Объяснение квантовой физики. Квантовая физика и реальность. Что реальнее – сознание или материя

Аюдеик Флек, польский эпистемолог и микробиолог, вдохновлявший Томаса Куна на введение понятия «парадигмы» заметил, что, когда начинающие студенты впервые изучают препараты под микроскопом, вначале у них ничего не получается. Они просто не видят то, что лежит на предметном стеклышке.

С другой стороны, нередко они видят то, чего там нет. Как такое возможно? Ответ прост: дело в том, что восприятие — особенно его сложные формы — требует тренировки и развития. Спустя некоторое время все студенты видят то, что лежит на предметном стекле.

Квантовая физика

Полагаю, я не ошибусь,
если скажу, что квантовую механику
не понимает никто.

— Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года за развитие квантовой электродинамики.

Тот, кто не был потрясён
при первом знакомстве с квантовой теорией,
очевидно, просто ничего не понял.
— Нильс Бор, лауреат Нобелевской премии 1922 года за работы по исследованию структуры атома.

С одной стороны, эта теория полна парадоксов, загадок и путаницы в понятиях. С другой стороны, у нас нет возможности отбросить её или пренебречь ею, поскольку она на практике зарекомендовала себя как самый надёжный инструмент для предсказания поведения физических систем.

— Дэвид Алберт, доктор философии

Если лауреаты Нобелевской премии по физике не понимают квантовую теорию, на что можем надеяться мы? Что делать, если реальность стучится в ваши двери и рассказывает нечто совершенно непонятное, ошеломляющее, озадачивающее? Как вы реагируете, как живёте дальше, какие варианты перед собой видите — всё это говорит о вас очень многое, но это мы обсудим в следующей главе. А сейчас давайте побеседуем об электронах, фотонах, кварках, а также о том, как столь крошечный предмет (если это вообще предмет) может быть так непостижим, и в то же время способен рвать на часто наш отлично организованный и такой понятный мир.

На границе известного и неизвестного

Классическая физика Ньютона основана на наблюдении плотных объектов, которые знакомы нам из повседневного опыта — от падающих яблок до движущихся по орбитам планет. На протяжении столетий её законы были многократно проверены, подтверждены и расширены. Они вполне понятны н позволяют хорошо предсказывать поведение физических объектов, и свидетельство тому — достижения промышленной революции. Но в конце XIX столетия, когда физики начали разрабатывать инструменты для исследования мельчайших составляющих материи, они были сбиты с толку: физика Ньютона перестала действовать! Она не могла ни объяснить, ни предсказать получаемые ими результаты экспериментов.

За следующую сотню лет развилось совершенно новое описание мира мельчайших частиц. Известное как квантовая механика, квантовая физика или просто квантовая теория, это новое знание не вытесняет ньютонову физику, которая по-прежнему отлично описывает большие, макроскопические объекты. Однако, новая наука отважно идёт туда, куда физике Ньютона путь заказан: в субатомный мир.

«Наша Вселенная — очень странная, — говорит доктор Стюарт Хамерофф — Судя по всему, существует два свода законов, управляющих ею. Наш повседневный, «классический» мир, — мир привычных нам пространственных и временных масштабов — описывается ньютоновскими законами движения, сформулированными сотки лет назад. Однако, когда мы переходим к объектам атомного уровня, включается совершенно другой свод законов. Это квантовые законы».

Факты или фантастика?

Выводы квантовой теории потрясающи (ниже мы подробнее остановимся на пяти основных потрясениях) и напоминают научную фантастику: частица может находиться в двух или более местах одновременно! (Один из недавних экспериментов показал, что частица может находиться в трёх тысячах мест сразу!) Один и тот же объект может проявляться как частица, легализированная в одном месте, или как волна, распространяющаяся в пространстве и времени.

Эйнштейн утверждал, что ничто не может двигаться быстрее света, однако, квантовая физика показала, что субатомные частицы обмениваются информацией мгновенно , через любые расстояния в пространстве.

Классической физике свойствен детерминизм : если нам дан определённый набор исходных условий (таких, как координаты и скорость объекта), мы можем совершенно точно определить, куда он будет двигаться. Квантовая физика вероятностна : мы никогда точно не знаем, как поведёт себя конкретный объект.

Классическая физика механистична : она основана на предположении, что лишь через понимание отдельных частей возможно понимание целого. Новая физика холистична : она изображает Вселенную как единое целое, части которой взаимосвязаны и влияют друг на друга.

И, пожалуй, самое главное: квантовая физика стёрла чёткую картезианскую границу между субъектом и объектом, наблюдателем н наблюдаемым, которая доминировала в науке на протяжении 400 лет.

В квантовой физике наблюдатель влияет на наблюдаемый объект. Изолированных наблюдателей механической Вселенной не существует — всё и вся соучаствует во Вселенной. (Этот момент настолько важен, что мы посвятим ему отдельную главу).

Термин «квант» был впервые использован в науке немецким учёным Максом Планком в 1900 году. Это латинское слово означат «количество», однако, ныне его используют для обозначения наименьшего количестве материи или энергии.

Одно из самых глубоких философских различий между классической механикой
и механикой квантовой состоит в том, что классическая механика от самого основания и до верха построена на идее, которая, как нам теперь известно, представляет собой
не более, чем фантазию. Это идея о возможности пассивного наблюдения...А квантовая механика решительно опровергла эту идею.

— Дэвид Альберт, доктор философии

Потрясение №1 — пустое пространство

Давайте начнём с чего-то, знакомого большинству из нас. Одной из первых трещин в здании ньютоновой физики стало открытие, что атомы — предположительно твёрдые частицы, из которых построена Вселенная — состоят главным образом из пустого пространства. Насколько пустого? Если мы увеличим ядро атома водорода до размеров баскетбольного мяча, то вращающийся вокруг него электрон будет находиться на расстоянии тридцати километров, а между ними — ничего . Итак, глядя вокруг, помните, что реальность на самом деле представляет собой крохотные точечки материи, окружённые пустотой.

Впрочем, не совсем так. Эта предполагаемая «пустота» вовсе не пуста: в ней содержится колоссальное количество тонкой, но исключительно мощной энергии. Мы знаем, что плотность энергии возрастает по мере перехода ко всё более тонким уровням реальности (например, ядерная энергия в миллион раз мощнее химической). Ныне учёные утверждают, что один кубический сантиметр пустого пространства содержит в себе больше энергии, чем материя во всей известной Вселенной. Хотя учёные не могут замерить эту энергию напрямую, они видят результаты действия этого колоссального моря энергии. Заинтригованы? Поинтересуйтесь, что такое «силы Вандер Ваальса» и «эффект Казимира».

Вниз по кроличьей норе элементарных частиц
Когда Шрёдингер формулировал своё волновое уравнение, Гейзенберг решал ту же задачу при помощи передовой на то время «матричной математики». Однако, его выкладки оказались слишком непонятными, они никак не соотносились с повседневным опытом и с такими словами обычного языка, как «волна », поэтому «волновому» уравнению было отдано предпочтение перед «матричными трансформациями». Однако, всё это лишь аналогии.

Мир ведёт себя именно так, как я думал, когда был маленьким. Что можно сказать о маленьком мальчике с его мечтами и фантазиями? Что он находятся в плену иллюзий? Возможно. Однако, подозрительно, что в квантовой механике не меньше волшебства. Вопрос вот в чём: где проходит граница между фантастическим и зыбким квантовым миром и миром больших объектов, который кажется нам столь прочным? С подросткового возраста я задавался вопросом: если я состою из субатомных частиц, способных на самые фантастические штуки, может быть, и я способен на фантастические штуки?

