Дхарма

[Си-ва-кон]

Эксперименты, проведенные в период с 1997 по 2007 год, показали, что ситуация действительно обстоит именно так – как будто субатомные частицы, полученные вместе, объединены ЭПР-парадоксом. Если наблюдаемая частица случайным образом начинает двигаться по одной из возможных траекторий, то ее частица-близнец совершает такое же действие в тот же момент, даже если между ними пролегает существенное расстояние.

В 1997 году швейцарский исследователь Николя Жизен впервые запустил шар в этом квантовом боулинге, поставив просто ошеломляющий эксперимент. Группа ученых под его руководством получила запутанные фотоны (частицы света) и запустила их по оптоволоконным кабелям на расстояние более 11 километров. Одна из этих частиц попадала в интерферометр, где могла пойти по одной из двух траекторий, определявшихся случайным образом. Жизен показал, что какой бы путь ни выбрал этот фотон, его близнец мгновенно сворачивал на второй путь.

Необходимо подчеркнуть, что это происходило мгновенно. Реакция второго фотона не задерживалась даже на тот промежуток времени, который требуется на преодоление 11 километров со скоростью света (около 26 миллисекунд). Изменение траектории второго фотона происходило не более чем через три десятимиллиардных доли секунды после того, как траекторию менял первый фотон – такова была предельная разрешающая способность применявшегося оборудования. Было признано, что эти изменения траектории происходят одновременно.

Такой результат полностью согласуется с законами квантовой механики, но кажется невероятным даже самим физикам, поставившим этот эксперимент. Он подтверждает поразительную теорию о том, что запутанная частица-близнец мгновенно реагирует на действие или изменение состояния второй запутанной частицы, причем расстояние между двумя такими частицами не имеет значения.

Сформулированная в 1964 году теорема Белла, которая с тех пор не раз была подтверждена экспериментально, не оставляет камня на камне от построений Эйнштейна и других физиков, надеявшихся, что локальность может сохраняться.

До Белла допускалась (со временем все более призрачная) возможность, что в мире существует локальный реализм – то есть самодостаточная объективная Вселенная. Так, до появления работ Белла многие ученые упорно придерживались мнения, существовавшего на протяжении тысячелетий и сводившегося к следующему: физические состояния существуют и до того, как будут измерены. В первой половине прошлого века считалось общепризнанным, что элементарные частицы обладают определенными свойствами и параметрами, не зависящими от акта измерения. Наконец, когда Эйнштейн продемонстрировал, что обмен информацией не может происходить быстрее скорости света, сложилось и такое убеждение: если два наблюдателя существенно удалены друг от друга, то измерения, выполненные одним из них, не повлияют на измерения другого.

От всех вышеперечисленных убеждений наука уже решительно отказалась.

Чтобы материя могла проявиться – в виде камешка, снежинки или даже элементарной частицы, – ее должно увидеть живое существо.

Такой «акт наблюдения» особенно ярко проявляется в знаменитом эксперименте с двумя щелями. Этот эксперимент позволяет заглянуть в самую суть квантовой физики. Его ставили множество раз и в самых разных вариантах, и он убедительно доказывает следующие факты. Когда человек наблюдает, как элементарная частица или квант света проникает через щели в специальном барьере, такая частица проявляет себя как твердое тело и «ударяется» в последний сплошной барьер, к которому попадает через прорези. Можно измерить ее «удар». Частица, как крохотная пуля, логически проходит через одну или через другую щель. Но если экспериментатор не наблюдает частицу, то она проявляет волновые свойства, в частности может одновременно пройти через обе щели – хотя и не может разорваться надвое. Возникает характерная рябь, которую могут давать только волны.

Этот корпускулярно-волновой дуализм, который ученые окрестили «квантовая странность», обескураживал физиков на протяжении многих десятилетий. Величайшие физики описывали этот феномен как непостижимый, недоступный для формулирования в словах, для визуализации и совершенно не вписывающийся в здравый смысл и рациональное восприятие.

Обратите внимание: здесь мы рассуждаем об отдельных объектах – например, фотонах и электронах, – а не о множествах объектов. Примером множества объектов является, например, поезд. Вы можете посмотреть расписание, приехать на вокзал и встретить друга, который приезжает на определенном поезде. Вы можете быть совершенно уверены, что этот поезд существует и в ваше отсутствие, даже если вы сами его не видите. Одна из причин данного явления заключается в том, что чем больше рассматриваемый объект, тем меньше длина его волны. Когда мы рассматриваем объекты макромира, их волны располагаются слишком близко друг к другу, их нельзя наблюдать или измерить. Тем не менее эти волны существуют.

