March 12th, 2017

cross-ld

Реальность квантовой странности

…или к вопросу об измерении реальности волновой функции.

~ • ~ • ~
"Вы действительно верите, что Луна существует лишь когда вы смотрите на неё?"
Этот известный вопрос Альберта Эйнштейна аккумулирует в себе как суть продолжающихся уже сотню лет научных дебатов по поводу проблемы измерений, так и сущность самой природы волновой функции.

В фильме Акиры Куросавы "Расёмон" самурая убивают, но из фильма так и не понятно кто и почему? Различные вовлечённые в историю персонажи рассказывают свои версии этих событий, но все их свидетельства противоречат одно другому. И в результате вы остаётесь в сомнениях: Какая же из этих историй правда?

Но сам этот фильм заставляет вас задуматься также о другом, более глубоком вопросе: Существует ли вообще истинная история или вся наша вера в определённую, объективную, независящую от наблюдателя реальность является иллюзией?

Опубликованная в журнале Nature Physics статья предоставляет новые экспериментальные данные, поддерживающие последний сценарий — о существовании "Расёмон-эффекта" не просто в наших описаниях природы, но и в самой природе.

За прошедшие сто лет, многочисленные эксперименты над элементарными частицами перевернули и поставили с ног на голову всю классическую парадигму причинной, детерминистской вселенной.

Возьмём, к примеру, так называемый эксперимент с двумя щелями. Мы стреляем пачкой элементарных частиц — скажем, электронов — в экран, способный регистрировать их удар. Но перед экраном мы помещаем частично проходимое препятствие: стену с двумя тонкими параллельными вертикальными щелями. Мы смотрим на результирующий рисунок электронов, появляющийся на экране. И что же мы видим?

Если бы электроны были подобны маленьким шарикам (во что заставляла верить нас классическая физика), тогда каждый из них проскакивал бы через одну из щелей, а мы при этом увидели бы на экране две отдельные полосы, каждая за своей щелью. Но на самом деле видим мы нечто совершенно другое: интерференционную картину, как если бы две волны сталкивались, создавая рябь на воде.

И что удивительно, то же самое происходит, если мы начинаем выстреливать электроны по очереди — что говорит о том, что каждый электрон неким образом действует подобно волне, интерферируя сам с собой, как если бы он проходил через обе щели одновременно.

То есть, электрон — это волна, не частица? Не спешите с выводами. Поскольку, когда мы помещаем у щелей приборы, которые "метят" электроны в соответствии с той щелью, через которую они проходят (что позволяет нам узнать их местонахождение), интерференционный паттерн исчезает. Вместо этого, мы видим на экране две классические полосы, как будто наши электроны, внезапно осознав, что за ними наблюдают, решили вести себя как приличные маленькие шарики.

Чтобы проверить эту их приверженность к тому, чтобы вести себя подобно частицам, мы можем метить их также при прохождении через щели — но после этого, используя другой прибор, стирать эти метки до того, как электроны ударятся об экран. Если мы делаем это, то электроны вновь возвращаются к своему волноподобному поведению, и интерференционный рисунок чудесным образом снова проявляется.

Нет конца различным практическим шуткам, которые мы можем разыгрывать с бедным электроном! Но с усталой улыбкой, он всегда при этом смеётся над нами в ответ. Электрон представляется нам странным гибридом волны и частицы, про который нельзя сказать ни что он здесь и там, ни что он здесь или там. Подобно хорошо подготовленному актёру, он играет ту роль, которую был призван исполнить. Как будто всем своим существованием он решил доказать нам верность известной максимы епископа Джорджа Беркли: "быть — значит быть воспринимаемым".

Действительно ли природа настолько странная?
Или это просто кажущаяся странность, являющаяся отражением нашего несовершенного знания о природе?

Collapse )