— Марк

Потрясение № 2 — частица, волна или волночастица?

Мало того, что элементарные частицы разделены огромными «пространствами», — проникая всё глубже в атом, учёные обнаружили, что субатомные частицы (из которых атом состоит) не являются твёрдыми телами. Судя по всему, они обладают двойственной природой. В зависимости от того, как их наблюдать, они ведут себя либо как частицы, либо как волны. Частицы — это отдельные твёрдые объекты, имеющие определённое положение в пространстве. Волны же не являются твёрдыми объектами и не локализованы в пространстве, но распространяются в нём (например, звуковые волны, волны на воде).

В качестве волны электрон или фотон (частица света) не имеет точного положения в пространстве, но существует как «поле вероятностей». В качестве частицы поле вероятностей схлопывается (или «коллапсирует») в твёрдый объект, положение которого во времени и пространстве может быть определено.

Как это ни удивительно, но состояние частицы зависит от самого акта измерения или наблюдения. Не измеряемый и не наблюдаемый электрон ведёт себя как волна. Стоит подвергнуть его наблюдению в лаборатории, и он «схлопывается» в частицу, чьё положение можно локализировать.

Как что-то может быть одновременно твёрдой частицей и мягкой текучей волной? Возможно, этот парадокс можно решить, вспомнив то, о чём мы говорили выше: элементарные частицы ведут себя как волны или как частицы. Но «волна» — это лишь аналогия. Как и «частица» — всего лишь аналогия из нашего привычного мира. Идея о волновых свойствах частиц развилась в квантовую теорию благодаря Эрвину Шрёдингеру, который в своём знаменитом «волновом уравнении» математически описал вероятности волновых свойств частицы ещё до их наблюдения.

Чтобы подчеркнуть, что они на самом деле не знают, с чем имеют дело, и никогда прежде не сталкивались с чем-либо подобным, некоторые физики решили называть это явление «волночастицей»

Пока субатомный объект находится в волновом состоянии, невозможно определить, каким он станет, когда подвергнется наблюдению и окажется локализованным в пространстве. Он существует в состоянии «множественных возможностей», которое называется суперпозицией. Это как если бы мы подбросили монету в тёмной комнате. С математической точки зрения, даже после тоге, как она упадёт на стол, мы не можем определить, легла ли она орлом или решкой. Но как только загорится свет, мы схлопываем («коллапсируем») суперпозицию, и монета становится либо «орлом», либо «решкой». Производя наблюдение волны, мы — как и при включении света в приведённом примере — схлопываем квантовую суперпозицию и частица оказывается в «классическом» состоянии, которое может быть измерено.

Потрясение № 3 — квантовые скачки и вероятность

При изучении атома учёные обнаружили, что, уходя со своей орбиты вокруг атомного ядра, электрон движется сквозь пространство не так, как обычные объекты, — он передвигается мгновенно . Иными словами, он исчезает из одного места, с одной орбиты, к появляется на другой орбите. Это явление назвали квантовым скачком.

Мало того, выяснилось, что невозможно точно определить, где возникнет электрон или когда он совершит скачок. Максимум, что можно сделать, — это обозначить вероятность нового местоположения электрона (волновое уравнение Шрёдингера). «Реальность, как мы её знаем, каждое мгновение создаётся заново из целого океана возможностей, — говорит доктор Сатиновер, — Но самое загадочное — что тот фактор, который определял бы, какая именно возможность из этого океана реализуется, не принадлежит физической Вселенной . Здесь нет процесса, который определяет это».

Часто это формулируют следующим образом: квантовые события — единственные по-настоящему случайные события во Вселенной.

Потрясение № 4 — принцип неопределённости

В классической физике все атрибуты объекта, включая его положение и скорость, могут быть измерены с точностью, которая ограничена только технологическими возможностями экспериментатора. Но на квантовом уровне, измеряя один показатель, например скорость, ты не можешь одновременно получить точные значения других показателей — например, координаты. Если ты узнаёшь, где находится объект, то не сможешь узнать, как быстро он движется. Если же ты знаешь, как быстро он движется, то не знаешь, где находится. И сколь бы точным и современным ни было твоё оборудование, заглянуть за эту завесу не удаётся.

Принцип неопределённости сформулировал Вернер Гейзенберг, один из первопроходцев квантовой физики. Этот принцип гласит, что, как ни пытайся, невозможно одновременно точно замерить скорость и положение квантового объекта. Чем больше мы сосредоточиваемся на одном из этих показателей, тем более неопределённым становится другой.

Потрясение № 5 — нелокальность, ЭПР, теорема Белла и квантовый парадокс

Альберт Эйнштейн квантовую физику недолюбливал (мягко говоря). Вот одно из его высказываний по поводу вероятностной природы квантовых процессов: «Бог не играет в кости со Вселенной». На что Нильс Бор ответил: «А вы не указывайте Богу, что ему делать!»

Пытаясь опровергнуть квантовую механику, Эйнштейн, Подольский и Розен (ЭПР) в 1935 году предложили мысленный эксперимент, призванный показать, насколько нелепа новая теория. Они довольно остроумно обыграли одни из выводов квантовой механики, на который другие учёные не обратили внимания: если спровоцировать образование двух частиц одновременно, они окажутся непосредственно связаны друг с другом, или будут находиться в состоянии суперпозиции. Если мы затем выстреливаем их в противоположные концы Вселенной и через некоторое время тем или иным образом изменим состояние одной из частиц, вторая частица тоже мгновенно изменится, чтобы прийти в такое же состояние. Мгновенно!

Эта идея казалась настолько абсурдной, что Эйнштейн назвал такое явление «призрачным дальнодействием». Согласно теории относительности, ничто не может двигаться быстрее света. А здесь скорость обмена информацией оказывается бесконечной! Более того, мысль о том, что один электрон может следить за судьбой другого, находящегося на другом конце Вселенной, просто противоречила общепринятым представлениям о реальности, основанным на здравом смысле.

Затем в 1964 году Джон Белл предложил теорему, из которой следует, что предположение ЭПР справедливо! Именно так всё происходит, и представление о том, что объекты локальны — то есть существуют только в одной точке пространства, — неверно. Всё на свете нелокально. Элементарные частицы тесно связаны между собой на некоем уровне за пределами времени и пространства.

За годы, прошедшие после публикации теоремы Белла, его идеи были не раз подтверждены в лаборатории. Попытайтесь хоть на миг охватить это умом. Время и пространство — наиболее фундаментальные черты мира, в котором мы живём, — каким-то образом вытеснены в квантовой теории представлениями о том, что все объекты всегда связаны друг с другом. Не случайно Эйнштейн полагал, что такой вывод приведёт к смерти квантовой механики. — он просто бессмыслен.

Тем не менее, очевидно, этот феномен принадлежит к числу действующих законов Вселенной. Собственно, Шрёдингер как-то говорил, что тесная взаимосвязь между объектами является не одним из интереснейших аспектов квантовой физики, но важнейшим аспектом. В 1975 году физик-теоретик Генри Стэпп назвал теорему Белла «самым глубоким открытием в науке». Обратите внимание: он сказал в науке, в не в физике.

Занимающий меня вопрос — не почему квантовая физика столь интересна?», но «почему ТАК МНОГО ЛЮДЕЙ интересуются квантовой физикой?» Она подрывает самые основы наших представлений о мире. Она утверждает, что самые очевидные вещи, которые мы ЗНАЕМ наверняка, просто не верны. И, тем не менее, она заворожила миллионы людей, у которых даже «нет научной жилки».

