Реальність квантової дивацтва

Ви дійсно вірите, що Місяць існує лише коли ви дивитеся на неї?

Цей відомий питання Альберта Ейнштейна акумулює в собі як суть тривають вже сотню років наукових дебатів з приводу проблеми вимірювань, так і сутність самої природи хвильової функції.

У фільмі Акіри Куросави "Расемон" самурая вбивають, але з фільму так і не зрозуміло хто і чому? Різні залучені в історію персонажі розповідають свої версії цих подій, але всі їхні свідоцтва суперечать одне одному. І в результаті ви залишаєтеся в сумнівах: Яка ж з цих історій правда?

Але сам цей фільм змушує вас замислитися також про інше, більш глибокому питанні:

"Чи існує взагалі справжня історія або вся наша віра в певну, об'єктивну, незалежну від спостерігача реальність є ілюзією?"

За минулі сто років, численні експерименти над елементарними частинками перевернули і поставили з ніг на голову всю класичну парадигму причинного, детерміністській всесвіту.

Візьмемо, наприклад, так званий експеримент з двома щілинами. Ми стріляємо пачкою елементарних частинок - скажімо, електронів - в екран, здатний реєструвати їх удар. Але перед екраном ми поміщаємо частково прохідне перешкода: стіну з двома тонкими паралельними вертикальними щілинами. Ми дивимося на результуючий малюнок електронів, що з'являється на екрані. І що ж ми бачимо?

Якби електрони були подібні маленьким кулькам (у що змушувала вірити нас класична фізика), тоді кожен з них проскакував б через одну з щілин, а ми при цьому побачили б на екрані дві окремі смуги, кожна за своєю щілиною. Але насправді бачимо ми щось зовсім інше: интерференционную картину, як якщо б дві хвилі стикалися, створюючи хвилі на поверхні води.

І що дивно, те ж саме відбувається, якщо ми починаємо вистрілювати електрони по черзі - що говорить про те, що кожен електрон певним чином діє подібно хвилі, интерферируя сам з собою, як якщо б він проходив через обидві щілини одночасно.

Тобто, електрон - це хвиля, що не частинка? Не поспішайте з висновками. Оскільки, коли ми поміщаємо у щілин прилади, які "мітять" електрони відповідно до тієї щілиною, через яку вони проходять (що дозволяє нам дізнатися їх місцезнаходження), інтерференційний патерн зникає. Замість цього, ми бачимо на екрані дві класичні смуги, начебто наші електрони, раптово усвідомивши, що за ними спостерігають, вирішили вести себе як пристойні маленькі кульки.

Щоб перевірити цю їх прихильність до того, щоб вести себе подібно часткам, ми можемо мітити їх також при проходженні через щілини - але після цього, використовуючи інший прилад, прати ці мітки до того, як електрони ударятся про екран. Якщо ми робимо це, то електрони знову повертаються до свого волноподобному поведінки, і інтерференційний малюнок чудесним чином знову проявляється.

Немає кінця різних практичних жартів, які ми можемо розігрувати з бідним електроном! Але з втомленою посмішкою, він завжди при цьому сміється над нами у відповідь. Електрон представляється нам дивним гібридом хвилі і частинки, про який не можна сказати ні що він тут і там, ні що він тут або там. Подібно добре підготовленим акторові, він грає ту роль, яку був покликаний виконати. Начебто всім своїм існуванням він вирішив довести нам вірність відомої максими єпископа Джорджа Берклі: "Бути - значить бути сприйнятим".

Чи справді природа настільки дивна? Або це просто здається дивина, що є відображенням нашого недосконалого знання про природу?

Відповідь залежить від того, яким чином ви будете інтерпретувати рівняння квантової механіки - математичної теорії, розробленої для опису взаємодії елементарних частинок. Успішність цієї теорії не має собі рівних. Її передбачення, якими б «страшними» вони не здавалися, завжди перевірялися і підтверджувалися спостереженнями з вражаючою точністю. Вона стала також основою для чудових технологічних досягнень. Так що це дійсно потужний інструмент. Але чи є він також відображенням картини реальності?

У цьому сенсі, одним з найбільших питань тут є інтерпретація так званої хвильової функції. описує стан квантової системи. Для окремої частки, такий як електрон, хвильова функція дає інформацію про можливості спостереження даної частки в певних місцях, також як ймовірності результатів інших вимірів, які ви можете виконати над даною часткою, наприклад, вимірювання її імпульсу.

Чи відповідає безпосередньо ця хвильова функція якоїсь об'єктивної, незалежної від спостерігача фізичної реальності або може бути вона просто є часткове знання спостерігача про цю реальність?

Якщо хвильова функція заснована на знанні, то ви можете дати виправдання дивним квантовим феноменам, сказавши, що подібні речі лише представляються нам таким дивним чином, оскільки наше знання реального стану справ є недостатнім.

Тобто, висновки цього дослідження мають на увазі, що ми не просто чуємо різні «історії» про електрон, лише одна з яких справжня. Швидше, дійсно існує одна справжня історія, але вона містить в собі безліч граней, які здаються такими, що суперечать один одному, точно також як і у фільмі "Расемон". Так що, дійсно ми не зможемо вже вирватися з цієї загадкової - як деякі скажуть, містичної - природи квантового світу.

Але що все це означає для нас (якщо дійсно щось значить) щодо нашого власного життя? Ми повинні бути тут акуратними у висновках, усвідомлюючи, що вся ця дивина квантового світу не має на увазі безпосередньо наявності того ж роду дивні речі в світі нашого повсякденного досвіду. Причина в тому, що як відомо, вся ця туманна квантова дивина індивідуальних елементарних частинок швидко розсіюється в великих ансамблях частинок (феномен, який часто називають "декогеренції"). Саме тому ми фактично і можемо описувати об'єкти навколо нас на мові класичної фізики.

Думаю, нам, скоріше, варто розглядати всі ці парадокси квантової фізики в якості метафори, що вказує на невідомі нескінченні можливості нашого власного існування.

Дуже доречно і елегантно ця ідея виражена в Ведах: