กลุ่มนักทดลองนำโดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง Robert Boyd (ซึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นคนแรกที่ชะลอแสงที่อุณหภูมิห้อง) ได้คิดและดำเนินโครงการที่แสดงให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมของสิ่งที่เรียกว่า "ไม่ใช่คลาสสิก" วิถีของภาพที่ได้รับเมื่อโฟตอนรบกวนรอยแตกสามจุด

การรบกวนแบบช่องคู่เป็นการทดลองแบบคลาสสิกที่สาธิตคุณสมบัติคลื่นของแสง มันถูกนำไปใช้ครั้งแรกเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 โดย Thomas Young และกลายเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ละทิ้งทฤษฎีแสงที่ครอบงำซึ่งครอบงำในขณะนั้น

อย่างไรก็ตาม เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 พบว่าแสงยังคงประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน แต่อนุภาคเหล่านี้มีคุณสมบัติเป็นคลื่นอย่างลึกลับเช่นกัน แนวคิดเรื่องความเป็นคู่ระหว่างอนุภาคและคลื่นเกิดขึ้น ซึ่งขยายไปถึงอนุภาคของสสารด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คุณสมบัติของคลื่นถูกค้นพบในอิเล็กตรอน และต่อมาในอะตอมและโมเลกุล

ในสาขาฟิสิกส์สาขาใหม่ซึ่งเป็นผลมาจากกลศาสตร์ควอนตัม การเกิดขึ้นของรูปแบบอินเทอร์เฟอโรเมตริกในการทดลองแบบสลิตคู่มีบทบาทสำคัญใน ดังนั้น Richard Feynman ใน "Feynman Lectures on Physics" จึงเขียนว่านี่เป็นปรากฏการณ์ "ที่เป็นไปไม่ได้ เป็นไปไม่ได้เลย เป็นไปไม่ได้เลยที่จะอธิบายด้วยวิธีคลาสสิก ปรากฏการณ์นี้มีแก่นแท้ของกลศาสตร์ควอนตัม”

การทดลองแบบสลิตคู่แสดงให้เห็นถึงแนวคิดหลักประการหนึ่งของฟิสิกส์ควอนตัม นั่นคือ การซ้อนทับของควอนตัม หลักการของการทับซ้อนของควอนตัมระบุว่าถ้าวัตถุควอนตัม (เช่น โฟตอนหรืออิเล็กตรอน) สามารถอยู่ในสถานะบางสถานะ 1 และในบางสถานะ 2 ได้ มันก็สามารถอยู่ในสถานะที่มีบางส่วนเป็นทั้งสถานะ 1 และ สถานะที่ 2 สถานะนี้เรียกว่าการทับซ้อนของสถานะที่ 1 และ 2 ในกรณีของรอยแยก อนุภาคสามารถผ่านช่องหนึ่งหรือผ่านอีกช่องหนึ่งได้ แต่ถ้าช่องทั้งสองเปิดอยู่ อนุภาคจะผ่านทั้งสองช่องและค้นหาตัวเอง ในสถานะซ้อนทับของ “อนุภาคที่ผ่านช่องที่ 1” และ “อนุภาคที่ผ่านช่องที่ 2”

นอกจากนี้ การคำนึงถึงวิถีที่ไม่ใช่แบบคลาสสิกเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทิศทางอื่นในฟิสิกส์พื้นฐานสมัยใหม่ ปัญหาหลักประการหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์เผชิญอยู่คือการรวมทฤษฎีควอนตัมเข้ากับทฤษฎีแรงโน้มถ่วง มีปัญหาพื้นฐานบนเส้นทางนี้ ซึ่งหลายคนเชื่อว่าสามารถเอาชนะได้โดยการปรับเปลี่ยนทฤษฎีใดทฤษฎีหนึ่งหรือทั้งสองอย่างพร้อมกันเท่านั้น ดังนั้นขณะนี้การค้นหาจึงอยู่ระหว่างการค้นหาความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างความเป็นจริงและการทำนายของทฤษฎีเหล่านี้ แนวทางหนึ่งคือการค้นหาความเบี่ยงเบนไปจากหลักการซ้อนทับของควอนตัม ตัวอย่างเช่น ในปี 2010 มีการตีพิมพ์ผลการศึกษาที่พยายามค้นหาความเบี่ยงเบนดังกล่าวในการทดลองแบบสามสลิต ไม่พบความคลาดเคลื่อน แต่บทความนี้ได้แจ้งบทความปี 2012 ที่กล่าวถึงข้างต้น ข้อสรุปประการหนึ่งของเธอคือการทดลองในปี 2010 ใช้ความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องเกี่ยวกับหลักการของการซ้อนควอนตัม และทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดโดยไม่ทราบสาเหตุ และแม้ว่าขนาดของข้อผิดพลาดนี้จะน้อย แต่ผลกระทบที่นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาก็อาจมีน้อยเช่นกัน ดังนั้นในการค้นหาดังกล่าว จึงควรคำนึงถึงการมีส่วนร่วมของวิถีที่ไม่ใช่แบบคลาสสิกด้วย

บทความนี้เขียนขึ้นสำหรับโครงการ

ไม่มีใครในโลกที่เข้าใจกลศาสตร์ควอนตัม - นี่คือสิ่งสำคัญที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับมัน ใช่แล้ว นักฟิสิกส์หลายคนได้เรียนรู้ที่จะใช้กฎของมันและแม้แต่ทำนายปรากฏการณ์โดยใช้การคำนวณควอนตัม แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมการมีอยู่ของผู้สังเกตการณ์จึงเป็นตัวกำหนดชะตากรรมของระบบและบังคับให้ระบบเลือกรัฐหนึ่ง “ทฤษฎีและการปฏิบัติ” เลือกตัวอย่างการทดลอง ซึ่งผลลัพธ์ได้รับอิทธิพลจากผู้สังเกตการณ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และพยายามค้นหาว่ากลศาสตร์ควอนตัมจะทำอะไรกับการรบกวนของจิตสำนึกในความเป็นจริงของวัตถุ

แมวของชโรดิงเงอร์

ปัจจุบันมีการตีความกลศาสตร์ควอนตัมมากมาย ซึ่งที่นิยมมากที่สุดยังคงเป็นแบบโคเปนเฮเกน หลักการสำคัญของมันถูกกำหนดขึ้นในปี ค.ศ. 1920 โดย Niels Bohr และ Werner Heisenberg และคำศัพท์กลางของการตีความแบบโคเปนเฮเกนคือฟังก์ชันคลื่นซึ่งเป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดของระบบควอนตัมซึ่งมีระบบอยู่พร้อมกัน

ตามการตีความแบบโคเปนเฮเกน มีเพียงการสังเกตเท่านั้นที่สามารถกำหนดสถานะของระบบได้อย่างน่าเชื่อถือและแยกความแตกต่างจากส่วนที่เหลือ (ฟังก์ชันคลื่นช่วยในการคำนวณความน่าจะเป็นในการตรวจจับระบบในสถานะใดสถานะหนึ่งทางคณิตศาสตร์เท่านั้น) เราสามารถพูดได้ว่าหลังจากการสังเกต ระบบควอนตัมกลายเป็นแบบคลาสสิก: มันหยุดอยู่ร่วมกันในหลายรัฐทันทีเพื่อสนับสนุนหนึ่งในนั้น

แนวทางนี้มีฝ่ายตรงข้ามอยู่เสมอ (โปรดจำไว้ว่า เช่น “พระเจ้าไม่เล่นลูกเต๋า” โดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์) แต่ความแม่นยำในการคำนวณและการทำนายกลับส่งผลกระทบอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีผู้สนับสนุนการตีความโคเปนเฮเกนน้อยลงเรื่อยๆ และไม่ใช่เหตุผลขั้นต่ำสุดสำหรับเรื่องนี้คือการล่มสลายของฟังก์ชันคลื่นอย่างลึกลับในทันทีระหว่างการวัด การทดลองทางความคิดอันโด่งดังของเออร์วิน ชโรดิงเงอร์กับแมวน่าสงสารมีจุดมุ่งหมายเพื่อแสดงให้เห็นถึงความไร้สาระของปรากฏการณ์นี้

เรามาจำเนื้อหาของการทดลองกันดีกว่า แมวที่มีชีวิต หลอดบรรจุยาพิษ และกลไกบางอย่างที่สามารถสุ่มนำยาพิษออกฤทธิ์ได้จะถูกวางไว้ในกล่องดำ ตัวอย่างเช่น อะตอมกัมมันตภาพรังสีหนึ่งอะตอม ซึ่งการสลายตัวจะทำให้หลอดแตกแตก ไม่ทราบเวลาที่แน่นอนของการสลายอะตอม ทราบเพียงครึ่งชีวิตเท่านั้น: ช่วงเวลาที่การสลายตัวจะเกิดขึ้นโดยมีความน่าจะเป็น 50%

ปรากฎว่าสำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก แมวที่อยู่ในกล่องมีอยู่สองสถานะพร้อมกัน: มันยังมีชีวิตอยู่ได้หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี หรือตายไปแล้ว หากเกิดการเน่าเปื่อยและหลอดบรรจุแตก สถานะทั้งสองนี้อธิบายได้ด้วยฟังก์ชันคลื่นของแมว ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ยิ่งห่างไกลออกไปเท่าใด ความน่าจะเป็นที่การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีจะเกิดขึ้นก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น แต่ทันทีที่เปิดกล่องออก ฟังก์ชันคลื่นจะพังทลายลง และเราจะเห็นผลการทดลองของผู้ทำลายทันที

ปรากฎว่าจนกว่าผู้สังเกตจะเปิดกล่อง แมวจะทรงตัวบนขอบเขตระหว่างชีวิตและความตายตลอดไป และมีเพียงการกระทำของผู้สังเกตการณ์เท่านั้นที่จะกำหนดชะตากรรมของมัน นี่คือความไร้สาระที่ชโรดิงเงอร์ชี้ให้เห็น

การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน

จากการสำรวจของนักฟิสิกส์ชั้นนำที่จัดทำโดย The New York Times การทดลองด้วยการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนซึ่งดำเนินการโดย Klaus Jenson ในปี 1961 ได้กลายเป็นหนึ่งในการทดลองที่สวยงามที่สุดในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ สาระสำคัญของมันคืออะไร?