Я едва не свела Марка и Уилла с ума, по тысяче раз за день спрашивая «Какого чёрта я вообще должна этим заниматься? Какое это имеет ко мне отношение? Почему меня должен интересовать этот идиотский мир квантов — разве мало идиотизма в моём собственном мире?» Я до сих пор не уверена, что понимаю всё это. Но доктор Фред Алан Вольф как-то мне сказал: «Если ты думаешь, что поняла всё, — значит, ты вообще не слышала, что тебе говорили!» Чему мы научились, исследуя всё это квантовое безумие, так это наслаждаться хаосом и принимать неведомое, ибо из него рождаются воистину великие переживания!

Каков звук схлопывания одного электрона?

Квантовая физика и мистицизм

Несложно увидеть точки соприкосновения между физикой и мистицизмом. Объекты разделены в пространстве, но при этом тесно связаны друг с другом (нелокально); электроны перемещаются из точки А в точку Б, но при этом не проходят между этими точками; материя представляет собой (с математической точки зрения) волновую функцию, которая схлопывается (то есть, обретает существование в пространстве) лишь тогда, когда её измеряют.

Мистики без труда принимают все эти идеи, большинство из которых намного старше, чем ускорители элементарных частиц. Многие из основателей квантовой механики серьёзно интересовались духовными вопросами. Нильс Бор использовал символ Инь-Ян в своём личном гербе; Дэвид Бом вёл длинные дискуссии с индийским мудрецом Кришнамурти; Эрвин Шрёдннгер читал лекции об Упанишадах.

Но служит ли квантовая физика доказательством мистического мировоззрения? Спросите об этом у физиков — и вы получите полный спектр ответов. Если задать этот вопрос на вечеринке физиков и начать жёстко отстаивать какую-то одну позицию, вполне вероятно (ведь вероятность играет важную роль в квантовой теории), что начнётся потасовка.

Если не считать махровых материалистов, большинство учёных сходятся во мнении, что мы пока находимся на стадии аналогий. Параллели слишком явственны, чтобы игнорировать их. И квантовая физика, и дзэн склонны к парадоксальному взгляду на мир. Как говорил уже упоминавшийся нами доктор Радин: «Однако предложен и другой взгляд на мир: на него указывает квантовая механика».

Вопросы о том, чем вызывается схлопывание волновой функции и действительно ли квантовые события случайны, не нашли ответа сих пор. Конечно, нам очень хочется создать по-настоящему единую концепцию реальности, которая непременно будет включать и нас самих, однако мы не можем не прислушаться к предостережению современного философа Кена Уилбера:

Работа этих учёных — Бома, Прибрама, Уилера и прочих — слишком важна, чтобы отягощать её необузданными рассуждениями мистиков. А мистицизм слишком глубок, чтобы привязывать его к тому или иному этапу научного теоретизирования. Пусть они оценят друг друга по достоинству, и пусть их диалог и обмен идеями никогда не закончится.

Таким образом, критикуя некоторые аспекты новой парадигмы, я стремлюсь не к тому, чтобы остудить интерес к её дальнейшему развитию. Я просто призываю к ясности и точности в изложении всех этих вопросов, которые, что ни говори, исключительно сложны.

За нами миллиарды генетических жизней, которые дали нам это совершенное генетическое тело и совершенный генетический мозг. Тысячи и тысячи лет потребовались для их эволюции до такого уровня, чтобы мы с вами могли вести эти беседы об абстрактном. Если нам дано воплотиться в величайших из когда-либо существовавших эволюционных механизмов — в наших телах, обладающих человеческим
мозгом, — значит, мы заслужили право задавать вопросы «что, если...»

— Рапа

Выводы

Выводы? Да вы шутите! Если у вас есть выводы, пожалуйста, поделитесь с нами. Но в любом случае, добро пожаловать в полный споров, загадок, задач и откровений мир абстрактной мысли. Наука, мистицизм, парадигмы, реальность — вы только посмотрите, как широка сфера человеческих исследований, открытий и дебатов!

Посмотрите, как человеческий ум исследует этот удивительный мир, где нам довелось жить.

В этом наше истинное величие.

Подумайте об этом...

— Вспомните пример из своей жизни, когда вы на опыте убедились в действии ньютоновой физики.

— Определяла ли до сих пор ньютонова физика вашу парадигму?

— Когда вы узнали о зыбком фантастическом квантовом мире, изменилась ли ваша парадигма? Если да, то как?

— Готовы ли вы выйти за пределы известного?

— Вспомните пример квантового эффекта в вашей жизни.

— Кто или что является там «наблюдателем», который определяет природу и расположение «частицы»?

Несмотря на звучность и загадочность сегодняшней темы, мы постараемся рассказать, что изучает квантовая физика, простыми словами , какие разделы квантовой физики имеют место быть и зачем нужна квантовая физика в принципе.

Предлагаемый ниже материал доступен для понимания любому .

Прежде чем разглагольствовать о том, что изучает квантовая физика, будет уместно вспомнить, с чего же все начиналось…

К середине XIX века человечество вплотную занялось изучением проблем, решить которые посредством привлечения аппарата классической физики было невозможно.

Ряд явлений казались «странными». Отдельные вопросы вообще не находили ответа.

В 1850-е годы Уильям Гамильтон, полагая, что классическая механика не способна точно описать движение световых лучей, предлагает собственную теорию, вошедшую в историю науки под названием формализм Гамильтона-Якоби, в основе которой лежал постулат о волновой теории света.

В 1885 г., поспорив с приятелем, швейцарский и физик Иоганн Бальмер вывел эмпирически формулу, которая позволяла рассчитать длины волн спектральных линий с очень высокой точностью.

Объяснить причины выявленных закономерностей Бальмер тогда так и не смог.

В 1895 г. Вильгельм Рентген при исследовании катодных лучей открыл излучение, названное им X-лучами (впоследствии переименованными в лучи), характеризовавшееся мощным проникающим характером.

Еще через год – в 1896 году – Анри Беккерель, изучая соли урана, открыл самопроизвольное излучение с аналогичными свойствами. Новое явление было названо радиоактивностью.

В 1899 году была доказана волновая природа рентгеновских лучей.

Фото 1. Родоначальники квантовой физики Макс Планк, Эрвин Шредингер, Нильс Бор

1901-ый год ознаменовался появлением первой планетарной модели атома, предложенной Жаном Перреном. Увы, ученый сам же отказался от этой теории, не найдя ей подтверждения с позиций теории электродинамики.

Спустя два года ученый из Японии Хантаро Нагаока предложил очередную планетарную модель атома, в центре которого должна была находиться положительно заряженная частица, вокруг которой по орбитам вращались бы электроны.

Эта теория, однако, не учитывала излучение, испускаемое электронами, а потому не могла, например, объяснить теорию спектральных линий.

Размышляя над строением атома, в 1904 году Джозеф Томсон впервые интерпретировал понятие валентности с физической точки зрения.

Годом рождения квантовой физики, пожалуй, можно признать 1900-ый, связывая с ним выступление Макса Планка на заседании Немецкого физического .

Именно Планк предложил теорию, объединившую множество доселе разрозненных физических понятий, формул и теорий, включая постоянную Больцмана, увязывающую энергию и температуру, число Авогадро, закон смещения Вина, заряд электрона, закон излучения -Больцмана…

Им же введено в обиход понятие кванта действия (вторая – после постоянной Больцмана – фундаментальная постоянная).

