Nitko na ovom svijetu ne razumije što je kvantna mehanika. Ovo je možda najvažnija stvar koju trebate znati o njoj. Naravno, mnogi fizičari naučili su koristiti zakone i čak predvidjeti pojave na temelju kvantnog računanja. No još uvijek nije jasno zašto promatrač eksperimenta određuje ponašanje sustava i tjera ga u jedno od dva stanja.
Evo nekoliko primjera eksperimenata s rezultatima koji će se neminovno promijeniti pod utjecajem promatrača. Oni pokazuju da se kvantna mehanika praktički bavi intervencijom svjesne misli u materijalnu stvarnost.
Danas postoji mnogo interpretacija kvantne mehanike, ali Kopenhagenska interpretacija je možda najpoznatija. U 1920-ima, njegove opće postulate formulirali su Niels Bohr i Werner Heisenberg.
Kopenhagenska interpretacija temelji se na valnoj funkciji. To je matematička funkcija koja sadrži informacije o svim mogućim stanjima kvantnog sustava u kojem postoji istovremeno. Prema kopenhagenskoj interpretaciji, stanje sustava i njegov položaj u odnosu na ostala stanja mogu se odrediti samo promatranjem (valna funkcija koristi se samo za matematički izračunavanje vjerojatnosti pronalaska sustava u jednom ili drugom stanju).
Možemo reći da nakon promatranja kvantni sustav postaje klasičan i odmah prestaje postojati u drugim stanjima nego u onom u kojem je promatran. Ovaj zaključak pronašao je svoje protivnike (sjetite se poznatog Einsteinova "Bog ne igra kockice"), ali točnost izračuna i predviđanja i dalje je imala svoje.
Unatoč tome, broj pristaša interpretacije u Kopenhagenu opada, a glavni razlog za to je tajanstveni trenutačni kolaps valne funkcije tijekom eksperimenta. Čuveni misaoni eksperiment Erwina Schrödingera sa siromašnom mačkom trebao bi pokazati apsurdnost ovog fenomena. Prisjetimo se detalja.
Unutar crne kutije sjedi crna mačka, a s njom boca otrova i mehanizam koji nasumično može otpustiti otrov. Na primjer, radioaktivni atom može razbiti mjehurić tijekom propadanja. Točno vrijeme raspada atoma nije poznato. Poznat je samo poluživot tijekom kojeg dolazi do propadanja s vjerojatnošću od 50%.
Očito je da je za vanjskog promatrača mačka unutar okvira u dva stanja: ili je živa ako je sve dobro prošlo, ili mrtva ako je došlo do propadanja i pucanja boce. Oba ova stanja opisana je valnom funkcijom mačke koja se mijenja s vremenom.
Promotivni video:
Što je više vremena prošlo, veća je vjerojatnost da je došlo do raspada radioaktivnog sustava. Ali čim otvorimo kutiju, valna se funkcija urušava i odmah vidimo rezultate ovog nehumanog eksperimenta.
Zapravo, sve dok promatrač ne otvori kutiju, mačka će beskrajno uravnotežiti život i smrt ili će istovremeno biti živa i mrtva. Njegova se sudbina može odrediti samo postupcima promatrača. Taj apsurd ukazao je Schrödinger.
1. Difrakcija elektrona
Prema istraživanju poznatih fizičara The New York Timesa, eksperiment s difrakcijom elektrona jedna je od najnevjerovatnijih studija u povijesti znanosti. Kakva je njegova priroda? Postoji izvor koji emitira snop elektrona na ekran osjetljiv na svjetlost. A na putu je ovih elektrona prepreka, bakrena ploča s dvije proreze.
Kakvu sliku možete očekivati na ekranu ako nam se elektroni obično prikazuju kao male nabijene kuglice? Dvije pruge nasuprot otvorima u bakrenoj ploči. Ali u stvarnosti se na ekranu pojavljuje mnogo složeniji uzorak izmjeničnih bijelih i crnih pruga. To je zbog činjenice da se elektroni prilikom prolaska kroz prorez počinju ponašati ne samo poput čestica, već i poput valova (fotoni ili druge čestice svjetlosti ponašaju se na isti način, što može biti val istovremeno).
