Демонстрацията, която обърна идеите на великия Исак Нютон върху природата на светлината, беше невероятно проста. Това "може да се повтори с голяма лекота, където грее слънцето", каза английският физик Томас Йънг през ноември 1803 г. на членове на Кралското общество в Лондон, описвайки това, което сега се нарича експеримент с двойни процепи. И Йънг не беше ентусиазиран младеж. Той излезе с елегантен и сложен експеримент, демонстриращ вълновата природа на светлината и по този начин опроверга теорията на Нютон, че светлината е съставена от корпускули, тоест частици.
Но раждането на квантовата физика в началото на 1900 г. стана ясно, че светлината се състои от малки неделими единици - или кванти - от енергия, която наричаме фотони. Експериментът на Йънг с единични фотони или дори с отделни частици от материята като електрони и неврони е мистерия, която ви кара да се чудите за самата природа на реалността. Някои дори го използват, за да твърдят, че квантовият свят се влияе от човешкото съзнание. Но може ли обикновен експеримент наистина да демонстрира това?
Може ли съзнанието да дефинира реалността?
В съвременната си квантова форма експериментът на Йънг включва изстрелване на отделни частици светлина или материя през две прорези или дупки, врязани в непрозрачна бариера. От едната страна на преградата е екран, който записва пристигането на частици (да речем, фотографска плоча в случай на фотони). Здравият разум ни кара да очакваме фотоните да преминават през едната или другата цепка и да се натрупват зад съответния пасаж.
Но не. Фотоните удрят определени части на екрана и избягват други, създавайки редуващи се ивици светлина и тъмнина. Тези така наречени ресни наподобяват картина на среща на две вълни. Когато гребените на една вълна се изравнят с гребените на друга, получавате конструктивна намеса (ярки ивици), а когато гребените се изравняват с корита, получавате разрушителна намеса (тъмнина).
Но само един фотон преминава през устройството наведнъж. Изглежда, че фотонът преминава през двете процепи наведнъж и се намесва в себе си. Това противоречи на здравия (класически) смисъл.
Математически погледнато, това не е физическа частица или физическа вълна, която преминава през двете процепи, а така наречената вълнова функция - абстрактна математическа функция, представяща състоянието на фотона (в случая положение). Вълновата функция се държи като вълна. Той удря две процепи, а от другата страна на процепите излизат нови вълни, разпространяват се и се намесват една в друга. Комбинираната вълнова функция изчислява вероятността къде може да бъде фотонът.
Промоционално видео:
Фотонът има голяма вероятност да бъде там, където двете вълнови функции конструктивно се намесват, и нисък - където интерференцията е разрушителна. Измерванията - в този случай взаимодействието на вълновата функция с фотографската плоча - води до „колапс“на вълновата функция, до нейния срив. В резултат на това се посочва едно от местата, в които фотонът се материализира след измерването.
Това очевидно предизвикано от измерване срив на вълновата функция се превърна в източник на много концептуални трудности в квантовата механика. Преди колапса няма начин да се каже със сигурност къде ще се озове фотонът; може да бъде навсякъде с ненулева вероятност. Няма начин да се проследи траекторията на фотон от източник до детектор. Фотонът е нереален в смисъл, че самолет, летящ от Сан Франциско до Ню Йорк, е истински.
Вернер Хайзенберг, между другото, интерпретира тази математика по такъв начин, че реалността да не съществува, докато не бъде наблюдавана. „Идеята за обективен реален свят, най-малките частици от който съществуват обективно в същия смисъл, в който съществуват камъни или дървета, независимо дали ги наблюдаваме или не, е невъзможна“, пише той. Джон Уилър също използва вариант на експеримента с двойни процепи, за да заяви, че "никой елементарен квантов феномен няма да бъде явление, докато не стане регистриран (" наблюдаван "," записан за определен ") феномен."