Дальнейшее развитие квантовой физики напрямую связано с именами Хендрика Лоренца, Альберта Эйнштейна, Эрнста Резерфорда, Арнольда Зоммерфельда, Макса Борна, Нильса Бора, Эрвина Шредингера, Луи де Бройля, Вернера Гейзенберга, Вольфганга Паули, Поля Дирака, Энрико Ферми и многих других замечательных ученых, творивших в первой половине XX века.

Ученым удалось с небывалой глубиной познать природу элементарных частиц, изучить взаимодействия частиц и полей, выявить кварковую природу материи, вывести волновую функцию, объяснить фундаментальные понятия дискретности (квантования) и корпускулярно-волнового дуализма.

Квантовая теория как никакая другая приблизила человечество к пониманию фундаментальных законов мироздания, заменила привычные понятия более точными, заставила переосмыслить огромное число физических моделей.

Что изучает квантовая физика?

Квантовая физика описывает свойства материи на уровне микроявлений, исследуя законы движения микрообъектов (квантовых объектов).

Предмет изучения квантовой физики составляют квантовые объекты, обладающие размерами 10 −8 см и меньше. Это:

• молекулы,
• атомы,
• атомные ядра,
• элементарные частицы.

Главные характеристики микрообъектов — масса покоя и электрический заряд. Масса одного электрона (me) равна 9,1 · 10 −28 г.

Для сравнения – масса мюона равна 207 me, нейтрона – 1839 me, протона 1836 me.

Некоторые частицы вообще не имеют массы покоя (нейтрино, фотон). Их масса составляет 0 me.

Электрический заряд любого микрообъекта кратен величине заряда электрона, равного 1,6 · 10 −19 Кл. Наряду с заряженными существуют нейтральные микрообъекты, заряд которых равен нулю.

Фото 2. Квантовая физика заставила пересмотреть традиционные взгляды на понятия волны, поля и частицы

Электрический заряд сложного микрообъекта равен алгебраической сумме зарядов составляющих его частиц.

К числу свойств микрообъектов относится спин (в дословном переводе с английского — «вращаться»).

Его принято интерпретировать как не зависящий от внешних условий момент импульса квантового объекта.

Спину сложно подобрать адекватный образ в реальном мире. Его нельзя представлять вращающимся волчком из-за его квантовой природы. Классическая физика описать этот объект не способна.

Присутствие спина влияет на поведение микрообъектов.

Наличие спина вносит существенные особенности в поведение объектов микромира, большая часть которых – нестабильных объектов — самопроизвольно распадается, превращаясь в другие квантовые объекты.

Стабильные микрообъекты, к которым относят нейтрино, электроны, фотоны, протоны, а также атомы и молекулы, способны распадаться лишь под воздействием мощной энергии.

Квантовая физика полностью вбирает в себя классическую физику, рассматривая ее своим предельным случаем.

Фактически квантовая физика и является – в широком смысле – современной физикой.

То, что описывает квантовая физика в микромире, воспринять невозможно. Из-за этого многие положения квантовой физики трудно представимы, в отличие от объектов, описываемых классической физикой.

Несмотря на это новые теории позволили изменить наши представления о волнах и частицах, о динамическом и вероятностном описании, о непрерывном и дискретном.

Квантовая физика – это не просто новомодная теория.

Это теория, которая сумела предсказать и объяснить невероятное количество явлений – от процессов, протекающих в атомных ядрах, до макроскопических эффектов в космическом пространстве.

Квантовая физика – в отличие от физики классической – изучает материю на фундаментальном уровне, давая интерпретации явлениям окружающей действительности, которые традиционная физика дать не способна (например, почему атомы сохраняют устойчивость или действительно ли элементарные частицы являются элементарными).

Квантовая теория дает нам возможность описывать мир более точно, нежели это было принято до ее возникновения.

Значение квантовой физики

Теоретические наработки, составляющие сущность квантовой физики, применимы для исследования как невообразимо огромных космических объектов, так и исключительно малых по размерам элементарных частиц.

Квантовая электродинамика погружает нас в мир фотонов и электронов, делая акцент на изучении взаимодействий между ними.

Квантовая теория конденсированных сред углубляет наши познания о сверхтекучих жидкостях, магнетиках, жидких кристаллах, аморфных телах, кристаллах и полимеров.

Фото 3. Квантовая физика дала человечеству гораздо более точное описание окружающего мира

Научные исследования последних десятилетий сосредоточены на изучении кварковой структуры элементарных частиц в рамках самостоятельной ветви квантовой физики – квантовой хромодинамики .

Нерелятивистская квантовая механика (та, что находится за рамками теории относительности Эйнштейна) изучает микроскопические объекты, движущиеся с условно невысокой скоростью (меньше, чем ), свойства молекул и атомов, их строение.

Квантовая оптика занимается научной проработкой фактов, сопряженных с проявлением квантовых свойств света (фотохимических процессов, теплового и вынужденного излучений, фотоэффекта).

Квантовая теория поля является объединяющим разделом, вобравшим в себя идеи теории относительности и квантовой механики.

Научные теории, разработанные в рамках квантовой физики, придали мощный импульс развитию , квантовой электроники, техники, квантовой теории твердого тела, материаловедения, квантовой химии.

Без появления и развития отмеченных отраслей знания было бы невозможно создание , космических кораблей, атомных ледоколов, мобильной связи и многих других полезных изобретений.

Новый эксперимент может пролить свет на удивительную скрытую механику квантовых суперпозиций.

Суперпозиция - понятие о том, что крошечные объекты могут существовать в нескольких местах или состояниях одновременно - является краеугольным камнем квантовой физики. Новый эксперимент пытается пролить свет на это загадочное явление.

Главный вопрос в квантовой механике, на который никто не знает ответа: что на самом деле происходит в суперпозиции - своеобразном состоянии, в котором частицы находятся в двух или более местах или состояниях одновременно? Группа исследователей из Израиля и Японии предложила эксперимент, который, наконец, позволит нам узнать что-то точное о природе этого загадочного явления.

Их эксперимент, который, по словам исследователей, может быть выполнен в течение нескольких месяцев, должен позволить ученым понять, где фактически находится объект - в конкретном случае частица света, называемая фотоном - когда она находится в суперпозиции. И исследователи предсказывают, что ответ будет еще более странным и шокирующим, чем «два места сразу».

Классический пример суперпозиции включает в себя обстрел фотонов сквозь две параллельные щели в барьере. Одним из фундаментальных аспектов квантовой механики является то, что крошечные частицы могут вести себя подобно волнам, так что те, которые проходят через одну щель, «мешают» тем, кто проходит через другую, их волнистые ряби, увеличивая или меняя друг друга, создают характерную структуру на экране детектора. Странная вещь, однако, заключается в том, что это вмешательство происходит, даже если одновременно выстреливается только одна частица. Частица как бы проходит через обе щели сразу. Это и есть суперпозиция.

И это очень странно: измерение того, через какую именно щель преодолевает частица, неизменно указывает на то, что она проходит только через одну щель, и в таком случае волновая интерференция («квантовость», если хотите) исчезает. Сам акт измерения, похоже, «разрушает» суперпозицию. «Мы знаем, что в суперпозиции происходит нечто странное » - говорит физик Авшалом Элицер из израильского института перспективных исследований. «Но вы не можете это измерить. Это то, что делает квантовую механику настолько загадочной».

На протяжении десятилетий исследователи останавливались в этом очевидном тупике. Они не могут точно сказать, что такое суперпозиция, не наблюдая за ней; но если они попытаются взглянуть на неё, она исчезнет. Одно из возможных решений, разработанных бывшим наставником Элицура, израильским физиком Якиром Ааароновым в Университете Чепмена и его сотрудниками, предлагает способ узнать что-то о квантовых частицах перед измерением. Ахароновский подход называется формализмом двух состояний (TSVF) квантовой механики, а постулаты квантовых событий в некотором смысле определяются квантовыми состояниями не только в прошлом, но и в будущем. То есть, TSVF предполагает, что квантовая механика работает одинаково как вперед, так и назад во времени. С этой точки зрения причины, по-видимому, могут распространяться назад во времени, возникающие после эффектов.

