Nikdo v tomto světě nechápe, co je kvantová mechanika. Toto je možná nejdůležitější věc, kterou o ní potřebujete vědět. Mnoho fyziků se samozřejmě naučilo používat zákony a dokonce předpovídat jevy založené na kvantovém výpočtu. Stále však není jasné, proč pozorovatel experimentu určuje chování systému a nutí ho vzít si jeden ze dvou stavů.
Zde je několik příkladů experimentů s výsledky, které se nevyhnutelně změní pod vlivem pozorovatele. Ukazují, že kvantová mechanika se prakticky zabývá zásahem vědomého myšlení do materiální reality.
Dnes existuje mnoho interpretací kvantové mechaniky, ale Kodaňská interpretace je možná nejslavnější. Ve dvacátých létech byly jeho obecné postuláty formulovány Nielsem Bohrem a Wernerem Heisenbergem.
Kodaňská interpretace je založena na vlnové funkci. Je to matematická funkce, která obsahuje informace o všech možných stavech kvantového systému, ve kterém existuje současně. Podle Kodaňské interpretace lze stav systému a jeho polohu vůči jiným stavům určit pouze pozorováním (vlnová funkce se používá pouze k matematickému výpočtu pravděpodobnosti nalezení systému v jednom nebo jiném stavu).
Můžeme říci, že po pozorování se kvantový systém stává klasickým a okamžitě přestává existovat v jiných státech, než ve kterém byl pozorován. Tento závěr našel své odpůrce (vzpomeňte na slavného Einsteinova „boha nehraje kostky“), ale přesnost výpočtů a předpovědí měla stále své vlastní.
Počet příznivců kodaňské interpretace se nicméně snižuje a hlavním důvodem je záhadné okamžité zhroucení funkce vlny během experimentu. Slavný experiment Erwina Schrödingera se špatnou kočkou by měl prokázat absurditu tohoto jevu. Pamatujme si podrobnosti.
Uvnitř černé skříňky sedí černá kočka as ní láhev jedu a mechanismus, který může náhodně uvolnit jed. Například radioaktivní atom může během rozkladu rozbít bublinu. Přesná doba rozpadu atomu není známa. Je znám pouze poločas, během kterého dochází k rozpadu s pravděpodobností 50%.
Je zřejmé, že pro vnějšího pozorovatele je kočka uvnitř krabičky ve dvou stavech: buď je naživu, pokud všechno šlo dobře, nebo je mrtvá, pokud došlo k rozpadu a láhev praskla. Oba tyto stavy jsou popsány vlnovou funkcí kočky, která se v průběhu času mění.
Propagační video:
Čím více času uplynulo, tím je pravděpodobnější, že došlo k radioaktivnímu rozpadu. Jakmile ale otevřeme krabici, funkce vln se zhroutí a okamžitě uvidíme výsledky tohoto nelidského experimentu.
Ve skutečnosti, dokud pozorovatel neotevře krabici, bude kočka nekonečně rovnováhu mezi životem a smrtí, nebo bude naživu a zároveň mrtvá. Jeho osud může být určen pouze činy pozorovatele. Na tuto absurditu poukázal Schrödinger.
1. Difrakce elektronů
Podle průzkumu slavných fyziků The New York Times je experiment s elektronovou difrakcí jedním z nejúžasnějších studií v historii vědy. Jaká je jeho povaha? Existuje zdroj, který emituje svazek elektronů na obrazovku citlivou na světlo. A v cestě těmto elektronům je překážka, měděná deska se dvěma štěrbinami.
Jaký obrázek můžete na obrazovce očekávat, pokud jsou elektrony obvykle prezentovány jako malé nabité koule? Dva pruhy naproti slotům v měděné desce. Ve skutečnosti se však na obrazovce objevuje mnohem složitější vzor střídání bílých a černých pruhů. To je způsobeno skutečností, že při průchodu štěrbinou se elektrony začnou chovat nejen jako částice, ale také jako vlny (fotony nebo jiné světelné částice se chovají stejným způsobem, což může být vlna zároveň).
