Bistvo kvantne fizike. Kvantna fizika za telebane. Kaj je kvantna fizika: bistvo z enostavnimi besedami. Osnove kvantne mehanike

Briljantni fizik dvajsetega stoletja Richard Feynman je nekoč rekel, da nihče sploh ne razume kvantne fizike. Dejansko so na videz protiintuitivni pojavi dvojnosti valov in delcev, kvantne interference, prepletenosti in nelokalnosti že stoletje begali fizike. Andrej Kananin, filozof in kozmolog, se je odločil s pomočjo teorije kvantne fizike in drugih nedavnih odkritij potrditi glavne določbe Svetega pisma. Pogovor z njim je vodil kolumnist radijske postaje Radonezh Aleksander Artamonov.

Kvantna fizika potrjuje božansko bitje

Andrej, povej nam, prosim, kaj je kvantna fizika? Ali sodobna znanost nasprotuje biblijskemu pogledu na svet? Za nas je pomembno tudi, da spoznamo pogled sodobne znanosti kozmologije na nastanek vesolja.

Z vami se bomo poskušali pogovarjati o najnovejših znanstvenih dosežkih in hkrati, nenavadno, te ideje potrjujejo duhovni izvor našega sveta.

Današnje znanstveno razumevanje nastanka kozmosa in dinamike njegovega razvoja kaže na to, da so številni človeški moralni problemi neposredno povezani z vprašanjem nastanka vesolja in procesov, ki se v njem dogajajo. Vesolje se marsikomu zdi zelo nevaren kraj, ki nepripravljenemu človeku vzbuja strah ali dvom – marsikdo razmišlja o neskončnosti hladnega vesolja, o nepomembnosti človeka na tem svetu. Pravzaprav se izkaže, da temu ni tako! Dejstvo je, da so vsi napredni strokovnjaki - napredni fiziki, kozmologi, astrofiziki - prepričani, da naše vesolje ni sestavljeno iz ločenih delov, ampak predstavlja en sam globalni kompleksen neločljiv sistem, katerega vsi deli so med seboj tesno povezani. V prejšnjem dvajsetem stoletju in zdaj v sedanjem enaindvajsetem stoletju najnovejši znanstveni napredek potrjuje te zaključke.

Gre za to, da se je izkazalo, da so teorije Newtona, Einsteina, Darwina - pa ni pomembno, ali jih pravilno razlagamo ali ne - zastarele. To je postalo jasno ravno na prelomu stoletja, ko je postalo dokončno jasno, da je naš svet kvantni.

- Izkazalo se je, da to, kar nas učijo v šoli, ni res?

Ne bi ostro rekel, da so Newtonovi zakoni napačni. Preprosto globlje razumevanje sveta jim omogoča širitev. Seveda je Newtonov zakon pravilen, saj se Zemlja vrti okoli Sonca. To je zakon gravitacije. Toda po drugi strani zadnje branje zakona gravitacijske interakcije kaže, da ne govorimo o kaotičnem vrtenju, ampak da gre za globoko urejen proces.

Kako naj s kvantno fiziko razumemo dokaz o obstoju Stvarnika, če ga po vašem mnenju danes res razume le 5-8 ljudi na planetu?

Da, zakoni kvantne fizike so zapleteni. Toda vsaka znanstvena disciplina temelji na določenih formulah, tako da, če govorimo o matematičnem aparatu astrofizike, potem da - res je zelo, zelo zapleten. Pravzaprav kvantna fizika temelji na treh osnovnih idejah.

Splošno sprejeto stališče je, da isti Newtonovi zakoni opisujejo svet na makroskopskem nivoju - zvezde, planeti ... Toda kvantna fizika opisuje svet na mikroskopskem nivoju. To pomeni, da je kvant načeloma elementarni delec. Prvi kvantni poskusi so bili izvedeni že leta 1801! To pomeni, da se znanost že dolgo trudi priti do skrivnosti kvantnih čudežev. In prav v zadnjih letih so nekateri znanstveni dosežki že omogočili čisto znanstveno oceno teh poskusov, med katerimi so nekateri stari že 200 let!

Ko govorimo o osnovnih postulatih kvantne fizike, je treba najprej povedati: ko so danes s pomočjo sodobnih trkalnikov, mikroskopov in vse opreme začeli preučevati kvante, se je izkazalo, da se gibljejo v prostoru. , močno kršijo splošno sprejete zakone fizike. To je, grobo rečeno, čudeži se dogajajo! Se pravi, izkazalo se je, da so čudeži znanstveno možni! Kvanti kršijo svetlobno hitrost, se gibljejo po različnih trajektorijah, se pojavijo od nikoder, izginejo v neznano ... To pomeni, da kršijo splošno sprejete ortodoksne poglede na klasični svet.

Torej: 3 stebri kvantne fizike. Prvi postulat. Izkazalo se je, da svetu ne vlada gotovost, ampak verjetnost. To pomeni, da anomalije v gibanju delcev niso nemogoče, vendar so malo verjetne. V našem svetu se malo verjetno praviloma ne zgodi. V kvantnem svetu je to mogoče. Poleg tega je treba samo rojstvo vesolja prepoznati kot edinstven in nenavaden dogodek. Morda je bil trenutek velikega poka sam čudežni kvantni prehod agregatnega stanja iz enega stanja v drugo. Še enkrat, če se obrnemo na svetopisemska besedila, poglejmo, kaj piše v drugem pismu apostola Petra: "Pri Gospodu je en dan kakor tisoč let." To pomeni, da Bog obstaja zunaj časa in ni omejen z njim. V brezčasnem prostoru postanejo ti izjemni dogodki resničnost. Izkazalo se je, po božji volji.

Drugi fascinanten kvantni učinek je medsebojna povezanost delcev. Sprememba v enem kvantnem sistemu ima takojšen učinek na drugega. In to ne velja za ločeno pisarno ali stanovanje, ampak za celoten Kozmos kot celoto. Se pravi, če nekje spremenite kvantno stanje sistema, lahko takoj pride do učinka povezanosti v katerem koli delu kozmosa. Tako je kvantna fizika dokazala, da je vse v našem svetu medsebojno povezano.

In končno, tretja in zadnja točka. Znanstveniki so ugotovili, da naš svet ne more obstajati brez razumnega opazovalca, torej brez osebe. Navsezadnje sama kvantna fizika ne deluje, dokler opazovalec ne obstaja. To pomeni, da delec - čemur pravimo kvant - ne zavzame nobenega posebnega položaja v materialnem svetu, dokler ga nekdo ne pogleda. To je edinstvena kvantna lastnost, tako imenovana lastnost opazovalca. Se pravi, dokler nekdo ne opazuje kvantnega delca, ni mogoče reči, kje je in s kakšno hitrostjo se giblje.

To pomeni, da je lahko kvant hkrati na dveh točkah v prostoru in šele ko vanj pade pogled opazovalca, se lahko zabeleži, kje se trenutno nahaja.

ja! Popolnoma pravilno! Izkazalo se je, da resničnost postane taka šele, ko jo nekdo poduhovi. Kvanta seveda ne moremo »gledati« brez ustrezne opreme z očmi. Toda s svojo duhovno prisotnostjo v svetu, kot inteligentni opazovalci, prinašamo v ta svet nekaj, brez česar ni mogoče. V nekem smislu ga »oživimo«.

