrbinami.
Aký druh obrázku môžete očakávať na obrazovke, ak sú elektróny zvyčajne prezentované ako malé nabité gule? Dva pruhy oproti otvorom v medenej doske. V skutočnosti sa však na obrazovke objavuje oveľa zložitejší vzor striedania bielych a čiernych pruhov. Je to spôsobené skutočnosťou, že pri prechode štrbinou sa elektróny začnú správať nielen ako častice, ale aj ako vlny (fotóny alebo iné svetelné častice sa správajú rovnako, čo môže byť súčasne vlna).
Tieto vlny interagujú vo vesmíre, zrážajú sa a posilňujú sa, a preto sa na obrazovke zobrazí zložitý obrazec striedajúcich sa svetlých a tmavých pruhov. Výsledok tohto experimentu sa zároveň nemení, aj keď elektróny prechádzajú jeden po druhom - aj jedna častica môže byť vlnou a súčasne prechádzať dvoma štrbinami. Tento postulát bol jedným z hlavných kodanských výkladov kvantovej mechaniky, keď častice môžu súčasne preukázať svoje „bežné“fyzikálne vlastnosti a exotické vlastnosti ako vlna.
Ale čo pozorovateľ? Je to on, kto robí tento spletitý príbeh ešte mätúcim. Keď sa fyzici počas týchto experimentov pokúsili určiť pomocou nástrojov, cez ktoré štrbina elektrón skutočne prechádza, obraz na obrazovke sa dramaticky zmenil a stal sa „klasickým“: s dvoma osvetlenými časťami presne oproti štrbinám, bez akýchkoľvek striedavých pruhov.
Elektróny akoby zdráhali odhaliť svoju vlnovú povahu pozornému oku pozorovateľov. Vyzerá to ako tajomstvo zahalené temnotou. Existuje však aj jednoduchšie vysvetlenie: monitorovanie systému nie je možné vykonať bez jeho fyzického ovplyvnenia. Budeme o tom diskutovať neskôr.
2. Vyhrievané fullerény
Difrakčné experimenty s časticami sa uskutočňovali nielen s elektrónmi, ale aj s inými, oveľa väčšími predmetmi. Používali napríklad fullerény, veľké a uzavreté molekuly pozostávajúce z niekoľkých desiatok atómov uhlíka. Skupina vedcov z viedenskej univerzity pod vedením profesora Zeilingera sa nedávno pokúsila začleniť do týchto experimentov prvok pozorovania. Za týmto účelom ožiarili pohybujúce sa molekuly fullerénu laserovými lúčmi. Potom, zahrievané externým zdrojom, molekuly začali žiariť a nevyhnutne ukázali svoju prítomnosť pozorovateľovi.
Spolu s touto inováciou sa zmenilo aj správanie molekúl. Pred začiatkom takéhoto komplexného pozorovania boli fullerény celkom úspešné pri vyhýbaní sa prekážkam (prejavujúcim sa vlnovým vlastnostiam), podobne ako v predchádzajúcom príklade, keď elektróny narazili na obrazovku. Ale za prítomnosti pozorovateľa sa fullerény začali správať ako fyzikálne častice, ktoré úplne dodržiavajú zákony.
3. Chladiaci rozmer
Jedným z najznámejších zákonov vo svete kvantovej fyziky je Heisenbergov princíp neurčitosti, podľa ktorého nie je možné určiť rýchlosť a polohu kvantového objektu súčasne. Čím presnejšie zmeráme hybnosť častice, tým menej môžeme presne zmerať jej polohu. V našom makroskopickom reálnom svete však platnosť kvantových zákonov pôsobiacich na malé častice zostáva bez povšimnutia.
Nedávne experimenty profesora Schwaba z USA sú pre túto oblasť veľmi cenným prínosom. Kvantové účinky v týchto experimentoch sa nepreukázali na úrovni elektrónov alebo molekúl fullerénu (s približným priemerom 1 nm), ale na veľkých objektoch, malej hliníkovej pásky. Táto páska bola pripevnená na obidvoch stranách tak, že jej stred bol v pozastavenom stave a mohol vibrovať pod vonkajším vplyvom. Okrem toho bolo v blízkosti umiestnené zariadenie, ktoré mohlo presne zaznamenať polohu pásky. Experiment odhalil niekoľko zaujímavých vecí. Po prvé, každé meranie týkajúce sa polohy objektu a pozorovania pásky ho ovplyvnilo, po každom meraní sa poloha pásky zmenila.