Но квантовата теория не дава абсолютно никаква представа за това, което се счита за "измерване". Тя просто постулира, че измервателното устройство трябва да бъде класическо, без да определя къде се намира границата между класическото и квантовото, и оставя вратата отворена за онези, които вярват, че сривът причинява човешкото съзнание. Миналия май Хенри Стап и неговите колеги заявиха, че експериментът с двойни прорези и настоящите му версии предполагат, че „може би е необходим съзнателен наблюдател“, за да придаде смисъл на квантовата сфера и че трансперсоналната интелигентност е в основата на материалния свят.
Но тези експерименти не са емпирични доказателства за подобни твърдения. В експеримент с двойни процепи, извършен с единични фотони, човек може да тества само вероятностните прогнози на математиката. Ако вероятностите се появят като десетки хиляди еднакви фотони се изпращат през двойната цепка, теорията казва, че вълновата функция на всеки фотон се срива - благодарение на размит процес, наречен измерване. Това е всичко.
Освен това има и други интерпретации на експеримента с двойни цепки. Вземете например теорията на де Бройл-Бом, която казва, че реалността е едновременно вълна и частица. Фотонът е насочен към двойния процеп във определено положение във всеки момент и преминава през едната или другата цепка; следователно, всеки фотон има траектория. Той пътува през пилотна вълна, която прониква в двете процепи, намесва се и след това насочва фотона към мястото на конструктивна намеса.
През 1979 г. Крис Деудни и колегите му от Брикбек Колидж в Лондон моделират прогнозата на тази теория за пътищата на частиците, които ще преминат през двойна цепка. През последните десет години експериментаторите потвърждават, че съществуват такива траектории, въпреки че са използвали противоречивата техника на така наречените слаби измервания. Въпреки противоречията, експериментите показаха, че теорията на Брогли-Бом все още е в състояние да обясни поведението на квантовия свят.
По-важното е, че тази теория не се нуждае от наблюдатели или измервания или нематериално съзнание.
Нито са необходими от така наречените теории за срив, от които следва, че вълновите функции се сриват случайно: колкото по-голям е броят на частиците в квантова система, толкова по-голяма е вероятността от срив. Наблюдателите просто записват резултата. Екипът на Маркус Арнд от университета във Виена в Австрия тества тези теории, като изпраща по-големи и по-големи молекули през двойна цепка. Теориите за свиване прогнозират, че когато частиците от материята станат по-масивни от определен праг, те вече не могат да останат в квантова суперпозиция и да преминат през двете прорези едновременно, а това разрушава схемата на интерференция. Екипът на Арнд изпрати молекула от 800 атома през двойна цепка и все още видя смущения. Търсенето на прага продължава.
Роджър Пенроуз имаше своя версия на теорията за срива, в която колкото по-голяма е масата на обект в суперпозиция, толкова по-бързо той се срива до едно или друго състояние поради гравитационните нестабилности. Отново тази теория не изисква наблюдател или някакъв вид съзнание. Дирк Бумеестър от Калифорнийския университет, Санта Барбара тества идеята на Пенроуз с версия на експеримента с двойни цепки.
Концептуално идеята е не само да се постави фотон в суперпозиция на преминаване през две процепи едновременно, но и да се постави един от процепите в суперпозиция и да се направи на две места едновременно. Според Пенроуз заменената процеп или ще остане в суперпозиция, или ще се срине с фотон в движение, което ще доведе до различни модели на смущения. Този срив ще зависи от масата на процепите. Boumeester работи над този експеримент от десет години и скоро може да потвърди или отрече твърденията на Penrose.
Във всеки случай тези експерименти показват, че все още не можем да правим никакви твърдения за естеството на реалността, дори ако тези твърдения са добре подкрепени математически или философски. И като се има предвид, че невролозите и философите на ума не могат да се споразумеят за естеството на съзнанието, твърдението, че то води до срив на вълновите функции, би било преждевременно в най-добрия случай и грешно в най-лошия случай.
Иля Кел