Logično je domnevati, da če v našem svetu obstaja določena entiteta, ki vpliva na njegovo izvajanje, potem lahko fiziki takšno entiteto imenujejo Superobserver. Ljudje, ki so daleč od kvantne fizike, ga bodo preprosto imenovali Bog ali Stvarnik, odvisno od njihovega stališča.

Najbolj zanimivo pa je to, da krščanstvo to, kar sem rekel, potrjuje s Svetim pismom. V prvem delu Geneze je zelo zanimiv citat: »In Bog je rekel: Naredimo človeka po svoji podobi in podobnosti!« In naj gospoduje nad ribami v morju, nad pticami v nebu, nad zvermi, nad vso zemljo!« Se pravi, grobo rečeno, se izkaže, da je Bog ustvaril ta svet za človeka - gledalca tega sveta. In to je neposredno navedeno v svetopisemskih besedilih.

Ali lahko sklepamo, da kvantna fizika potrjuje smotrnost in poduhovljenost prostora? Navsezadnje je kvant hkrati delec in val. Od nematerialnega prehaja k materialnemu.

Popolnoma pravilno! Obstaja prehod iz neobstoja v bivanje. Glavni zaključek kvantne fizike je naslednji. Svetu vlada verjetnost. Drugič: vse na svetu je med seboj povezano. Tretjič: naš svet je nemogoč brez inteligentnega opazovalca.

Ti postulati potrjujejo, da v našem svetu vedno obstaja alternativa. Kako izgledamo, kako si predstavljamo prehod neobstoja v bivanje – to je alternativa. Kaj je alternativa? To je svoboda izbire.

Seveda v vesolju delujejo strogi znanstveni zakoni. Toda ti zakoni določajo le verjetnost enega ali drugega razvoja dogodkov. In kakšna bo prihodnost, je odvisno od tega, kako svobodno voljo in izbiro bo realiziralo določeno inteligentno bitje.

Kar je v nasprotju s teorijo determinizma. Takšni pogledi so pogosti med protestanti. Po tej teoriji je usoda sveta vnaprej določena in samo mi, vektor, ki se plazimo po neizmerno majhnem delu velikanskega kroga, dojemamo svoje gibanje kot premočrtno. Se pravi, samo mi ničesar ne razumemo, v resnici pa je vse strogo določeno. Verjamemo, da svobodna volja obstaja, a se tega preprosto ne zavedamo. Vi, sklicujoč se na kvantno fiziko, pravite, da obstaja več možnosti za razvoj dogodkov, pa še vedno imamo svobodno voljo ...

Ja, prav imate! Tu smo z vami začeli pogovor o tem, da žal lahko tudi bolj ali manj pravilni koncepti temeljijo na zastarelih pogledih. Determinizem, ki ga omenjate, ustreza znanstvenemu pogledu na svet pred petdesetimi leti. Toda kvantna fizika je dokazala, da je to napačen postulat. Kvantna fizika jasno kaže, da v našem svetu obstaja alternativa. Še več, kvantna fizika kaže, da je ta alternativa nemogoča brez inteligentnih bitij. In če inteligentna bitja vplivajo na naš svet in imajo svobodno voljo, potem se izkaže, da proces, ki se tukaj odvija, ni vnaprej določen, ampak verjeten! Se pravi, iz človekove volje in razumevanja, kaj je dobro in kaj zlo, izhaja določen vpliv na svet.

To pomeni, da se izkaže, da brez prisotnosti Razuma - ne osebe, ampak ravno božanskega Logosa - Vesolje preprosto ne bi moglo obstajati?

ja In bistvo je, da vesolje ni ravnodušen zlovešč mehanizem, v katerem ni prostora za ustvarjalnost, razvoj vesolja pa je brez kakršnega koli namena ali pomena. Mimogrede, nesmiselni obstoj je ena od oblik Zla, če se obrnemo na svetopisemska besedila.

Govorim o nečem drugem. Vidite, človek lahko koristne lastnosti kovine spremeni v škodo z udarcem - bog ne daj! - nož druge osebe! Teoretično lahko domnevamo, da bi določena esenca, določen Stvarnik lahko nenehno posegal v te procese in spreminjal iste nože v ... plišaste igrače ... Toda ali je tak svet res zanimiv? To je svet avtomatov, v katerem ni mesta za ljubezen, občutke in kar je najpomembneje, izbiro! In kakšno izbiro človek naredi - v prid dobrega ali zla - je že njegov moralni imperativ. Zdaj razumete, kako tesna je povezava med temi našimi odločitvami in dogodki, ki se odvijajo tako na mikro ravni v vesolju kot na makro ravni.

O kvantni fiziki, možganih, Gödelovem izreku in porotnih sojenjih. Aleksej Redozubov (2015)

Tretji del treh predavanj o principih delovanja možganov. Predavanja so potekala v klubu Klyuch (St. Petersburg). Ta pogovor je bil posnet 9. januarja 2015 v okviru projekta Gutenberg's Smoking Room. Format je bil neverjetno zgoščen (30 minut), izpadlo je brezvezno, a ne dolgočasno. No, kam brez zadržkov, je denimo Hawkinga trmasto klical Hawkins

Kvantna mehanika in filozofija

Govor doktorja filoloških znanosti, prof. Sevalnikova A.Yu. (Filozofski inštitut Ruske akademije znanosti) v okviru odprtega interdisciplinarnega seminarja Moskovske državne univerze M. V. Lomonosova »Na stičišču znanosti in idej«.

Secrets of the Universe: Episode 1 - Time Warp

Običajno mislimo, da kvantna fizika opisuje vedenje subatomskih delcev, ne vedenja ljudi. Toda ideja ni tako namišljena, pravi Wong. Poudarja tudi, da njen raziskovalni program ne nakazuje, da so naši možgani dobesedno kvantni računalniki. Wong in sodelavci niso osredotočeni na fizične vidike možganov, temveč na to, kako lahko abstraktna matematična načela kvantne teorije pomagajo razumeti človeško zavest in vedenje.

»Tako v družbenih kot vedenjskih vedah pogosto uporabljamo verjetnostne modele. Na primer, postavimo vprašanje, kakšna je verjetnost, da bo oseba ravnala na določen način ali sprejela določeno odločitev? Tradicionalno vsi ti modeli temeljijo na klasični teoriji verjetnosti – ki izhaja iz klasične fizike Newtonovih sistemov. Kaj je eksotičnega v tem, da družboslovci razmišljajo o kvantnih sistemih in njihovih matematičnih načelih?«

Ukvarja se z dvoumnostjo v fizičnem svetu. Stanje določenega delca, njegova energija, njegov položaj so negotovi in ​​jih je treba izračunati v smislu verjetnosti. Kvantna kognicija se rodi, ko se človek sooči s psihično dvoumnostjo. Včasih nismo prepričani o svojih občutkih, se počutimo dvoumni glede izbire možnosti ali pa smo prisiljeni sprejemati odločitve na podlagi omejenih informacij.