มีแหล่งกำเนิดที่ปล่อยการไหลของอิเล็กตรอนไปยังหน้าจอเพลทถ่ายภาพ และมีสิ่งกีดขวางขวางทางอิเล็กตรอนเหล่านี้ - แผ่นทองแดงที่มีรอยกรีดสองช่อง คุณคาดหวังภาพประเภทใดบนหน้าจอถ้าคุณคิดว่าอิเล็กตรอนเป็นเพียงลูกบอลที่มีประจุขนาดเล็ก มีแถบเรืองแสงสองแถบตรงข้ามกับกรีด

ในความเป็นจริง รูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นของแถบสีดำและสีขาวสลับกันปรากฏบนหน้าจอ ความจริงก็คือเมื่อผ่านรอยแยกอิเล็กตรอนจะเริ่มประพฤติไม่เหมือนอนุภาค แต่เหมือนคลื่น (เช่นเดียวกับโฟตอนอนุภาคของแสงสามารถเป็นคลื่นพร้อมกันได้) จากนั้นคลื่นเหล่านี้จะโต้ตอบในอวกาศ ทำให้อ่อนลงและแข็งแกร่งขึ้นในบางสถานที่ และเป็นผลให้ภาพที่ซับซ้อนของแสงสลับและแถบสีเข้มปรากฏขึ้นบนหน้าจอ

ในกรณีนี้ ผลลัพธ์ของการทดลองจะไม่เปลี่ยนแปลง และหากอิเล็กตรอนถูกส่งผ่านช่องสลิตที่ไม่ไหลต่อเนื่อง แต่แยกกัน แม้แต่อนุภาคเดียวก็สามารถเป็นคลื่นพร้อมกันได้ แม้แต่อิเล็กตรอนตัวเดียวก็สามารถผ่านช่องสองช่องได้พร้อมกัน (และนี่เป็นอีกตำแหน่งสำคัญของการตีความกลศาสตร์ควอนตัมของโคเปนเฮเกน - วัตถุสามารถแสดงคุณสมบัติของวัสดุ "ปกติ" และคุณสมบัติคลื่นที่แปลกใหม่ได้พร้อมกัน)

แต่ผู้สังเกตการณ์ต้องทำอย่างไรกับมัน? แม้ว่าเรื่องราวที่ซับซ้อนของเขาอยู่แล้วจะซับซ้อนยิ่งขึ้นก็ตาม ในการทดลองที่คล้ายกัน นักฟิสิกส์พยายามตรวจจับด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือที่กรีดอิเล็กตรอนที่ทะลุผ่านจริงๆ รูปภาพบนหน้าจอเปลี่ยนไปอย่างมากและกลายเป็น "คลาสสิก": พื้นที่ส่องสว่างสองแห่งตรงข้ามกับกรีดและไม่มีแถบสลับกัน

ราวกับว่าอิเล็กตรอนไม่ต้องการแสดงธรรมชาติของคลื่นภายใต้การจ้องมองอย่างจับตามองของผู้สังเกตการณ์ เราปรับตามความปรารถนาโดยสัญชาตญาณของเขาที่จะเห็นภาพที่เรียบง่ายและเข้าใจได้ เวทย์มนต์? มีคำอธิบายที่ง่ายกว่ามาก: ไม่มีการสังเกตระบบใด ๆ ที่สามารถดำเนินการได้โดยไม่มีอิทธิพลทางกายภาพต่อระบบ แต่เราจะกลับมาที่นี่อีกสักหน่อย

อุ่นฟูลเลอรีน

การทดลองเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนของอนุภาคไม่เพียงดำเนินการกับอิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังดำเนินการกับวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่ามากด้วย ตัวอย่างเช่น ฟูลเลอรีนเป็นโมเลกุลปิดขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนหลายสิบอะตอม (เช่น ฟูลเลอรีนหนึ่งอะตอมของคาร์บอนหกสิบอะตอมมีรูปร่างคล้ายกับลูกฟุตบอลมาก นั่นคือทรงกลมกลวงที่เย็บติดกันจากรูปห้าเหลี่ยมและรูปหกเหลี่ยม)

เมื่อเร็ว ๆ นี้ กลุ่มจากมหาวิทยาลัยเวียนนา นำโดยศาสตราจารย์ไซลิงเงอร์ พยายามแนะนำองค์ประกอบของการสังเกตในการทดลองดังกล่าว เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาฉายรังสีโมเลกุลฟูลเลอรีนที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยลำแสงเลเซอร์ หลังจากนั้น เมื่อได้รับความร้อนจากอิทธิพลภายนอก โมเลกุลก็เริ่มเรืองแสงและทำให้ผู้สังเกตการณ์เห็นตำแหน่งของพวกมันในอวกาศอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

นอกจากนวัตกรรมนี้แล้ว พฤติกรรมของโมเลกุลก็เปลี่ยนไปด้วย ก่อนเริ่มการเฝ้าระวังทั้งหมด ฟูลเลอรีนสามารถข้ามสิ่งกีดขวางได้สำเร็จ (คุณสมบัติของคลื่นที่แสดง) เช่น อิเล็กตรอนจากตัวอย่างที่แล้วที่ผ่านตะแกรงทึบแสง แต่ต่อมาด้วยการปรากฏตัวของผู้สังเกตการณ์ ฟูลเลอรีนก็สงบลงและเริ่มประพฤติตนเหมือนอนุภาคของสสารที่ปฏิบัติตามกฎหมายโดยสมบูรณ์

มิติการทำความเย็น

กฎข้อหนึ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดของโลกควอนตัมคือหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุตำแหน่งและความเร็วของวัตถุควอนตัมไปพร้อมๆ กัน ยิ่งเราวัดโมเมนตัมของอนุภาคได้แม่นยำมากเท่าใด ตำแหน่งของอนุภาคก็ยิ่งแม่นยำน้อยลงเท่านั้น แต่ผลกระทบของกฎควอนตัมที่ทำงานในระดับอนุภาคขนาดเล็กมักจะไม่มีใครสังเกตเห็นได้ในโลกของวัตถุมหภาคขนาดใหญ่ของเรา

ดังนั้นสิ่งที่มีค่ามากกว่าคือการทดลองล่าสุดของกลุ่มศาสตราจารย์ Schwab จากสหรัฐอเมริกาซึ่งผลของควอนตัมไม่ได้แสดงให้เห็นในระดับของอิเล็กตรอนหรือโมเลกุลฟูลเลอรีนเดียวกัน (เส้นผ่านศูนย์กลางลักษณะเฉพาะของพวกมันคือประมาณ 1 นาโนเมตร) แต่จับต้องได้มากกว่าเล็กน้อย วัตถุ - แถบอลูมิเนียมเล็ก ๆ

แถบนี้ถูกยึดไว้ทั้งสองด้านเพื่อให้ตรงกลางถูกระงับและอาจสั่นสะเทือนได้ภายใต้อิทธิพลจากภายนอก นอกจากนี้ถัดจากแถบนั้นยังมีอุปกรณ์ที่สามารถบันทึกตำแหน่งได้อย่างแม่นยำสูง

เป็นผลให้ผู้ทดลองค้นพบเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจสองประการ ประการแรก การวัดตำแหน่งของวัตถุหรือการสังเกตแถบไม่ผ่านโดยไม่ทิ้งร่องรอยไว้ - หลังจากการวัดแต่ละครั้ง ตำแหน่งของแถบจะเปลี่ยนไป โดยคร่าวแล้ว นักทดลองกำหนดพิกัดของแถบด้วยความแม่นยำอย่างยิ่ง และด้วยเหตุนี้ ตามหลักการของไฮเซนเบิร์ก จึงเปลี่ยนความเร็วและด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนตำแหน่งที่ตามมา

ประการที่สองและค่อนข้างไม่คาดคิด การวัดบางอย่างยังทำให้แถบเย็นลงด้วย ปรากฎว่าผู้สังเกตการณ์สามารถเปลี่ยนลักษณะทางกายภาพของวัตถุได้เพียงแค่ปรากฏตัวเท่านั้น ฟังดูน่าเหลือเชื่อมาก แต่สำหรับเครดิตของนักฟิสิกส์ สมมติว่าพวกเขาไม่ได้สูญเสีย - ตอนนี้กลุ่มของศาสตราจารย์ Schwab กำลังคิดเกี่ยวกับวิธีการใช้เอฟเฟกต์ที่ค้นพบกับชิปอิเล็กทรอนิกส์ที่เย็นลง

อนุภาคเยือกแข็ง

ดังที่คุณทราบแล้วว่าอนุภาคกัมมันตภาพรังสีที่ไม่เสถียรจะสลายตัวในโลกไม่เพียงเพื่อประโยชน์ในการทดลองกับแมวเท่านั้น แต่ยังสลายไปโดยตัวมันเองด้วย ยิ่งไปกว่านั้น แต่ละอนุภาคยังมีอายุขัยเฉลี่ย ซึ่งปรากฎว่าสามารถเพิ่มขึ้นได้ภายใต้การจ้องมองของผู้สังเกตการณ์อย่างจับตามอง

ปรากฏการณ์ควอนตัมนี้ได้รับการทำนายครั้งแรกในทศวรรษปี 1960 และการยืนยันการทดลองอันยอดเยี่ยมของมันปรากฏในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 2549 โดยกลุ่มนักฟิสิกส์ผู้ได้รับรางวัลโนเบล Wolfgang Ketterle จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์

ในงานนี้ เราได้ศึกษาการสลายตัวของอะตอมรูบิเดียมที่ถูกตื่นเต้นที่ไม่เสถียร (การสลายตัวเป็นอะตอมของรูบิเดียมในสถานะพื้นและโฟตอน) ทันทีหลังจากที่ระบบถูกเตรียมและอะตอมตื่นเต้น พวกมันก็เริ่มถูกสังเกต - พวกมันถูกส่องสว่างด้วยลำแสงเลเซอร์ ในกรณีนี้ การสังเกตดำเนินการในสองโหมด: ต่อเนื่อง (พัลส์แสงขนาดเล็กถูกส่งไปยังระบบอย่างต่อเนื่อง) และพัลส์ (ระบบจะถูกฉายรังสีเป็นครั้งคราวด้วยพัลส์ที่ทรงพลังกว่า)

ผลลัพธ์ที่ได้นั้นสอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีเป็นอย่างดี อิทธิพลของแสงจากภายนอกทำให้อนุภาคเสื่อมช้าลง ราวกับว่าพวกมันกลับคืนสู่สภาพเดิม ห่างไกลจากการสลายตัว นอกจากนี้ ขนาดของผลกระทบจากทั้งสองระบอบที่ศึกษายังเกิดขึ้นพร้อมกับการคาดการณ์อีกด้วย และอายุสูงสุดของอะตอมรูบิเดียมที่ถูกตื่นเต้นที่ไม่เสถียรก็ขยายออกไปอีก 30 เท่า

กลศาสตร์ควอนตัมและจิตสำนึก

อิเล็กตรอนและฟูลเลอรีนหยุดแสดงคุณสมบัติของคลื่น แผ่นอะลูมิเนียมจะเย็นลง และอนุภาคที่ไม่เสถียรจะแข็งตัวในการสลายตัว: โลกกำลังเปลี่ยนแปลงภายใต้การจ้องมองของผู้สังเกตการณ์อย่างมีอำนาจทุกอย่าง อะไรไม่ใช่หลักฐานของการมีส่วนร่วมของจิตใจของเราในงานของโลกรอบตัวเรา? ดังนั้นบางที Carl Jung และ Wolfgang Pauli (นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ผู้ได้รับรางวัลโนเบล หนึ่งในผู้บุกเบิกกลศาสตร์ควอนตัม) อาจพูดถูกเมื่อพวกเขากล่าวว่ากฎแห่งฟิสิกส์และจิตสำนึกควรได้รับการพิจารณาเสริมกัน

แต่นี่เป็นเพียงขั้นตอนเดียวจากการรับรู้ตามปกติ: โลกทั้งใบรอบตัวเราคือแก่นแท้ของจิตใจของเรา น่าขยะแขยง? (“คุณคิดว่าดวงจันทร์มีอยู่จริงเมื่อคุณมองมันเท่านั้น?” ไอน์สไตน์ให้ความเห็นเกี่ยวกับหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม) ถ้าอย่างนั้นเราลองหันไปหานักฟิสิกส์อีกครั้ง ยิ่งไปกว่านั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พวกเขาเริ่มชื่นชอบการตีความกลศาสตร์ควอนตัมของโคเปนเฮเกนน้อยลงเรื่อยๆ ด้วยการล่มสลายของคลื่นฟังก์ชันอย่างลึกลับ ซึ่งถูกแทนที่ด้วยคำอื่นที่ติดดินและเชื่อถือได้ - decoherence

