Demonstracija, pavertusi puikias Izaoko Newtono idėjas apie šviesos prigimtį, buvo neįtikėtinai paprasta. Tai „labai lengvai galima pakartoti visur, kur šviečia saulė“, - 1803 m. Lapkričio mėn. Londono karališkosios draugijos nariams sakė anglų fizikas Tomas Youngas, aprašydamas tai, kas dabar vadinama dvigubo plyšio eksperimentu. Ir Youngas nebuvo entuziastingas jaunimas. Jis sugalvojo elegantišką ir įmantrų eksperimentą, parodantį šviesos bangos pobūdį, ir taip paneigė Niutono teoriją, kad šviesą sudaro kūnai, ty dalelės.
Tačiau tai, kad šeštojo dešimtmečio pradžioje gimė kvantinė fizika, leido suprasti, kad šviesą sudaro mažyčiai nedalomi energijos vienetai arba kvantos, kuriuos mes vadiname fotonais. Youngo eksperimentas su pavieniais fotonais ar net su atskiromis materijos dalelėmis, tokiomis kaip elektronai ir neuronai, yra paslaptis, verčianti susimąstyti apie pačią tikrovės prigimtį. Kai kurie tai netgi panaudojo tvirtindami, kad kvantiniam pasauliui daro įtaką žmogaus sąmonė. Bet ar paprastas eksperimentas iš tikrųjų gali tai parodyti?
- „Salik.biz“
Ar sąmonė gali apibrėžti tikrovę?
Šiuolaikiniame kvantiniame pavidale Youngo eksperimentas apima atskirų šviesos ar medžiagos dalelių iššaudymą per du plyšius ar skyles, išpjautas nepermatomoje užtvaroje. Vienoje kliūties pusėje yra ekranas, kuriame užfiksuotas dalelių atėjimas (tarkime, fotonų atveju - fotografijos plokštė). Sveikas protas verčia mus tikėtis, kad fotonai praeis pro vieną ar kitą plyšį ir kaupsis už atitinkamo praėjimo.
Bet ne. Fotonai paliečia tam tikras ekrano dalis ir vengia kitų, sukurdami kintamus šviesos ir tamsos ruožus. Šie vadinamieji pakraščiai primena dviejų bangų susitikimo paveikslą. Kai vienos bangos kraštai sutampa su kitos bangos kraštais, gaunami konstruktyvūs trukdžiai (ryškūs dryžiai), o kai žiedai sutampa su loveliais, gaunami destruktyvūs trukdžiai (tamsa).
Tačiau per prietaisą vienu metu praeina tik vienas fotonas. Panašu, kad fotonas eina per abu plyšius vienu metu ir trukdo sau. Tai prieštarauja bendram (klasikiniam) protui.
Matematiškai kalbant, tai nėra fizinė dalelė ar fizinė banga, praeinanti per abu plyšius, o vadinamoji bangos funkcija - abstrakti matematinė funkcija, vaizduojanti fotono būseną (šiuo atveju - padėtį). Bangos funkcija elgiasi kaip banga. Jis atsitrenkia į du plyšius, o iš kitos pusės plyšių išeina naujos bangos, sklinda ir trukdo viena kitai. Kombinuotosios bangos funkcija apskaičiuoja tikimybę, kur gali būti fotonas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Fotonas turi didelę tikimybę būti ten, kur konstruktyviai trukdo dviejų bangų funkcijos, ir mažas - ten, kur trukdžiai yra destruktyvūs. Matavimai - šiuo atveju bangos funkcijos sąveika su fotografine plokštele - lemia bangos funkcijos „žlugimą“, jos žlugimą. Dėl to jis rodo į vieną iš vietų, kurioje fotonas materializuojasi atlikus matavimą.
Šis, matyt, sukeltas bangos funkcijos žlugimas tapo daugelio koncepcinių sunkumų kvantinėje mechanikoje šaltiniu. Prieš griūtį nėra galimybės tiksliai pasakyti, kur pateks fotonas; tai gali būti bet kurioje vietoje su nuline tikimybe. Nėra galimybės atsekti fotono trajektorijos nuo šaltinio iki detektoriaus. Fotonas nerealus ta prasme, kad lėktuvas, skraidantis iš San Francisko į Niujorką, yra tikras.
Verneris Heisenbergas, be kita ko, šią matematiką aiškino taip, kad tikrovė neegzistuoja, kol jos nepastebi. „Objektyvaus realaus pasaulio, kurio mažiausios dalelės egzistuoja objektyviai ta pačia prasme, kaip ir akmenys ar medžiai, idėja neįmanoma, nepaisant to, ar mes juos stebime, ar ne“, - rašė jis. Johnas Wheeleris taip pat panaudojo dvigubo plyšio eksperimento variantą teigdamas, kad „joks elementarus kvantinis reiškinys nebus reiškinys, kol jis netaps registruotu („ stebimu “,„ užfiksuotu tam tikram “) reiškiniu“.