»Naši možgani ne morejo shraniti vsega. Nimamo vedno jasne predstave o tem, kaj se dogaja. Toda če mi postavite vprašanje, kot je »kaj želite za večerjo?«, bom o tem razmislil in prišel do konstruktivnega in jasnega odgovora,« pravi Wong. "To je kvantna kognicija."

»Mislim, da je matematični formalizem, ki ga ponuja kvantna teorija, skladen s tem, kar domnevamo kot psihologi. Kvantna teorija morda sploh ni intuitivna, ko se uporablja za opis obnašanja delca, je pa precej intuitivna, ko se uporablja za opisovanje našega tipičnega nejasnega in dvoumnega razmišljanja."

Uporabila je primer Schrödingerjeve mačke, pri kateri ima mačka v škatli določeno verjetnost, da je hkrati živa in mrtva. Obe možnosti sta v naših glavah potencialni. To pomeni, da je mačka lahko hkrati mrtva in živa. Ta učinek se imenuje kvantna superpozicija. Ko odpremo škatlo, obe verjetnosti ne obstajata več in mačka mora biti ali mrtva ali živa.

S kvantno zavestjo je vsaka odločitev, ki jo sprejmemo, naša edinstvena Schrödingerjeva mačka.

Ko gremo skozi možnosti, jih gledamo z notranjim pogledom. Nekaj ​​časa vse možnosti sobivajo z različnimi stopnjami potenciala: kot superpozicija. Potem, ko izberemo eno možnost, druge za nas prenehajo obstajati.

Matematično modeliranje tega procesa je težko, delno zato, ker vsaka možna možnost enačbi doda težo. Če med volitvami od osebe zahtevamo, da izbere izmed dvajsetih kandidatov na glasovnici, postane problem izbire očiten (če oseba prvič vidi njihova imena). Odprta vprašanja, kot je "kako se počutiš?" pustite še več možnih možnosti.

S klasičnim pristopom k psihologiji odgovori morda sploh niso smiselni, zato morajo znanstveniki zgraditi nove matematične aksiome za razlago vedenja v vsakem posameznem primeru. Rezultat: pojavilo se je veliko klasičnih psiholoških modelov, od katerih so nekateri v nasprotju med seboj, nobeden pa ne velja za vsako situacijo.

S kvantnim pristopom, kot ugotavljajo Wong in njeni kolegi, je mogoče številne zapletene in kompleksne vidike vedenja razložiti z enim omejenim naborom aksiomov. Isti kvantni model, ki pojasnjuje, zakaj vrstni red vprašanj vpliva na odgovore vprašanih, pojasnjuje tudi kršitve racionalnosti v paradigmi zapornikove dileme, učinek, ko ljudje delajo skupaj, tudi če to sploh ni v njihovem najboljšem interesu.

"Zapornikova dilema in vrstni red vprašanj sta dva zelo različna učinka v klasični psihologiji, vendar ju je mogoče razložiti z istim kvantnim modelom," pravi Wong. - Z njegovo pomočjo je mogoče pojasniti številne druge, nepovezane in skrivnostne zaključke v psihologiji. In to elegantno.”

• Prevajanje

Po besedah ​​Owena Maroneyja, fizika z univerze v Oxfordu, od pojava kvantne teorije v 1900-ih vsi govorijo o nenavadnosti teorije. Kako omogoča, da se delci in atomi premikajo v več smereh hkrati ali da se hkrati vrtijo v smeri in nasprotni smeri urnega kazalca. Toda besede ne morejo ničesar dokazati. "Če javnosti povemo, da je kvantna teorija zelo čudna, moramo to izjavo eksperimentalno preizkusiti," pravi Maroney. "Sicer se ne ukvarjamo z znanostjo, ampak govorimo o vseh vrstah vijuganja na tabli."

To je tisto, kar je Maroneyju in njegovim kolegom dalo idejo, da razvijejo novo serijo eksperimentov, da bi odkrili bistvo valovne funkcije - skrivnostne entitete, ki je osnova kvantnih nenavadnosti. Na papirju je valovna funkcija preprosto matematični objekt, označen s črko psi (Ψ) (ena od teh vijug) in se uporablja za opisovanje kvantnega obnašanja delcev. Odvisno od poskusa valovna funkcija omogoča znanstvenikom, da izračunajo verjetnost, da bodo videli elektron na določeni lokaciji, ali možnosti, da je njegov spin usmerjen navzgor ali navzdol. Toda matematika vam ne pove, kaj pravzaprav je valovna funkcija. Je nekaj fizičnega? Ali preprosto računalniško orodje za spopadanje z opazovalčevo nevednostjo resničnega sveta?

Testi, uporabljeni za odgovor na vprašanje, so zelo subtilni in še niso dali dokončnega odgovora. Toda raziskovalci so optimistični, da je konec blizu. In končno bodo lahko odgovorili na vprašanja, ki že desetletja mučijo vse. Ali je lahko delec res na več mestih hkrati? Ali se vesolje nenehno deli na vzporedne svetove, od katerih vsak vsebuje alternativno različico nas? Ali nekaj, kar se imenuje "objektivna resničnost", sploh obstaja?

"Vsakdo ima prej ali slej tovrstna vprašanja," pravi Alessandro Fedricci, fizik z Univerze v Queenslandu (Avstralija). "Kaj je pravzaprav resnično?"

Spori o bistvu realnosti so se začeli že, ko so fiziki odkrili, da sta val in delec le dve plati istega kovanca. Klasičen primer je eksperiment z dvojno režo, kjer se posamezni elektroni izstrelijo v pregrado, ki ima dve reži: elektron se obnaša, kot da bi šel skozi dve reži hkrati in na drugi strani ustvari črtast interferenčni vzorec. Leta 1926 je avstrijski fizik Erwin Schrödinger predstavil valovno funkcijo za opis tega obnašanja in izpeljal enačbo, ki jo je mogoče izračunati za vsako situacijo. A ne on ne kdorkoli drug ni znal povedati ničesar o naravi te funkcije.

Milost v nevednosti

S praktičnega vidika njegova narava ni pomembna. Kopenhagenska interpretacija kvantne teorije, ki sta jo v dvajsetih letih prejšnjega stoletja ustvarila Niels Bohr in Werner Heisenberg, uporablja valovno funkcijo preprosto kot orodje za napovedovanje rezultatov opazovanj, ne da bi morali razmišljati o tem, kaj se dogaja v resnici. »Ne morete kriviti fizikov za to vedenje 'utihni in štej', saj je privedlo do pomembnih prebojev v jedrski, atomski, trdni fiziki in fiziki delcev,« pravi Jean Bricmont, statistični fizik na Katoliški univerzi v Belgiji. . "Ljudem torej svetujemo, naj ne skrbijo za temeljna vprašanja."