ประเด็นก็คือ: ในการทดลองเชิงสังเกตทั้งหมดที่อธิบายไว้ ผู้ทดลองมีอิทธิพลต่อระบบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ พวกเขาส่องสว่างด้วยเลเซอร์และติดตั้งเครื่องมือวัด และนี่คือหลักการทั่วไปที่สำคัญมาก: คุณไม่สามารถสังเกตระบบ วัดคุณสมบัติของระบบได้โดยไม่ต้องโต้ตอบกับระบบ และเมื่อมีการโต้ตอบก็มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อยักษ์ใหญ่ของวัตถุควอนตัมมีปฏิสัมพันธ์กับระบบควอนตัมเล็กๆ ความเป็นกลางทางพุทธศาสนาของผู้สังเกตการณ์จึงเป็นไปไม่ได้

นี่คือสิ่งที่อธิบายคำว่า "decoherence" ได้อย่างแม่นยำ - กระบวนการที่ไม่อาจย้อนกลับได้ของการละเมิดคุณสมบัติควอนตัมของระบบในระหว่างการโต้ตอบกับระบบอื่นที่ใหญ่กว่า ในระหว่างการโต้ตอบดังกล่าว ระบบควอนตัมจะสูญเสียคุณลักษณะดั้งเดิมและกลายเป็นแบบคลาสสิก "ส่ง" ไปยังระบบขนาดใหญ่ สิ่งนี้อธิบายความขัดแย้งกับแมวของชโรดิงเงอร์: แมวเป็นระบบขนาดใหญ่จนไม่สามารถแยกออกจากโลกได้ การทดลองทางความคิดนั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด

ไม่ว่าในกรณีใด เมื่อเปรียบเทียบกับความเป็นจริงว่าเป็นการสร้างจิตสำนึก การลดความสอดคล้องฟังดูสงบกว่ามาก บางทีก็สงบเกินไป ท้ายที่สุดแล้ว ด้วยแนวทางนี้ โลกคลาสสิกทั้งโลกจึงกลายเป็นเอฟเฟกต์การแยกส่วนครั้งใหญ่ และตามที่ผู้เขียนหนังสือที่จริงจังที่สุดเล่มหนึ่งในสาขานี้ แถลงการณ์เช่น "ไม่มีอนุภาคในโลก" หรือ "ไม่มีเวลาในระดับพื้นฐาน" ก็เป็นไปตามแนวทางดังกล่าวเช่นกัน

ผู้สังเกตการณ์เชิงสร้างสรรค์หรือผู้สังเกตการณ์ที่มีอำนาจเหนือกว่า? คุณต้องเลือกระหว่างสองความชั่วร้าย แต่จำไว้ว่า ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์มีความเชื่อมั่นมากขึ้นว่าพื้นฐานของกระบวนการคิดของเราคือผลกระทบทางควอนตัมที่มีชื่อเสียงเหมือนกัน ดังนั้นเมื่อการสังเกตสิ้นสุดลงและความเป็นจริงเริ่มต้นขึ้น เราแต่ละคนต้องเลือก

• วัตถุควอนตัม (เช่น อิเล็กตรอน) สามารถอยู่ในสถานที่ได้มากกว่าหนึ่งแห่งในคราวเดียว สามารถวัดได้เมื่อคลื่นกระจายออกไปในอวกาศและสามารถระบุตำแหน่งได้หลายจุดทั่วทั้งคลื่น สิ่งนี้เรียกว่าคุณสมบัติของคลื่น
• วัตถุควอนตัมหยุดอยู่ที่นี่และปรากฏขึ้นที่นั่นโดยธรรมชาติโดยไม่ต้องเคลื่อนที่ในอวกาศ สิ่งนี้เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงควอนตัม โดยพื้นฐานแล้วนี่คือเทเลพอร์ต
• การปรากฏของวัตถุควอนตัมหนึ่งอันที่เกิดจากการสังเกตของเราส่งผลต่อวัตถุแฝดที่เกี่ยวข้องกันตามธรรมชาติ ไม่ว่ามันจะอยู่ไกลแค่ไหนก็ตาม ทำให้อิเล็กตรอนและโปรตอนหลุดออกจากอะตอม ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้นกับอิเล็กตรอน โปรตอนก็จะเกิดขึ้นเช่นเดียวกัน สิ่งนี้เรียกว่า "การกระทำควอนตัมจากระยะไกล"
• วัตถุควอนตัมไม่สามารถปรากฏในกาลอวกาศปกติได้ เว้นแต่เราจะสังเกตว่ามันเป็นอนุภาค จิตสำนึกทำลายฟังก์ชันคลื่นของอนุภาค

ประเด็นสุดท้ายน่าสนใจเพราะหากไม่มีผู้สังเกตอย่างมีสติซึ่งเป็นเหตุให้คลื่นถล่ม คลื่นก็จะยังคงอยู่โดยไม่มีการแสดงทางกายภาพ การสังเกตไม่เพียงรบกวนวัตถุที่กำลังวัดเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดผลกระทบอีกด้วย สิ่งนี้ได้รับการทดสอบโดยการทดลองแบบสลิตคู่ ซึ่งการมีอยู่ของผู้สังเกตการณ์อย่างมีสติจะเปลี่ยนพฤติกรรมของอิเล็กตรอน โดยเปลี่ยนจากคลื่นเป็นอนุภาค เอฟเฟกต์ผู้สังเกตการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์เขย่าสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับโลกแห่งความเป็นจริงโดยสิ้นเชิง นี่เป็นการ์ตูนที่แสดงทุกอย่างชัดเจน

ดังที่นักวิทยาศาสตร์ Dean Radin ตั้งข้อสังเกตว่า “เราบังคับอิเล็กตรอนให้อยู่ในตำแหน่งที่แน่นอน เราสร้างผลการวัดด้วยตัวเราเอง” ตอนนี้พวกเขาเชื่อว่า "ไม่ใช่พวกเราที่วัดอิเล็กตรอน แต่เป็นเครื่องจักรที่อยู่เบื้องหลังการสังเกต" แต่เครื่องจักรก็เติมเต็มจิตสำนึกของเรา มันเหมือนกับการพูดว่า “ไม่ใช่ฉันที่กำลังมองคนว่ายน้ำข้ามทะเลสาบ แต่เป็นกล้องส่องทางไกล” ตัวเครื่องมองเห็นได้ไม่มากไปกว่าคอมพิวเตอร์ซึ่งสามารถ "ฟัง" เพลงโดยการตีความสัญญาณเสียงได้

นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำว่าหากไม่มีสติสัมปชัญญะ จักรวาลก็จะดำรงอยู่อย่างไม่มีกำหนด เหมือนกับทะเลที่มีศักยภาพควอนตัม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเป็นจริงทางกายภาพไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากปราศจากอัตวิสัย หากไม่มีจิตสำนึกก็ไม่มีเรื่องทางกายภาพ คำพูดนี้เรียกว่า " " และถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ จอห์น วีลเลอร์ โดยพื้นฐานแล้ว จักรวาลที่เป็นไปได้ใดๆ ที่เราสามารถจินตนาการได้หากไม่มีผู้สังเกตการณ์อย่างมีสติจะมีอยู่แล้ว สติสัมปชัญญะเป็นพื้นฐานของการดำรงอยู่ในกรณีนี้และอาจมีอยู่ก่อนการเกิดขึ้นของจักรวาลทางกายภาพ จิตสำนึกสร้างโลกทางกายภาพอย่างแท้จริง

การค้นพบนี้รับประกันผลกระทบอย่างมากต่อวิธีที่เราเข้าใจความสัมพันธ์ของเรากับโลกภายนอก และความสัมพันธ์แบบไหนที่เราจะมีกับจักรวาลได้ ในฐานะสิ่งมีชีวิต เราสามารถเข้าถึงทุกสิ่งที่มีอยู่และเป็นรากฐานของทุกสิ่งที่มีอยู่ได้โดยตรง สติทำให้เราทำเช่นนี้ได้ “เราสร้างความเป็นจริง” หมายความว่าในบริบทนี้ ความคิดของเราสร้างมุมมองของสิ่งที่เราเป็นในโลกของเรา แต่หากคุณมองดู สิ่งสำคัญคือเราจะต้องเข้าใจกระบวนการนี้อย่างถูกต้อง เราให้กำเนิดจักรวาลทางกายภาพผ่านทางอัตวิสัยของเรา โครงสร้างแห่งจักรวาลคือจิตสำนึก และเราเป็นเพียงระลอกคลื่นในทะเลแห่งจักรวาล ปรากฎว่าเราโชคดีที่ได้สัมผัสกับปาฏิหาริย์ของชีวิตเช่นนี้ และจักรวาลยังคงหลั่งไหลส่วนหนึ่งของการตระหนักรู้ในตนเองของมันมาสู่เรา

“ฉันคิดว่าจิตสำนึกเป็นพื้นฐาน ฉันถือว่าสสารเป็นอนุพันธ์ของจิตสำนึก เราไม่สามารถหมดสติได้ ทุกสิ่งที่เราพูดถึง ทุกสิ่งที่เราเห็นว่ามีอยู่จริง ล้วนเป็นสมมุติฐานของจิตสำนึก” - แม็กซ์ พลังค์ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลและผู้บุกเบิกทฤษฎีควอนตัม

ความพยายามที่จะจินตนาการถึงภาพของอนุภาคมูลฐานและคิดเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานด้วยสายตาหมายถึงการมีความคิดที่ผิดอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับอนุภาคเหล่านั้น

วี. ไฮซินเบิร์ก

ในสองบทถัดไป เราจะทำความคุ้นเคยกับแนวคิดพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม ทำให้พวกเขาเข้าใจและ "ใช้งานได้" โดยใช้ตัวอย่างการทดลองเฉพาะ จากนั้นเราจะหารือเกี่ยวกับแนวคิดทางทฤษฎีที่เราต้องการและนำไปใช้กับสิ่งที่เรารู้สึก เห็น และสังเกต ถ้าอย่างนั้นเรามาดูสิ่งที่มักจัดว่าเป็นเวทย์มนต์

ตามหลักฟิสิกส์คลาสสิก วัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ในสถานะที่เป็นไปได้เพียงสถานะเดียวเท่านั้น เขาไม่สามารถอยู่ในหลายรัฐในเวลาเดียวกันได้ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะให้ความหมายกับผลรวมของรัฐ ถ้าตอนนี้ฉันอยู่ในห้อง ฉันก็เลยไม่อยู่ที่ทางเดิน สภาพเมื่อฉันทั้งอยู่ในห้องและในทางเดินเป็นไปไม่ได้ ฉันไม่สามารถอยู่ที่นั่นและอยู่ที่นั่นในเวลาเดียวกันได้! และฉันไม่สามารถออกจากที่นี่ผ่านประตูและกระโดดออกไปนอกหน้าต่างได้ทันที: ฉันจะออกไปทางประตูหรือกระโดดออกไปนอกหน้าต่าง แน่นอนว่าแนวทางนี้สอดคล้องกับสามัญสำนึกในชีวิตประจำวันโดยสิ้นเชิง