Но не нужно воспринимать это странное понятие буквально. Скорее всего, в TSVF можно получить ретроспективное знание о том, что произошло в квантовой системе: вместо того, чтобы просто измерять, где заканчивается частица, исследователь выбирает конкретное место для поиска. Это называется post-selection, и оно предоставляет больше информации, чем любой безусловный взгляд на результаты. Это связано с тем, что состояние частицы в любой момент оценивается ретроспективно в свете всей ее истории вплоть до измерения, включая измерение. Получается, что исследователь - просто выбрав для поиска конкретный результат - затем приходит к выводу, что результат должен произойти. Это немного похоже на то, как если вы включаете телевизор в момент, когда должна транслироваться ваша любимая программа, но само ваше действие заставляет эту программу транслироваться в этот самый момент. «Общепризнано, что TSVF математически эквивалентен стандартной квантовой механике» - говорит Дэвид Уоллес, философ науки в Университете Южной Калифорнии, специализирующийся на интерпретации квантовой механики. «Но это приводит к тому, что некоторые вещи не видят иначе».

Возьмем, к примеру, вариант двухсекундного эксперимента, разработанного Аароновым и сотрудником Левом Вайдманом в 2003 году, который они интерпретировали с помощью TSVF. Пара описала (но не построила) оптическую систему, в которой один фотон действует как «затвор», который закрывает щель, заставляя другой «пробный» фотон приближаться к щели, чтобы отражаться так, как она появилась. После измерений пробного фотона, как показали Ахаронов и Вайдман, можно заметить фотоснимок затвора в суперпозиции, закрывающей одновременно (или даже произвольно много) щелей одновременно. Другими словами, этот мысленный эксперимент в теории позволил бы с уверенностью сказать, что фотон затвора одновременно находится «здесь» и «там». Хотя эта ситуация кажется парадоксальной из нашего повседневного опыта, это один хорошо изученный аспект так называемых «нелокальных» свойств квантовых частиц, где все понятие четко определенного положения в космосе растворяется.

В 2016 году физики Рио Окамото и Шигеки Такеучи из Киотского университета экспериментально подтвердили предсказания Ааронова и Вайдмана, используя светопроводящую схему, в которой фотосъемка затвора создается с помощью квантового маршрутизатора, устройства, которое позволяет одному фотону управлять маршрутом другого. «Это был новаторский эксперимент, который позволил установить одновременное положение частицы в двух местах» - говорит коллега Элицура Элиаху Коэн из Оттавского университета в Онтарио.

Теперь Элицур и Коэн объединились с Окамото и Такеучи, чтобы придумать еще более умопомрачительный эксперимент. Они считают, что это позволит исследователям с уверенностью узнать больше о расположении частицы в суперпозиции в последовательности разных точек времени до того, как будут сделаны какие-либо фактические измерения.

На этот раз маршрут зондового фотона будет разделен на три части зеркалами. Вдоль каждого из этих путей он может взаимодействовать с фотоном затвора в суперпозиции. Эти взаимодействия можно считать выполненными в коробках с надписью A, B и C, каждая из которых расположена вдоль каждого из трех возможных путей фотона. Рассматривая самоинтерференцию зондового фотона, можно будет ретроспективно заключить с уверенностью, что частица затвора находилась в данном ящике в определенное время.

Эксперимент сконструирован таким образом, чтобы пробный фотон мог показывать только интерференцию в случае взаимодействия с фотоном затвора в определенной последовательности мест и времен: а именно, если фотон затвора находился в обоих блоках A и C в некоторый момент времени (t1), то при более позднем времени (t2) - только в C и еще в более позднее время (t3) - как в B, так и в C. Таким образом, интерференция в зондирующем фотоне была бы окончательным признаком того, что фотон затвора действительно проходит через эту странную последовательность разрозненных явлений среди ящиков в разное время - идея Элицура, Коэна и Ааронова, которые в прошлом году предположили, что одна частица одновременно проходит по трем ящикам. «Мне нравится, как эта статья ставит вопросы о том, что происходит с точки зрения целых историй, а не мгновенных состояний», - говорит физик Кен Уортон из Университета штата Сан-Хосе, который не участвует в новом проекте. «Говорить о «состояниях»- это старая повсеместная предвзятость, тогда как полные истории, как правило, гораздо более богаты и интересны».

Это именно то, к чему, по утверждению Элицура дает доступ новый эксперимент с TSVF. Очевидное исчезновение частиц в одном месте за один раз - и их повторное появление в других местах и времени - предполагает новое и необычное видение лежащих в основе процессов, связанных с нелокальным существованием квантовых частиц. Благодаря объективу TSVF, говорит Элицур, это мерцающее, постоянно меняющееся существование можно понять как серию событий, в которых присутствие частицы в одном месте каким-то образом «отменяется» своей собственной «противоположной стороной» в том же месте. Он сравнивает это с понятием, введенным британским физиком Полом Дираком в 1920-х годах, который утверждал, что частицы обладают античастицами, и, если их собрать вместе, частица и античастица могут уничтожить друг друга. Эта картина сначала казалась просто манерой говорить, но вскоре привела к открытию антиматерии. Исчезновение квантовых частиц не является «аннигиляцией» в этом же смысле, но оно несколько аналогично - эти предполагаемые противоположные частицы, полагает Элицур, должны обладать отрицательной энергией и отрицательной массой, позволяя им отменить их аналоги.

Поэтому, хотя традиционные «два места одновременно» суперпозиции могут казаться довольно странными, «возможно, суперпозиция представляет собой совокупность состояний, которые еще более сумасшедшие» - говорит Элицур. «Квантовая механика просто рассказывает вам об их среднем состоянии». Последующий выбор позволяет изолировать и проверить только некоторые из этих состояний с большим разрешением, предполагает он. Такая интерпретация квантового поведения была бы, по его словам, «революционной», потому что это повлекло бы за собой до сих пор недопустимый зверинец реальных (но очень странных) состояний, лежащих в основе противоречивых квантовых явлений.

Исследователи говорят, что проведение фактического эксперимента потребует тонкой настройки производительности их квантовых маршрутизаторов, но они надеются, что их система будет готова к нему через три-пять месяцев. Пока некоторые наблюдатели ожидают его с замиранием сердца. «Эксперимент должен работать, - говорит Уортон, - но он никого не убедит, поскольку результаты прогнозируются стандартной квантовой механикой». Другими словами, не нет веских оснований интерпретировать результат в терминах TSVF.

Элицур соглашается, что их эксперимент мог быть задуман с использованием общепринятого взгляда на квантовую механику, которая царила десятилетия назад, но этого никогда не было. «Разве это не является хорошим показателем надежности TSVF ?» - спрашивает он. И если кто-то подумает, что они могут сформулировать другую картину того «что действительно происходит» в этом эксперименте, используя стандартную квантовую механику, он добавляет: «Хорошо, пусть они попробуют! »

Здравствуйте дорогие читатели. Если вы не хотите отставать от жизни, быть по-настоящему счастливым и здоровым человеком, вы должны знать о тайнах квантовой современной физики, хоть немного представлять до каких глубин мироздания докопались сегодня ученые. Вам некогда вдаваться в глубокие научные подробности, а хотите постигнуть лишь суть, но увидеть красоту неизведанного мира, тогда эта статья: квантовая физика для обычных чайников или можно сказать для домохозяек как раз для вас. Я постараюсь объяснить, что такое квантовая физика, но простыми словами, показать наглядно.