Nekateri pa so vseeno zaskrbljeni. Do leta 1930 je Einstein zavrnil københavnsko razlago, nenazadnje zato, ker je dvema delcema omogočala, da zapletata svoje valovne funkcije, kar je pripeljalo do situacije, v kateri so lahko meritve enega v trenutku dale stanje drugega, tudi če sta bila ločena z ogromnimi razdaljami. razdalje. Da se ne bi sprijaznil s to »strašljivo interakcijo na daljavo«, je Einstein raje verjel, da so valovne funkcije delcev nepopolne. Dejal je, da je možno, da imajo delci nekaj skritih spremenljivk, ki določajo rezultat meritve, ki jih kvantna teorija ni opazila.

Eksperimenti so od takrat pokazali funkcionalnost strašne interakcije na daljavo, ki zavrača koncept skritih spremenljivk. vendar to ni preprečilo drugim fizikom, da jih ne razlagajo po svoje. Te interpretacije se delijo na dva tabora. Nekateri se strinjajo z Einsteinom, da valovna funkcija odraža našo nevednost. Temu filozofi pravijo psi-epistemični modeli. In drugi vidijo valovno funkcijo kot resnično stvar - psi-ontični modeli.

Da bi razumeli razliko, si predstavljajmo Schrödingerjev miselni eksperiment, ki ga je leta 1935 opisal v pismu Einsteinu. Mačka je v jekleni škatli. Škatla vsebuje vzorec radioaktivnega materiala, ki ima 50-odstotno možnost, da sprosti razpadni produkt v eni uri, in stroj, ki bo zastrupil mačko, če bo ta produkt zaznan. Ker je radioaktivni razpad dogodek na kvantni ravni, piše Schrödinger, pravila kvantne teorije pravijo, da mora biti ob koncu ure valovna funkcija notranjosti škatle mešanica mrtve in žive mačke.

"Grobo rečeno," milo reče Federicci, "v psi-epistemičnem modelu je mačka v škatli ali živa ali mrtva, mi pa tega preprosto ne vemo, ker je škatla zaprta." In v večini psionskih modelov obstaja soglasje s köbenhavnsko razlago: dokler opazovalec ne odpre škatle, bo mačka hkrati živa in mrtva.

Toda tu spor pride v slepo ulico. Katera razlaga je resnična? Na to vprašanje je težko eksperimentalno odgovoriti, ker so razlike med modeli zelo subtilne. V bistvu naj bi napovedovali isti kvantni pojav kot zelo uspešna köbenhavnska interpretacija. Andrew White, fizik na Univerzi v Queenslandu, pravi, da je bil v njegovi 20-letni karieri na področju kvantne tehnologije "ta težava kot ogromna gladka gora brez robov, ki se ji ne bi mogli približati."

Vse se je spremenilo leta 2011 z objavo kvantnega merilnega izreka, za katerega se je zdelo, da je odpravil pristop "valovna funkcija kot nevednost". Toda ob natančnejšem pregledu se je izkazalo, da jim ta izrek pušča dovolj manevrskega prostora. Vendar pa je navdihnilo fizike, da so resno razmišljali o načinih za rešitev spora s testiranjem resničnosti valovne funkcije. Maroney je že zasnoval eksperiment, ki je načeloma deloval, in on in njegovi kolegi so kmalu našli način, kako ga uresničiti v praksi. Poskus so lani izvedli Fedrici, White in drugi.

Da bi razumeli idejo testa, si predstavljajte dva kompleta kart. Eden ima samo rdeče, drugi samo ase. "Dobite karto in prosite, da ugotovite, iz katerega krova prihaja," pravi Martin Ringbauer, fizik na isti univerzi. Če je rdeči as, "bo križanje in tega ne morete zagotovo reči." Toda če veste, koliko kart je v vsakem kompletu, lahko izračunate, kako pogosto se bo pojavila ta dvoumna situacija.

Fizika v nevarnosti

Ista dvoumnost se dogaja v kvantnih sistemih. Z eno meritvijo ni vedno mogoče ugotoviti, na primer, kako polariziran je foton. "V resničnem življenju je enostavno razlikovati med zahodom in smerjo južno od zahoda, vendar v kvantnih sistemih to ni tako enostavno," pravi White. Po standardni københavnski interpretaciji se o polarizaciji nima smisla spraševati, saj vprašanje nima odgovora – dokler še ena meritev ne določi natančnega odgovora. Toda glede na model valovne funkcije kot nevednosti je vprašanje smiselno – gre le za to, da poskusu, tako kot tistemu s kompleti kart, manjka informacij. Tako kot pri zemljevidih ​​je mogoče predvideti, koliko dvoumnih situacij je mogoče razložiti s takšno nevednostjo, in jih primerjati z velikim številom dvoumnih situacij, ki jih razreši standardna teorija.

To je točno tisto, kar so testirali Fedrici in njegova ekipa. Ekipa je izmerila polarizacijo in druge lastnosti v fotonskem žarku ter našla ravni presečišč, ki jih ni bilo mogoče razložiti z modeli "nevednosti". Rezultat podpira alternativno teorijo - če obstaja objektivna realnost, potem obstaja valovna funkcija. "Impresivno je, da je ekipa lahko rešila tako zapleten problem s tako preprostim poskusom," pravi Andrea Alberti, fizik z univerze v Bonnu v Nemčiji.

Zaključek še ni vklesan: ker so detektorji ujeli le petino fotonov, uporabljenih v testu, moramo domnevati, da so se izgubljeni fotoni obnašali enako. To je močna predpostavka in ekipa si zdaj prizadeva zmanjšati izgube in doseči bolj dokončen rezultat. Medtem Maroneyjeva ekipa na Oxfordu sodeluje z Univerzo v Novem Južnem Walesu v Avstraliji, da bi posnemali poskus z ioni, ki jim je lažje slediti. "V naslednjih šestih mesecih bomo imeli dokončno različico tega eksperimenta, " pravi Maroney.

A tudi če so uspešni in zmagajo modeli »valovna funkcija kot realnost«, imajo tudi ti modeli različne možnosti. Eksperimentatorji bodo morali izbrati enega od njih.

Eno najzgodnejših interpretacij je v dvajsetih letih prejšnjega stoletja podal Francoz Louis de Broglie, v petdesetih letih pa jo je razširil Američan David Bohm. Po Broglie-Bohmovih modelih imajo delci določeno lokacijo in lastnosti, vendar jih poganja določen "pilotni val", ki je definiran kot valovna funkcija. To pojasnjuje eksperiment z dvema režama, saj lahko pilotni val preide skozi obe reži in povzroči interferenčni vzorec, čeprav sam elektron, ki ga pritegne, preide le skozi eno od obeh rež.

Leta 2005 je ta model dobil nepričakovano podporo. Fizika Emmanuel Fort, zdaj na inštitutu Langevin v Parizu, in Yves Caudier s pariške univerze Diderot sta študentom zastavila, za kar so mislili, preprost problem: postavili so poskus, v katerem bi se kapljice olja, ki padajo na pladenj, združile zaradi tresljajev pladenj. Na presenečenje vseh so se okrog kapljic začeli oblikovati valovi, ko je pladenj vibriral z določeno frekvenco. "Kapljice so se začele premikati neodvisno na lastnih valovih," pravi Fort. "Bil je dvojni objekt - delec, ki ga vleče val."

