В классической физике, построенной на ньютоновских принципах и применимой к объектам нашего обычного мира, мы привыкли игнорировать тот факт, что инструмент измерения, вступая во взаимодействие с объектом измерения, воздействует на него и изменяет его свойства, включая, собственно, измеряемую величину. Включая свет в комнате, чтобы найти книгу, вы даже не задумываетесь о том, что под воздействием возникшего давления световых лучей (это не фантазия) книга может сдвинуться со своего места, и вы узнаете ее искаженные под влиянием включенного вами света пространственные координаты. Интуиция подсказывает нам (и, в данном случае, совершенно правильно), что акт измерения влияет на измеряемые свойства ничтожно. А теперь задумаемся о процессах, происходящих на субатомном уровне.

Допустим, нам необходимо выяснить пространственное местонахождение элементарной частицы, например, электрона. Нам по-прежнему нужен измерительный инструмент, который вступит во взаимодействие с электроном и возвратит моим детекторам сигнал с информацией о его местопребывании. И тут же возникает сложность: иных инструментов взаимодействия с электроном для определения его положения в пространстве, кроме других элементарных частиц, у нас нет. И, если предположение о том, что свет, вступая во взаимодействие с книгой, на ее пространственных координатах не сказывается, относительно взаимодействия измеряемого электрона с другим электроном или фотонами такого сказать нельзя.

В начале 1920-х годов, когда произошел бурный всплеск творческой мысли, приведший к созданию квантовой механики, эту проблему первым осознал молодой немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг. За что мы ему очень признательны. Как и за введенное им понятие "неопределенности", математически выраженное в неравенстве, в правой части которой погрешность измерения координаты умножена на погрешность измерения скорости, а в левой части - константа связанная с массой частицы. Сейчас объясню почему это важно.

Термин «неопределенность пространственной координаты» как раз и означает, что мы не знаем точного местоположения частицы. Например, если вы используете глобальную систему рекогносцировки GPS, чтобы определить местоположение этой книги, система вычислит их с точностью до 2-3 метров. Однако, с точки зрения измерения, проведенного инструментом GPS, книга может с некоторой вероятностью находиться где угодно в пределах указанных системой нескольких квадратных метров. В таком случае мы и говорим о неопределенности пространственных координат объекта (в данном примере, книги). Ситуацию можно улучшить, если взять вместо GPS рулетку - в этом случае мы сможем утверждать, что книга находится, например, в 4 м 11 см от одной стены и в 1м 44 см от другой. Но и здесь мы ограничены в точности измерения минимальным делением шкалы рулетки (пусть это будет даже миллиметр) и погрешностями измерения и самого прибора. Чем более точный прибор мы будем использовать, тем точнее будут полученные нами результаты, тем ниже будет погрешность измерения и тем меньше будет неопределенность. В принципе, в нашем обыденном мире свести неопределенность к нулю и определить точные координаты книги можно.

И тут мы подходим к самому принципиальному отличию микромира от нашего повседневного физического мира. В обычном мире, измеряя положение и скорость тела в пространстве, мы на него практически не воздействуем. Таким образом, в идеале мы можем одновременно измерить и скорость, и координаты объекта абсолютно точно (иными словами, с нулевой неопределенностью).

В мире квантовых явлений, однако, любое измерение воздействует на систему. Сам факт проведения нами измерения, например, местоположения частицы, приводит к изменению ее скорости, причем непредсказуемому (и наоборот). Чем меньше неопределенность в отношении одной переменной (координаты частицы), тем более неопределенной становится другая переменная (погрешность измерения скорости) поскольку произведение двух погрешностей в левой части соотношения не может быть меньше константы в правой его части.На самом деле, если нам удастся с нулевой погрешностью (абсолютно точно) определить одну из измеряемых величин, неопределенность другой величины будет равняться бесконечности, и о ней мы не будем знать вообще ничего. Иными словами, если бы нам удалось абсолютно точно установить координаты квантовой частицы, о ее скорости мы не имели бы ни малейшего представления; если бы нам удалось точно зафиксировать скорость частицы, мы бы понятия не имели, где она находится. На практике, конечно, физикам-экспериментаторам всегда приходится искать какой-то компромисс между двумя этими крайностями и подбирать методы измерения, позволяющие с разумной погрешностью судить и о скорости, и о пространственном положении частиц.

На самом деле, принцип неопределенности связывает не только пространственные координаты и скорость - на этом примере он просто проявляется нагляднее всего; в равной мере неопределенность связывает и другие пары взаимно увязанных характеристик микрочастиц. Путем аналогичных рассуждений мы приходим к выводу о невозможности безошибочно измерить энергию квантовой системы и определить момент времени, в который она обладает этой энергией. То есть, пока мы проводим измерение состояния квантовой системы на предмет определения ее энергии, сама энергия системы случайным образом меняется - происходят ее флуктуация, - и выявить ее мы не можем. Тут уместно было бы рассказать о коте Шредингера, но это будет уже совсем не гуманно.

Окей. Надеюсь это потому что вы любите физику, а не котиков.

Вперед, Макдуф, и будь проклят тот, кто первый крикнет: «Хватит, стой!»

Как объяснил нам Гейзенберг, из-за принципа неопределенности описание объектов квантового микромира носит иной характер, нежели привычное описание объектов ньютоновского макромира. Вместо пространственных координат и скорости, которыми мы привыкли описывать механическое движение, например шара по бильярдному столу, в квантовой механике объекты описываются так называемой волновой функцией. Гребень «волны» соответствует максимальной вероятности нахождения частицы в пространстве в момент измерения. Движение такой волны описывается уравнением Шрёдингера, которое и говорит нам о том, как изменяется со временем состояние квантовой системы. Если не интересны подробности, рекомендую пропустить два следующих абзаца.