Tyto vlny interagují v prostoru, vzájemně se srážejí a zesilují, a v důsledku toho se na obrazovce zobrazí složitý vzor střídavých světlých a tmavých pruhů. Výsledek tohoto experimentu se zároveň nemění, i když elektrony procházejí jeden po druhém - i jedna částice může být vlnou a současně procházet dvěma štěrbinami. Tento postulát byl jedním z hlavních v kodaňské interpretaci kvantové mechaniky, kdy částice mohou současně prokázat své „obyčejné“fyzikální vlastnosti a exotické vlastnosti jako vlna.
Ale co pozorovatel? Je to on, kdo dělá tento zamotaný příběh ještě matoucím. Když se fyzici během takových experimentů pokusili zjistit pomocí nástrojů, skrze které štěrbina elektron skutečně prochází, obraz na obrazovce se dramaticky změnil a stal se „klasickým“: se dvěma osvětlenými částmi přesně naproti štěrbinami, bez jakýchkoli střídavých pruhů.
Zdálo se, že elektrony nechtějí odhalit svou vlnovou povahu pozornému oku pozorovatelů. Vypadá to jako tajemství zahalené ve tmě. Existuje však také jednodušší vysvětlení: monitorování systému nelze provést bez jeho fyzického ovlivnění. Budeme o tom diskutovat později.
2. Vyhřívané fullereny
Difrakční experimenty s částicemi byly provedeny nejen s elektrony, ale také s jinými, mnohem většími objekty. Používali například fullereny, velké a uzavřené molekuly sestávající z několika desítek atomů uhlíku. V poslední době se skupina vědců z Vídně University, vedená profesorem Zeilingerem, pokusila začlenit do těchto experimentů prvek pozorování. Za tímto účelem ozářili pohybující se molekuly fullerenu laserovými paprsky. Poté, zahřívané vnějším zdrojem, začaly molekuly žhnout a nevyhnutelně ukázaly svou přítomnost pozorovateli.
Spolu s touto inovací se také změnilo chování molekul. Před takovým komplexním pozorováním se fullereny docela úspěšně vyhýbaly překážkám (projevujícím vlnové vlastnosti), podobně jako v předchozím příkladu, kdy elektrony dopadly na obrazovku. Ale za přítomnosti pozorovatele se fullereny začaly chovat jako naprosto dodržující zákonné fyzické částice.
3. Chladicí rozměr
Jedním z nejznámějších zákonů ve světě kvantové fyziky je Heisenbergův princip nejistoty, podle kterého je nemožné určit rychlost a polohu kvantového objektu současně. Čím přesněji změříme hybnost částice, tím méně přesně změříme její polohu. V našem makroskopickém reálném světě však platnost kvantových zákonů působících na malé částice obvykle zůstává bez povšimnutí.
Nedávné experimenty profesora Schwaba z USA jsou velmi cenným příspěvkem do této oblasti. Kvantové účinky v těchto experimentech byly demonstrovány ne na úrovni elektronů nebo molekul fullerenu (s přibližným průměrem 1 nm), ale na větších objektech, maličké hliníkové pásky. Tato páska byla upevněna na obou stranách tak, že její střed byl v zavěšeném stavu a mohl vibrovat pod vnějším vlivem. Kromě toho bylo poblíž umístěno zařízení, které mohlo přesně zaznamenat polohu pásky. Experiment odhalil několik zajímavých věcí. Zaprvé to ovlivnilo každé měření související s polohou objektu a pozorováním pásky, po každém měření se poloha pásky změnila.
Experti určili souřadnice pásky s vysokou přesností, a tak, v souladu s Heisenbergovým principem, změnili jeho rychlost, a tedy i následující polohu. Za druhé, docela neočekávaně, některá měření vedla k ochlazení pásky. Pozorovatel tak může svou fyzickou přítomností změnit fyzické vlastnosti objektů.