Fort in Caudier sta od takrat pokazala, da lahko takšni valovi vodijo svoje delce v eksperimentu z dvojno režo točno tako, kot napoveduje teorija pilotnih valov, in lahko reproducirajo druge kvantne učinke. Toda to ne dokazuje obstoja pilotskih valov v kvantnem svetu. "Rekli so nam, da so takšni učinki v klasični fiziki nemogoči," pravi Fort. "In tukaj smo pokazali, kaj je mogoče."

Drug sklop modelov, ki temeljijo na realnosti, razvit v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, poskuša razložiti ogromne razlike v lastnostih med velikimi in majhnimi predmeti. "Zakaj so lahko elektroni in atomi na dveh mestih hkrati, mize, stoli, ljudje in mačke pa ne morejo," pravi Angelo Basi, fizik z univerze v Trstu (Italija). Te teorije, znane kot "modeli kolapsa", pravijo, da so valovne funkcije posameznih delcev resnične, vendar lahko izgubijo svoje kvantne lastnosti in delec prisilijo v določen položaj v prostoru. Modeli so zasnovani tako, da so možnosti za tak kolaps za posamezen delec izjemno majhne, ​​tako da na atomski ravni prevladujejo kvantni učinki. Toda verjetnost kolapsa hitro narašča, ko se delci združijo in makroskopski objekti popolnoma izgubijo svoje kvantne lastnosti in se obnašajo v skladu z zakoni klasične fizike.

Eden od načinov za testiranje je iskanje kvantnih učinkov v velikih predmetih. Če je standardna kvantna teorija pravilna, potem ni omejitev glede velikosti. In fiziki so že izvedli eksperiment z dvojno režo z uporabo velikih molekul. Toda če so modeli kolapsa pravilni, potem kvantni učinki ne bodo vidni nad določeno maso. Različne skupine načrtujejo iskanje te mase z uporabo hladnih atomov, molekul, kovinskih grozdov in nanodelcev. Upajo, da bodo rezultate odkrili v naslednjih desetih letih. "Kar je kul pri teh poskusih, je to, da bomo kvantno teorijo podvrgli strogim testom, kjer še ni bila preizkušena," pravi Maroney.

Vzporedni svetovi

En model "valovna funkcija kot resničnost" že poznajo in ljubijo pisci znanstvene fantastike. To je interpretacija mnogih svetov, ki jo je v petdesetih letih prejšnjega stoletja razvil Hugh Everett, ki je bil takrat študent na univerzi Princeton v New Jerseyju. V tem modelu valovna funkcija tako močno določa razvoj realnosti, da se vesolje z vsako kvantno meritvijo razcepi na vzporedne svetove. Z drugimi besedami, ko odpremo škatlo z mačko, rodimo dve vesolji – eno z mrtvo mačko in drugo z živo.

To razlago je težko ločiti od standardne kvantne teorije, ker so njihove napovedi enake. Toda lani so Howard Wiseman z Univerze Griffith v Brisbanu in njegovi kolegi predlagali preizkušen model multiverzuma. V njihovem modelu ni valovne funkcije – delci se podrejajo klasični fiziki, Newtonovim zakonom. Nenavadni učinki kvantnega sveta pa se pojavijo, ker med delci in njihovimi kloni v vzporednih vesoljih obstajajo odbojne sile. "Odbojna sila med njima ustvarja valove, ki se širijo po vzporednih svetovih," pravi Wiseman.

Z računalniško simulacijo, v kateri je sodelovalo 41 vesolj, so pokazali, da model grobo reproducira več kvantnih učinkov, vključno s trajektorijami delcev v eksperimentu z dvojno režo. Z večanjem števila svetov se interferenčni vzorec nagiba k resničnemu. Ker se napovedi teorije razlikujejo glede na število svetov, pravi Wiseman, je mogoče preizkusiti, ali je model multiverzuma pravilen - to je, da ni valovne funkcije in da resničnost deluje v skladu s klasičnimi zakoni.

Ker valovna funkcija v tem modelu ni potrebna, bo ostal izvedljiv, tudi če prihodnji poskusi izključijo modele "nevednosti". Poleg nje bodo preživeli še drugi modeli, na primer københavnska interpretacija, ki trdi, da ni objektivne realnosti, ampak le izračuni.

Toda potem, pravi White, bo to vprašanje postalo predmet študije. In čeprav še nihče ne ve, kako to storiti, "bi bilo res zanimivo razviti test, ki preverja, ali sploh imamo objektivno resničnost."

29.10.2016

Kljub zvočnosti in skrivnostnosti današnje teme bomo poskušali povedati kaj preučuje kvantna fizika, z enostavnimi besedami, katere veje kvantne fizike potekajo in zakaj je kvantna fizika načeloma potrebna.

Spodaj ponujeno gradivo je razumljivo vsakomur.

Preden tarnamo o tem, kaj preučuje kvantna fizika, bi bilo prav, da se spomnimo, kje se je vse začelo ...

Do sredine 19. stoletja je človeštvo začelo resno preučevati probleme, ki jih ni bilo mogoče rešiti z aparatom klasične fizike.

Številni pojavi so se zdeli »čudni«. Nekatera vprašanja sploh niso našla odgovora.

V petdesetih letih 19. stoletja je William Hamilton, ki je menil, da klasična mehanika ne more natančno opisati gibanja svetlobnih žarkov, predlagal svojo teorijo, ki se je v zgodovino znanosti zapisala pod imenom Hamilton-Jacobijev formalizem, ki je temeljil na postulatu valovne teorije svetlobe.

Leta 1885 je švicarski fizik Johann Balmer po prepiru s prijateljem empirično izpeljal formulo, ki je omogočila izračun valovnih dolžin spektralnih črt z zelo visoko natančnostjo.

Balmer ni mogel pojasniti razlogov za ugotovljene vzorce.

Leta 1895 je Wilhelm Roentgen med preučevanjem katodnih žarkov odkril sevanje, ki ga je poimenoval rentgenski žarki (kasneje preimenovan v žarke), za katerega je značilna močna prodorna narava.

Leto pozneje, leta 1896, je Henri Becquerel med preučevanjem uranovih soli odkril spontano sevanje s podobnimi lastnostmi. Nov pojav so poimenovali radioaktivnost.

Leta 1899 je bila dokazana valovna narava rentgenskih žarkov.

Slika 1. Utemeljitelji kvantne fizike Max Planck, Erwin Schrödinger, Niels Bohr

Leto 1901 je zaznamoval pojav prvega planetarnega modela atoma, ki ga je predlagal Jean Perrin. Žal je znanstvenik sam opustil to teorijo in ni našel potrditve zanjo s stališča teorije elektrodinamike.

Dve leti pozneje je japonski znanstvenik Hantaro Nagaoka predlagal drug planetarni model atoma, v središču katerega naj bi bil pozitivno nabit delec, okoli katerega bi se v orbitah vrteli elektroni.