Про волновую функцию. Тут необходимо сделать пояснение. В нашем обыденном мире энергия переносится двумя способами: материей при движении с места на место (например, едущим локомотивом или ветром) - в такой передаче энергии участвуют частицы; или волнами (например, радиоволнами, которые передаются мощными передатчиками и ловятся антеннами наших телевизоров). То есть в макромире, где живём мы с вами, все носители энергии строго подразделяются на два типа - корпускулярные (состоящие из материальных частиц) или волновые. При этом любая волна описывается особым типом уравнений - волновыми уравнениями. Все без исключения волны - волны океана, сейсмические волны горных пород, радиоволны из далеких галактик - описываются однотипными волновыми уравнениями. Это пояснение нужно для того, чтобы было понятно, что если мы хотим представить явления субатомного мира в терминах волн распределения вероятности. Он применил к понятию волн вероятности классическое дифференциальное уравнение волновой функции и получил знаменитое уравнение. Подобно тому как обычное уравнение волновой функции описывает распространение, например, ряби по поверхности воды, уравнение Шрёдингера описывает распространение волны вероятности нахождения частицы в заданной точке пространства. Пики этой волны (точки максимальной вероятности) показывают, в каком месте пространства скорее всего окажется частица.

Картина квантовых событий, которую дает нам уравнение Шрёдингера, заключается в том, что электроны и другие элементарные частицы ведут себя подобно волнам на поверхности океана. С течением времени пик волны (соответствующий месту, в котором скорее всего будет находиться электрон) смещается в пространстве в соответствии с описывающим эту волну уравнением. То есть то, что мы традиционно считали частицей, в квантовом мире ведёт себя во многом подобно волне.

Теперь про кота. Всем известно, что коты любят прятаться в коробках (). Эрвин Шредингер тоже был в курсе. Более того, с чисто нордическим изуверством он использовал эту особенность в знаменитом мысленном эксперименте. Суть его заключалась в том, что в коробке с адской машиной заперт кот. Машина через реле подсоединена к квантовой системе, например, радиоактивно распадающемуся веществу. Вероятность распада известна и составляет 50%. Адская машина срабатывает когда квантовое состояние системы меняется (происходит распад) и котик погибает полностью. Если предоставить систему "Котик-коробка-адская машина-кванты" самой себе на один час и вспомнить, что состояние квантовой системы описывается в терминах вероятности, то становится понятным, что узнать жив котик или нет, в данный момент времени, наверняка не получится, так же, как не выйдет точно предсказать падение монеты орлом или решкой заранее. Парадокс очень прост: волновая функция, описывающая квантовую систему, смешивает в себе два состояния кота - он жив и мертв одновременно, так же как связанный электрон с равной вероятностью может находится в любом месте пространства, равноудаленного от атомного ядра. Если мы не открываем коробку, мы не знаем точно, как там котик. Не произведя наблюдения (читай измерения) над атомным ядром мы можем описать его состояние только суперпозицией (смешением) двух состояний: распавшегося и нераспавшегося ядра. Кот, находящийся в ядерной зависимости, и жив и мертв одновременно. Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное?

Копенгагенская интерпретация эксперимента говорит нам о том, что система перестаёт быть смешением состояний и выбирает одно из них в тот момент, когда происходит наблюдение, оно же измерение (коробка открывается). То есть сам факт измерения меняет физическую реальность, приводя к коллапсу волновой функции (котик либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого)! Вдумайтесь, эксперимент и измерения, ему сопутствующие, меняют реальность вокруг нас. Лично мне этот факт выносит мозг гораздо сильнее алкоголя. Небезызвестный Стив Хокинг тоже тяжело переживает этот парадокс, повторяя, что когда он слышит про кота Шредингера, его рука тянется к браунингу. Острота реакции выдающегося физика-теоретика связанна с тем, что по его мнению, роль наблюдателя в коллапсе волновой функции (сваливанию её к одному из двух вероятностных) состояний сильно преувеличена.

Конечно, когда профессор Эрвин в далеком 1935 г. задумывал свое кото-измывательство это был остроумный способ показать несовершенство квантовой механики. В самом деле, кот не может быть жив и мертв одновременно. В результате одной из интерпретаций эксперимента стала очевидность противоречия законов макро-мира (например, второго закона термодинамики - кот либо жив, либо мертв) и микро-мира (кот жив и мертв одновременно).

Вышеописанное применяется на практике: в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии. По волоконно-оптическому кабелю пересылается световой сигнал, находящийся в суперпозиции двух состояний. Если злоумышленники подключатся к кабелю где-то посередине и сделают там отвод сигнала, чтобы подслушивать передаваемую информацию, то это схлопнет волновую функцию (с точки зрения копенгагенской интерпретации будет произведено наблюдение) и свет перейдёт в одно из состояний. Проведя статистические пробы света на приёмном конце кабеля, можно будет обнаружить, находится ли свет в суперпозиции состояний или над ним уже произведено наблюдение и передача в другой пункт. Это делает возможным создание средств связи, которые исключают незаметный перехват сигнала и подслушивание.

Ответить

Ещё 2 комментария

Квантовая коммуникация указано, что фактически ученые научились "подсматривать" состояние первой частицы, и благодаря этому точно определять спин второй, связанной, частицы если вывести в этот момент времени первую частицу из состояния квантовой запутанности. То есть между частицами существует какая-то связь, над которой время и расстояние не подвластны. Фактически русская литература (которую я нашел в интернете))) фактически до этого момента уже не доходит. Не подскажите, что можно почитать понятное про всё это? Спасибо!

Ответить

Прокомментировать

Эффект наблюдателя. Корпускулярно-волновой дуализм - принцип, согласно которому любой физический объект может быть описан как с использованием математического аппарата, основанного на волновых уравнениях, так и с помощью формализма, основанного на представлении об объекте как о частице или как о системе частиц. В частности, волновое уравнение Шрёдингера не накладывает ограничений на массу описываемых им частиц, и следовательно, любой частице, как микро-, так и макро-, может быть поставлена в соответствие волна де Бройля. В этом смысле любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные (квантовые) свойства. Идея о корпускулярно-волновом дуализме была использована при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. В соответствии с теоремой Эренфеста квантовые аналоги системы канонических уравнений Гамильтона для макрочастиц приводят к обычным уравнениям классической механики. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля. Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла. Характер решаемой задачи диктует выбор используемого подхода: корпускулярного (фотоэффект, эффект Комптона), волнового или термодинамического. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей, что наглядно показал эксперимент, проведённый французскими физиками Гранжье, Роже и Аспэ в 1986 году. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон). Сейчас концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет лишь исторический интерес, так как, во-первых, некорректно сравнивать и/или противопоставлять материальный объект (электромагнитное излучение, например) и способ его описания (корпускулярный или волновой); и, во-вторых, число способов описания материального объекта может быть больше двух (корпускулярный, волновой, термодинамический, …), так что сам термин «дуализм» становится неверным. На момент своего возникновения концепция корпускулярно-волнового дуализма служила способом интерпретировать поведение квантовых объектов, подбирая аналогии из классической физики. На деле квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в некотором приближении. Методологически более корректной является формулировка квантовой теории через интегралы по траекториям (пропагаторная), свободная от использования классических понятий.