"Какая связь между счастьем, здоровьем и квантовой физикой?"- спросите вы.

Дело в том, что она помогает ответить на многие непонятные вопросы, связанные с сознанием человека, влияния сознания на тело. К сожалению, медицина, опираясь на классическую физику, не всегда нам помогает быть здоровым. А психология не может нормально сказать, как обрести счастье.

Только более глубокие познания мира помогут нам понять, как же по-настоящему справиться с болезнями и где обитает счастье. Это знание находятся в глубоких слоях Вселенной. На помощь нам приходит квантовая физика. Скоро вы все узнаете.

Что изучает квантовая физика простыми словами

Да, действительно квантовую физику очень сложно понять из-за того, что она изучает законы микромира. То есть мир на более глубоких его слоях, на очень малых расстояниях, там, куда очень сложно заглянуть человеку.

А мир, оказывается, ведет себя там очень странно, загадочно и непостижимо, не так как мы привыкли.

Отсюда вся сложность и непонимание квантовой физики.

Но после прочтения этой статьи вы раздвинете горизонты своего познания и посмотрите на мир совсем по-другому.

Кратко об истории квантовой физики

Все началось в начале 20 века, когда ньютоновская физика не могла объяснить многие вещи и ученые зашли в тупик. Тогда Максом Планком было введено понятие кванта. Альберт Эйнштейн подхватил эту идею и доказал, что свет распространяется не непрерывно, а порциями – квантами (фотонами). До этого же считалось, что свет имеет волновую природу.

Но как оказалось позже любая элементарная частица, это не только квант, то есть твердая частица, а также волна. Так появился корпускулярно-волновой дуализм в квантовой физике, первый парадокс и начало открытий загадочных явлений микромира.

Самые интересные парадоксы начались, когда был проведен знаменитый эксперимент с двумя щелями, после которого загадок стало намного больше. Можно сказать, что квантовая физика началась с него. Давайте его рассмотрим.

Эксперимент с двумя щелями в квантовой физике

Представьте себе пластину с двумя щелями в виде вертикальных полос. За этой пластиной поставим экран. Если направить свет на пластину, то на экране мы увидим интерференционную картину. То есть чередующиеся темные и яркие вертикальные полосы. Интерференция это результат волнового поведения чего-либо, в нашем случае света.

Если вы пропустите волну воды через два отверстия расположенных рядом, вы поймете что такое интерференция. То есть свет получается вроде как имеет волновую природу. Но как доказала физика, вернее Эйнштейн, он распространяется частицами-фотонами. Уже парадокс. Но это ладно, корпускулярно-волновым дуализмом нас уже не удивить. Квантовая физика говорит нам, что свет ведет себя как волна, но состоит из фотонов. Но чудеса только начинаются.

Давайте перед пластиной с двумя прорезями поставим пушку, которая будет испускать не свет, а электроны. Начнем стрелять электронами. Что мы увидим на экране за пластиной?

Электроны ведь это частицы, значит поток электронов, проходя через две щели, должны оставлять на экране всего две полосы, два следа напротив щелей. Представили себе камушки, пролетающие сквозь две щели и ударяющие об экран?

Но что мы видим на самом деле? Всю ту же интерференционную картину. Каков вывод: электроны распространяются волнами. Значит электроны это волны. Но ведь это элементарная частица. Опять корпускулярно-волновым дуализм в физике.

Но можно предположить, что на более глубоком уровне электрон это частица, а когда эти частицы собираются вместе, они начинают вести себя как волны. Например, морская волна это волна, но ведь она состоит из капель воды, а на более мелком уровне из молекул, а затем из атомов. Хорошо, логика твердая.

Тогда давайте будем стрелять из пушки не потоком электронов, а выпускать электроны по отдельности, через какой-то промежуток времени. Как если бы мы пропускали через щели не морскую волну, а плевались бы отдельными каплями из детского водяного пистолета.

Вполне логично, что в таком случае разные капли воды попадали бы в разные щели. На экране за пластиной можно было бы увидеть не интерференционную картину от волны, а две четкие полосы от удара напротив каждой щели. То же самое мы увидим, если кидать мелкие камни, они, пролетая сквозь две щели, оставляли бы след, словно тень от двух отверстий. Давайте же теперь стрелять отдельными электронами, чтобы увидеть эти две полосы на экране от ударов электронов. Выпустили один, подождали, второй, подождали и так далее. Ученые квантовой физики смогли сделать такой эксперимент.

Но ужас. Вместо этих двух полос получаются все те же интерференционные чередования нескольких полос. Как так? Такое может случиться, если бы электрон пролетал одновременно через две щели, а за пластиной, как волна сталкивался бы сам с собой и интерферировал. Но такое не может быть, ведь частица не может находиться в двух местах одновременно. Она или пролетает сквозь первую щель или сквозь вторую.

Вот тут начинаются поистине фантастические вещи квантовой физики.

Суперпозиция в квантовой физике

При более глубоком анализе ученые выясняют что любая элементарная квантовая частица или тот же свет(фотон) на самом деле могут находиться в нескольких местах одновременно. И это не чудеса, а реальные факты микромира. Так утверждает квантовая физика. Вот поэтому, стреляя из пушки отдельной частицей, мы видим результат интерференции. За пластиной электрон сталкивается сам с собой и создает интерференционную картину.

Обычные нам объекты макромира находятся всегда в одном месте, имеют одно состояние. Например, вы сейчас сидите на стуле, весите, допустим, 50 кг, имеете частоту пульса 60 ударов в минуту. Конечно, эти показания изменятся, но изменятся они через какое-то время. Ведь вы не можете одновременно быть дома и на работе, весить 50 и 100 кг. Все это понятно, это здравый смысл.

В физике микромира же все по-другому.

Квантовая механика утверждает, а это уже подтверждено экспериментально, что любая элементарная частица может находиться одновременно не только в нескольких точках пространства, но также иметь в одно и то же время несколько состояний, например спин.

Все это не укладывается в голову, подрывает привычное представление о мире, старые законы физики, переворачивает мышление, можно смело сказать сводит с ума.

Так мы приходим к пониманию термина "суперпозиции" в квантовой механике.

Суперпозиция означает, что объект микромира может одновременно находиться в разных точках пространства, а также иметь несколько состояний одновременно. И это нормально для элементарных частиц. Таков закон микромира, каким бы странным и фантастическим он не казался.

Вы удивлены, но это только цветочки, самые необъяснимые чудеса, загадки и парадоксы квантовой физики еще впереди.

Коллапс волновой функции в физике простыми словами

Затем ученые решили выяснить и посмотреть более точно, реально ли электрон проходит через обе щели. Вдруг он проходит через одну щель, а затем каким-то образом разделяется и создает интерференционную картину, проходя через нее. Ну, мало ли. То есть нужно поставить какой-нибудь прибор возле щели, который бы точно зафиксировал прохождение электрона через нее. Сказано, сделано. Конечно, осуществить это сложно, нужен не прибор, а что-то другое, чтобы увидеть прохождение электрона. Но ученые сделали это.

Но в итоге результат ошеломил всех.

Как только мы начинаем смотреть, через какую щель проходит электрон, так он начинает вести себя не как волна, не как странное вещество, которое одновременно находится в разных точках пространства, а как обычная частица. То есть начинает проявлять конкретные свойства кванта: находится только в одном месте, проходит через одну щель, имеет одно значение спина. На экране появляется не интерференционная картина, а простой след напротив щели.