Experimentanti určili súradnice pásky s vysokou presnosťou, a tak v súlade s Heisenbergovým princípom zmenili jeho rýchlosť, a teda aj následnú polohu. Po druhé, celkom nečakane, niektoré merania viedli k ochladeniu pásky. Pozorovateľ tak môže svojou fyzickou prítomnosťou zmeniť fyzikálne vlastnosti objektov.
4. Zmrazovacie častice
Ako viete, nestabilné rádioaktívne častice sa rozpadajú nielen pri pokusoch s mačkami, ale aj samy o sebe. Každá častica má priemernú životnosť, ktorá, ako sa ukazuje, sa môže zvýšiť pod pozorným okom pozorovateľa. Tento kvantový efekt sa predpovedal už v 60. rokoch a jeho vynikajúce experimentálne dôkazy sa objavili v novinách, ktoré uverejnila skupina vedená fyzikom Nobelovej ceny Wolfgangom Ketterlom z MIT.
V tejto práci sa študoval rozklad nestabilných excitovaných atómov rubídia. Ihneď po príprave systému boli atómy excitované laserovým lúčom. Pozorovanie sa uskutočňovalo v dvoch režimoch: nepretržité (systém bol neustále vystavený malým svetelným impulzom) a pulzný (systém bol z času na čas ožarovaný silnejšími impulzmi).
Získané výsledky boli v úplnom súlade s teoretickými predpoveďami. Vonkajšie svetelné efekty spomaľujú rozklad častíc a vracajú ich do pôvodného stavu, ktorý je ďaleko od stavu rozpadu. Rozsah tohto účinku bol tiež v súlade 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 ochladzujú a nestabilné častice spomaľujú ich rozklad. Pozorné oko pozorovateľa doslova mení svet. Prečo to nemôže byť dôkazom zapojenia našich myslí do fungovania sveta? Možno, že Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakúsky fyzik, laureát Nobelovej ceny, priekopník kvantovej mechaniky) mali napokon pravdu, keď tvrdili, že zákony fyziky a vedomia by sa mali považovať za vzájomne sa doplňujúce?
Sme o krok ďalej od toho, aby sme si uvedomili, že svet okolo nás je iba iluzórnym produktom našej mysle. Myšlienka je strašidelná a lákavá. Skúsme sa znova obrátiť na fyzikov. Najmä v posledných rokoch, keď čoraz menej ľudí verí, že sa kodanská interpretácia kvantovej mechaniky s jej kryptickou vlnovou funkciou zrúti, poukazuje na svetskejšiu a spoľahlivejšiu dekódovanie.
Ide o to, že vo všetkých týchto experimentoch s pozorovaniami experimentéri nevyhnutne ovplyvnili systém. Zapálili ho laserom a nainštalovali meracie zariadenia. Boli zjednotení podľa dôležitého princípu: nemôžete pozorovať systém ani merať jeho vlastnosti bez toho, aby ste s ním interagovali. Akákoľvek interakcia je proces úpravy vlastností. Najmä ak je malý kvantový systém vystavený kolosálnym kvantovým objektom. Niektorý večne neutrálny budhistický pozorovateľ je v zásade nemožný. A tu prichádza do úvahy termín „decoherence“, 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 „poslúchol“veľký systém. To tiež vysvetľuje paradox Schrödingerovej mačky: mačka je príliš veľká, takže ju nemožno izolovať od zvyšku sveta. Samotný návrh tohto myšlienkového experimentu nie je úplne správny.
V každom prípade, ak predpokladáme realitu aktu stvorenia vedomím, zdá sa, že decoherence je oveľa pohodlnejší prístup. Možno aj príliš pohodlné. Týmto prístupom sa celý klasický svet stáva jedným z veľkých dôsledkov ozdobovania. A ako uviedol autor jednej z najslávnejších kníh v tejto oblasti, tento prístup logicky vedie k tvrdeniam ako „na svete nie sú žiadne častice“alebo „na základnej úrovni nie je čas“.
Je to pravda v pozorovateľovi tvorcov alebo v silnom zdobení? Musíme si vybrať medzi dvoma zlom. Vedci sú však stále viac presvedčení, že kvantové účinky sú prejavom našich mentálnych procesov. A kde končí pozorovanie a začína realita, záleží na každom z nás.
Na základe materiálov z topinfopost.com