Из не гуманитарных дисциплин мне всегда нравилась физика. Несмотря на то, что с математикой и геометрией отношения не складывались, по физике я всегда имела стабильную четверку. Видимо, дело в том, что наука это прикладная, понятная и чем-то сродни языку или даже литературе. Не спрашивайте, почему я так считаю – образное мышление, оно такое загадочное. В отличие от алгебры, где за абстрактным сложением, вычитанием и другими действиями я никогда не видела смысла, физические формулы и задачи всегда были для меня конкретными. Физику можно представить, описать, даже нарисовать, а математика – всего лишь набор бездушных и непонятных «закорючек».

Квантовая физика – наука интересная вдвойне. Для меня – это некий гибрид точных знаний и философских рассуждений, допусков, условий, вероятностей. Теоретическая физика благодатное поле для размышлений, споров, немыслимых гипотез и спонтанных открытий. Мне, как философу и эзотерику эта сторона жизни весьма интересна. Теоретическая и квантовая физика дают ответы на вопросы, которыми задаются мои коллеги и проливают хоть какой-то свет на суть загадочных явлений.

Именно квантовая физика предполагает вариативность Вселенной и наличие параллельных пространств. С ее помощью можно хоть как-то объяснить пространственно-временные странности, которые время от времени происходят в жизни.

Основные принципы квантовой механики даже легли в основу популярного психологического направления.

Простой пример, известный даже тем, кто не интересуется наукой – это знаменитый «кот Шредингера». Эксперимент много раз описывался в различных источниках. Если опустить технические термины и заумные подробности, то его суть такова: для наблюдателя со стороны кот находится сразу в двух состояниях. Он либо жив, либо мертв. Пока не откроем крышку ящика с котом и радиоактивным веществом, мы этого не узнаем. Да, радиоактивное вещество для экспериментатора тоже в двух состояниях: либо распадается, либо нет. От этого зависит жизнь пресловутого кота. Если еще проще, то окружающий нас мир всегда двойственен. Все зависит от того, «подглядываем» мы за ним или нет.

На этом утверждении и основан так называемый «эффект наблюдателя», примеров которому в жизни можно найти массу. Представьте себе морозный зимний день. Вы стоите на остановке общественного транспорта, уткнувшись в шарф, мерзните и проклинаете себя, за то, что не удосужились проверить заряд аккумулятора в машине. Автобуса нет уже минут десять. Вы в нетерпении топчетесь на месте, выходите на проезжую часть, высматривая злосчастный автобус. А он все не едет. Вы наблюдаете за ним, понимаете, о чем я? Страстно желаете его увидеть, но на горизонте пусто. Наконец, вы не выдерживаете пытки холодом, и решаетесь идти пешком. И тут же, словно из воздуха, в нескольких метрах от остановки появляется желанный автобус! Совпадение? Вовсе нет. Это сработал т.н. эффект наблюдателя. Пока мы тоскливо всматривались в туманную морозную дымку, мир вел себя враждебно, словно насмехаясь над нашими мученьями. Стоило бросить бесполезное занятие, как он тут же повел себя по-другому. Вывод – окружающая действительность меняется в зависимости от того, «подсматриваем» мы за ней или нет. Чем больше мы чего-то хотим, тем меньше вероятность это получить. Пока мы торопим Вселенную, нетерпеливо подгоняя ее, она так и будет задерживать вожделенный автобус! А если бы вы вовремя проверили аккумулятор, то вообще не оказались бы на этой остановке.

Курильщики знают: чтобы транспорт, который долго ждешь, быстрее пришел, нужно обязательно закурить. Не успеешь чиркнуть зажигалкой, как обязательно на горизонте появляется нужная маршрутка! И это не шутка, я много раз проверяла данное утверждение. Могу с полным правом называть себя физиком-практиком в области квантовой механики! Стоит только забыть о своей просьбе, расхотеть что-либо, как мир моментально реализует наши «хотелки». Вот уж, во истину: стоит только расхотеть! И это не фантастика – так работает принцип наблюдения за реальностью. Хитрая Вселенная ведет себя как затаившийся в камышах тигр: пока не выпрыгнет, не узнаешь, есть он там, или нет.

Наверняка, многие сталкивались с еще одним удивительным эффектом из области теоретических знаний: вспоминаешь о ком-то усиленно, и этот человек словно из-под земли вырастает на твоем пути. Даже если вы живете в разных концах города или не виделись несколько лет. Мы, люди, словно притягиваем друг друга. Как притягиваются заряженные частицы, разлученные на много километров в пространстве.

А задумывались ли вы, что мы одновременно и наблюдатели, и коты, закрытые в коробке? С одной стороны, ты ждешь трамвая на остановке в зимний день, с другой, как выглядел бы этот мир, если бы тебя в нем не было? И скорее всего, есть такие параллельные Вселенные, где нас нет. Или мы выбрали иной жизненный путь и никогда не окажемся на этой остановке. Быть может, в иной реальности мы раскатываем на личном лимузине и наблюдаем абсолютно другие картинки. Мы одновременно и исследователи, и подопытные.

То, что фаталисты называют «судьбой» не более чем физическая вероятность того или иного события. Стоит сделать шаг влево или вправо, как линия жизни делает ответвление, и вот уже река событий, встреч, неудач и побед поворачивает в другое русло.

Мы наблюдаем за жизнью в замочную скважину своих представлений о ней. А как она в действительности выглядит, никто толком и не знает. Мир такой, каким видит его каждый в отдельности. Помните притчу о том, как слепые разглядывали слона? Одному достался хвост, другому хобот, а третьему нога. Вот так и мы – все зависит от того, какая часть слона досталась, какой угол зрения мы выбрали – так и будет выглядеть мир. Птица и змея тоже видят землю по-разному, и каждое существо уверено, что именно его взгляд правильный.