Но как такое возможно. Как будто электрон шутит, играет с нами. Сначала он ведет себя как волна, а затем, после того, как мы решили посмотреть прохождение его через щель, проявляет свойства твердой частицы и проходит только через одну щель. Но так оно и есть в микромире. Таковы законы квантовой физики.

Ученые увидели еще одно загадочное свойство элементарных частиц. Так появились в квантовой физике понятия неопределенность и коллапс волновой функции.

Когда электрон летит к щели, он находится в неопределенном состоянии или как мы сказали выше в суперпозиции. То есть ведет себя как волна, находится одновременно в разных точках пространства, имеет сразу два значения спина (у спина всего два значения). Если бы мы его не трогали, не пытались смотреть на него, не выясняли, где именно он находится, не измеряли бы значение его спина, он бы так и пролетел как волна одновременно через две щели, а значит, создал интерференционную картину. Его траектория и параметры квантовая физика описывает с помощью волновой функции.

После того, как мы произвели измерение (а произвести измерение частицы микромира можно только взаимодействуя с ней, например, столкнуть с ней другую частицу), то происходит коллапс волновой функции.

То есть теперь электрон находится точно в каком-то одном месте пространства, имеет одно значение спина.

Можно сказать элементарная частица как призрак, она как бы есть, но одновременно ее нет в одном месте, и может с определенной вероятностью оказаться в любом месте в пределах описания волновой функцией. Но как только мы начинаем с ней контактировать, она из призрачного объекта превращается в реальное осязаемое вещество, которое ведет себя как обычные, привычные для нас предметы классического мира.

"Вот это фантастика"- скажете вы. Конечно, но чудеса квантовой физики только начинаются. Самое невероятное еще впереди. Но давайте немного отдохнем от обилия информации и вернемся к квантовым приключениям в другой раз, в другой статье. А пока поразмышляйте о том, что вы сегодня узнали. К чему могут привести такие чудеса? Ведь они окружают нас, это свойство нашего мира, хоть и на более глубоком уровне. А мы все еще думаем, что живем в скучном мире? Но выводы сделаем позже.

Я попытался рассказать об основах квантовой физике кратко и понятно.

Но если вы что-то не поняли, тогда посмотрите вот этот мультик про квантовую физику, про эксперимент с двумя щелями, там также все рассказывается понятным, простым языком.

Мультфильм про квантовую физику:

Или можно смотреть вот этот видео, все станет на свои места, квантовая физика ведь очень интересна.

Видео о квантовой физике:

И как вы раньше об этом не знали.

Современные открытия в квантовой физике меняют наш привычный материальный мир.

Пустое пространство – не пусто

Современные исследования показали: пустое пространство – не пусто. Оно наполнено колоссальной энергией. В каждом кубическом сантиметре абсолютного вакуума этой энергии столько, сколько не содержится во всех материальных объектах нашей Вселенной!

А если копнуть еще глубже? За тысячи лет до Демокрита индийские мудрецы знали, что за пределами реальности, которая воспринимается нашими органами чувств, существует другая, более «важная» реальность. Индуизм учит: мир внешних форм – это всего лишь майя, иллюзия. Он совсем не таков, как мы его воспринимаем. Есть «высшая реальность» – более фундаментальная, чем материальная Вселенная. Из нее исходят все феномены нашего иллюзорного мира, и она каким-то образом связана с человеческим сознанием.

По существу, нет ничего имеющего какое-то значение – все абсолютно иллюзорно. Даже самые массивные предметы – все это невещественная материя, очень смахивающая на мысль; в общем, все вокруг – сконцентрированная информация. – Джеффри Сатиновер, доктор медицины

К этому же пришла сегодня и квантовая физика. Ее положения таковы: в основе физического мира лежит абсолютно «нефизическая» реальность; это реальность информации, или «вероятностных волн», или сознания. Если говорить более определенно, то следует выразиться так: на своих глубинных уровнях наш мир представляет собой фундаментальное поле сознания; оно создает информацию, определяющую существование мира

Ученые выяснили, что атомная система – ядро и электроны – представляет собой не совокупность микроскопических материальных тел, а устойчивый волновой паттерн. Затем оказалось, что об устойчивости говорить не приходится: атом – это кратковременное взаимное наложение (сгущение) энергетических полей. Добавим к этому следующий факт. Соотношения линейных размеров ядра, электронов и радиусов электронных орбит таково, что можно смело утверждать: атом почти полностью состоит из пустоты. Удивительно, как это мы не проваливаемся сквозь стул, когда садимся на него – ведь он есть одна сплошная пустота! Правда, и пол таков же, и земная поверхность… Есть ли в мире что-нибудь достаточно «наполненное», чтобы мы не провалились?!

Что реальнее – сознание или материя?

Доктор медицины Эндрю Ньюберг исследовал духовный опыт, полученный разными людьми, как невролог и описал результаты своей работы в книгах «Почему не уходит Бог? Наука о мозге и биология веры» и «Мистический ум. Исследование биологии веры». «Человек, испытавший духовное озарение, – пишет он, – ощущает, что прикоснулся к подлинной реальности, которая является фундаментом и причиной всего остального». Материальный мир представляет собой некий поверхностный, вторичный уровень этой реальности.

«Нам необходимо тщательно исследовать отношения между сознанием и физической Вселенной. Возможно, материальный мир – производный от реальности сознания; возможно, сознание – это основной материал Вселенной». Доктор Ньюберг

Реальность – результат выбора?

А может быть, наши ежесекундные интерпретации реальности в повседневной жизни – просто результат выбора «демократического большинства»? Или, говоря другими словами, реальным представляется то, что считает реальностью большинство людей? Если в комнате находится десять человек и восемь из них видят стул, а два – марсианина, кто из них сошел с ума? Если двенадцать человек воспринимают озеро как замкнутую в берегах водную массу, а один считает его сплошным твердым телом, по которому можно ходить, – кто из них бредит?

Возвращаясь к понятиям предыдущей главы, мы теперь можем сказать: парадигма – это просто общепринятая модель того, что считается реальным. Мы голосуем за эту модель своими действиями, и она становится нашей реальностью. Но тогда возникает Великий Вопрос: «Может ли сознание творить реальность?» Не потому ли никто так и не дал ответа на этот вопрос, потому что сама реальность и есть ответ?

Эмоции и восприятие мира

Есть чисто анатомическое свидетельство того, что информацию о мире нам дает мозг, а не глаза. В том месте глазного яблока, где оптический нерв проходит к задней части мозга, нет никаких зрительных рецепторов. Поэтому следовало бы ожидать: если мы закроем один глаз, увидим в центре «картинки» черное пятно. Но этого не происходит – и только потому, что «картинку» рисует мозг, а не глаз.

Мало того – мозг не делает различия между тем, что человек реально видит, и тем, что он воображает. Похоже, что он даже не видит разницы между выполненным и воображаемым действием.

Этот феномен открыл в 1930-х годах доктор медицины Эдмунд Джекобсон (создатель техники постепенного расслабления в целях снятия стресса). Он просил испытуемых представить себе определенные физические действия. И обнаружил: в процессе визуализации их мышцы едва заметно сокращаются в точном соответствии с теми движениями, которые совершались мысленно. Теперь эту информацию используют спортсмены всего мира: они включают в программу подготовки к соревнованиям визуальные тренировки.

Ваш мозг не видит разницы между миром внешним и миром вашего воображения. – Джо Диспенза

Исследования доктора Перт из Национального института здоровья (США) позволяют предположить: восприятие мира человеком определяется не только его представлениями о том, что реально, а что – нет, но и его отношением к информации, поставляемой органами чувств.

