Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье

Опыт с фуллереном кажется вам странным? Сейчас расскажу об ещё более странном эксперименте – эксперименте с отложенным выбором. Этот опыт ещё называется «квантовый ластик».

Глава 6

«Квантовый ластик» с отложенным выбором

В обычном двухщелевом эксперименте мы наблюдаем за электронами в момент, когда они проходят через щели. Мы хотим понять, через какую конкретно щель каждый электрон проходит. Как вы помните, если наблюдения нет, то мы видим интерференционную картину (электрон проявляет качества волны). Если же наблюдение есть, то интерференционная картина пропадает и на экране появляются две засвеченные полоски (электроны ведут себя как частицы).

Суть эксперимента «квантовый ластик с отложенным выбором» в том, чтобы начать наблюдать за состоянием электрона уже ПОСЛЕ того, как он прошёл щель (но до того, как электрон попал на экран).

Технически это достаточно сложный эксперимент, я не буду приводить все его детали. Гейзенберг, Шрёдингер и Бор, конечно, тоже мечтали бы провести такой опыт, но в те времена это было невозможно. Эксперимент был впервые проведён в 1999 году.

И результат показал, что и в этом случае электроны ведут себя как частицы, а не как волны!

Получается, что, проходя щели, частицы уже «знают», что их вскоре будут измерять. Они как будто получили информацию из будущего.

Это поставило под сомнение наши представления о причинной последовательности. Неужели, как утверждают некоторые учёные, настоящее выбирает прошлое?

Это очень и очень интересный феномен, который физики до конца так и не могут объяснить.

Когда я училась в школе, я была уверена, что есть только одна точка зрения на то, где и как я живу. Я – отличница, пионерка, а СССР – самая справедливая страна в мире. Всё понятно. Впервые я серьёзно задумалась о том, как по-разному можно воспринимать факты из нашей жизни, когда переписывалась с девочкой из ФРГ.

Я изучала немецкий язык, был период сближения наших стран, и тем, у кого были хорошие отметки по языку, давали «друга по письмам». Так мы практиковали язык и узнавали новое о другой культуре. Моя подруга по письмам, Хельга, писала мне, что не любит зиму, так как мёрзнет: в доме очень холодно, а отопление стоит дорого. Моё же детство проходило в типичной квартире московской многоэтажки, где было центральное отопление, и я даже никогда не задумывалась о подобных вопросах. А когда я рассказывала, как ходила отмечаться в очереди на диван, Хельга удивлённо спрашивала, почему диван нельзя просто купить. Я рассказывала о своих планах поступить в МГУ и о том, что надеюсь получать повышенную стипендию; а Хельга поражалась, что высшее образование и так бесплатное, так ещё дают довольно большую стипендию.

Так я осознала, что в картине мира другого человека любой факт моей биографии может приобретать иное значение. Но ведь и я сама могу взглянуть на факты из своей жизни под разными углами. Каждый факт может стать неожиданно важным, приобрести положительную или отрицательную оценку. Я могу своё советское детство описать, с одной стороны, как очень счастливое, а с другой – как бедное и несчастное; могу рассказать об отличной системе образования – и о том, как эта система убивает индивидуальность.

Глава 7

Объективна ли реальность

Посмотрев на результаты двухщелевого эксперимента, мы задаёмся вопросами: а существует ли вообще объективная реальность? Или реальность для каждого из нас субъективна (т. е. для каждого наблюдателя реальность своя)? Неужели Вселенная – это просто набор возможностей, совокупность волн, вплоть до момента появления сознания?

Далее мы подробнее узнаем, какие именно процессы приводят к «превращению» волн в частицы в соответствии со взглядами современной науки.

Ещё в XVIII веке были сказаны такие слова:

Объекты существуют только потому, что есть люди, которые на них смотрят.

Точно ли объективной реальности не существует?

У тех учёных, кто занимается квантовой физикой, есть фирменный ответ – ответ на многие вопросы: «Это так, но не точно».

Похоже, реальность – это нечто более сложное, чем мы можем себе представить. Вообразите, что есть цилиндр, но мы неспособны его увидеть. Мы как будто являемся существами, живущими на плоскости, и способны рассмотреть только его тени. Один из нас утверждает: это круг. А другой возражает: да нет, это квадрат. Мы можем бесконечно спорить, и каждый из нас будет по-своему прав. У каждого из нас – своя реальность.

Возможно, объективной реальности нет вовсе. Возможно, она существует, но в такой сложной форме, что мы способны увидеть только «тень» как проекцию объекта в меньшую мерность.

Точно так же и для любого объекта микромира: сказать, что это частица, – значит, представить его как проекцию более сложного объекта. То же самое касается и волны.

Резюме и задание

 Резюме

• Свет иногда ведёт себя как волна, иногда – как поток частиц. Это называется корпускулярно-волновым дуализмом.

• Двухщелевой эксперимент – самый главный опыт квантовой физики, из которого вытекают все основные законы. Он показывает, что любые объекты микромира проявляют свойства волны. Частицы как будто одновременно проходят через две щели и проявляют на экране интерференционную картину, свойственную волнам.

• Когда в двухщелевом эксперименте у щелей ставят