Вот за это и люблю я физику, в особенности такую заумную – хлебом не корми, дай поговорить о тайнах и загадках. Беспроигрышная позиция с точки зрения наблюдателя: на любой вечеринке я всегда в центре внимания!

Свет мой зеркальце, скажи,
Да всю правду доложи:
Кто тут взглядом сквозь ресницы
Может схлопывать частицы?

Квантовая версия старой сказки

Моё сознательное решение относительно того, как я буду наблюдать электрон, в некоторой степени определяет свойства этого электрона. Если я задам ему корпускулярный вопрос, он даст мне корпускулярный ответ. Если я задам ему волновой вопрос, он даст волновой ответ.

— Фритьоф Капра

Этот глубокий сдвиг в представлении физиков о сущности их занятий и о значении из формул — не простая причуда учёных. Это была их последняя надежда. Сама мысль о том, что для понимания атомных явлений придётся отказаться от физической онтологии и разработать математические формулы, отражающие скорее знание о наблюдателе, чем о событиях внешнего мира, на первый взгляд настолько абсурдна, что ни одна группа видных и заслуженных учёных ни за что не приняла бы её, кроме как в качестве последнего экстремального средства.

— Генри Стэпп

Столкнувшись с экспериментальными свидетельствами того, что процесс наблюдения влияет на объект, учёные были вынуждены отказаться от представлений, царивших в науке четыре сотни лет, и взяться за проработку революционной идеи: мы непосредственно вовлечены в реальность. Хотя природа и степень нашей способности влиять на реальность до сих пор остаются предметом жарких споров, можно согласиться с формулировкой Фритьофа Капры: «Ключевая идея квантовой теории — наблюдатель необходим не только для того, чтобы наблюдать свойства атомного явления, но и для того, чтобы эти свойства вообще возникли».

Наблюдатель влияет на наблюдаемое

До того, как произведено наблюдение или измерение, объект существует только в качестве «волны вероятности» (на языке физиков — волновой функции ). У неё нет определённого положении или скорости. Эта волновая функция, или волна вероятности, представляет собой всего лишь вероятность того, что при наблюдении или измерении объект окажется здесь или там . У него есть потенциальные местоположения и потенциальные скорости — но мы не можем узнать их значений, пока не проведём наблюдение.

«С этой точки зрения, — пишет Брайан Грин в книге «Ткань космоса», — определяя положение электрона, мы не измеряем объективную, изначально существующую черту реальности. Скорее самим фактом измерения мы непосредственно участвуем в формировании исследуемой реальности». А Фритъоф Капра подводит итог: «У электрона нет объективных качеств, независимых от моего сознания».

Всё это постепенно стирает некогда отчётливую границу между «внешним миром» и субъективным наблюдателем. Они как бы сливаются, или, образно выражаясь, танцуют в совместном процессе открытия — или сотворения? — мира

Проблема измерения

Сегодня этот эффект наблюдения больше известен под названием «проблема измерения». Более ранние описания данного феномена включали в себя сознательного наблюдателя, однако, учёные постоянно старались убрать из своей теории проблемное слово «сознание». Ибо тут немедленно возникает вопрос о том, что такое сознание: если собака увидит результаты эксперимента с электронами, приведёт ли это к схлопыванию волновой функции?

Исключив из теории сознание , учёные продемонстрировали понимание уже упоминавшегося выше факта: от фантазии о том, что можно проводить измерения и не влиять на измеряемый объект, придётся отказаться навсегда. Так называемая «муха на стене», которая сидит себе и никак не влияет на окружающую действительность, просто не может существовать. (И нам не нужно ломать голову над тем, сознательна ли эта муха! )

Для того, чтобы согласовать между собой наблюдателя, измерение, сознание и схлопывание, за достаточно продолжительное время было выдвинуто множество теорий. Первая из таких теорий, которая до сих пор остаётся предметом дискуссий, — это так называемая «копенгагенская интерпретация».

Мне кажется, когда люди говорят о наблюдателе, они упускают один важнейший момент: кто этот наблюдатель? Возможно, мы настолько привыкли к этому слову, что уже не совсем понимаем его. Наблюдатель — это каждый человек, независимо от пола, расы, общественного положения и вероисповедания. Это означает, что КАЖДЫЙ человек обладает способностью наблюдать и изменять субатомную реальность. Возьмите любого человека с улицы — будь то менеджер, сантехник, проститутка, скрипач, полицейский, — и он может делать это. Не только учёные в их священных чертогах. Эта наука принадлежит каждому, поскольку сама по себе наука является метафорой, позволяющей объяснить человека. Объяснить НАС.

Чтобы полностью понять квантовую механику, чтобы полностью определить, что она говорит о реальности.. мы должны вплотную заняться проблемой квантового измерения.

— Брайан Грин, «Ткань космоса».

Вопрос в том, способны ли мы создать математическую модель того, что делает наблюдатель, когда он наблюдает и изменяет реальность? До сих пор нам это не удавалось. Любая из используемых нами математических моделей, включающих в себя наблюдателей, похоже, подразумевает математические разрывы непрерывности. Наблюдатель исключён из физические уравнений по простой причине: так проще.

— Фред Алан Вольф, доктор философии

Копенгагенская интерпретация

Радикальную идею о том, что наблюдатель неизбежно влияет на любой наблюдаемый физический процесс и мы не можем оставаться нейтральными объективными свидетелями предметов и явлений, впервые начали отстаивать Нильс Бор и его коллега-земляки из Копенгагена. Вот почему эту теорию нередко называют копенгагенской интерпретацией. Бор утверждал, что за принципом неопределённости Гейзенберга стоит не только тот факт, что мы не можем одновременно определить, как быстро движется частица и где она находится. Вот как описывает позицию Бора Фред Алан Вольф «Дело не просто в том, что ты не можешь измерить это. Этого вообще нет, пока никто это не наблюдает. А Гейзенберг полагал, что это всё же существует само по себе». Гейзенберг не мог принять мысль о том, что этого нет без наблюдателя. Бор же считал, что частицы сами по себе даже не обретают существования, пока мы их не наблюдаем, и реальность на квантовом уровне не существует, если никто не ведёт наблюдение или измерение

На самом деле многие учёные яростно оспаривали эту сложную и неоднозначную идею, идущую вразрез со здравым смыслом и с нашим повседневным опытом. Эйнштейн и Бор часто спорили до глубокой ночи, и Эйнштейн говорил, что он «просто не может принять это».

