Człowiek i teoria kwantów: czy istnieje coś, czego nie obserwujemy

Człowiek i teoria kwantów: czy istnieje coś, czego nie obserwujemy
Od czasu odkrycia podstawowego równania mechaniki kwantowej minęło prawie 100 lat, a fizycy i filozofowie wciąż nie potrafią odpowiedzieć na pytanie, jaka jest rola człowieka w teorii kwantowej. Jedna z nieporozumień polega na określeniu roli obserwatora – czy obecność osoby i jego świadomości zależy przede wszystkim od załamania się funkcji falowej – zjawiska, które leży u podstaw całej teorii, lub występuje niezależnie od tego, czy dana osoba ją obserwuje, czy nie. Heytek przetłumaczył i zaadaptował artykuł Scientific American, aby zrozumieć, jak przedwczesne są wnioski dotyczące upadku funkcji falowych i jakie eksperymenty dowodzą ich i obalają je.

Czy świadomość ludzka wpływa na świat kwantowy?

Demonstracja, która obaliła założenia wielkiego Izaaka Newtona

natura światła, była oszałamiająco prosta. To "można łatwo powtórzyć, bez względu na to, gdzie świeci słońce", powiedział angielski fizyk Thomas Jung w listopadzie 1803 r. Członkom Royal Society w Londynie, opisując to, co jest obecnie znane jako eksperyment na dwóch szczelinach lub doświadczenie Junga. Jung nie szukał skomplikowanych sposobów i nie robił showbiznesu z własnego doświadczenia. Po prostu wymyślił elegancki i zdecydowany eksperyment demonstrujący falową naturę światła na przykładzie konwencjonalnych materiałów i tym samym odrzucił teorię Newtona, że ​​światło składa się z cząstek lub cząstek.

Eksperyment Junga. Autor: Savenok D.

Eksperyment Junga (eksperyment na dwóch szczelinach) – eksperyment przeprowadzony przez Thomasa Younga i stał się eksperymentalnym dowodem falowej teorii światła.

W eksperymencie wiązka światła monochromatycznego jest kierowana do nieprzezroczystego ekranu z dwiema równoległymi Gniazda, za którymi jest zainstalowany ekran projekcyjny. Szerokość szczelin jest w przybliżeniu równa długości fali emitowanego światła. Na ekranie projekcyjnym powstają różne prążki interferencyjne. Ingerencja światła dowodzi słuszności teorii fal.


Ale narodziny fizyki kwantowej na początku XX wieku dały zrozumienie, że światło składa się z maleńkich, niepodzielnych jednostek lub kwantów energii, które nazywamy fotonami. Eksperyment Junga, który wykazał pojedyncze fotony lub nawet pojedyncze cząsteczki materii, takie jak elektrony i neutrony, spowodował, że ludzkość myślała o naturze samej rzeczywistości. Niektórzy nawet wykorzystali ten eksperyment, aby potwierdzić tezę, że ludzka świadomość wpływa na świat kwantowy, dając umysłom pokarm do myślenia o naszym miejscu w ontologii wszechświata. Ale czy prosty eksperyment naprawdę może spowodować takie zmiany w światopoglądzie wszystkich i wszystkich?

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=SVUho-EWhLQ&w=590&h=393]

Wątpliwa koncepcja pomiaru

W nowoczesnej interpretacji eksperymentu wiązka światła monochromatycznego jest kierowana do nieprzezroczystego ekranu z dwoma równoległymi szczelinami, za którymi zamontowany jest ekran projekcyjny. Rejestruje wnikanie cząstek, które przeszły przez szczeliny. W przypadku fotonów jest to płyta fotograficzna. Logicznie rzecz biorąc, można by oczekiwać, że fotony przejdą przez jedną szczelinę lub inne i będą gromadzić się za nimi.

Czytaj także  Neuronet nauczył się przewidywać tempo dojrzewania roślin w kosmosie

Ale tak nie jest. Przechodzą do niektórych części ekranu, podczas gdy inne po prostu unikają, tworząc naprzemienne pasma światła i ciemności – tak zwane prążki interferencyjne. Uzyskuje się je, gdy dwa zestawy fal nakładają się na siebie. Tam, gdzie fale okazują się być w tej samej fazie, amplifikacja utworzy i wzmocni interferencję – pasma światła. Kiedy fale są w fazie antyfazowej, dochodzi do osłabienia interferencji – ciemne pasma.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=x2ATlhWfrZY&w=590&h=393]

Ale jest tylko jeden foton, który przejdzie przez obie szczeliny. Jest to podobne do faktu, że foton przechodzi przez obie szczeliny naraz i przeszkadza sobie. To nie pasuje do klasycznego obrazu.