Ta teorija pa ni upoštevala sevanja, ki ga oddajajo elektroni, in zato ni mogla na primer razložiti teorije spektralnih črt.

Joseph Thomson je leta 1904 razmišljal o strukturi atoma in prvič interpretiral koncept valence s fizikalnega vidika.

Leto rojstva kvantne fizike morda lahko prepoznamo kot leto 1900, kar povezujemo z govorom Maxa Plancka na srečanju nemških fizikov.

Planck je bil tisti, ki je predlagal teorijo, ki je združila številne do tedaj različne fizikalne koncepte, formule in teorije, vključno z Boltzmannovo konstanto, ki povezuje energijo in temperaturo, Avogadrovo število, Wienov zakon o premikih, naboj elektrona, Boltzmannov zakon o sevanju ...

V uporabo je uvedel tudi pojem kvanta delovanja (druga - za Boltzmannovo konstanto - osnovna konstanta).

Nadaljnji razvoj kvantne fizike je neposredno povezan z imeni Hendrika Lorentza, Alberta Einsteina, Ernsta Rutherforda, Arnolda Sommerfelda, Maxa Borna, Nielsa Bohra, Erwina Schrödingerja, Louisa de Broglieja, Wernerja Heisenberga, Wolfganga Paulija, Paula Diraca, Enrica Fermija in številni drugi izjemni znanstveniki, ki so delovali v prvi polovici 20. stoletja.

Znanstvenikom je uspelo razumeti naravo osnovnih delcev z neverjetno globino, preučiti interakcije delcev in polj, razkriti kvarkovo naravo materije, izpeljati valovno funkcijo in razložiti temeljne koncepte diskretnosti (kvantizacije) in dualnosti val-delec.

Kvantna teorija je kot nobena druga človeštvo približala razumevanju temeljnih zakonov vesolja, nadomestila konvencionalne koncepte z bolj natančnimi in nas prisilila v premislek o ogromnem številu fizičnih modelov.

Kaj preučuje kvantna fizika?

Kvantna fizika opisuje lastnosti materije na ravni mikropojavov, preučuje zakonitosti gibanja mikro objektov (kvantnih objektov).

Predmet študija kvantne fizike sestavljajo kvantne objekte z dimenzijami 10 −8 cm ali manj. To:

• molekule,
• atomi,
• atomska jedra,
• elementarni delci.

Glavne značilnosti mikrotekel so masa mirovanja in električni naboj. Masa enega elektrona (me) je 9,1 10 −28 g.

Za primerjavo, masa miona je 207 me, nevtrona je 1839 me, protona je 1836 me.

Nekateri delci sploh nimajo mase mirovanja (nevtrini, fotoni). Njihova masa je 0 me.

Električni naboj katerega koli mikroobjekta je večkratnik naboja elektronov in je enak 1,6 × 10 −19 C. Poleg nabitih predmetov obstajajo nevtralni mikroobjekti, katerih naboj je enak nič.

Slika 2. Kvantna fizika nas je prisilila, da ponovno razmislimo o tradicionalnih pogledih na koncepte valov, polj in delcev

Električni naboj kompleksnega mikroobjekta je enak algebraični vsoti nabojev njegovih sestavnih delcev.

Lastnosti mikroobjektov vključujejo vrtenje(dobesedno prevedeno iz angleščine - "vrteti").

Običajno se razlaga kot kotni moment kvantnega objekta, neodvisen od zunanjih pogojev.

V resničnem svetu je težko najti ustrezno podobo hrbta. Zaradi njegove kvantne narave si ga ne moremo predstavljati kot vrtavko. Klasična fizika tega objekta ni sposobna opisati.

Prisotnost vrtenja vpliva na obnašanje mikroobjektov.

Prisotnost vrtenja vnaša pomembne značilnosti v obnašanje objektov mikrosveta, od katerih večina - nestabilni predmeti - spontano razpadejo in se spremenijo v druge kvantne objekte.

Stabilni mikroobjekti, ki vključujejo nevtrine, elektrone, fotone, protone, pa tudi atome in molekule, so sposobni razpadati le pod vplivom močne energije.

Kvantna fizika popolnoma absorbira klasično fiziko in jo obravnava kot njen mejni primer.

Pravzaprav je kvantna fizika – v širšem smislu – sodobna fizika.

To, kar kvantna fizika opisuje v mikrosvetu, je nemogoče zaznati. Zaradi tega si je veliko določb kvantne fizike težko predstavljati, v nasprotju s predmeti, ki jih opisuje klasična fizika.

Kljub temu so nove teorije omogočile spremembo naših predstav o valovanju in delcih, o dinamičnem in verjetnostnem opisu, o zveznem in diskretnem.

Kvantna fizika ni le novodobna teorija.

To je teorija, ki je bila sposobna napovedati in razložiti neverjetno število pojavov - od procesov, ki se dogajajo v atomskih jedrih, do makroskopskih učinkov v vesolju.

Kvantna fizika - za razliko od klasične fizike - preučuje snov na temeljni ravni, podaja interpretacije pojavov v okoliški realnosti, ki jih tradicionalna fizika ni sposobna podati (na primer, zakaj atomi ostanejo stabilni ali ali so osnovni delci res elementarni).

Kvantna teorija nam daje priložnost, da svet opišemo natančneje, kot je bilo sprejeto pred njenim nastankom.

Pomen kvantne fizike

Teoretični razvoj, ki predstavlja bistvo kvantne fizike, je uporaben za preučevanje tako nepredstavljivo velikih vesoljskih objektov kot izjemno majhnih osnovnih delcev.

Kvantna elektrodinamika nas potopi v svet fotonov in elektronov, s poudarkom na preučevanju interakcij med njimi.

Kvantna teorija kondenzirane snovi poglablja znanje o supertekočinah, magnetih, tekočih kristalih, amorfnih telesih, kristalih in polimerih.

Slika 3. Kvantna fizika je človeštvu dala veliko natančnejši opis sveta okoli nas

Znanstveno raziskovanje zadnjih desetletij je usmerjeno v preučevanje strukture kvarkov osnovnih delcev v okviru samostojne veje kvantne fizike – kvantna kromodinamika.

Nerelativistična kvantna mehanika(tisti, ki je izven obsega Einsteinove teorije relativnosti) preučuje mikroskopske objekte, ki se gibljejo z relativno nizko hitrostjo (manj kot ), lastnosti molekul in atomov, njihovo zgradbo.

Kvantna optika se ukvarja z znanstvenim preučevanjem dejstev, povezanih z manifestacijo kvantnih lastnosti svetlobe (fotokemični procesi, toplotno in stimulirano sevanje, fotoelektrični učinek).

Kvantna teorija polja je povezovalni del, ki vključuje ideje relativnostne teorije in kvantne mehanike.

Znanstvene teorije, razvite v okviru kvantne fizike, so dale močan zagon razvoju kvantne elektronike, tehnologije, kvantne teorije trdnih snovi, znanosti o materialih in kvantne kemije.