До сих пор ведётся дискуссия — можно даже сказать, жаркий спор — о том, только ли человеческое сознание может схлопывать волновые функции и переводить объект из состояния вероятности в точечное состояние

Гейзенберг полагал, что ключевым фактором тут является ум. Он определял сам акт измерения как «акт регистрации результата в уме наблюдателя . Дискретное изменение в функции вероятности происходит в момент регистрации именно вследствие дискретного изменения в нашем знании в момент регистрации, которое и проявляется в дискретном изменении функции вероятности».

Или, как говорит Линн Мактаггарт, избегая научных терминов «Реальность подобна ещё не застывшему желе Внешний мир представляет собой колоссальный неопределённый студень — потенциал нашей жизни А мы своей заинтересованностью, своим вниманием, своим наблюдением заставляем это желе застыть. Таким образом, мы являемся неотъемлемой составляющей процесса реальности. Наше внимание и создаёт эту реальность».

Основы квантовой механики

Эта область исследования возникла в 1970-е годы как попытка убрать «сознательную» составляющую из теорий квантовой механики. Это был более механистический взгляд на проблему измерения. Измерительный прибор в физическом исследовании стали рассматривать как активный фактор.

Вот как описывает это доктор Алберт:

Среди учёных постоянно возникали всё более и более запутанные споры на тему «Может ли кошка вызвать эти же эффекты своим сознанием? А может ли мышь вызвать эти эффекты своим сознанием?» В конце концов стало ясно, что слова, используемые в подобных дискуссиях, настолько неточны, настолько неопределённы, что с их помощью полноценную научную теорию не построишь, — и от этой идеи пришлось отказаться.

Эта работа [основы квантовой механики] представляет собой попытку понять, как нужно трансформировать уравнения, чтобы объяснить изменения в квантовом состоянии элементарных частиц, или какие физические факторы нужно добавить в нашу картину мира, чтобы показать, каким образом эти изменения происходят.

Короче говоря, основы квантовой механики — это попытка посмотреть на квантовую реальность с чисто физической точки зрения — исключая проблемы, связанные с сознательным наблюдателем

Во вселенной Эйнштейна все объекты обладают теми или иными физическими атрибутами со строго определёнными значениями. И эти атрибуты не пребывают в неком призрачном состоянии, ожидая, пока экспериментатор проведёт измерение и тем самым даст им существование. Большинство физиков склонны считать, что в этом Эйнштейн ошибался. С точки зрения этот большинства, корпускулярные свойства обретают существование лишь под воздействием измерения... Когда же наблюдение не осуществляется, корпускулярные свойства призрачны и смутны и характеризуются лишь вероятностью того, что реализуется та или иная потенциальная возможность.

— Брайан Грин, «Ткань космоса».

Теория многих миров

Физик Хью Эверетт предположил, что в момент квантового измерения квантовая функция схлопывается не в одни результат, но реализуется каждый возможный результат В процессе реализации этих результатов Вселенная разделяется на столько версий, сколько существует возможных результатов измерения. Отсюда возникла идея (довольно неуклюжая, но, несомненно, способствующая расширению сознания) о существовании множества параллельных вселенных, где реализованы все квантовые потенциалы.

Задумайтесь на минутку над этой концепцией: всякий раз, когда вы делаете выбор, бесчисленные параллельные возможности, или результаты, реализуются одновременно !

На вопрос о том, остаётся ли положение электрона неизменным, мы отвечаем «нет»;

на вопрос о том, изменяется ли положение электрона со временем, мы отвечаем «нет»;

на вопрос о том, сохраняет ли электрон покой, мы отвечаем «нет»;

на вопрос о том, движется ли он, мы отвечаем «нет».

— Дж. Роберт Оппенгеймер, создатель американской атомной бомбы

Квантовая логика

Математик Джон фон Нейман создал прочную математическую основу квантовой теории. Рассматривая наблюдателя и объект наблюдения, он разбил проблему на три процесса.

Процесс 1 — решение наблюдателя относительно того, какой вопрос он задаст квантовому миру. Свет мой зеркальце, скажи... Этот выбор уже сужает степень свободы квантовой системы, ограничивая её реакции. (На самом деле, любой вопрос ограничивает ответ: если у тебя спрашивают, какие фрукты ты будешь есть на обед, «говядина» не будет уместным ответом.)

Процесс 2 — эволюция состояния волнового уравнения. Облако вероятности эволюционирует по схеме, описываемой волновым уравнением Шрёдингера.

Процесс 3 — квантовое состояние, являющееся ответом на вопрос, сформулированный в ходе реализации процесса 1, или схлопывание частицы.

Один из самых интересных моментов в этой формальной процедуре — решение, какой вопрос задать квантовому миру. Любое наблюдение включает в себя выбор того, что мы намерены наблюдать. Получается, что такие понятия, как «выбор» и «свободная воля», становятся частью квантового события. Вопрос, является ли собака сознательным наблюдателем, остаётся открытым; однако, ответ на вопрос, принимала ли собака когда-нибудь решение (процесс 1) произвести квантовое измерение для исследования волновой природы электрона, кажется вполне очевидным.

Эта теория квантовой логики не определяет, что включено в физическую систему процесса 2. Это означает, что мозг наблюдателя может восприниматься как часть эволюционирующей волновой функции наряду с наблюдаемыми электронами. В связи с этим возник целый ряд теорий, описывающих сознание, разум и мозг. См. Генри Стэпп. Заботливая Вселенная. Мы подробнее остановимся на этом в главе «Квантовый мозг».

Квантовая логика Джона фон Неймана дала важный ключ к решению проблемы измерения: измерение становится измерением благодаря решению наблюдателя. Это решение ограничивает степень свободы реакций физической системы (например, электрона) и тем самым влияет на результат (реальность).

Неореализм

Основателем неореализма был Эйнштейн, который отказывался принять любые толкования, согласно которым обычная реальность не существует сама по себе, независимо от наблюдений и измерений. Неореалисты полагают, что реальность состоит из объектов, чьё поведение согласуется с принципами классической физики, а парадоксы квантовой механики указывают на неполноту и изъяны теории. Этот подход также известен как интерпретация «скрытой переменной». Имеется в виду, что стоит нам обнаружить скрытые факторы — и все парадоксы разрешатся сами собой.