Z matematycznego punktu widzenia foton przechodzący przez obie szczeliny nie jest fizyczną cząsteczką ani falą fizyczną, ale coś nazywanego funkcją falową jest abstrakcyjną funkcją matematyczną, która reprezentuje stan fotonu (w tym przypadku jego pozycja). Funkcja falowa zachowuje się jak fala. Wpada w obu pęknięcia i nowe fale emanują z każdego, rozprzestrzeniając się i ostatecznie zderzając ze sobą. Połączoną funkcję falowania można wykorzystać do obliczenia prawdopodobieństwa lokalizacji fotonu.

Foton najprawdopodobniej jest tam, gdzie dwie funkcje falowe powodują zakłócenia wzmacniające i są mało prawdopodobne, aby znajdowały się w obszarach tłumiących zakłócenia. Pomiar – w tym przypadku interakcja funkcji falowej z fotoplatem – nazywany jest "zapadnięciem" funkcji falowej lub redukcją von Neumanna. Proces ten zachodzi podczas pomiaru w jednym z tych miejsc, w których materializm ulega materializacji.


Redukcja von Neumanna (zmniejszenie lub zapadnięcie funkcji falowej) – chwilowa zmiana w opisie stanu kwantowego (funkcja falowa) obiektu, który pojawia się podczas pomiaru. Ponieważ proces ten jest zasadniczo nielokalny, a od chwilowej zmiany następuje propagacja interakcji szybszych niż prędkość światła, uważa się, że nie jest to proces fizyczny, ale matematyczny opis.


Nie ma tego, czego człowiek nie obserwuje

To pozornie dziwne załamanie Funkcja falowa jest źródłem wielu trudności w mechanice kwantowej. Przed upływem światła nie można z pewnością stwierdzić, gdzie znajdzie się pojedynczy foton. Może pojawić się w dowolnym miejscu z niezerowym prawdopodobieństwem. Nie można narysować trajektorii fotonu ze źródła do punktu na ekranie. Nie można przewidzieć trajektorii fotonu, nie jest to samolot latający tą samą trasą z San Francisco do Nowego Jorku.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=v2J4lJAvpLM&w=590&h=393]

Werner Heisenberg, podobnie jak inni naukowcy, postulowali, że rzeczywistość nie istnieje matematycznie tak długo, jak długo nie ma obserwatora

"Idea obiektywnego świata rzeczywistego, którego części istnieją jak kamienie albo drzewa i niezależnie od tego, czy je obserwujemy, czy nie, są niemożliwe "- napisał. John Wheeler użył również wariantu eksperymentu z dwoma slotami, aby potwierdzić, że "żadne elementarne zjawisko kwantowe nie jest tak długie, dopóki nie jest świadkiem innych (" obserwowalne "," wizualne ").

Czytaj także  Rząd przeznaczy 1,2 mld rubli na "gospodarkę cyfrową". Najmniejsza kwota wydana na cyberbezpieczeństwo


Werner Karl Heisenberg jest autorem wielu podstawowych prac z teorii kwantowej: położył fundamenty mechaniki macierzy, sformułował relację niepewności, zastosował formalizm mechaniki kwantowej do problemów ferromagnetyzmu, anormalnego efektu Zeemana i innych

Później aktywnie uczestniczył w rozwoju elektrodynamiki kwantowej (teoria Heisenberga-Pauliego) i kwantowej teorii pola (teoria macierzy S), w ostatnich dekadach swojego życia podjął próby stworzenia zunifikowanej teorii pola. Heisenberg należy do jednej z pierwszych kwantowo-mechanicznych teorii sił jądrowych. W czasie II wojny światowej był czołowym teoretykiem niemieckiego projektu nuklearnego

John Archibald Wheeler wprowadził kilka terminów (pianka kwantowa, spowalniając neutrony), w tym dwa później szeroko rozprzestrzenione w nauce i fantastyce naukowej – czarna dziura i wormhole


Ale teoria kwantowa nie formułuje w ogóle tego, co powinno być "wymiarem". Po prostu postuluje, że urządzenie pomiarowe musi być klasyczne, nie precyzując, gdzie ta cienka linia leży pomiędzy pomiarem klasycznym i fałszywym. Powoduje to pojawienie się zwolenników idei ludzkiej świadomości i powoduje załamanie się funkcji falowej. W maju 2018 roku Henry Stupp i jego współpracownicy utrzymywali, że eksperyment z dwiema szczelinami i ich nowoczesnymi wariantami sugeruje, że "świadomy obserwator może być niezbędny" dla zrozumienia teorii kwantowej i idei, że umysł każdej osoby jest podstawą materialnego świata. 19659006]

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=YRjx1hzOclI&w=590&h=393]

Ale te eksperymenty nie są dowodami empirycznymi. W eksperymencie z dwoma slotami wszystko, co możesz zrobić, to obliczyć prawdopodobieństwo. Jeśli prawdopodobieństwo pojawienia się w dziesiątkach tysięcy identycznych fotonów podczas przejścia eksperymentu, można argumentować, że następuje załamanie się funkcji falowej – ze względu na wątpliwy proces zwany pomiarem. To wszystko.