Но мельчайшие одиночные частицы нельзя считать реально существующими, если их никто не наблюдает. Они могут обладать либо длиной волны, либо положением в пространстве. Когда разум обрисует в пространстве какой-либо объект, который служит основой для существования частиц, пока не прорисует пути (линии в дымке вероятности, представляющей диапазон возможных реализаций объекта), мы сможем сказать, что объект находится «там» или «здесь». Следовательно, квантовые волны определяют лишь потенциальное положение частицы, место, которое она может занимать. Когда ученый наблюдает частицу, она находится в рамках статистической вероятности такого события. Именно это и определяет волна. Волна – это не событие и не феномен, а описание вероятности возникновения того или иного события или феномена. Ничего не произойдет до тех пор, пока кто-нибудь действительно не пронаблюдает событие.

В рамках эксперимента с двумя щелями легко утверждать, что любая из частиц – фотон или электрон – может попасть только в одну из двух щелей, так как эти частицы неразрушимы. Далее можно с полным правом спросить: и в какую же щель она попала? Многие великие физики ставили эксперименты, призванные проследить путь частицы через одну или другую щель. Для этого пытались использовать явление интерференции. Однако все они приходили к поразительному выводу: невозможно одновременно и проследить путь частицы, и наблюдать интерференцию. Можно поставить опыт так, чтобы определить, через какую именно щель проходит фотон. Но если такой эксперимент поставлен, то фотоны начинают бить в одну и ту же точку на экране, как шарики, совершенно не создавая интерференции и волновой ряби. Проще говоря, они ведут себя именно как частицы, а не как волны. Эксперимент с двумя щелями демонстрирует квантовую странность во всей красе, поэтому мы подробно рассмотрим и проиллюстрируем его в следующей главе.

Кстати, когда мы наблюдаем за прохождением элементарной частицы через барьер, сразу происходит коллапс волновой функции. Частица теряет свою вероятностную свободу выбора из двух вариантов – волнового и корпускулярного – и реализуется в одной из двух ипостасей.

Тем не менее это еще не все. Стоит нам признать, что мы не можем узнать о частице и направление движения, и ее интерференционный рисунок, как это умозаключение приводит нас к еще более странным фактам. Допустим, мы работаем с группами запутанных фотонов. Они могут двигаться на большом расстоянии друг от друга, но их поведение всегда будет коррелировать.

Предположим, что два таких фотона (назовем их y и z) выпущены в двух разных направлениях, и повторим эксперимент с двумя щелями. Мы уже знаем, что фотон y таинственным образом пройдет через обе щели и создаст интерференционный рисунок при условии, что мы никак не измеряли его параметры, пока он не достиг экрана-детектора. В другом опыте мы настроим прибор, который позволит нам узнать путь второго запутанного фотона, z, находящегося на расстоянии многих километров от первого. Бинго: как только мы включаем прибор для определения пути фотона z, фотон y мгновенно «узнает», что мы можем дедуктивно определить его путь (поскольку этот путь будет ровно противоположен пути фотона z, иными словами – дополнителен ему). Фотон y внезапно прекращает давать интерференционный рисунок, причем он теряет волновые свойства в тот самый момент, когда мы включаем прибор для определения пути далекого фотона z, хотя мы при этом вообще не трогали фотон y. Именно так и произойдет – мгновенно, в реальном времени, даже если в этот момент фотоны y и z находятся в разных концах галактики.

Хотя все вышесказанное уже не вписывается в рамки возможного, странности на этом не заканчиваются. Логично предположить, что если мы сначала позволим фотону y проскочить через щель в экране-детекторе, а через долю секунды измерим траекторию его далекого фотона-близнеца, то сможем обойти законы квантовой физики. Ведь первый фотон уже прошел нужную траекторию до того, как мы попробовали определить направление его далекого близнеца. Соответственно, мы должны были бы узнать поляризацию обоих фотонов и рассмотреть их интерференционный рисунок. Правильно? Нет. При постановке такого опыта мы действительно получаем рисунок, но он не является интерференционным. Фотон y прекращает проходить через обе щели задним числом; интерференция прекращается. Складывается впечатление, что фотон y как-то «узнает», что по итогам опыта мы сможем определить его поляризацию, «узнает» это еще до попадания в поляризационный детектор.

Что получается? Имея на руках результаты этих опытов, что мы можем сказать о реальной последовательности событий, о настоящем и будущем? О пространстве и раздельности? Какие выводы мы можем сделать о нашей собственной роли и о том, как наши знания о событиях могут влиять на частицы, удаленные от нас на многие километры, причем влиять мгновенно? Как фотоны могут обмениваться информацией за нулевое время? Очевидно, фотоны-близнецы связаны каким-то особым образом, эта связь не нарушается при сколь угодно большом расстоянии между фотонами, не зависит от времени, пространства и даже причинно-следственных связей. Тем более интересно, какие выводы мы можем сделать о том, что такое наблюдение и «поле разумности», в котором протекают все эти эксперименты?

