Demonstracija, ki je obrnila velike ideje Isaaca Newtona o naravi svetlobe, je bila neverjetno preprosta. "Lahko se ponovi z veliko lahkoto, kjer koli sije sonce," je angleški fizik Thomas Young povedal Royal Society v Londonu novembra 1803, ko je opisal, kaj se danes imenuje eksperiment z dvojnimi režami. A Young ni bil navdušen mladinec. Izpostavil je eleganten in izpopolnjen eksperiment, ki je prikazal valovno naravo svetlobe in s tem ovrgel Newtonovo teorijo, da je svetloba sestavljena iz truplov, torej delcev.
Toda z rojstvom kvantne fizike v zgodnjih 1900-ih je postalo jasno, da svetlobo sestavljajo drobne nedeljive enote - ali kvante - energije, ki jim pravimo fotoni. Young-ov eksperiment z enojnimi fotoni ali celo s posameznimi delci materije, kot so elektroni in nevroni, je skrivnost, zaradi katere se sprašujete o sami naravi resničnosti. Nekateri so ga celo uporabili za trditev, da na kvantni svet vpliva človekova zavest. A lahko preprost eksperiment to resnično pokaže?
Ali lahko zavest definira resničnost?
Young-ov poskus v svoji sodobni kvantni obliki vključuje odstranjevanje posameznih delcev svetlobe ali snovi skozi dve reži ali luknji, zarezani v neprozorno pregrado. Na eni strani pregrade je zaslon, ki beleži prihod delcev (recimo fotografska plošča v primeru fotonov). Zdrav razum pričakuje, da bodo fotoni prešli skozi eno ali drugo režo in se nabrali za ustreznim prehodom.
Vendar ne. Fotoni zadenejo določene dele zaslona in se izogibajo drugim, kar ustvarja izmenične črte svetlobe in teme. Te tako imenovane meje spominjajo na sliko dveh valov. Ko se grebeni enega vala poravnajo z grebeni drugega, dobite konstruktivne interference (svetle proge), in ko se grebeni poravnajo s koriti, dobite destruktivne interference (tema).
Toda naenkrat skozi napravo prehaja samo en foton. Videti je, da gre foton naenkrat skozi obe rež in se sam vmešava. To je v nasprotju z običajnim (klasičnim) razumom.
Matematično gledano ne gre za fizični delček ali fizični val, ki prehaja skozi obe reži, ampak tako imenovano valovno funkcijo - abstraktno matematično funkcijo, ki predstavlja stanje fotona (v tem primeru položaj). Funkcija valovanja se obnaša kot val. Zadeva dve reži, na drugi strani rež pa se pojavijo novi valovi, se razmnožujejo in motijo drug drugega. Funkcija kombiniranega valovanja izračuna verjetnost, kje bi lahko bil foton.
Promocijski video:
V fotonu je velika verjetnost, da se tam, kjer funkcije dveh valov konstruktivno motijo, in nizko - kjer je moteče destruktivno. Meritve - v tem primeru interakcija valovne funkcije s fotografsko ploščo - vodijo v "kolaps" valovne funkcije, v njen propad. Kot rezultat kaže na eno od krajev, na katerem se foton po meritvi materializira.
Ta navidezno z merjenjem propad valovne funkcije je postal vir številnih idejnih težav v kvantni mehaniki. Pred propadom ni mogoče zagotovo povedati, kje bo končal foton; lahko je kjer koli z nevero verjetnostjo. Ni poti, da bi izsledili pot fotona od vira do detektorja. Foton je neresničen v smislu, da je letalo, ki leti iz San Francisca v New York, resnično.
Werner Heisenberg je med drugim to matematiko razlagal tako, da resničnost ne obstaja, dokler je ne opazimo. "Zamisel o objektivnem resničnem svetu, katerega najmanjši delci obstajajo objektivno v istem smislu, kot obstajajo kamni ali drevesa, ne glede na to, ali jih opazujemo ali ne, je nemogoča," je zapisal. John Wheeler je uporabil tudi različico eksperimenta z dvojno režo, da je izjavil, da "noben elementarni kvantni pojav ne bo pojav, dokler ne postane registriran (" opažen "," definitivno zabeležen ") pojav."