Niezależnie od osoby

Ponadto istnieją inne sposoby interpretacji eksperymentu Younga. Na przykład teoria de Broglie-Bohm, która stwierdza, że ​​rzeczywistość jest zarówno falą, jak i cząstką. A foton jest kierowany do podwójnej szczeliny z określoną pozycją początkową zawsze i przechodzi przez jedną szczelinę lub drugą. Dlatego każdy foton ma trajektorię. Nazywa się to propagacją fali pilotującej, która przechodzi przez obie szczeliny, następuje interferencja, a następnie fala pilotująca kieruje foton do obszaru wzmacniającego zakłócenia.

Trajektorie Bohm dla elektronu przechodzącego przez dwie szczeliny. Podobny obraz został również ekstrapolowany ze słabych pomiarów pojedynczych fotonów Image: thequantumphysics

Oprócz funkcji falowej w przestrzeni wszystkich możliwych konfiguracji, teoria de Broglie-Bohm postuluje rzeczywistą konfigurację, która istnieje bez mierzenia. W nim funkcja falowa jest wyznaczana dla obu szczelin, ale każda cząstka ma dobrze określoną trajektorię, która przechodzi dokładnie przez jedną szczelinę. Ostateczne położenie cząsteczki na sicie detektora i szczelina, przez którą przechodzi, jest określone przez początkowe położenie cząstki. Taka pozycja początkowa jest niepoznawalna lub niekontrolowana przez eksperymentatora, więc pojawia się przypadek we wzorcu wykrywania.

Czytaj także  Naukowcy z MIT opracowali bardzo silny układ kontrolujący małe drony bezzałogowe


W 1979 Chris Dudney i jego koledzy z Birbek College symulowali teoretyczne wersje trajektorii cząstek przechodzących przez dwie szczeliny. W ostatniej dekadzie eksperymentatorzy upewnili się, że istnieją takie trajektorie, choć stosując raczej kontrowersyjną metodę, tak zwany słaby pomiar. Pomimo sprzeczności eksperymenty pokazują, że teoria de Broglie-Bohm wyjaśnia zachowanie kwantowego świata.


Birkbeck (University of London) – instytucja badawczo-edukacyjna z wieczorną formą szkolenia, specjalizująca się w dostarczaniu szkolnictwa wyższego. Stanowi integralną część University of London.


Niezbędne w tych wymiarach jest to, że teorie nie potrzebują obserwatorów, pomiarów ani udziału człowieka.

Tak zwane teorie upadku twierdzą, że załamanie funkcji falowych odbywa się losowo. Im więcej cząstek w układzie kwantowym, tym bardziej prawdopodobne. Obserwatorzy po prostu odnotowują wynik. Zespół Marcusa Arndta z Uniwersytetu Wiedeńskiego sprawdził te teorie, wysyłając większe i większe cząstki przez pęknięcia. Teorie upadku mówią, że gdy cząstki materii stają się bardziej masywne niż pewien indeks, nie mogą pozostawać w polu kwantowym przechodzącym przez obie szczeliny jednocześnie, to zniszczy wzór interferencji. Zespół Arndta wysłał cząstkę o ponad 800 atomach przez pęknięcia i nastąpiła redystrybucja natężenia światła. Trwają poszukiwania wartości krytycznej.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=Y-KOPGuLY9c&w=590&h=393]

Roger Penrose ma swoją wersję teorii upadku: im większa masa obiektu w polu kwantowym, tym szybciej przejdzie z jednego stanu do drugiego z powodu niestabilności grawitacyjnej. Ponownie, jest to teoria, która nie wymaga interwencji człowieka. Świadomość nie ma z tym nic wspólnego. Dirk Boumister z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara testuje pomysł Penrose'a z eksperymentem Junga

W gruncie rzeczy chodzi nie tylko o to, aby foton przeszedł przez oba gniazda, ale także o umieszczenie jednej z nich w superpozycji – w dwóch miejscach Jednocześnie. Według Penrose'a przesunięta szczelina albo pozostanie w superpozycji, albo doprowadzi do zapadnięcia się, podczas gdy foton minie, co doprowadzi do różnych typów wzorców interferencji. Załamanie zależeć będzie od wielkości szczelin. Boehmeister pracuje nad tym eksperymentem przez całą dekadę i wkrótce będzie mógł potwierdzić lub odrzucić oświadczenia Penrose'a

Jeśli nie stanie się nic rewolucyjnego, te eksperymenty pokażą, że nie możemy jeszcze zdobyć absolutnej wiedzy o naturze rzeczywistości. Nawet jeśli próby są motywowane matematycznie lub filozoficznie. A wnioski neurobiologów i filozofów, którzy nie zgadzają się z naturą teorii kwantowej i twierdzą, że upadek funkcji falowych ma miejsce, jest co najwyżej przedwczesne, aw najgorszym przypadku błędne i tylko wprowadzają w błąd.

Powiązane wiadomości