Tačiau kvantinė teorija visiškai nesupranta, kas yra „matavimas“. Ji tiesiog postuluoja, kad matavimo prietaisas turėtų būti klasikinis, neapibrėždamas, kur yra linija tarp klasikinio ir kvantinio, ir palikdamas duris atviras tiems, kurie mano, kad griūtis sukelia žmogaus sąmonę. Praėjusių metų gegužę Henris Stappas ir jo kolegos teigė, kad dvigubo plyšio eksperimentas ir jo dabartinės versijos leidžia manyti, kad „sąmoningam stebėtojui gali reikėti“, kad būtų suteikta prasmė kvantinei sferai, o transpersonalinis intelektas yra materialiojo pasaulio pagrindas.
Bet šie eksperimentai nėra empirinis tokių teiginių įrodymas. Dvigubo plyšio eksperimente, atliktame su vienais fotonais, galima tik patikrinti matematikos tikimybines prognozes. Jei tikimybės kinta, kai dešimtys tūkstančių vienodų fotonų yra siunčiami per dvigubą plyšį, teorija yra tokia, kad kiekvieno fotono bangos funkcijos žlugo - dėl neaiškiai apibrėžto proceso, vadinamo matavimu. Tai viskas.
Be to, yra ir kitų dvigubo plyšio eksperimento aiškinimų. Paimkime, pavyzdžiui, de Broglie-Bohm teoriją, kuri sako, kad tikrovė yra ir banga, ir dalelė. Fotonas bet kuriuo momentu nukreipiamas į dvigubą plyšį tam tikroje padėtyje ir praeina per vieną ar kitą plyšį; todėl kiekvienas fotonas turi trajektoriją. Jis sklinda pro bandomąją bangą, kuri prasiskverbia pro abi plyšius, įsiterpia ir tada nukreipia fotoną į konstruktyvių trukdžių vietą.
1979 m. Chrisas Dewdney ir kolegos iš Brickbeck koledžo Londone modeliavo šios teorijos numatytą dalelių, einančių per dvigubą plyšį, kelius. Per pastaruosius dešimt metų eksperimentatoriai patvirtino, kad tokios trajektorijos egzistuoja, nors jie naudojo prieštaringai vertinamą vadinamųjų silpnų matavimų metodiką. Nepaisant ginčų, eksperimentai parodė, kad de Broglie-Bohm teorija vis dar sugeba paaiškinti kvantinio pasaulio elgesį.
Dar svarbiau, kad šiai teorijai nereikia stebėtojų ar matavimų ar nematerialios sąmonės.
Jiems taip pat nereikia vadinamųjų žlugimo teorijų, iš kurių seka, kad bangų funkcijos griūva atsitiktinai: kuo didesnis dalelių skaičius kvantinėje sistemoje, tuo didesnė tikimybė, kad žlugs. Stebėtojai tiesiog užrašo rezultatą. Markaus Arndto komanda Vienos universitete Austrijoje išbandė šias teorijas, siųsdama didesnes ir didesnes molekules per dvigubą plyšį. Žlugimo teorijos numato, kad kai materijos dalelės tampa masyvesnės už tam tikrą ribą, jos nebegali likti kvantinėje superpozicijoje ir praeiti per abu plyšius tuo pačiu metu, ir tai sunaikina trukdžių modelį. Arndto komanda per dvigubą plyšį pasiuntė 800 atomų molekulę ir vis tiek matė trukdžius. Slenksčio paieška tęsiama.
Rogeris Penrose'as turėjo savo žlugimo teorijos versiją, kurioje kuo didesnė objekto masė superpozicijoje, tuo greičiau jis griūva į vieną ar kitą būseną dėl gravitacinio nestabilumo. Vėlgi, ši teorija nereikalauja stebėtojo ar jokios sąmonės. Dirkas Boumeesteris iš Kalifornijos universiteto, Santa Barbara, išbando Penrose idėją su dvigubo plyšio eksperimento versija.
Konceptualiai idėja yra ne tik sudėti fotoną, einantį per du plyšius tuo pačiu metu, bet ir sudėti vieną iš plyšių superpozicijoje ir padaryti jį dviejose vietose tuo pačiu metu. Anot Penrose'o, pakeistas plyšys arba išliks superpozicijoje, arba sugrius su fotonu skrendant, o tai sukels skirtingus trukdžių modelius. Šis griuvimas priklausys nuo plyšių masės. Boumeesteris prie šio eksperimento dirba dešimt metų ir netrukus gali patvirtinti ar paneigti Penrose'o teiginius.
Bet kokiu atveju, šie eksperimentai rodo, kad mes dar negalime pareikšti jokių teiginių apie tikrovės prigimtį, net jei šie teiginiai yra gerai pagrįsti matematiškai ar filosofiškai. Ir atsižvelgiant į tai, kad neuromokslininkai ir proto filosofai negali susitarti dėl sąmonės pobūdžio, teiginys, kad tai veda prie bangos funkcijų žlugimo, geriausiu atveju bus per ankstyvas ir blogiausiu atveju klaidingas.
Ilja Khel