ในกลศาสตร์ควอนตัม (QM) สถานการณ์นี้เป็นเพียงสถานการณ์เดียวที่เป็นไปได้ สถานะของระบบเมื่อมีการรับรู้ตัวเลือกเพียงตัวเลือกเดียวเท่านั้นในกลศาสตร์ควอนตัม ผสม, หรือ ส่วนผสม- สถานะผสมถือเป็นคลาสสิก โดยพื้นฐานแล้ว ระบบสามารถพบได้ด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอนในสถานะใดสถานะหนึ่ง แต่ไม่ใช่ในหลายรัฐพร้อมกัน

อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่าในธรรมชาติมีสถานการณ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเมื่อวัตถุอยู่ในหลายสถานะในเวลาเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง รัฐสองรัฐขึ้นไปซ้อนทับกันโดยไม่มีอิทธิพลซึ่งกันและกัน ตัวอย่างเช่น ได้รับการพิสูจน์จากการทดลองแล้วว่าวัตถุหนึ่งซึ่งเรามักเรียกว่าอนุภาค สามารถทะลุผ่านช่องสองช่องในฉากทึบแสงได้พร้อมๆ กัน อนุภาคที่ผ่านช่องแรกจะเป็นสถานะหนึ่ง ส่วนอนุภาคเดียวกันที่ผ่านช่องที่สองจะเป็นอีกสถานะหนึ่ง และการทดลองแสดงให้เห็นว่ามีการสังเกตผลรวมของสถานะเหล่านี้! ในกรณีนี้พวกเขาพูดถึง การซ้อนทับรัฐหรือเกี่ยวกับสถานะควอนตัมบริสุทธิ์

มันเกี่ยวกับ การซ้อนทับควอนตัม(การทับซ้อนที่สอดคล้องกัน) นั่นคือเกี่ยวกับการทับซ้อนของรัฐที่ไม่สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้จากมุมมองแบบคลาสสิก สถานะการซ้อนทับสามารถดำรงอยู่ได้ก็ต่อเมื่อไม่มีการโต้ตอบระหว่างระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณาและสภาพแวดล้อมของระบบ อธิบายได้ด้วยสิ่งที่เรียกว่าฟังก์ชันคลื่น ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเวกเตอร์สถานะ คำอธิบายนี้ถูกทำให้เป็นทางการโดยการระบุเวกเตอร์ในปริภูมิของฮิลแบร์ต โดยกำหนดชุดของสถานะทั้งหมดที่ระบบวงปิดสามารถเป็นได้

ดูอภิธานคำศัพท์สำคัญท้ายเล่ม ฉันขอเตือนคุณว่าสถานที่ที่เน้นด้วยแบบอักษรนั้นมีไว้สำหรับผู้อ่านที่ชอบสูตรที่ค่อนข้างเข้มงวดหรือต้องการทำความคุ้นเคยกับเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ของ QM คุณสามารถข้ามส่วนเหล่านี้ได้โดยไม่ต้องกลัวว่าจะส่งผลต่อความเข้าใจโดยรวมในเนื้อหา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงอ่านครั้งแรก

ฟังก์ชันคลื่นเป็นกรณีพิเศษ ซึ่งเป็นหนึ่งในรูปแบบที่เป็นไปได้ในการแสดงเวกเตอร์สถานะเป็นฟังก์ชันของพิกัดและเวลา นี่เป็นการนำเสนอระบบที่ใกล้เคียงกับคำอธิบายแบบคลาสสิกมากที่สุด ซึ่งถือว่าการมีอยู่ของกาล-อวกาศร่วมและเป็นอิสระ

ความพร้อมใช้งานของสิ่งเหล่านี้ เงื่อนไขสองประเภท - ของผสมและการซ้อนทับ- เป็นพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจภาพควอนตัมของโลกและความเชื่อมโยงกับสิ่งลึกลับ อีกหัวข้อที่สำคัญสำหรับเราก็คือ เงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงการซ้อนทับของรัฐเป็นส่วนผสมและในทางกลับกัน เราจะตรวจสอบคำถามเหล่านี้และคำถามอื่นๆ โดยใช้ตัวอย่างการทดลองแบบสลิตคู่อันโด่งดัง

ในการอธิบายการทดลองแบบ double-slit เราปฏิบัติตามการนำเสนอของ Richard Feynman ดู: ไฟน์แมน อาร์- ไฟน์แมนบรรยายเรื่องฟิสิกส์ อ.: มีร์ 2520 ต. 3. ช. 37–38.

ก่อนอื่น ลองใช้ปืนกลแล้วทำการทดลองทางจิตใจดังแสดงในรูปที่ 1 1

มันไม่ดีมากหรอกปืนกลของเรา มันยิงกระสุนโดยไม่ทราบทิศทางการบินล่วงหน้า จะบินไปทางขวาหรือทางซ้าย.... ด้านหน้าปืนกลมีแผ่นเกราะและมีช่องสองช่องที่กระสุนทะลุผ่านได้อย่างอิสระ ถัดไปคือ "เครื่องตรวจจับ" - กับดักใด ๆ ที่กระสุนทั้งหมดที่ตกลงไปติดอยู่ เมื่อสิ้นสุดการทดลอง คุณสามารถคำนวณจำนวนกระสุนที่ติดอยู่ในกับดักต่อความยาวหน่วยได้ใหม่ และหารจำนวนนี้ด้วยจำนวนกระสุนทั้งหมดที่ยิงไป หรือตลอดระยะเวลาการยิงถ้าถือว่าอัตราการยิงคงที่ ค่านี้คือจำนวนกระสุนที่ติดอยู่ต่อหน่วยความยาวของกับดักในบริเวณใกล้เคียงจุดหนึ่ง เอ็กซ์ที่เกี่ยวข้องกับจำนวนกระสุนทั้งหมด เราจะเรียกความน่าจะเป็นที่กระสุนจะโดนจุดนั้น เอ็กซ์- โปรดทราบว่าเราสามารถพูดถึงความน่าจะเป็นได้เท่านั้น เราไม่สามารถบอกได้อย่างแน่ชัดว่าสัญลักษณ์แสดงหัวข้อย่อยถัดไปจะโดนที่ใด และถึงแม้มันจะตกหลุม มันก็สามารถแฉลบขอบและไปหาใครก็ไม่รู้ได้

ให้เราทำการทดลองสามครั้งทางจิตใจ: ครั้งแรก - เมื่อช่องแรกเปิดและช่องที่สองปิด; ครั้งที่สอง - เมื่อช่องที่สองเปิดและช่องแรกปิด และสุดท้าย การทดลองครั้งที่สาม - เมื่อช่องทั้งสองเปิดอยู่

ผลลัพธ์ของ "การทดลอง" ครั้งแรกของเราจะแสดงในรูปเดียวกันบนกราฟ แกนความน่าจะเป็นวางอยู่ทางด้านขวา และพิกัดคือตำแหน่งของจุด เอ็กซ์- เส้นประแสดงการกระจายความน่าจะเป็น P 1 ของกระสุนที่โดนเครื่องตรวจจับเมื่อช่องแรกเปิด เส้นโค้งประคือความน่าจะเป็นที่กระสุนจะโดนเครื่องตรวจจับเมื่อช่องที่สองเปิดอยู่ และเส้นทึบคือความน่าจะเป็นที่กระสุนจะโดนเครื่องตรวจจับ เครื่องตรวจจับที่มีช่องเปิดทั้งสองช่องซึ่งเราแสดงว่าเป็น P 12 . โดยการเปรียบเทียบค่าของ P 1, P 2 และ P 12 เราสามารถสรุปได้ว่าความน่าจะเป็นเพียงบวกกัน

พี 1 + พี 2 = พี 12.

ดังนั้นสำหรับกระสุน ผลกระทบของช่องที่เปิดพร้อมกันสองช่องคือผลรวมของเอฟเฟกต์ของแต่ละช่องแยกจากกัน

ลองจินตนาการถึงการทดลองเดียวกันกับอิเล็กตรอนซึ่งมีแผนภาพดังแสดงในรูปที่ 1 2.

ลองใช้ปืนอิเล็กตรอน แบบเดียวกับที่เคยปรากฏอยู่ในทีวีทุกเครื่อง แล้ววางหน้าจอที่มีรอยกรีดสองช่อง ซึ่งทึบแสงถึงอิเล็กตรอนไว้ด้านหน้า อิเล็กตรอนที่ผ่านรอยกรีดสามารถบันทึกได้โดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การใช้ตะแกรงส่องประกาย การกระทบของอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดแสงวาบ ฟิล์มถ่ายภาพ หรือใช้เครื่องนับประเภทต่างๆ เช่น เครื่องนับไกเกอร์

ผลการคำนวณในกรณีที่ปิดช่องใดช่องหนึ่งนั้นค่อนข้างคาดเดาได้และคล้ายกันมากกับผลลัพธ์ของการยิงปืนกล (เส้นจุดและขีดกลางในรูป) แต่ในกรณีที่ช่องทั้งสองเปิดอยู่ เราจะได้เส้นโค้ง P 12 ที่คาดไม่ถึงโดยแสดงเป็นเส้นทึบ มันไม่ตรงกับผลรวมของ P 1 และ P 2 อย่างชัดเจน! เส้นโค้งผลลัพธ์เรียกว่ารูปแบบการรบกวนจากสองช่อง

ลองคิดดูว่าเกิดอะไรขึ้นที่นี่ หากเราดำเนินการต่อจากสมมติฐานที่ว่าอิเล็กตรอนผ่านช่องที่ 1 หรือช่องที่ 2 ในกรณีของช่องเปิดสองช่อง เราควรได้รับผลรวมของการมีส่วนร่วมจากช่องหนึ่งและอีกช่องหนึ่ง ดังเช่นในกรณีของการทดลองปืนกล . ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์อิสระรวมกัน ในกรณีนี้เราจะได้ P 1 + P 2 = P 12 เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิด เราสังเกตว่ากราฟสะท้อนถึงความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนจะชนจุดใดจุดหนึ่งบนเครื่องตรวจจับ หากเราเพิกเฉยต่อข้อผิดพลาดทางสถิติ แผนภาพเหล่านี้จะไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคที่ตรวจพบทั้งหมด

บางทีเราอาจไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบที่มีนัยสำคัญและการทับซ้อนของสถานะ (นั่นคือการส่งอิเล็กตรอนผ่านสองช่องพร้อมกัน) ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับมันเลยเหรอ? บางทีเราอาจมีการไหลเวียนของอิเล็กตรอนที่ทรงพลังมากและอิเล็กตรอนต่าง ๆ ที่ผ่านช่องต่าง ๆ กันอาจบิดเบือนการเคลื่อนไหวของกันและกัน เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้จำเป็นต้องปรับปรุงปืนอิเล็กตรอนให้ทันสมัยเพื่อให้อิเล็กตรอนบินออกมาจากปืนได้ค่อนข้างน้อย สมมติว่าไม่เกินหนึ่งครั้งทุกครึ่งชั่วโมง ในช่วงเวลานี้ อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะบินเป็นระยะทางทั้งหมดจากปืนไปยังเครื่องตรวจจับอย่างแน่นอน และจะถูกลงทะเบียน ดังนั้นจะไม่มีอิทธิพลซึ่งกันและกันของอิเล็กตรอนที่บินต่อกัน!