Ti valovi djeluju u prostoru, sudaraju se i jačaju, a kao rezultat toga na ekranu se prikazuje složen uzorak izmjeničnih svijetlih i tamnih pruga. Istodobno se rezultat ovog eksperimenta ne mijenja, čak i ako elektroni prolaze jedan za drugim - čak i jedna čestica može biti val i proći istovremeno kroz dvije proreze. Ovaj postulat bio je jedan od glavnih u kopenhagenskoj interpretaciji kvantne mehanike, kada čestice mogu istovremeno pokazati svoja "obična" fizička svojstva i egzotična svojstva poput vala.
Ali što je s promatračem? Upravo on tu zbunjujuću priču čini još konfuznijom. Kad su fizičari tijekom takvih eksperimenata pokušali odrediti uz pomoć instrumenata kroz koje prorez elektrona zapravo prolazi, slika na ekranu se dramatično promijenila i postala "klasična": s dva osvijetljena presjeka strogo nasuprot prorezima, bez ikakvih izmjeničnih pruga.
Izgledalo je da elektroni budnom oku promatrača otkrivaju svoju valnu prirodu. Izgleda kao misterija umotana u mrak. Ali postoji i jednostavnije objašnjenje: nadzor sustava se ne može provesti bez fizičkog utjecaja na njega. O tome ćemo kasnije razgovarati.
2. Zagrijani fullereni
Eksperimenti s difrakcijom čestica provedeni su ne samo s elektronima, već i s drugim, puno većim predmetima. Primjerice, koristili su fulerene, velike i zatvorene molekule koje se sastoje od nekoliko desetaka ugljikovih atoma. Nedavno je skupina znanstvenika sa Sveučilišta u Beču, pod vodstvom profesora Zeilingera, pokušala uključiti element opažanja u ove eksperimente. Da bi to učinili, zračili su pokretne molekule fullerena laserskim snopovima. Zatim, zagrijane vanjskim izvorom, molekule su počele svijetliti i neminovno su pokazale svoju prisutnost promatraču.
Uz ovu inovaciju, promijenilo se i ponašanje molekula. Prije početka takvog sveobuhvatnog promatranja, fulereni su bili prilično uspješni u izbjegavanju prepreka (ispoljavajući valna svojstva), slično kao u prethodnom primjeru kada su elektroni udarali u ekran. No s prisustvom promatrača, fullereni su se počeli ponašati poput potpuno fizičkih čestica koje se pridržavaju zakona.
3. Dimenzija hlađenja
Jedan od najpoznatijih zakona u kvantnoj fizici u svijetu je Heisenbergov princip neizvjesnosti prema kojem je istovremeno nemoguće odrediti brzinu i položaj kvantnog predmeta. Što točnije mjerimo moment čestice, manje precizno možemo izmjeriti njegov položaj. Međutim, u našem makroskopskom stvarnom svijetu valjanost kvantnih zakona koji djeluju na sićušne čestice obično prolazi nezapaženo.
Nedavni eksperimenti profesora Schwaba iz SAD-a daju vrlo vrijedan doprinos ovom području. Kvantni učinci u ovim eksperimentima pokazali su se ne na razini elektrona ili molekula fullerena (približnog promjera od 1 nm), već na većim objektima, sićušnoj aluminijskoj vrpci. Ova traka bila je pričvršćena na obje strane tako da je njena sredina bila u suspendiranom stanju i mogla je vibrirati pod vanjskim utjecajem. Pored toga, u blizini je postavljen uređaj koji može točno zabilježiti položaj vrpce. Eksperiment je otkrio nekoliko zanimljivih stvari. Prvo, svako mjerenje vezano za položaj predmeta i promatranje vrpce na koje je utjecalo, nakon svakog mjerenja položaj trake se mijenjao.
Eksperimenti su s velikom preciznošću odredili koordinate vrpce i tako u skladu s Heisenbergovim principom promijenili svoju brzinu, a time i sljedeći položaj. Drugo, sasvim neočekivano, neka mjerenja dovela su do hlađenja vrpce. Na taj način promatrač može samim prisustvom promijeniti fizičke karakteristike predmeta.