От последнего во многом зависит, воспримем ли мы что-либо, а если воспримем, то как именно. Доктор говорит: «Наши эмоции определяют то, на что стоит обращать внимание… И решение о том, что достигнет нашего сознания, а что будет отброшено и останется на глубинных уровнях тела, принимается в момент воздействия внешних раздражений на рецепторы».

Итак, суть дела более или менее ясна. Мы сами создаем мир, который воспринимаем. Когда я открываю глаза и оглядываюсь вокруг, то вижу не реальность «как она есть», а мир, который способно воспринять мое «сенсорное оборудование» – органы чувств; мир, который позволяет мне видеть моя вера; мир, отфильтрованный эмоциональными предпочтениями.

Основы квантовой механики

Известное встречается с неизвестным

За последующее столетие возникла совершенно новая наука, известная как квантовая механика, квантовая физика или просто квантовая теория. Она не заменяет ньютоновскую физику, которая прекрасно описывает поведение крупных тел, т. е. объектов макромира. Она была создана, чтобы объяснить субатомный мир: в нем теория Ньютона беспомощна.

Вселенная – очень странная штука, – говорит один из основателей нанобиологии доктор Стюарт Хамерофф. – Похоже, есть два набора законов, управляющих ею. В нашем повседневном, классическом мире все описывается ньютоновскими законами движения, открытыми сотни и сотни лет назад… Однако при переходе в микромир, на уровень атомов, начинает действовать совершенно иной свод «правил». Это – квантовые законы».

Факты или фантастика? Одно из самых глубоких философских различий между классической и квантовой механикой заключается в следующем: классическая механика построена на идее о возможности пассивного наблюдения за объектами… квантовая механика насчет этой возможности никогда не заблуждалась. – Дэвид Альберт, доктор философии

Факты или фантастика?

Частица микромира может находиться в двух и более местах одновременно! (Один из совсем недавних экспериментов показал, что одна из таких частиц может находиться одновременно в 3000 мест!) Один и тот же «объект» может быть и локализованной частицей, и энергетической волной, распространяющейся в пространстве.

Эйнштейн выдвинул постулат: ничто не может двигаться быстрее скорости света. Но квантовая физика доказала: субатомные частицы могут обмениваться информацией мгновенно – находясь друг от друга на любом удалении.

Классическая физика была детерминированной: исходя из начальных условий, вроде местоположения и скорости объекта, мы можем рассчитать, куда он будет двигаться. Квантовая физика – вероятностна: мы никогда не можем с абсолютной уверенностью сказать, как поведет себя исследуемый объект.

Классическая физика была механистичной. Она основана на предпосылке: только зная отдельные части объекта, мы в конечном счете можем понять, что он из себя представляет. Квантовая физика целостна: она рисует картину Вселенной как единого целого, части которого взаимосвязаны и влияют друг на друга.

И, наверно, наиболее важно то, что квантовая физика уничтожила представление о принципиальном различии между субъектом и объектом, наблюдателем и наблюдаемым – а ведь оно властвовало над учеными умами в течение 400 лет!

В квантовой физике наблюдатель влияет на наблюдаемый объект. Нет никаких изолированных наблюдателей механической Вселенной – все принимает участие в ее существовании.

Наблюдатель

Мое сознательное решение о том, как наблюдать электрон, в некоторой степени будет определять свойства электрона. Если я буду интересоваться им как частицей, то получу о нем ответ как о частице. Если буду интересоваться им как волной – получу о нем ответ как о волне. Фритьоф Капра, физик, философ

Наблюдатель влияет на наблюдаемое

До того, как проводится наблюдение или измерение, объект микромира существует в виде вероятностной волны (строже – в качестве волновой функции).

Она не занимает никакого определенного положения и не имеет скорости. Волновая функция представляет собой лишь вероятность того, что при наблюдении или измерении объект возникнет здесь или там. Он имеет потенциальные координаты и скорость – но мы не будем знать их до тех пор, пока не начнем процесс наблюдения.

«В связи с этим, – пишет физик-теоретик Брайан Грин в книге «Ткань космоса», – когда мы определяем положение электрона, мы не измеряем объективное, ранее существовавшее свойство реальности. Скорее акт измерения плотно вплетен в создание самой измеряемой реальности». Утверждение Фритьофа Капра логически завершает рассуждения Грина: «Электрон не имеет объективных свойств, не зависимых от моего сознания».

Все это стирает грань между «внешним миром» и субъективным наблюдателем. Они, похоже, сливаются в процессе обнаружения – или создания? – окружающего нас мира.

Проблема измерения

Идея о том, что наблюдатель неизбежно влияет на любой наблюдаемый им физический процесс; о том, что мы не нейтральные свидетели происходящего, просто-напросто обозревающие предметы и события, впервые была высказана Нильсом Бором и его коллегами из Копенгагена. Вот почему эти положения часто называют копенгагенской интерпретацией.

Бор утверждал: принцип неопределенности Гейзенберга подразумевает нечто большее, чем невозможность точно одновременно определить скорость и положение субатомной частицы.

Вот как описывает выдвинутые им постулаты Фред Алан Вольф: «Дело не только в том, что вы не можете измерить нечто. Этого «нечто» вообще нет – до тех пор, пока вы не начнете его наблюдать.

Гейзенберг же полагал, что оно существует само по себе». Гейзенберг не решался признать, что до вовлечения в процесс наблюдателя не было никакого «нечто». Нильс Бор не только утверждал это, но и решительно развил свои предположения.

Так как частицы не возникают до тех пор, пока мы не начнем их наблюдать, говорил он, то реальность на квантовом уровне не существует – до тех пор, пока никто ее не наблюдает и не ведет в ней измерения.

До сих пор в научной среде ведутся горячие споры (это стоит скорее назвать яростными дебатами!) о том, является ли именно человеческое сознание наблюдателя причиной «схлопывания» и перехода волновой функции в состояние частицы?

Писательница и журналистка Линн Мактаггарт так выражает эту мысль, избегая научных терминов: «Реальность – это незастывшее желе. Это не сам мир, а его потенциальность. А мы своей причастностью к нему, актом наблюдения и осмысления, заставляем это желе застыть. Так что наша жизнь – неотъемлемая часть процесса создания реальности. Его определяет наше внимание».

Во Вселенной Эйнштейна объекты обладают точными значениями всех возможных физических параметров. Большинство физиков сказали бы сейчас, что Эйнштейн ошибался. Свойства субатомной частицы проявляются только тогда, когда их принуждают к этому измерения… В тех случаях, когда они не наблюдаются… параметры микросистемы пребывают в неопределенном, «туманном» состоянии и характеризуются исключительно вероятностью, с которой может реализоваться та или иная потенциальная возможность. – Брайан Грин, «Ткань космоса» Зачем

Квантовая логика

Квантовая логика На вопрос о том, остается ли электрон неизменным, мы вынуждены ответить: «Нет». Если нас спрашивают, изменяется ли со временем положение электрона, мы должны сказать: «Нет». Если нам задают вопрос, остается ли электрон в покое, мы отвечаем: «Нет». На вопрос о том, находится ли электрон в движении, мы говорим: «Нет». – Дж. Роберт Оппенгеймер, создатель атомной бомбы

Квантовая логика Джона фон Неймана выявила главную часть проблемы измерения: к измерению приводит лишь решение наблюдателя. Это решение ограничивает степени свободы квантовой системы (например, волновой функции электрона) и таким образом влияет на результат (реальность).