พูดไม่ทันทำเลย เราอัพเกรดปืนอิเล็กตรอนและใช้เวลาหกเดือนในการติดตั้ง ดำเนินการทดลองและรวบรวมสถิติที่จำเป็น ผลลัพธ์คืออะไร? เขาไม่เปลี่ยนไปเลยสักนิด

แต่บางทีอิเล็กตรอนอาจจะเดินจากรูหนึ่งไปอีกรูหนึ่งแล้วไปถึงเครื่องตรวจจับเท่านั้น? คำอธิบายนี้ไม่เหมาะเช่นกัน: บนเส้นโค้ง ป 12 เมื่อช่องเปิดสองช่อง จะมีจุดที่อิเล็กตรอนตกลงมาน้อยกว่าช่องเปิดช่องใดช่องหนึ่งอย่างมีนัยสำคัญ ในทางกลับกัน มีจุดที่ความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนจะชนกันมากกว่าความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนจะผ่านแต่ละช่องแยกกันมากกว่าสองเท่า

ดังนั้นข้อความที่ว่าอิเล็กตรอนผ่านสลิต 1 หรือสลิต 2 จึงไม่ถูกต้อง พวกมันผ่านช่องทั้งสองพร้อมกัน และอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ง่ายๆ ที่อธิบายกระบวนการดังกล่าวก็ให้ความเห็นพ้องต้องกันอย่างแน่นอนกับการทดลอง โดยแสดงเป็นเส้นทึบบนกราฟ

หากเราแก้ไขปัญหานี้อย่างเคร่งครัดมากขึ้น คำกล่าวที่ว่าอิเล็กตรอนผ่านช่องสลิตสองช่องพร้อมกันนั้นไม่ถูกต้อง แนวคิดของ "อิเล็กตรอน" สามารถสัมพันธ์กับวัตถุเฉพาะที่เท่านั้น (ผสม สถานะ "ประจักษ์") แต่ที่นี่ เรากำลังเผชิญกับการซ้อนทับควอนตัมของส่วนประกอบต่างๆ ของฟังก์ชันคลื่น

กระสุนและอิเล็กตรอนแตกต่างกันอย่างไร? จากมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัม - ไม่มีอะไรเลย ตามการคำนวณที่แสดง รูปแบบการรบกวนจากการกระเจิงของกระสุนมีลักษณะเฉพาะคือค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดที่แคบ ซึ่งไม่มีเครื่องตรวจจับใดสามารถบันทึกได้ ระยะห่างระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุดเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าขนาดของกระสุนอย่างล้นหลาม ดังนั้นตัวตรวจจับจะให้ภาพโดยเฉลี่ย ซึ่งแสดงโดยเส้นโค้งทึบในรูป 1.

ตอนนี้เรามาทำการเปลี่ยนแปลงในการทดลองเพื่อที่เราจะได้ "ตาม" อิเล็กตรอนได้ ซึ่งก็คือ ค้นหาว่ามันผ่านช่องไหน ลองวางเครื่องตรวจจับไว้ใกล้กับช่องใดช่องหนึ่งที่บันทึกการผ่านของอิเล็กตรอนผ่านมัน (รูปที่ 3)

ในกรณีนี้ หากเครื่องตรวจจับการขนส่งบันทึกการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านช่องสลิท 2 เราจะรู้ว่าอิเล็กตรอนผ่านช่องนี้ และหากเครื่องตรวจจับการขนส่งไม่ให้สัญญาณ แต่เครื่องตรวจจับหลักให้สัญญาณ จากนั้น เห็นได้ชัดว่าอิเล็กตรอนทะลุช่อง 1 เราทำได้ นอกจากนี้เรายังสามารถติดตั้งเครื่องตรวจจับการขนส่งสองตัวในแต่ละช่องได้ แต่จะไม่ส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์ของการทดลองของเราแต่อย่างใด แน่นอนว่าเครื่องตรวจจับใด ๆ ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งจะบิดเบือนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน แต่เราจะถือว่าอิทธิพลนี้ไม่สำคัญมาก สำหรับเรา การบันทึกว่าอิเล็กตรอนผ่านช่องไหนมีความสำคัญมากกว่ามาก!

คุณคิดว่าเราจะได้เห็นภาพอะไร? ผลลัพธ์ของการทดลองแสดงไว้ในรูปที่ 1 3 ในเชิงคุณภาพไม่แตกต่างจากประสบการณ์การยิงปืนกล ดังนั้นเราจึงพบว่าเมื่อเราดูอิเล็กตรอนและแก้ไขสถานะของมัน มันจะผ่านรูใดรูหนึ่งไป ไม่มีการซ้อนทับของรัฐเหล่านี้! และเมื่อเราไม่ได้ดูมัน อิเล็กตรอนจะทะลุสองช่องในเวลาเดียวกัน และการกระจายตัวของอนุภาคบนหน้าจอจะแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการที่เราดูพวกมัน! ปรากฎว่าการสังเกตนั้น "ฉีก" วัตถุออกจากชุดของสถานะควอนตัมที่ไม่แน่นอนและถ่ายโอนไปยังสถานะคลาสสิกที่ประจักษ์และสังเกตได้

บางทีทั้งหมดนี้อาจไม่เป็นความจริง และประเด็นก็คือเพียงว่าเครื่องตรวจจับแบบบินต่อเที่ยวบินบิดเบือนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนมากเกินไปใช่ไหม หลังจากทำการทดลองเพิ่มเติมกับเครื่องตรวจจับที่แตกต่างกันซึ่งบิดเบือนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในรูปแบบต่างๆ เราสรุปได้ว่าบทบาทของผลกระทบนี้ไม่มีนัยสำคัญมากนัก ข้อเท็จจริงในการแก้ไขสถานะของวัตถุเท่านั้นที่สำคัญ!

ดังนั้น แม้ว่าการวัดที่ทำบนระบบคลาสสิกอาจไม่มีผลกระทบต่อสถานะของระบบ แต่นี่ไม่ใช่กรณีของระบบควอนตัม การวัดจะทำลายสถานะควอนตัมล้วนๆ โดยเปลี่ยนการซ้อนทับให้เป็นส่วนผสม

มาสรุปผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์กันดีกว่า ในทฤษฎีควอนตัม เวกเตอร์สถานะมักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ | - หากชุดข้อมูลบางชุดที่กำหนดระบบแสดงด้วยตัวอักษร x เวกเตอร์สถานะจะมีรูปแบบ |x>

ในการทดลองที่อธิบายไว้ เมื่อช่องเปิดแรกเปิด เวกเตอร์สถานะจะแสดงเป็น |1> โดยช่องเปิดที่สองเปิดเป็น |2> โดยมีช่องเปิดสองช่อง เวกเตอร์สถานะจะมีสององค์ประกอบ

|x> = ก|1> + ข|2>, (1)

โดยที่ a และ b เป็นจำนวนเชิงซ้อนที่เรียกว่าแอมพลิจูดของความน่าจะเป็น เป็นไปตามเงื่อนไขการทำให้เป็นมาตรฐาน |a| 2 + |ข| 2 = 1

หากมีการติดตั้งเครื่องตรวจจับการผ่าน ระบบควอนตัมจะหยุดปิด เนื่องจากระบบภายนอก - อุปกรณ์ตรวจจับ - โต้ตอบกับระบบ การเปลี่ยนแปลงของการซ้อนทับเป็นส่วนผสมเกิดขึ้น และตอนนี้ความน่าจะเป็นของอิเล็กตรอนที่ผ่านแต่ละช่องถูกกำหนดโดยสูตร P 1 = |a| 2 , พี 2 = |ข| 2, P 1 + P 2 = 1 ไม่มีการรบกวน เรากำลังเผชิญกับสถานะผสม

หากเหตุการณ์สามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธีซึ่งไม่เกิดร่วมกันจากมุมมองแบบคลาสสิก แอมพลิจูดของความน่าจะเป็นของเหตุการณ์คือผลรวมของแอมพลิจูดของความน่าจะเป็นของแต่ละช่องสัญญาณ และความน่าจะเป็นของเหตุการณ์จะถูกกำหนดโดยสูตร P = |(ก|1> + ข|2>)| 2. การรบกวนเกิดขึ้น นั่นคือ อิทธิพลซึ่งกันและกันต่อความน่าจะเป็นผลลัพธ์ของทั้งสององค์ประกอบของเวกเตอร์สถานะ ในกรณีนี้พวกเขาบอกว่าเรากำลังเผชิญกับการทับซ้อนของรัฐ

โปรดทราบว่าการซ้อนทับไม่ใช่ส่วนผสมของสถานะคลาสสิกสองสถานะ (สถานะเล็กน้อยของสถานะหนึ่ง และสถานะอื่นเล็กน้อย) แต่เป็นสถานะที่ไม่ใช่สถานะท้องถิ่นซึ่งไม่มีอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบเฉพาะของความเป็นจริงคลาสสิก เฉพาะในช่วง ความไม่สอดคล้องกันเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม (ในกรณีของเราคือหน้าจอ) อิเล็กตรอนจะปรากฏในรูปแบบของวัตถุคลาสสิกในท้องถิ่น

Decoherence เป็นกระบวนการเปลี่ยนการซ้อนทับเป็นส่วนผสม จากสถานะควอนตัมที่ไม่ได้แปลเป็นภาษาท้องถิ่นไปเป็นสถานะที่สังเกตได้

ตอนนี้ - ทัศนศึกษาสั้น ๆ ในประวัติศาสตร์ของการทดลองดังกล่าว การรบกวนของแสงที่ช่องสองช่องถูกสังเกตครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โทมัส ยัง เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 จากนั้นในปี พ.ศ. 2469-2470 K. D. Davisson และ L. H. Germer ในการทดลองโดยใช้ผลึกเดี่ยวนิกเกิล ค้นพบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน - ปรากฏการณ์ที่เมื่ออิเล็กตรอนผ่าน "รอยแยก" จำนวนมากที่เกิดจากระนาบของคริสตัล จะสังเกตเห็นจุดสูงสุดเป็นระยะใน ความรุนแรงของพวกเขา ลักษณะของพีคเหล่านี้คล้ายคลึงกับธรรมชาติของพีคในการทดลองแบบสลิตคู่โดยสิ้นเชิง และการจัดเรียงเชิงพื้นที่และความเข้มทำให้ได้ข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับโครงสร้างของคริสตัล นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ รวมทั้ง ดี. พี. ทอมสัน ผู้ซึ่งค้นพบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนอย่างอิสระเช่นกัน ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1937

จากนั้นการทดลองที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นซ้ำหลายครั้ง รวมถึงการทดลองที่อิเล็กตรอนบิน “ทีละตัว” เช่นเดียวกับนิวตรอนและอะตอม และในทุกการทดลองรูปแบบการแทรกแซงที่ทำนายโดยกลศาสตร์ควอนตัมก็ถูกสังเกต ต่อจากนั้น ได้ทำการทดลองกับอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า หนึ่งในการทดลองเหล่านี้ (กับโมเลกุล tetraphenylporphyrin) ดำเนินการในปี 2546 โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเวียนนาซึ่งนำโดย Anton Zeilinger การทดลองแบบสลิตคู่แบบคลาสสิกนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการมีอยู่ของรูปแบบการรบกวนจากการส่งผ่านของโมเลกุลขนาดใหญ่มากไปพร้อมๆ กันตามมาตรฐานควอนตัมผ่านสองสลิต

Hackermueller L., Uttenthaler S., Hornberger K., Reiger E., Brezger B., Zeilinger A. และ Arndt M.ลักษณะคลื่นของชีวโมเลกุลและฟลูออโรฟูลเลอรีน ฟิสิกส์ สาธุคุณ เล็ตต์ 91, 090408 (2003)

การทดลองที่น่าประทับใจที่สุดในปัจจุบันนี้ดำเนินการโดยนักวิจัยกลุ่มเดียวกัน ในการศึกษานี้ ลำแสงของฟูลเลอรีน (โมเลกุล C 70 ที่มีอะตอมของคาร์บอน 70 อะตอม) กระจัดกระจายอยู่บนตะแกรงเลี้ยวเบนซึ่งประกอบด้วยช่องแคบๆ จำนวนมาก ในเวลาเดียวกันเป็นไปได้ที่จะควบคุมการให้ความร้อนของโมเลกุล C 70 ที่บินอยู่ในลำแสงโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนอุณหภูมิภายในได้ (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือพลังงานการสั่นสะเทือนเฉลี่ยของอะตอมคาร์บอนภายในโมเลกุลเหล่านี้ ).