Toda kvantna teorija ne daje popolnoma nobenega pojma o tem, kaj šteje za "merjenje". Preprosto predpostavlja, da mora biti merilna naprava klasična, ne da bi opredelila, kje leži ta črta med klasičnim in kvantnim, in pustila odprta vrata za tiste, ki verjamejo, da kolaps povzroča človekovo zavest. Lani maja sta Henry Stapp in njegovi sodelavci povedala, da eksperiment z dvojno režo in sodobne različice kažejo, da je "zavestni opazovalec morda potreben", da bi dajal pomen kvantnemu kraljestvu in da je transpersonalna inteligenca jedro materialnega sveta.
Toda ti poskusi niso empirični dokaz za take trditve. V eksperimentu z dvojno režo, izvedenim z enojnimi fotoni, je mogoče preizkusiti le verjetnostna predvidevanja matematike. Če se verjetnosti pojavijo, ko se skozi dvojno režo pošlje več deset tisoč identičnih fotonov, teorija pravi, da se je valovno delovanje vsakega fotona zrušilo - zahvaljujoč nejasnemu procesu, imenovanemu merjenje. To je vse.
Poleg tega obstajajo tudi druge interpretacije eksperimenta z dvojno režo. Vzemimo za primer teorijo de Broglie-Bohm, ki pravi, da je realnost tako val kot delček. Foton je v nekem trenutku usmerjen proti dvojni reži in prehaja skozi eno ali drugo režo; zato ima vsak foton svojo pot. Potuje skozi pilotni val, ki prodira skozi obe reži, se vmešava in nato usmeri foton na mesto konstruktivne interference.
Chris Dewdney in sodelavci iz kolidža Brickbeck v Londonu so leta 1979 modelirali to teorijo predvidevanja poti delcev, ki bi potovale skozi dvojno režo. V zadnjih desetih letih so eksperimentalisti potrdili, da takšne poti obstajajo, čeprav so uporabili kontroverzno tehniko tako imenovanih šibkih meritev. Kljub polemiki so poskusi pokazali, da de Broglie-Bohmova teorija še vedno zna razložiti vedenje kvantnega sveta.
Še pomembneje pa je, da ta teorija ne potrebuje opazovalcev ali meritev ali nematerialne zavesti.
Prav tako jih ne potrebujejo tako imenovane teorije kolapsa, iz katerih izhaja, da se valovne funkcije zrušijo naključno: večje je število delcev v kvantnem sistemu, večja je verjetnost, da se bo zrušil. Opazovalci rezultat preprosto zapišejo. Ekipa Markusa Arndta na Univerzi na Dunaju v Avstriji je te teorije preizkusila tako, da je skozi dvojno režo pošiljala večje in večje molekule. Teorije strnjevanja napovedujejo, da ko delci snovi postanejo bolj masivni od določenega praga, ne morejo več ostati v kvantni superpoziciji in hkrati preiti skozi obe reži, kar uničuje vzorec motenj. Arndtova ekipa je skozi dvojno režo poslala molekulo 800 atomov in še vedno videla motnje. Iskanje praga se nadaljuje.
Roger Penrose je imel svojo različico teorije kolapsa, v kateri je večja masa objekta v superpoziciji, hitreje se ta propada v eno ali drugo stanje zaradi gravitacijskih nestabilnosti. Spet ta teorija ne potrebuje opazovalca ali kakršne koli zavesti. Dirk Boumeester s kalifornijske univerze v Santa Barbari preizkuša Penrosovo idejo z različico poskusa z dvojno režo.
Konceptualno ideja ni samo, da bi fotonu postavili superpozicijo, da gre skozi dve reži hkrati, ampak tudi, da bi eno od rež postavili v superpozicijo in jo postavili na dve mesti hkrati. Po Penroseu bo nadomeščena reža bodisi ostala v superpoziciji ali pa bo propadla s fotonom med letenjem, kar bo povzročilo različne vzorce motenj. Ta zlom bo odvisen od mase rež. Boumeester se ukvarja s tem eksperimentom deset let in bo morda kmalu potrdil ali zanikal Penrosejeve trditve.
Vsekakor ti poskusi kažejo, da še ne moremo trditi o naravi resničnosti, čeprav so te trditve dobro podprte matematično ali filozofsko. In glede na to, da se nevroznanstveniki in miselni filozofi ne morejo strinjati glede narave zavesti, bi bila trditev, da ta vodi v propad valovnih funkcij, v najboljšem primeru prezgodnja in v najslabšem primeru napačna.
Ilya Khel