Сознание творит реальность

Эта интерпретация доводит до крайности идею о том, что сам акт сознательного наблюдения является ключевым фактором в создании реальности. При этом акт наблюдения получает привилегированную роль в процессе схлопывания вероятного в реальное. Большинство представителей физической науки воспринимают эту интерпретацию как «эзотерическую» фантазию, свидетельствующую о том, что «эзотерики» не понимают, в чём, собственно, состоит проблема измерения.

Мы отводим обсуждению этого вопроса целую главу. Пока же отметим, что споры на эту тему ведутся тысячелетиями. Древнейшие духовные и метафизические традиции веками утверждали то, что заново сформулировал Амит Госвами: «Сознание — основа всего сущего». Фотоны и нейтроны участвуют в этих дебатах сравнительно недавно. И их появление на скамье свидетелей стало воистину примечательным событием.

Насколько я понимаю, теория неореалистов гласит: «Мы знаем, что квантовая теория неверна, поскольку мы не понимаем её парадоксов, а мы правы, поскольку мы мыслим, руководствуясь здравым смыслом. У нас нет сомнений, что рано или поздно будут обретены новые знания (обнаружена скрытая переменная), которые подтвердят нашу правоту.

Это напоминает утверждение: «Мы знаем, что Элвис жив; просто его пока не нашли».

Когда мы постигаем роль наблюдателя, нам остаётся только склониться перед превосходящим нас разумом, облекающим эту энергию в формы реальности, которым ещё только предстоит присниться нам в этой жизни. Пока мы ощущаем это как хаос, но нет ни малейших сомнений, что в нём есть порядок. Он выше нас. Он глубже.

— Рамта

Целостность

Ученик Эйнштейна Дэвид Бом утверждал: квантовая механика указывает, что реальность представляет собой неделимое целое, где всё взаимосвязано на глубинном уровне, за пределами обычных границ во времени и пространстве. Он выдвинул идею существования некоего «скрытою порядка» (implicate order), из которого рождается некий «явный порядок» (explicate order) (скрытая, нерегистрируемая физическая Вселенная). Именно сворачивание и разворачивание этих порядков порождает разнообразие явлений квантового мира. Из бомовского видения природы реальности родилась «голографическая теория Вселенной». Эту теорию Карл Прибрам и другие учёные использовали для описания мозга и восприятия. В своей недавней беседе с Эдгаром Митчеллом Прибрам высказал мнение, что копенгагенская интерпретация неверна, а квантовая голография представляет собой намного более точную модель реальности.

И ещё есть я...

До сих пор мы говорили главным образом о физической концепции наблюдателя. Но слово «наблюдатель» также может обозначать наиболее интимное ощущение каждого из нас относительно собственного «я». У нас есть ощущение, что где-то внутри сидит «наблюдатель», непрестанно глядящий на мир. Иногда его описывают как «тихий внутренний голос»: во многих духовных учениях и практиках слово «наблюдатель» означает невыразимое сокровенное «я», или внутреннюю природу, которая посредством наблюдения влияет на внешнее эго .

Дзэнскую практику (постоянно присутствовать в текущем моменте и не позволять себе отвлекаться на внешнюю деятельность) тоже можно описать как состояние наблюдателя.

Не удивительно, что стремление связать этого субъективного наблюдателя с научным термином «наблюдатель» оказывается столь сильным — особенно когда возникает впечатление, что учёные говорят именно об этом. Субъект и объект тесно взаимосвязаны. Но если наш внутренний наблюдатель ощущается как нечто пассивное, учёные утверждают, что наблюдение активно. Наблюдение влечёт за собой определённые физические эффекты.

И независимо от того, является ли сознание единственным действующим фактором, уже сам по себе тот факт, что любое измерение изменяет физическую систему, — откровение. Получается, что мы не можем извлечь никакую информацию из системы, не изменив физические свойства этой системы.

Насколько сильно наблюдатель влияет на объект наблюдения?

Хороший вопрос! Вот что говорит Фред Алан Вольф:

Вы не изменяете внешнюю реальность. Вы не изменяете стулья, грузовики, бульдозеры и взлетающие с космодрома ракеты, — не изменяете вы их! Нет! Но вы изменяете собственное восприятие вещей или, возможно, собственные мысли о вещах, собственное ощущение вещей, собственное ощущение мира.

Но почему мы не изменяем грузовики, и бульдозеры, и экологическое положение? Как говорит доктор Джо Диспенза: «Потому что мы утратили силу наблюдения». Он полагает, что идея квантовой физики очень проста: наблюдение оказывает непосредственное воздействие на наблюдаемый мир. Это может побудить людей к тому, чтобы постараться стать более хорошими наблюдателями. Далее Джо говорит:

Субатомный мир реагирует на наблюдение с нашей стороны, но средний человек удерживает своё внимание на чём-то одном не более 6-10 секунд... (Что это за бред? — H.B.) Как же огромный мир может отреагировать на усилия того, кто не способен даже сосредоточиться? Возможно, мы просто плохие наблюдатели. Возможно, мы просто не овладели искусством наблюдения, ведь скорее всего это — именно искусство...

Нам бы нужно ежедневно хоть немного сидеть и просто наблюдать, обдумывать новые возможности будущего для себя. Если мы будем делать это как следует, если будем наблюдать должным образом, то вскоре заметим, что в нашей жизни реализуются новые возможности.

Мы обнаружили что там, где наука продвинулась дальше всего, разум получит от природы то, что сам же в неё вложил. Мы нашли странные отпечатки следов на берегах неведомого. Мы разработали ряд глубоких теорий, чтобы объяснить их происхождение. Наконец нам удалось реконструировать то существо, которое их оставило. И — надо же! Это наши следы.