Hackermueller L., Hornberger K., Brezger B., Zeilinger A. และ Arndt M.การแบ่งแยกคลื่นสสารโดยการแผ่รังสีความร้อน // ธรรมชาติ 427, 711 (2004)

ตอนนี้โปรดจำไว้ว่าวัตถุที่ได้รับความร้อนใด ๆ รวมถึงโมเลกุลฟูลเลอรีนจะปล่อยโฟตอนความร้อนออกมา ซึ่งเป็นสเปกตรัมที่สะท้อนพลังงานเฉลี่ยของการเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะที่เป็นไปได้ของระบบ โดยหลักการแล้ว จากโฟตอนหลายๆ ตัวดังกล่าว เป็นไปได้ที่จะกำหนดวิถีโคจรของโมเลกุลที่ปล่อยออกมา โดยมีความแม่นยำจนถึงความยาวคลื่นของควอนตัมที่ปล่อยออกมา โปรดทราบว่ายิ่งอุณหภูมิสูงและความยาวคลื่นของควอนตัมยิ่งสั้นลง เราก็จะสามารถระบุตำแหน่งของโมเลกุลในอวกาศได้แม่นยำมากขึ้นเท่านั้น และที่อุณหภูมิวิกฤตระดับหนึ่ง ความแม่นยำก็จะเพียงพอที่จะกำหนดว่าช่องเจาะเฉพาะช่องใด เกิดการกระจัดกระจาย

ดังนั้น หากมีคนล้อมรอบสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง Zeilinger ด้วยเครื่องตรวจจับโฟตอนที่สมบูรณ์แบบ ตามหลักการแล้ว เขาก็สามารถระบุได้ว่าช่องตะแกรงการเลี้ยวเบนช่องใดที่ฟูลเลอรีนกระจัดกระจายอยู่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การปล่อยควอนตัมแสงโดยโมเลกุลจะทำให้ผู้ทดลองมีข้อมูลสำหรับการแยกส่วนประกอบของการทับซ้อนที่เครื่องตรวจจับการบินผ่านมอบให้เรา อย่างไรก็ตาม ไม่มีเครื่องตรวจจับรอบๆ การติดตั้ง ตามที่ทฤษฎีดีโคฮีเรนซ์ทำนายไว้ สภาพแวดล้อมของพวกมันก็มีบทบาทสำคัญ

ทฤษฎีการแยกส่วนจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทที่ 6

ในการทดลองพบว่าหากไม่มีการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ จะสังเกตเห็นรูปแบบการรบกวนที่คล้ายคลึงกับรูปแบบจากสองสลิตในการทดลองกับอิเล็กตรอนโดยสิ้นเชิง การเปิดการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ในขั้นแรกจะทำให้คอนทราสต์ของการรบกวนลดลง และจากนั้นเมื่อพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น เอฟเฟกต์การรบกวนจะหายไปโดยสิ้นเชิง พบว่าที่อุณหภูมิ ต < 1000K молекулы ведут себя как квантовые частицы, а при ต> 3000K เมื่อวิถีโคจรของฟูลเลอรีนถูก "กำหนด" โดยสภาพแวดล้อมด้วยความแม่นยำที่ต้องการ - เช่นเดียวกับตัวเครื่องแบบคลาสสิก

ดังนั้นสภาพแวดล้อมจึงสามารถเล่นบทบาทของเครื่องตรวจจับที่สามารถแยกส่วนประกอบของการซ้อนทับได้ ในนั้นเมื่อมีการโต้ตอบกับโฟตอนความร้อนในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งจะมีการบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับวิถีและสถานะของโมเลกุลฟูลเลอรีน ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ! การแลกเปลี่ยนข้อมูลจะเกิดขึ้นผ่านเครื่องตรวจจับที่ติดตั้งเป็นพิเศษ สภาพแวดล้อม หรือบุคคล ไม่สำคัญเลย สำหรับการทำลายการเชื่อมโยงกันของรัฐและการหายไปของรูปแบบการแทรกแซง เฉพาะการมีอยู่ของข้อมูลขั้นพื้นฐานเท่านั้นที่สำคัญ ซึ่งอนุภาคผ่านช่องใดไปและผู้ที่ได้รับข้อมูลนั้นไม่สำคัญ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การตรึงหรือ "การสำแดง" ของสถานะการซ้อนทับนั้นเกิดจากการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างระบบย่อย (ในกรณีนี้คืออนุภาคฟูลเลอรีน) และสิ่งแวดล้อม

ความเป็นไปได้ในการควบคุมการให้ความร้อนของโมเลกุลทำให้การทดลองนี้เป็นไปได้เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงจากควอนตัมไปสู่ระบอบคลาสสิกในทุกขั้นตอนระดับกลาง ปรากฎว่าการคำนวณที่ดำเนินการภายในกรอบของทฤษฎีการแยกส่วน (ที่กล่าวถึงด้านล่าง) นั้นสอดคล้องกับข้อมูลการทดลองอย่างสมบูรณ์

กล่าวอีกนัยหนึ่ง การทดลองยืนยันข้อสรุปของทฤษฎีการแยกส่วนว่าพื้นฐานของความเป็นจริงที่สังเกตได้คือความเป็นจริงควอนตัมที่ไม่ได้แปลเป็นภาษาท้องถิ่นและ "มองไม่เห็น" ซึ่งจะกลายเป็นภาษาท้องถิ่นและ "มองเห็นได้" ในระหว่างการแลกเปลี่ยนข้อมูลที่เกิดขึ้น ในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์และการตรึงรัฐที่มาพร้อมกับกระบวนการนี้

ในรูป รูปที่ 4 แสดงแผนภาพการติดตั้ง Zeilinger โดยไม่มีความคิดเห็นใดๆ แค่ชื่นชมเธอ

ความคิดใหม่ของราชา [เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ การคิด และกฎแห่งฟิสิกส์] โรเจอร์ เพนโรส

การทดลองสลิตคู่

การทดลองสลิตคู่

พิจารณาการทดลองเชิงกลควอนตัม "แบบฉบับ" โดยที่ลำแสงอิเล็กตรอน แสง หรือ "อนุภาคคลื่น" อื่นๆ พุ่งผ่านช่องแคบๆ สองช่องบนหน้าจอที่อยู่ด้านหลัง (รูปที่ 6.3)

ข้าว. 6.ซ.ทดลองโดยใช้ช่องสองช่องและแสงสีเดียว (หมายเหตุในภาพ: ส (ภาษาอังกฤษ) แหล่งที่มา) - แหล่งที่มา, ที (ภาษาอังกฤษ) สูงสุด) - บน [กรีด], ข (ภาษาอังกฤษ) ด้านล่าง) - ลด [ช่องว่าง] - บันทึก แก้ไข.)

เรามาเลือกกันเพื่อความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น แสงสว่างและเราตกลงที่จะเรียกควอนตัมของแสงว่า "โฟตอน" ตามคำศัพท์ที่เป็นที่ยอมรับ การปรากฏของแสงเป็นกระแสที่ชัดเจนที่สุด อนุภาค(โฟตอน) จะถูกสังเกตบนหน้าจอ แสงมาถึงหน้าจอในรูปแบบของพลังงานส่วนที่แยกจากกัน ซึ่งสัมพันธ์กับความถี่ของแสงเสมอตามสูตรของพลังค์: อี = hv - พลังงานไม่เคยถูกถ่ายโอนเป็น "ครึ่งหนึ่ง" (หรือเศษส่วนอื่น) ของโฟตอน การตรวจจับโฟตอนเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นทั้งหมดหรือไม่มีเลย มีการสังเกตโฟตอนจำนวนเต็มเท่านั้น

แต่เมื่อโฟตอนผ่านช่องสองช่อง พวกมันจะตรวจจับได้ คลื่น พฤติกรรม. สมมติว่าในตอนแรกมีเพียงช่องเดียวที่เปิดอยู่ (และช่องที่สองปิดอย่างแน่นหนา) เมื่อผ่านช่องนี้ไปแล้ว ลำแสงจะ “กระจัดกระจาย” (ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การเลี้ยวเบนและเป็นลักษณะของการแพร่กระจายคลื่น) ในตอนนี้ เรายังสามารถยึดถือมุมมองของกล้ามเนื้อและสันนิษฐานว่าการขยายตัวของลำแสงนั้นเกิดจากอิทธิพลของขอบของรอยกรีด ทำให้โฟตอนเบี่ยงเบนไปในปริมาณสุ่มในทั้งสองทิศทาง เมื่อแสงที่ผ่านร่องมีความเข้มเพียงพอ (จำนวนโฟตอนมีมาก) การส่องสว่างของหน้าจอจะสม่ำเสมอ แต่ถ้าความเข้มของแสงลดลง เราก็สามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าการส่องสว่างของหน้าจอจะแยกออกเป็นจุดต่างๆ ตามทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกาย จุดสว่างอยู่ที่บริเวณที่โฟตอนแต่ละตัวเข้าถึงหน้าจอ การกระจายแสงที่ดูเหมือนสม่ำเสมอเป็นผลทางสถิติเนื่องจากมีโฟตอนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้ (รูปที่ 6.4)

ข้าว. 6.4.รูปภาพของการกระจายความเข้มบนหน้าจอเมื่อมีการเปิดเพียงช่องเดียว: สังเกตการกระจายของจุดเล็กๆ ที่แยกจากกัน

(สำหรับการเปรียบเทียบ หลอดไฟขนาด 60 วัตต์ปล่อยแสงประมาณ 100,000,000,000,000,000,000 โฟตอนต่อวินาที!) โฟตอนจะเบี่ยงเบนแบบสุ่มเมื่อผ่านช่องดังกล่าว นอกจากนี้ การเบี่ยงเบนในมุมที่ต่างกันมีความน่าจะเป็นที่แตกต่างกัน ซึ่งทำให้เกิดการกระจายแสงที่สังเกตได้บนหน้าจอ