[КИ]

А сознание тут где?

[test]

[Кира]

Си-ва-кон

[КИ]

Если феноменологически, а не фено-кирически, то вот так: приборы показывают такие-то данные, и такая-то теория способна в такой-то степени адекватности их формализировать.

[Кира]

[Си-ва-кон]

[xormx]

Лучше бы они занялись делом и придумали гипердвигатель и мы бы стали свободными *бурчит

[мать моржиха]

[Си-ва-кон]

Самый известный эксперимент в этой области был проведен уже около четверти века назад. Исследователь Бенджамин Либет предлагал испытуемым выбрать произвольный момент и совершить в этот момент движение рукой. В ходе эксперимента испытуемый был подключен к аппарату для электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Этот прибор отслеживал так называемый потенциал готовности в мозге. Естественно, электрический сигнал всегда предшествует физическому действию, но Либет стремился выяснить, не предшествует ли он также субъективному ощущению действия или намерению действовать. Проще говоря, существует ли какое-либо субъективное «я», которое сознательно решает совершить действие и для этого запускает в мозге электрические импульсы, которые в конечном счете порождают действие? Или все происходит как-то иначе? Поэтому испытуемых просили с точностью до секунды (по часам с секундной стрелкой) запоминать момент, в который у них появилось намерение шевельнуть рукой.

Результаты исследования Либета получились непротиворечивыми и вполне ожидаемыми: бессознательная, неощутимая электрическая активность мозга протекает на целых полсекунды ранее, чем испытуемый осознанно принимает решение. Либет анонсировал и более новые эксперименты, которые были проведены в 2008 году. В ходе этих опытов анализировались отдельные функции высшей деятельности мозга. Команде исследователей удавалось верно прогнозировать с опережением до 10 секунд, какую именно руку решит поднять испытуемый. В контексте принятия когнитивных решений 10 секунд – это почти вечность. Тем не менее на снимках мозга отчетливо заметны признаки принятия того или иного решения. Они заметны гораздо раньше, чем испытуемый сколь-нибудь осознанно примет такое решение. Этот и другие эксперименты доказывают, что мозг принимает решения на подсознательном уровне, а уже постфактум человек «чувствует», что «он сам» сознательно принял то или иное решение. Таким образом, на протяжении всей жизни мы чистосердечно полагаем, что, тогда как сердце и почки исправно работают сами по себе, мозг не таков – его работой мы управляем во многом сознательно. Либет пришел к выводу, что представление о личной свободной воле обусловлено лишь привычной устоявшейся точкой зрения о том, как якобы устроен наш мозг.

[Си-ва-кон]

[Си-ва-кон]

Как будет показано ниже, кванты света и частицы материи действительно изменяют поведение в зависимости от того, ведется ли за ними наблюдение. При этом измеряемые частицы на самом деле удивительным образом влияют на «прошлое» поведение других частиц.

Эксперимент с двумя щелями многократно проводился на протяжении последних десятилетий в различных вариантах. Ниже представлен вариант, описание которого было опубликовано в журнале Physical Review A, № 65 (0 33818) за 2002 год. Но подчеркиваю, что это лишь один из многих вариантов данного эксперимента, который многократно ставился на протяжении примерно 45 лет.

В классическом эксперименте с двумя щелями в качестве таких частиц используются электроны, поскольку они очень маленькие, простейшие (неразделимые на более мелкие составляющие) и легко образуют луч, который можно направить на удаленную цель. Например, в самом обычном телевизоре электронные лучи направляются на экран.

Мы начинаем опыт, направляя свет на экран-детектор. Но сначала свет должен пройти через первый барьер, в котором находятся две щели. Мы можем пропустить через этот барьер либо поток света, либо всего один неделимый фотон – результат будет одинаковым. Любой квант света с вероятностью 50:50 может пройти либо через правую, либо через левую щель. pc1

Через какое-то время эти фотоны, летящие как крошечные снаряды, должны образовать характерный узор. Большая их часть будет попадать в середину экрана, а меньшинство – по краям, поскольку лучи света, как правило, прямолинейны. По законам вероятности мы должны увидеть примерно такой кластер попаданий.

Но это не тот результат, который мы фактически получаем. При выполнении подобных экспериментов – а за прошлый век их ставили тысячи раз – мы обнаруживаем, что кванты света образуют весьма любопытный рисунок. pc2

Теоретически те небольшие экстремумы, которые располагаются по бокам от главного, должны быть симметричны. Но на практике мы имеем дело с отдельными квантами света и вероятностями, поэтому обычно результат немного отличается от идеального. В любом случае главный вопрос сохраняется: почему узор именно таков?