— Сэр Артур Эддингтон

Мне всегда казалось, что я довольно хладнокровна. Казалось, я полностью контролирую свои эмоции, реакции на людей, места, вещи, время и события. Затем, послушав Фреда Алана Вольфа, Джона Хагелина н других интервьюируемых, я осознала, что представляю собой не более, чем мячик» отскакивающий от стен жизни. Я просто удивляюсь, что до сих пор не разбила себе голову! Когда я начала более внимательно наблюдать, что происходит у меня «внутри», и использовать это для изменения своего восприятия «внешних» событий, моя жизнь наполнилась новыми возможностями. Я сделала и увидела вещи, которые никогда и не надеялась увидеть и сделать, время течёт для меня гораздо медленнее, и благодаря этому я успеваю наблюдать и выбирать — вместо того, чтобы реагировать и сожалеть.

— Бетси

Изменить свою повседневную реальность

А теперь перейдём с субатомною уровня на уровень человеческий и спросим: что такое наблюдение? Для людей дверь к наблюдению — восприятие. Ваше восприятие. А вы помните из предыдущих глав, насколько это сомнительный процесс? («Свет мой зеркальце, скажи кто... на свете всех милее?») Говорит Амит Госвами:

Любое наблюдение может восприниматься как квантовое измерение, поскольку, как и в результате квантового измерения, мы получаем информацию, которая откладывается в мозгу в виде воспоминаний. Эти воспоминания в мозгу активизируются всякий раз, когда мы ощущаем повторный стимул. Повторный стимул всегда вызывает не только самое первое впечатление, но и всю цепочку вторичных отпечатков в памяти.

Мы всегда воспринимаем что-то лишь после того, как это отразится в зеркале памяти. Именно это отражение в зеркале памяти даёт нам ощущение того, кто и что такое «я» — конструкция из привычек, из воспоминаний, из прошлого.

Стоит ли удивляться, что такие системы, как «Курс чудес», подчёркивают важность прощения как важного фактора, помогающего изменить настоящее? А вспомните учение Христа: сколько внимания он уделял прощению. А как он сказал о восприятии: «И что ты смотришь на сучок в глазе брата твоего, а бревна в твоём глазе не чувствуешь?». И о высшем наблюдении: «Возлюби ближнего твоего, как самого себя».

Нас всех интересует, как можно изменять свою повседневную реальность. Если реальность — лишь реакция на вопросы, т.е., настрой разума, и каждый ответ находится в конце длинной цепочки воспоминаний, ощущений и наблюдений, то нас уже интересует не столько вопрос, как изменять реальность, сколько, почему мы сохраняем эту реальность одной и той же. В ответе на этот вопрос — ключ к переменам.

Проблема измерения является проблемой лишь потому, что она подчёркивает наше представление о том, что мы находимся вне наблюдаемого. Но даже простейший измерительный прибор взаимодействует с измеряемой системой и изменяет её. В наблюдаемой реальности присутствует текучесть, которая, казалось бы, противоречит миру гарантированного утреннего кофе и безотказно взлетающих ракет. И всё же это — фундаментальная черта взаимодействия аспектов реальности.

Ключевое слово здесь — «взаимодействие». Или мы могли бы сказать — соединение, или сплетение, или присутствие в одном волновом уравнении. Эта идея об изначальной неделимости всех вещей то и дело высказывается поборниками квантовой теории.

И кто мы такие, чтобы спорить с мириадами электронов?

«Кто тут взглядом сквозь ресницы может схлопывать частицы?» Не кто — что . Всё!

Но остаётся ещё вопрос: это может только кто-то и что-то или также никто и ничто — разум, дух, сознание? И если да, то не являются ли они столь же реальными, как объекты, которые схлопываются? В мире иллюзий разделение на «что-то» и «ничто» может оказаться именно тон иллюзией, на которой держатся все остальные.

«С точки зрения квантовой механики Вселенная исключительно интерактивна», — пишет учёный Дэн Уинтерс в статье с очень провокационным названием «Существует ли вселенная, когда мы на неё не смотрим?» В этой статье он излагает идею «творения через наблюдение», сформулированную физиком из Принстонского университета Джоном Уилером. Уилер (коллега Альберта Эйнатейна и Нильса Бора, в также создатель термина «чёрная дыра») говорил: «Мы не просто зрители перед космической сценой. Мы творцы и обитатели интерактивной Вселенной»

Подумайте об этом...

— Можете ли вы идентифицировать себя как наблюдателя, если вы — наблюдатель?

— Кто или что такое «я»?

— Кто или что такое наблюдатель?

— Являетесь ли вы отделённой от мира сущностью?

— Можете ли вы наблюдать внутри себя что-то помимо «я»?

— Ели вы можете стать наблюдателем по отношению к своему «я», как это изменит ваше восприятие реальности?

— Если для создания реальности нужен наблюдатель, насколько сосредоточенным наблюдателем являетесь вы? Какую реальность вы создаёте в своём нынешнем состоянии наблюдения?

— Как долго вы способны удерживать какую-либо мысль?

— Существует ли реальность, когда вы её не наблюдаете?

— Если для схлопывания реальности требуется наблюдатель, что поддерживает целостность нашего тела, пока вы спите?

— Кто или что тогда является наблюдателем?

Никто в мире не понимает квантовую механику - это главное, что нужно о ней знать. Да, многие физики научились пользоваться ее законами и даже предсказывать явления по квантовым расчетам. Но до сих пор непонятно, почему присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. «Теории и практики» подобрали примеры экспериментов, на исход которых неминуемо влияет наблюдатель, и попытались разобраться, что квантовая механика собирается делать с таким вмешательством сознания в материальную реальность.

Кот Шредингера

Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, самой популярной среди которых остается копенгагенская. Ее главные положения в 1920-х годах сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. А центральным термином копенгагенской интерпретации стала волновая функция - математическая функция, заключающая в себе информацию обо всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она одновременно пребывает.

По копенгагенской интерпретации, доподлинно определить состояние системы, выделить его среди остальных может только наблюдение (волновая функция только помогает математически рассчитать вероятность обнаружить систему в том или ином состоянии). Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической: мгновенно перестает сосуществовать сразу во многих состояниях в пользу одного из них.

У такого подхода всегда были противники (вспомнить хотя бы «Бог не играет в кости» Альберта Эйнштейна), но точность расчетов и предсказаний брала свое. Впрочем, в последнее время сторонников копенгагенской интерпретации становится все меньше и не последняя причина тому - тот самый загадочный мгновенный коллапс волновой функции при измерении. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедолагой-котом как раз был призван показать абсурдность этого явления.