Brez nastanka in razvoja omenjenih vej znanja bi bilo nemogoče ustvariti vesoljske ladje, jedrske ledolomilce, mobilne komunikacije in številne druge uporabne izume.

Prazen prostor ni prazen

Sodobne raziskave so pokazale, da prazen prostor ni prazen. Napolnjena je z gromozansko energijo. Vsak kubični centimeter absolutnega vakuuma vsebuje toliko energije, kot je nimajo vsi materialni predmeti našega vesolja!

Kaj pa, če kopljemo še globlje? Na tisoče let pred Demokritom so indijski modreci vedeli, da onkraj resničnosti, ki jo zaznavamo z našimi čuti, obstaja druga, bolj »pomembna« resničnost. Hinduizem uči: svet zunanjih oblik je samo Maya, iluzija. Sploh ni tak, kot ga dojemamo. Obstaja "višja resničnost" - bolj temeljna od materialnega vesolja. Iz nje izhajajo vsi pojavi našega iluzornega sveta in je nekako povezana s človeško zavestjo.

V bistvu nič nima nobenega pomena - vse je popolnoma iluzorno. Tudi najbolj masivni predmeti so vsi nematerialna snov, zelo podobna misli; na splošno je vse okoli koncentrirana informacija. – Jeffrey Satinover, dr. med

Kvantna fizika je danes prišla do istega zaključka. Njegove določbe so naslednje: fizični svet temelji na absolutno »nefizični« realnosti; to je resničnost informacij ali "valov verjetnosti" ali zavesti. Če smo natančnejši, bi morali reči takole: na najglobljih ravneh je naš svet temeljno polje zavesti; ustvarja informacije, ki določajo obstoj sveta

Znanstveniki so ugotovili, da atomski sistem – jedro in elektroni – ni skupek mikroskopskih materialnih teles, temveč stabilen valovni vzorec. Potem se je izkazalo, da o stabilnosti ni treba govoriti: atom je kratkotrajna medsebojna superpozicija (kondenzacija) energijskih polj. K temu dodajmo še naslednje dejstvo. Razmerje med linearnimi dimenzijami jedra, elektronov in polmeri elektronskih orbit je takšno, da lahko mirno rečemo: atom je skoraj v celoti sestavljen iz praznega prostora. Neverjetno, kako ne pademo skozi stol, ko sedimo na njem - navsezadnje je ena sama praznina! Res je, tla so enaka, zemeljsko površje tudi ... Ali obstaja kaj na svetu, kar je dovolj "napolnjeno", da ne pademo skozi?!

Kaj je bolj resnično – zavest ali materija?

Andrew Newberg, MD, je kot nevroznanstvenik proučeval duhovne izkušnje različnih ljudi in rezultate svojega dela opisal v knjigah »Zakaj Bog ne odide? Znanost o možganih in biologija verovanja« in »Mistični um. Študija biologije verovanja. »Človek, ki je doživel duhovni vpogled,« piše, »čuti, da se je dotaknil prave resničnosti, ki je temelj in vzrok za vse ostalo.«

Materialni svet predstavlja neko površinsko, sekundarno raven te realnosti.

»Pazljivo moramo preučiti odnos med zavestjo in fizičnim vesoljem. Morda je materialni svet derivat resničnosti zavesti; morda je zavest osnovni material vesolja.« Dr. Newberg

Je resničnost posledica izbire?

Ali pa so naše trenutne interpretacije realnosti v vsakdanjem življenju zgolj posledica izbire »demokratične večine«? Ali, povedano drugače, je tisto, kar večina ljudi misli, resnično? Če je v sobi deset ljudi in jih osem vidi stol, dva pa marsovca, kateri od njih je nor? Če dvanajst ljudi dojema jezero kot vodno telo, ki ga obdajajo njegove obale, eden pa meni, da je trdno trdno telo, po katerem lahko hodimo, kateri od njih se vara?

Če se vrnemo k konceptom prejšnjega poglavja, lahko zdaj rečemo: paradigma je preprosto splošno sprejet model tega, kar velja za resnično. S svojimi dejanji glasujemo za ta model in postane naša realnost. Toda potem se pojavi Veliko vprašanje: "Ali lahko zavest ustvari realnost?" Ali zato, ker nihče nikoli ni odgovoril na to vprašanje, ker je odgovor sama realnost?

Obstajajo povsem anatomski dokazi, da nam informacije o svetu posredujejo možgani, ne oči. V predelu zrkla, kjer optični živec prehaja v zadnji del možganov, ni vidnih receptorjev. Zato bi pričakovali: če zamižimo na eno oko, bomo v središču »slike« videli črno liso. Toda to se ne zgodi - in samo zato, ker "sliko" narišejo možgani, ne oko.

Poleg tega možgani ne razlikujejo med tem, kaj človek dejansko vidi, in tem, kar si predstavlja. Zdi se, da sploh ne vidi razlike med izvedenim in namišljenim dejanjem.

Ta pojav je v tridesetih letih prejšnjega stoletja odkril dr. Edmund Jacobson (ustvarjalec tehnike postopnega sproščanja za lajšanje stresa). Preiskovance je prosil, naj si predstavljajo določena fizična dejanja. In odkril sem: v procesu vizualizacije se njihove mišice komaj opazno skrčijo v natančni skladnosti z gibi, ki so jih mentalno izvajali. Zdaj te informacije uporabljajo športniki po vsem svetu: v pripravo na tekmovanja vključujejo vizualni trening.

Vaši možgani ne vidijo razlike med zunanjim svetom in svetom vaše domišljije. – Joe Dispenza

Raziskave dr. Perta z Nacionalnega inštituta za zdravje (ZDA) kažejo, da človekovo dojemanje sveta ne določajo le njegove predstave o tem, kaj je resnično in kaj ne, temveč tudi njegov odnos do informacij, ki jih posredujejo čutila. .

Slednje v veliki meri določa, ali bomo nekaj zaznali, in če zaznamo, kako natančno. Zdravnik pravi: »Naša čustva določajo, na kaj je vredno biti pozoren ... In odločitev o tem, kaj doseže našo zavest in kaj bo zavrženo ter ostalo na globokih ravneh telesa, sprejmemo v trenutku izpostavljenosti zunanjim dražljajem na receptorje."

Torej je bistvo zadeve bolj ali manj jasno. Sami ustvarjamo svet, ki ga zaznavamo. Ko odprem oči in se ozrem okoli sebe, ne vidim realnosti, »kakršna je«, ampak svet, ki ga moja »čutna oprema« – čutila – lahko zaznajo; svet, ki mi ga moja vera omogoča videti; svet, filtriran s čustvenimi preferencami.

Osnove kvantne mehanike

Znano sreča neznano

V naslednjem stoletju se je pojavila povsem nova znanost, znana kot kvantna mehanika, kvantna fizika ali preprosto kvantna teorija. Ne nadomešča Newtonove fizike, ki odlično opisuje obnašanje velikih teles, torej objektov makrokozmosa. Ustvarjen je bil za razlago subatomskega sveta: v njem je Newtonova teorija nemočna.