แต่ปัญหาหลักสำหรับภาพลำตัวเกิดขึ้นเมื่อเราเปิดกรีดที่สอง! สมมติว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากหลอดโซเดียมสีเหลือง หมายความว่าหลอดไฟมีสีบริสุทธิ์ไม่มีสิ่งเจือปน หรือถ้าใช้ศัพท์ฟิสิกส์ แสง สีเดียวกล่าวคือ มีความถี่เฉพาะความถี่เดียว หรือในภาษาของภาพของเซลล์โฟตอนทั้งหมดมีพลังงานเท่ากัน ความยาวคลื่นในกรณีนี้คือประมาณ 5 x 10 -7 ม. สมมติว่ารอยกรีดมีความกว้างประมาณ 0.001 มม. และมีระยะห่างจากกันที่ระยะห่างประมาณ 0.15 มม. และตะแกรงจะอยู่ที่ระยะห่างประมาณ 1 ม. เมื่อมีความเข้มแสงสูงเพียงพอ การกระจายแสงจึงยังคงดูสม่ำเสมอ แต่ตอนนี้กลับมีลักษณะที่คล้ายคลึงกัน คลื่น, เรียกว่า รูปแบบการรบกวน - สังเกตเห็นแถบบนหน้าจอห่างจากศูนย์กลางประมาณ 3 มม. (รูปที่ 6.5)

ข้าว. 6.5.รูปแบบของการกระจายความเข้มเมื่อกรีดทั้งสองเปิด: สังเกตการกระจายของจุดที่แยกจากกันคล้ายคลื่น

เมื่อเปิดช่องที่สอง เราหวังว่าจะเห็นความสว่างของหน้าจอเป็นสองเท่า (และนี่จะเป็นจริงหากเราพิจารณา เต็มไฟส่องสว่างหน้าจอ) แต่ปรากฎว่าตอนนี้มีรายละเอียดแล้ว จิตรกรรมการส่องสว่างแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากที่เกิดขึ้นกับช่องเปิดช่องเดียว ณ จุดต่างๆ ของหน้าจอที่มีแสงสว่างสูงสุด ความเข้มของแสงจะไม่อยู่ สองและใน สี่มากกว่าเมื่อก่อนถึงเท่าตัว ณ จุดอื่นๆ ที่แสงสว่างน้อย ความเข้มจะลดลงเหลือศูนย์ คะแนนที่มีความเข้มข้นเป็นศูนย์อาจก่อให้เกิดความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดต่อมุมมองของร่างกาย นี่คือจุดที่โฟตอนสามารถเข้าถึงได้อย่างปลอดภัยหากเปิดเพียงช่องเดียว ตอนนี้เมื่อเราเปิดรอยแตกที่สอง มันก็กลายเป็นอะไรบางอย่างโดยไม่คาดคิด แทรกแซงโฟตอนเพื่อไปยังจุดที่มันเคยมีมาก่อน มันเกิดขึ้นได้อย่างไรโดยการให้โฟตอน ทางเลือกเส้นทางจริงๆ แล้วเรา ป้องกันมันผ่านไปตามเส้นทางใด?

หากเราใช้ความยาวคลื่นเป็น "ขนาด" ของโฟตอน ดังนั้นในระดับโฟตอน ช่องที่สองจะอยู่ห่างจากช่องแรกที่ระยะห่างประมาณ 300 "ขนาดโฟตอน" (และความกว้างของแต่ละช่องจะมีความยาวคลื่นโฟตอนประมาณสองช่วง) (รูปที่ 6.6)

ข้าว. 6.6.กรีด “จากมุมมอง” ของโฟตอน! โฟตอนจะมีความสำคัญหรือไม่ว่าช่องที่สองซึ่งอยู่ห่างจาก “ขนาดโฟตอน” ประมาณ 300 “ขนาด” จะเปิดหรือปิด

โฟตอนที่ผ่านช่องหนึ่งจะ "รู้" ได้อย่างไรว่าอีกช่องหนึ่งเปิดหรือปิด ตามหลักการแล้ว ไม่มีการจำกัดระยะห่างที่สามารถเว้นระยะห่างระหว่างกรีดเพื่อให้เกิดปรากฏการณ์ "การดับหรือการขยาย"

ดูเหมือนว่าเมื่อแสงลอดผ่านหนึ่งหรือสองช่อง มันก็จะมีพฤติกรรมเช่นนี้ คลื่น และไม่เป็นเม็ดเลือด (อนุภาค)! การปราบปรามดังกล่าว - การรบกวนแบบทำลายล้าง - คุณสมบัติที่รู้จักกันดีของคลื่นธรรมดา หากแต่ละเส้นทางสามารถเดินทางแยกกันด้วยคลื่นได้ แล้วจะเปิดใช้ได้เมื่อใด ทั้งคู่ เส้นทางก็อาจกลายเป็นว่าเลิกกันไปแล้ว ในรูป รูปที่ 6.7 แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร

ข้าว. 6.7.ภาพคลื่นบริสุทธิ์ช่วยให้เราสามารถกำหนดแนวคิดเกี่ยวกับการกระจายของแถบแสงและแถบสีเข้มบนหน้าจอ (แต่ไม่แยกกัน) ในแง่ของการรบกวนของคลื่น

เมื่อส่วนหนึ่งของคลื่นที่ผ่านช่องหนึ่งมาบรรจบกับส่วนหนึ่งของคลื่นที่ผ่านอีกช่องหนึ่ง พวกมันจะเสริมกำลังซึ่งกันและกันหากพวกมัน "อยู่ในเฟส" (เช่น ถ้ายอดสองยอดหรือสองรางมาบรรจบกัน) หรือยกเลิกซึ่งกันและกันหาก "อยู่นอกเฟส" (เช่น ยอดของส่วนหนึ่งบรรจบกับรางของอีกส่วนหนึ่ง) ในการทดลองแบบสลิตคู่ จุดสว่างบนหน้าจอจะปรากฏขึ้นโดยที่ระยะห่างของสลิตนั้นต่างกัน ทั้งหมด จำนวนความยาวคลื่นเพื่อให้ยอดมาบรรจบกับยอด และรางน้ำ - รางน้ำและสถานที่มืดปรากฏขึ้นโดยที่ความแตกต่างของระยะทางเหล่านี้เท่ากับจำนวนความยาวคลื่นครึ่งจำนวนเต็มเพื่อให้ยอดมาบรรจบกับรางน้ำ และ รางน้ำ - มียอด

ไม่มีอะไรลึกลับในพฤติกรรมของคลื่นคลาสสิกขนาดมหึมาธรรมดาที่ผ่านไปพร้อมกันผ่านสองช่อง ในที่สุดคลื่นก็เป็นเพียง "การก่อกวน" ของตัวกลาง (สนาม) ที่ต่อเนื่องกันหรือสารบางชนิดที่ประกอบด้วยอนุภาคจุดเล็ก ๆ มากมาย สัญญาณรบกวนบางส่วนสามารถผ่านช่องหนึ่งและบางส่วนผ่านอีกช่องหนึ่งได้ แต่ในภาพเกี่ยวกับร่างกาย สถานการณ์แตกต่างออกไป โฟตอนแต่ละตัวมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น! ในแง่หนึ่ง ทุกอนุภาคจะผ่านไป ผ่านช่องทั้งสองพร้อมกัน และรบกวน กับฉัน - สำหรับ หากคุณลดความเข้มของแสงทั้งหมดลงอย่างมาก คุณสามารถรับประกันได้ว่าจะมีโฟตอนไม่เกิน 1 โฟตอนที่อยู่ใกล้รอยกรีดในแต่ละครั้ง ปรากฏการณ์ของการรบกวนแบบทำลายล้าง โดยที่ทางเลือกสองทางทางใดทางหนึ่ง "จัดการ" เพื่อกีดกันซึ่งกันและกันจากการถูกตระหนักรู้ เป็นสิ่งที่ใช้กับ ตามลำพัง โฟตอน หากโฟตอนมีเพียงเส้นทางเดียวจากสองเส้นทาง โฟตอนก็สามารถเดินทางไปตามเส้นทางนั้นได้ หากเส้นทางอื่นเปิดอยู่ โฟตอนก็จะสามารถใช้เส้นทางที่สองแทนเส้นทางแรกได้ แต่หากด้านหน้าโฟตอนเปิดอยู่ ทั้งคู่ เส้นทาง ดังนั้นความเป็นไปได้ทั้งสองนี้ก็แยกออกจากกันอย่างน่าอัศจรรย์ และปรากฎว่าโฟตอนไม่สามารถใช้เส้นทางใดเส้นทางหนึ่งได้!

ฉันขอแนะนำให้ผู้อ่านหยุดและคิดถึงความหมายของข้อเท็จจริงที่ผิดปกตินี้ ประเด็นไม่ใช่ว่าแสงจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นในบางกรณีและเหมือนอนุภาคในบางกรณี แต่ละอนุภาคแยกกันตัวมันเองมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น และ ความเป็นไปได้ทางเลือกต่างๆ ที่เปิดไปสู่อนุภาคบางครั้งสามารถทำลายกันและกันได้อย่างสมบูรณ์!

โฟตอนแบ่งออกเป็นสองส่วนจริง ๆ แล้วบางส่วนผ่านช่องหนึ่งและอีกส่วนหนึ่งผ่านอีกช่องหนึ่งหรือไม่? นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่จะคัดค้านการกำหนดคำถามนี้ ในความเห็นของพวกเขา ทั้งสองเส้นทางที่เปิดสู่อนุภาคควรมีส่วนทำให้เกิดผลลัพธ์สุดท้าย เพิ่มเติมรูปแบบการเคลื่อนที่ และไม่ควรคิดว่าอนุภาคจะต้องแบ่งออกเป็นสองส่วนจึงจะทะลุผ่านช่องดังกล่าวได้ เพื่อยืนยันมุมมองที่ว่าอนุภาคไม่ผ่านบางส่วนผ่านช่องหนึ่งและอีกบางส่วนผ่านอีกช่องหนึ่ง เราสามารถพิจารณาสถานการณ์ที่ปรับเปลี่ยนซึ่ง เครื่องตรวจจับอนุภาค- ในกรณีนี้ โฟตอน (หรืออนุภาคอื่นใด) จะปรากฏเป็นจำนวนรวมเดียวเสมอ และไม่ใช่เป็นเศษส่วนบางส่วนของทั้งหมด เพราะท้ายที่สุดแล้ว อุปกรณ์ตรวจวัดของเราจะบันทึกโฟตอนทั้งหมดหรือโฟตอนหายไปโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม หากอุปกรณ์ตรวจจับตั้งอยู่ใกล้กับรอยกรีดอันใดอันหนึ่งที่ผู้สังเกตการณ์สามารถทำได้ แยกแยะซึ่งโฟตอนที่ผ่านไปจากนั้นรูปแบบการรบกวนบนหน้าจอจะหายไป เพื่อให้เกิดการรบกวน ดูเหมือนว่าจะ "ขาดความรู้" ว่าช่องใดที่อนุภาค "จริงๆ" ผ่านเข้าไป

เพื่อรับการรบกวน ทั้งคู่ ทางเลือกต้องมีส่วนช่วย บางทีก็ "บวก" เสริมกันสองเท่าเท่าที่คาด และบางทีก็ "ลบ" อย่างลึกลับ ชำระคืนกันและกัน. ในความเป็นจริง ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม มีบางสิ่งที่ลึกลับยิ่งกว่านั้นกำลังเกิดขึ้นจริง! แน่นอนว่าทางเลือกอื่นสามารถรวมกันได้ (จุดที่สว่างที่สุดบนหน้าจอ) ทางเลือกอื่นสามารถลบ (จุดมืด) ได้ แต่ก็สามารถสร้างชุดค่าผสมที่แปลกประหลาดเช่น:

ทางเลือก ก + ฉัน ทางเลือก x ใน ,

ที่ไหน ฉัน - “รากที่สองของลบหนึ่ง” ( ฉัน = ? -1 ) ซึ่งเราได้พบกันแล้วในบทที่ 3 (ที่จุดบนหน้าจอที่มีความเข้มแสงปานกลาง) ในสาระสำคัญ ซับซ้อนใด ๆตัวเลขสามารถมีบทบาทเป็นสัมประสิทธิ์ใน "การรวมกันของทางเลือก" ได้!