Оказывается, именно таким он и должен быть, если свет состоит из волн, а не из частиц. Волны сталкиваются, и между ними возникает интерференция, а значит, и рябь. Если вы одновременно бросите в пруд два камешка, то волны от камешков столкнутся друг с другом. В результате где-то на водной глади волны будут меньше, чем ожидалось, а где-то возникнут довольно сильные всплески. Волны могут усиливать друг друга либо разглаживаться, если сталкиваются гребни встречных волн.

Итак, уже в начале XX века был зафиксирован такой рисунок. Поскольку он может образоваться только в результате взаимодействия волн, физики убедились, что свет – это волна либо по крайней мере проявляет волновые свойства в ходе такого эксперимента. Самое интересное заключалось в том, что ровно такой же результат получался и при использовании «твердых тел» – например, если луч состоял из электронов. Оказывается, и твердые частицы могут проявлять волновые свойства! Итак, с самого начала эксперимент с двумя щелями стал демонстрировать интереснейшие и неожиданные факты о реальности.

К сожалению или к счастью, это была всего лишь затравка. Лишь немногие догадывались, что все самое интересное еще впереди.



Новая странность была обнаружена, когда через прибор стали пропускать всего один фотон или электрон в момент времени. Частица успевала пройти достаточно длинный путь, ее регистрировали как частицу, и уже после этого возникал интерференционный рисунок. Как же это могло быть? С чем интерферировал этот единственный фотон или электрон? Как можно получить интерференционный рисунок, если в эксперименте задействована всего одна неделимая частица?

pc3
До сих пор не найдено полностью удовлетворительное объяснение этого феномена. Физики продолжают предлагать все новые экстравагантные идеи. Могла ли такая интерференция возникать под действием других электронов или фотонов, существующих в «параллельных Вселенных», где другой экспериментатор ставит точно такой опыт? Могли ли «их» электроны интерферировать с нашими? Эти версии кажутся слишком натянутыми, в них почти никто не верит.

Как правило, интерференционный рисунок объясняется следующим образом: возможно, когда частица оказывается перед барьером с двумя щелями, у нее появляется «выбор», в каком виде преодолеть этот барьер – как частице или как волне. До тех пор, пока не произойдет акт наблюдения, частицы не существуют как реальные сущности в конкретных местах. Акт наблюдения имеет место при попадании частицы на последний барьер-детектор.

Таким образом, в тот момент, когда частица достигает барьера с двумя щелями, она проявляет вероятностную свободу и может пройти через барьер сразу в двух ипостасях. Хотя сами по себе фотоны и электроны являются неделимыми частицами и ни при каких условиях не расщепляются, в виде вероятностных волн они проявляют совсем иные свойства.

Таким образом, через наблюдаемую нами щель проходят не физические частицы, а лишь вероятности. Вероятностные волны отдельного фотона интерферируют друг с другом! Когда через щель проникнет достаточно много таких волн, мы видим характерный узор, в котором вероятности сливаются в физические сущности, которые оказывают физическое воздействие и доступны для наблюдения – в форме волн.

Да, все это звучит невероятно, но, судя по всему, именно так все происходит в реальности. Здесь описан только первый пример квантовой странности.

[Ёжик]

Си-ва-кон
Это ваш собственный оригинальный текст? Вы ученый, журналист, публицист?

[Си-ва-кон]

Ёжик Нет конечно, сам впервые увидел этот текст, вспомнил чьи-то обвинения в нежелании буддистов вникать в научные тонкости и... Вам не угодишь
Из всей вайпульи я вычитал вот что:
"Вероятностные волны отдельного фотона интерферируют друг с другом! Когда через щель проникнет достаточно много таких волн, мы видим характерный узор, в котором вероятности сливаются в физические сущности, которые оказывают физическое воздействие и доступны для наблюдения – в форме волн."

Один фотон, а волн несколько [даже по времени]
и некоторые волны могут изменяться "задним числом", т.е. в прошлом
Даже будь я "ученый", ну и что? - 40 с гаком лет наука не может выдвинуть вразумительных объяснений.

P.S.
На всяк случай: я тоже не могу

[Росс]

А надо?)Это ж демонстрация как бы сетевой структуры сознания, где всё завязано на условиях, установках, назначениях - и результативной пляске следствий. Программа восприятия- таки программа, хотя и может быть изменяемой.Но в ней всегда заложены алгоритмы, постоянные, субстанциональные опоры, необходимые для определённости ораничения и т.д. Посмотрите на мир глазами буддиста в самадхи, где время, пространство, причинность, форма и т.д.- равно относительные условия. кои можно играючи менять. Квантовые парадоксы окажутся детскими страшилками.)