Vesolje je zelo čudna stvar, pravi eden od utemeljiteljev nanobiologije dr. Stuart Hameroff. "Zdi se, da to urejata dva sklopa zakonov." V našem vsakdanjem, klasičnem svetu je vse opisano z Newtonovimi zakoni gibanja, odkritimi pred sto in stotimi leti ... Ko pa preidemo v mikrosvet, na raven atomov, začnejo veljati popolnoma drugačna »pravila«. delovati. To so kvantni zakoni."

Dejstvo ali fikcija? Ena najglobljih filozofskih razlik med klasično in kvantno mehaniko je naslednja: klasična mehanika je zgrajena na ideji, da je možno pasivno opazovati objekte ... kvantna mehanika se glede te možnosti nikoli ni zmotila. – David Albert, dr.

Dejstvo ali fikcija?

Delček mikrosveta je lahko na dveh ali več mestih hkrati! (Eden zelo nedavnih poskusov je pokazal, da je lahko eden od teh delcev na 3000 mestih hkrati!) Isti "objekt" je lahko tako lokaliziran delec kot energijski val, ki se širi skozi vesolje.

Einstein je domneval, da nič ne more potovati hitreje od svetlobne hitrosti. Toda kvantna fizika je dokazala: subatomski delci lahko izmenjujejo informacije v trenutku – tudi če se nahajajo na poljubni razdalji drug od drugega.

Klasična fizika je bila deterministična: glede na začetne pogoje, kot sta lokacija in hitrost predmeta, lahko izračunamo, kam bo šel. Kvantna fizika je verjetnostna: nikoli ne moremo z absolutno gotovostjo trditi, kako se bo preučevani predmet obnašal.

Klasična fizika je bila mehanistična. Temelji na predpostavki, da lahko le s poznavanjem posameznih delov predmeta dokončno razumemo, kaj je. Kvantna fizika je holistična: slika vesolje kot enotno celoto, katere deli so med seboj povezani in vplivajo drug na drugega.

In morda najpomembneje, kvantna fizika je uničila idejo o temeljni razliki med subjektom in objektom, opazovalcem in opazovanim - ki je prevladovala v znanstvenih umih 400 let!

V kvantni fiziki opazovalec vpliva na opazovani predmet. Ni izoliranih opazovalcev mehaničnega vesolja - vse sodeluje pri njegovem obstoju.

Opazovalec

Moja zavestna odločitev o tem, kako opazovati elektron, bo do neke mere določila lastnosti elektrona. Če me zanima kot delec, bom prejel odgovor o njem kot delcu. Če me zanima kot val, bom prejel odgovor o njem kot valu. Fridtjof Capra, fizik, filozof

Opazovalec vpliva na opazovano

Preden se izvede opazovanje ali meritev, objekt mikrosveta obstaja v obliki verjetnostnega vala (strožje, kot valovna funkcija).

Ne zaseda nobenega določenega položaja in nima hitrosti. Valovna funkcija preprosto predstavlja verjetnost, da se bo predmet med opazovanjem ali merjenjem pojavil tukaj ali tam. Ima potencialne koordinate in hitrost - vendar jih ne bomo poznali, dokler ne začnemo opazovati.

»Zaradi tega,« piše teoretični fizik Brian Greene v The Fabric of the Cosmos, »ko določamo položaj elektrona, ne merimo objektivne, že obstoječe lastnosti resničnosti. Namesto tega je dejanje merjenja tesno vtkano v ustvarjanje same merljive resničnosti.« Izjava Fridtjofa Capre logično dopolnjuje Greenovo razmišljanje: "Elektron nima objektivnih lastnosti, neodvisnih od moje zavesti."

Vse to briše mejo med »zunanjim svetom« in subjektivnim opazovalcem. Zdi se, da se združita v procesu odkrivanja – ali ustvarjanja? – svet okoli nas.

Težava z merjenjem

Zamisel, da opazovalec neizogibno vpliva na vsak fizični proces, ki ga opazuje; Idejo, da nismo nevtralne priče dogajanja, ampak samo opazujemo predmete in dogodke, je prvi izrazil Niels Bohr in njegovi kolegi iz Kopenhagna. Zato se te določbe pogosto imenujejo kopenhagenska razlaga.

Bohr je trdil, da Heisenbergovo načelo negotovosti pomeni več kot le nezmožnost natančne istočasne določitve hitrosti in položaja subatomskega delca.

Tako Fred Alan Wolf opisuje postulate, ki jih je postavil: »Ne gre samo za to, da nečesa ne morete izmeriti. To "nekaj" sploh ne obstaja - dokler tega ne začnete opazovati.

Heisenberg je verjel, da obstaja sam po sebi.« Heisenberg je okleval priznati, da ni bilo "nekaj", preden je bil vpleten opazovalec. Niels Bohr tega ni le trdil, ampak je svoje domneve tudi odločilno razvil.

Ker se delci ne pojavijo, dokler jih ne začnemo opazovati, je dejal, potem realnost na kvantni ravni ne obstaja – dokler je nekdo ne opazuje in v njej izvaja meritve.

V znanstveni skupnosti še vedno potekajo burne razprave (temu bi raje rekli ostra razprava!) o tem, ali je človeška zavest opazovalca tista, ki povzroči »kolaps« in prehod valovne funkcije v stanje delcev?

Pisateljica in novinarka Lynn McTaggart to idejo izrazi takole, pri čemer se izogiba znanstvenim izrazom: »Resničnost je nestrpen žele. Ne gre za svet sam, ampak za njegovo potencialnost. In mi s svojo udeležbo pri tem, z dejanjem opazovanja in razumevanja poskrbimo, da ta žele zamrzne. Naše življenje je torej sestavni del procesa ustvarjanja realnosti. To določa naša pozornost.”

V Einsteinovem vesolju imajo predmeti natančne vrednosti vseh možnih fizičnih parametrov. Večina fizikov bi zdaj rekla, da se je Einstein motil. Lastnosti subatomskega delca se pokažejo šele takrat, ko jih v to prisilijo meritve ... V tistih primerih, ko jih ne opazimo ... so parametri mikrosistema v negotovem, »meglenem« stanju in jih označuje zgolj verjetnost, s katero se lahko uresniči ta ali ona potencialna možnost. – Brian Greene, “The Fabric of Space” Zakaj

Kvantna logika

Kvantna logika Na vprašanje, ali elektron ostane nespremenjen, smo prisiljeni odgovoriti: "Ne." Če nas vprašajo, ali se položaj elektrona spreminja skozi čas, bi morali reči: "Ne." Če nas vprašajo, ali elektron miruje, odgovorimo: "Ne." Na vprašanje, ali se elektron giblje, rečemo: "Ne." – J. Robert Oppenheimer, ustvarjalec atomske bombe

Kvantna logika Johna von Neumanna je razkrila glavni del problema merjenja: le odločitev opazovalca vodi do merjenja. Ta odločitev omejuje stopnje svobode kvantnega sistema (kot je valovna funkcija elektronov) in tako vpliva na izid (resničnost).