Итак, напоминаем содержание эксперимента. В черный ящик помещают живого кота, ампулу с ядом и некий механизм, который может в случайный момент пустить яд в действие. Например, один радиоактивный атом, при распаде которого разобьется ампула. Точное время распада атома неизвестно. Известен лишь период полураспада: время, за которое распад произойдет с вероятностью 50%.

Получается, что для внешнего наблюдателя кот внутри ящика существует сразу в двух состояниях: он либо жив, если все идет нормально, либо мертв, если распад произошел и ампула разбилась. Оба этих состояния описывает волновая функция кота, которая меняется с течением времени: чем дальше, тем больше вероятность, что радиоактивный распад уже случился. Но как только ящик открывается, волновая функция коллапсирует и мы сразу видим исход живодерского эксперимента.

Выходит, пока наблюдатель не откроет ящик, кот так и будет вечно балансировать на границе между жизнью и смертью, а определит его участь только действие наблюдателя. Вот абсурд, на который указывал Шредингер.

Дифракция электронов

По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, поставленный в 1961 году Клаусом Йенсоном, стал одним из красивейших в истории науки. В чем его суть?

Есть источник, излучающий поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. И есть преграда на пути этих электронов - медная пластинка с двумя щелями. Какой картины на экране можно ожидать, если представлять электроны просто маленькими заряженными шариками? Двух засвеченных полос напротив щелей.

В действительности на экране появляется гораздо более сложный узор из чередующихся черных и белых полос. Дело в том, что при прохождении через щели электроны начинают вести себя не как частицы, а как волны (подобно тому, как и фотоны, частицы света, одновременно могут быть и волнами). Потом эти волны взаимодействуют в пространстве, где-то ослабляя, а где-то усиливая друг друга, и в результате на экране появляется сложная картина из чередующихся светлых и темных полос.

При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели (и это еще одно из важных положений копенгагенской интерпретации квантовой механики - объекты могут одновременно проявлять и свои «привычные» материальные свойства, и экзотические волновые).

Но при чем здесь наблюдатель? При том, что с ним и без того запутанная история стала еще сложнее. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов, через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос.

Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку. Мистика? Есть и куда более простое объяснение: никакое наблюдение за системой нельзя провести без физического воздействия на нее. Но к этому вернемся еще чуть позже.

Нагретый фуллерен

Опыты по дифракции частиц ставили не только на электронах, но и на куда больших объектах. Например, фуллеренах - крупных, замкнутых молекулах, составленных из десятков атомов углерода (так, фуллерен из шестидесяти атомов углерода по форме очень похож на футбольный мяч: полую сферу, сшитую из пяти- и шестиугольников).

Недавно группа из Венского университета во главе с профессором Цайлингером попыталась внести элемент наблюдения в подобные опыты. Для этого они облучали движущиеся молекулы фуллерена лазерным лучом. После, нагретые внешним воздействием, молекулы начинали светиться и тем неминуемо обнаруживали для наблюдателя свое место в пространстве.

Вместе с таким нововведением поменялось и поведение молекул. До начала тотальной слежки фуллерены вполне успешно огибали препятствия (проявляли волновые свойства) подобно электронам из прошлого примера, проходящим сквозь непрозрачный экран. Но позже, с появлением наблюдателя, фуллерены успокоились и стали вести себя как вполне законопослушные частицы материи.

Охлаждающее измерение

Одним из самых известных законов квантового мира является принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно установить положение и скорость квантового объекта. Чем точнее измеряем импульс частицы, тем менее точно можно измерить ее положение. Но действие квантовых законов, работающих на уровне крошечных частиц, обычно незаметно в нашем мире больших макрообъектов.

Потому тем ценнее недавние эксперименты группы профессора Шваба из США, в которых квантовые эффекты продемонстрировали не на уровне тех же электронов или молекул фуллерена (их характерный диаметр - около 1 нм), а на чуть более ощутимом объекте - крошечной алюминиевой полоске.

Эту полоску закрепили с обеих сторон так, чтобы ее середина была в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом с полоской находился прибор, способный с высокой точностью регистрировать ее положение.

В результате экспериментаторы обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, любое измерение положения объекта, наблюдение за полоской не проходило для нее бесследно - после каждого измерения положение полоски менялось. Грубо говоря, экспериментаторы с большой точностью определяли координаты полоски и тем самым, по принципу Гейзенберга, меняли ее скорость, а значит и последующее положение.

Во-вторых, что уже совсем неожиданно, некоторые измерения еще и приводили к охлаждению полоски. Получается, наблюдатель может лишь одним своим присутствием менять физические характеристики объектов. Звучит совсем невероятно, но к чести физиков скажем, что они не растерялись - теперь группа профессора Шваба думает, как применить обнаруженный эффект для охлаждения электронных микросхем.

Замирающие частицы

Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются в мире не только ради экспериментов над котами, но и вполне сами по себе. При этом каждая частица характеризуется средним временем жизни, которое, оказывается, может увеличиваться под пристальным взором наблюдателя.

Впервые этот квантовый эффект предсказали еще в 1960-х годах, а его блестящее экспериментальное подтверждение появилось в статье , опубликованной в 2006 году группой нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.

В этой работе изучали распад нестабильных возбужденных атомов рубидия (распадаются на атомы рубидия в основном состоянии и фотоны). Сразу после приготовления системы, возбуждения атомов за ними начинали наблюдать - просвечивать их лазерным пучком. При этом наблюдение велось в двух режимах: непрерывном (в систему постоянно подаются небольшие световые импульсы) и импульсном (система время от времени облучается импульсами более мощными).

Полученные результаты отлично совпали с теоретическими предсказаниями. Внешние световые воздействия действительно замедляют распад частиц, как бы возвращают их в исходное, далекое от распада состояние. При этом величина эффекта для двух исследованных режимов также совпадает с предсказаниями. А максимально жизнь нестабильных возбужденных атомов рубидия удалось продлить в 30 раз.

Квантовая механика и сознание

Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?

Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть нашего разума. Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» - комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам. Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин - декогеренция.

Дело вот в чем - во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства не провзаимодействовав с ней. А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен.

Как раз это объясняет термин «декогеренция» - необратимый с точки зрения процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой. Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна.

В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции. А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне».

Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол. Но помните - сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность - выбирать приходится каждому из нас.