4. Zmrazující částice
Jak víte, nestabilní radioaktivní částice se rozkládají nejen při pokusech s kočkami, ale také samy o sobě. Každá částice má průměrnou životnost, která, jak se ukazuje, se může zvýšit pod pozorným okem pozorovatele. Tento kvantový efekt byl předpovězen již v 60. letech a jeho geniální experimentální důkaz se objevil v příspěvku zveřejněném skupinou vedenou nositelem Nobelovy ceny za fyziku Wolfgangem Ketterlem z Massachusetts Institute of Technology.
V této práci byl studován rozklad nestabilních vzrušených atomů rubidia. Bezprostředně po přípravě systému byly atomy excitovány laserovým paprskem. Pozorování probíhalo ve dvou režimech: kontinuální (systém byl neustále vystaven malým světelným impulzům) a pulzní (systém byl čas od času ozářen silnějšími pulzy).
Získané výsledky byly v plném souladu s teoretickými předpovědi. Vnější světelné efekty zpomalují rozpad částic a vracejí je do původního stavu, který je daleko od rozpadového stavu. Rozsah tohoto účinku byl také v souladu s prognózami. Maximální životnost nestabilních vzrušených atomů rubidia se zvýšila 30krát.
5. Kvantová mechanika a vědomí
Elektrony a fullereny přestávají vykazovat své vlnové vlastnosti, hliníkové desky se ochladzují a nestabilní částice zpomalují jejich rozpad. Pozorné oko pozorovatele doslova mění svět. Proč to nemůže být důkaz o zapojení naší mysli do fungování světa? Možná, že Carl Jung a Wolfgang Pauli (rakouský fyzik, laureát Nobelovy ceny, průkopník kvantové mechaniky) měli pravdu, když říkali, že zákony fyziky a vědomí by měly být považovány za vzájemně se doplňující?
Jsme o krok dále od poznání, že svět kolem nás je jen iluzorním produktem naší mysli. Myšlenka je děsivá a lákavá. Zkusme se znovu obrátit na fyziky. Obzvláště v posledních letech, kdy stále méně lidí věří kodaňské interpretaci kvantové mechaniky, se její kryptická vlnová funkce zhroutí a odkazuje na světštější a spolehlivější decoherence.
Jde o to, že ve všech těchto experimentech s pozorováním experimentátoři nevyhnutelně ovlivnili systém. Svítili laserem a instalovali měřicí zařízení. Byly sjednoceny důležitým principem: nemůžete pozorovat systém ani měřit jeho vlastnosti, aniž byste s ním interagovali. Jakákoli interakce je proces úpravy vlastností. Zvláště když je malý kvantový systém vystaven kolosálním kvantovým objektům. Nějaký věčně neutrální buddhistický pozorovatel je v zásadě nemožný. A zde vstupuje do hry termín „decoherence“, který je z termodynamického hlediska nevratný: kvantové vlastnosti systému se mění při interakci s jiným velkým systémem.
Během této interakce ztrácí kvantový systém své původní vlastnosti a stává se klasickým, jako by „poslouchal“velký systém. To také vysvětluje paradox Schrödingerovy kočky: kočka je příliš velká systém, takže ji nelze izolovat od zbytku světa. Samotný design tohoto myšlenkového experimentu není zcela správný.
V každém případě, pokud předpokládáme realitu aktu stvoření vědomím, zdá se, že decoherence je mnohem pohodlnější přístup. Možná i příliš pohodlné. S tímto přístupem se celý klasický svět stává jedním velkým důsledkem decoherence. Jak uvedl autor jedné z nejznámějších knih v oboru, tento přístup logicky vede k tvrzením jako „na světě nejsou žádné částice“nebo „na základní úrovni není čas“.
Je to pravda v tvůrci-pozorovateli nebo ve výrazném zdobení? Musíme si vybrat mezi dvěma zly. Vědci jsou však stále více přesvědčeni, že kvantové účinky jsou projevem našich mentálních procesů. A kde končí pozorování a začíná realita, záleží na každém z nás.
Na základě materiálů z topinfopost.com