ผู้อ่านอาจจำคำเตือนของฉันในบทที่ 3 ได้ว่าจำนวนเชิงซ้อนมี “บทบาทพื้นฐานอย่างยิ่งในโครงสร้างของกลศาสตร์ควอนตัม” จำนวนเชิงซ้อนไม่ได้เป็นเพียงความอยากรู้ทางคณิตศาสตร์เท่านั้น นักฟิสิกส์ถูกบังคับให้ให้ความสนใจพวกเขาด้วยการโน้มน้าวใจและข้อเท็จจริงจากการทดลองที่ไม่คาดคิด เพื่อทำความเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัม เราต้องคุ้นเคยกับภาษาของสัมประสิทธิ์การถ่วงน้ำหนักที่มีค่าเชิงซ้อนมากขึ้น เรามาดูกันว่าสิ่งนี้นำไปสู่ผลที่ตามมาอย่างไร

จากหนังสือทุน โดยมาร์กซ์ คาร์ล

III. การแลกเปลี่ยนระหว่างสองฝ่าย: I (v+ t)ON II c เราเริ่มต้นด้วยการแลกเปลี่ยนครั้งสำคัญระหว่างสองฝ่าย (1,000v +1,000m.) I - ค่าเหล่านี้ซึ่งอยู่ในมือของผู้ผลิตมีอยู่ในรูปแบบวิธีการผลิตตามธรรมชาติ จะถูกแลกเปลี่ยนเป็น 2,000 IIc สำหรับค่า

จากหนังสือ ไม่มีอะไรธรรมดา โดย มิลล์แมน แดน

ทางเลือกระหว่างสองโลก ในระหว่างวัน การรับรู้ของเราพุ่งไปมาระหว่างสองโลก และมีเพียงโลกเดียวเท่านั้นที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นความจริงที่เชื่อถือได้ รวมถึงสิ่งที่มีอยู่หรือเกิดขึ้น - แต่ไม่มีอะไรมากไปกว่านั้น ตัวอย่างเช่น ฉัน

จากหนังสือทุน โดยมาร์กซ์ คาร์ล

III. การแลกเปลี่ยนระหว่างสองดิวิชั่น: I (v+ t) ถึง II c เราเริ่มต้นด้วยการแลกเปลี่ยนครั้งใหญ่ระหว่างสองดิวิชั่น (1,000v +1,000m.) I - ค่าเหล่านี้ซึ่งอยู่ในมือของผู้ผลิตมีอยู่ในรูปแบบวิธีการผลิตตามธรรมชาติ จะถูกแลกเปลี่ยนเป็น 2,000 IIc สำหรับค่า

จากหนังสือ On the Way to Supersociety ผู้เขียน ซิโนเวียฟ อเล็กซานเดอร์ อเล็กซานโดรวิช

การทดลองทางความคิด ในด้านการวิจัยทางสังคม การทดลองในห้องปฏิบัติการในรูปแบบที่ใช้ในวิทยาศาสตร์เชิงประจักษ์ (ทดลอง) อื่น ๆ เป็นเรื่องยากและตามกฎแล้วจะไม่รวมไว้อย่างสมบูรณ์ การทดลองทางความคิดเกิดขึ้นที่นี่ โดยจะดำเนินการดังนี้

จากหนังสือ The Poverty of Historicism ผู้เขียน ป็อปเปอร์ คาร์ล เรย์มันด์

2. การทดลอง วิธีการทดลองคือการสร้างการควบคุมเทียมและการแยกเดี่ยวเทียม ดังนั้นจึงรับประกันว่าจะเกิดสภาวะที่คล้ายคลึงกันและผลลัพธ์บางอย่างที่เป็นผลจากสภาวะเหล่านั้น มันขึ้นอยู่กับความคิดที่ว่าเป็นผลมาจากความคล้ายคลึงกัน

จากหนังสือ Happier than God: มาเปลี่ยนชีวิตธรรมดาให้เป็นการผจญภัยที่ไม่ธรรมดากันเถอะ ผู้เขียน วอลช์ นีล โดนัลด์

บทที่ 8 เครื่องมือที่มีสองหูจับ เนื่องจากผู้คนทั่วโลกพิจารณาความเป็นไปได้อย่างจริงจังมากขึ้นเรื่อยๆ ถึงความเป็นไปได้ที่พวกเขามีความสามารถในการสร้างความเป็นจริงใดๆ ก็ตามที่พวกเขาเลือกอย่างมีจุดมุ่งหมาย ผมเชื่อว่าการสร้างความลึกนั้นจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง

จากหนังสือปรัชญาสังคม ผู้เขียน คราปิเวนสกี้ โซโลมอน เอลิอาซาโรวิช

การทดลองทางสังคม หากการสังเกตโดยพื้นฐานแล้วเป็นการไตร่ตรอง ดังนั้นในการทดลอง ลักษณะที่กระตือรือร้นและเปลี่ยนแปลงได้จะปรากฏขึ้นด้วยความโล่งใจ ในการทดลอง เราแทรกแซงวิถีทางธรรมชาติของเหตุการณ์ ให้เราใช้คำจำกัดความของการทดลอง

จากหนังสือ Commander I โดย ชาห์ ไอดริส

ความรู้หรือการทดลอง? การมีส่วนร่วมของชาวซูฟีในการบรรลุถึงศักยภาพของมนุษย์นั้นขึ้นอยู่กับว่าผู้คนเข้าใจถึงความจำเป็นในการขจัดอุปสรรคในการทำความเข้าใจหรือไม่ อุปสรรคสำคัญที่นี่คือผู้คนมีความปรารถนาและ

จากหนังสือเล่มที่ 24 ผู้เขียน เองเกลส์ ฟรีดริช

III. แลกเปลี่ยนระหว่างสองหน่วย: I (v + t) ON II c(127)เราเริ่มต้นด้วยการแลกเปลี่ยนขนาดใหญ่ระหว่างสองหน่วย (1,000v + 1,000m) I - ค่าเหล่านี้ซึ่งอยู่ในมือของผู้ผลิตมีอยู่ในรูปแบบทางกายภาพของปัจจัยการผลิต มีการแลกเปลี่ยนกับ 2,000 IIc สำหรับค่า

จากหนังสือนิทานปรัชญา ผู้เขียน ฟลามมาริออน คามิลล์

เทพนิยายเรื่องแรก บทสนทนาระหว่างนักวิชาการสองคนกับด้วง DUN สองตัว ในหมู่บ้านสวิสที่ล้อมรอบด้วยทุ่งหญ้าเขียวขจี นักวิชาการสองคนเคยพบกัน หนึ่งในนั้นเป็นสมาชิกของ Academy of Moral Sciences และอีกคนเป็นสมาชิกของ Academy of Physical Sciences

จากหนังสือเคล็ดลับทางปัญญา การวิพากษ์วิจารณ์ปรัชญาหลังสมัยใหม่สมัยใหม่ [พร้อมคำตามหลังโดย ดี. คราเลชคิน] ผู้เขียน บริคมงต์ ฌอง

เพื่อประโยชน์ของการสนทนาที่แท้จริงระหว่าง "สองวัฒนธรรม" ยุคของเราดูเหมือนจะถูกทำเครื่องหมายด้วยสหวิทยาการ ประโยชน์ของการติดต่อระหว่างความรู้ประเภทต่างๆ ไม่สามารถละเลยได้ แม้ว่าการสูญเสียความแม่นยำอันน่ากังวลที่เกี่ยวข้องกับการหายตัวไปก็ตาม

จากหนังสือไข่มุกแห่งปัญญา: อุปมา เรื่องราว คำแนะนำ ผู้เขียน เอฟติคอฟ โอเล็ก วลาดิมีโรวิช

ความสุขกับภรรยาสองคน วันหนึ่ง ซาอิดแวะไปที่ร้านกาแฟเพื่อรับประทานอาหารกลางวันและพบเพื่อนเก่าที่นั่น หลังจากดื่มกาแฟและสูบบุหรี่มอระกู่อย่างมีความสุข เพื่อนเก่าก็เริ่มพูดถึงชีวิตของเขา “ช่างเป็นพรอย่างยิ่งที่มีภรรยาสองคน!” - เขาพูดและมาก

จากหนังสือพจนานุกรมปรัชญา ผู้เขียน กงเต้-สปองวิลล์ อังเดร

การทดลอง (Exp?rimentation) ประสบการณ์ที่กระตือรือร้นและตั้งใจ; ความปรารถนาไม่มากที่จะได้ยินความเป็นจริงที่แท้จริง (ประสบการณ์) และไม่มากนักที่จะฟังมัน (การสังเกต) แต่พยายามถามคำถามเกี่ยวกับมัน มีแนวคิดพิเศษเกี่ยวกับประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งมักจะใส่ไว้

จากหนังสือ Quantum Mind [เส้นแบ่งระหว่างฟิสิกส์และจิตวิทยา] ผู้เขียน มินเดลล์ อาร์โนลด์

14. การทดลองแบบช่องคู่ ใครก็ตามที่ไม่ตกใจกับทฤษฎีควอนตัมก็ไม่เข้าใจทฤษฎีนี้ Niels Bohr เพื่อเจาะลึกถึงจุดที่จิตสำนึกเข้าสู่ฟิสิกส์ ก่อนอื่นเราต้องพิจารณาธรรมชาติของวัตถุควอนตัมก่อน แล้วเราจะกลับมาที่ของเรา

จากหนังสือของผู้เขียน

การทดลองแบบสลิตคู่ ให้เราพิจารณาการทดลองแบบสลิตสองครั้ง ซึ่งแสดงให้เห็นธรรมชาติของวัตถุควอนตัมทั้งหมดได้ชัดเจนที่สุด ลองนึกภาพห้องสี่เหลี่ยมธรรมดาที่มีฉากกั้นตรงกลาง อิเล็กตรอนจากปืนอิเล็กตรอนจะ

จากหนังสือของผู้เขียน

การทดลองเบลล์ การทดลองที่แสดงให้เห็นถึงความพัวพันของควอนตัมหรือความเชื่อมโยงกัน บางครั้งเรียกว่า "เอกภาพของโลก" หรือการทดลองเบลล์ การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าโฟตอนจากแหล่งกำเนิดแสงมีการเชื่อมโยงถึงกัน เช่นเดียวกับควอนตัมอื่นๆ