4. Zamrzavanje čestica
Kao što znate, nestabilne radioaktivne čestice propadaju ne samo u pokusima s mačkama, već i same od sebe. Svaka čestica ima prosječni životni vijek koji se, kako se ispostavilo, može povećati pod budnim okom promatrača. Ovaj kvantni učinak bio je predviđen već u 1960-ima, a njegovi sjajni eksperimentalni dokazi pojavili su se u radu koji je objavila skupina koju je vodio fizičar MIT-a dobitnik Nobelove nagrade Wolfgang Ketterle.
U ovom radu proučavano je raspadanje nestabilnih pobuđenih atoma rubidija. Neposredno nakon pripreme sustava, atomi su pobuđeni pomoću laserskog snopa. Promatranje se odvijalo u dva načina: kontinuiranom (sustav je bio stalno izložen malim svjetlosnim impulsima) i pulsirajućem (sustav je s vremena na vrijeme bio zračen snažnijim impulsima).
Dobiveni rezultati bili su u potpunosti u skladu s teorijskim predviđanjima. Vanjski svjetlosni efekti usporavaju raspadanje čestica, vraćajući ih u prvobitno stanje, što je daleko od stanja raspadanja. Jačina ovog učinka također je bila u skladu s prognozama. Maksimalni životni vijek nestabilnih pobuđenih atoma rubidija povećao se 30 puta.
5. Kvantna mehanika i svijest
Elektroni i fulereni prestaju pokazivati svoja valna svojstva, aluminijske se ploče hlade, a nestabilne čestice usporavaju njihov raspad. Pažljivo oko promatrača doslovno mijenja svijet. Zašto to ne može biti dokaz umiješanosti našeg uma u funkcioniranje svijeta? Možda su Carl Jung i Wolfgang Pauli (austrijski fizičar, nobelovac, pionir kvantne mehanike) u pravu nakon što su rekli da zakone fizike i svijesti treba gledati kao komplementarne jedni drugima?
Na korak smo od prepoznavanja da je svijet oko nas samo iluzorni proizvod našeg uma. Ideja je zastrašujuća i primamljiva. Pokušajmo se opet obratiti fizičarima. Pogotovo posljednjih godina, kada sve manje i više ljudi vjeruje u kopenhagensku interpretaciju kvantne mehanike, s njezinom kriptičnom valnom funkcijom, propadajući, pozivajući se na svjetovniju i pouzdaniju usklađenost.
Poanta je u tome što su u svim tim eksperimentima s opažanjima eksperimentatori neminovno utjecali na sustav. Upalili su ga laserom i ugradili mjerne uređaje. Ujedinio ih je važan princip: ne možete promatrati sustav ili mjeriti njegova svojstva bez interakcije s njim. Svaka interakcija proces je mijenjanja svojstava. Pogotovo kada je maleni kvantni sustav izložen kolosalnim kvantnim objektima. Neki vječno neutralan budistički promatrač u principu je nemoguć. I ovdje se pojavljuje izraz "dekoherenca", što je s termodinamičkog stajališta nepovratno: kvantna svojstva sustava mijenjaju se u interakciji s drugim velikim sustavom.
Tijekom ove interakcije kvantni sustav gubi svoja izvorna svojstva i postaje klasičan, kao da se "pokorava" velikom sustavu. To objašnjava i paradoks Schrödingerove mačke: mačka je prevelik sustav, pa ga nije moguće izolirati od ostatka svijeta. Sam dizajn ovog misaonog eksperimenta nije u potpunosti ispravan.
U svakom slučaju, ako pretpostavimo stvarnost čina stvaranja sviješću, čini se da je dekoncentracija mnogo prikladniji pristup. Možda čak i previše povoljno. Ovakvim pristupom čitav klasični svijet postaje jedna velika posljedica dekoherencije. I kao što je rekao autor jedne od najpoznatijih knjiga s tog područja, takav pristup logično vodi do izjava poput „nema čestica u svijetu“ili „nema vremena na temeljnoj razini“.
Je li istina u stvaraocu-promatraču ili u snažnoj dekoherenciji? Moramo birati između dva zla. Ipak, znanstvenici su sve uvjereniji da su kvantni učinci manifestacija naših mentalnih procesa. A gdje se promatranje završava i stvarnost započinje, ovisi o svakome od nas.
Na temelju materijala s topinfopost.com