Наука

Наша реальність обумовлена тільки вимірами

Нашу реальність поставили під сумнів

Виною всьому новий квантовий парадокс, який не в’яжеться з реальністю, що спостерігаємо: якщо в лісі падає дерево, а ніхто цього не чує, то чи видає воно при падінні звук? Деякі вчені кажуть, що, можливо, ні. Якщо ви думаєте, що дерево видає звук, то не виключено, що тепер ви зміните свою думку.

Image by 3centista from Pixabay

У квантовій механіці виявлений новий парадокс, який ставить під сумнів деякі, які здаються здоровими уявлення про фізичну реальність.

Квантова механіка дуже добре описує поведінки крихітних об’єктів, таких як атоми або частки. Але з цієї точки зору їх поведінка здається дуже дивною. У багатьох випадках квантова теорія не дає однозначних відповідей на такі питання, як «де зараз знаходиться частинка?». Замість цього вона дає тільки її ймовірне місце розташування.

Для Нільса Бора, одного з основоположників теорії, це відбувається не через нестачу інформації про частку, а тому що фізичні властивості, такі як положення, що не існують, поки не будуть виміряні. Більш того, оскільки деякі властивості частинки не можна спостерігати одночасно, наприклад, місце розташування і швидкість, то вони не можуть бути реальними одночасно.

Але повернемося до нового парадоксу. У статті, опублікованій в Nature Physics, розглядалася пара віддалених один від одного частинок в заплутаному стані. Коли одна і та ж властивість (скажімо, місце розташування або швидкість) вимірюється в обох заплутаних часток, то результат буде випадковим. Але при цьому між отриманими результатами обов’язково з’явиться взаємозв’язок.

Наприклад, спостерігач, що вимірює положення першої частки, може точно передбачити результат вимірювання положення іншої віддаленої частки, навіть не бачачи її. Або ж спостерігач може з тим же успіхом передбачити її швидкість. Здавалося б, цьому є просте пояснення, але за умови, що обидві властивості існували до вимірювань, а це суперечить інтерпретації Бора.

Однак в 1964 році фізик Джон Белл з Північної Ірландії виявив, що аргумент про існування властивостей до їх вимірювання не працює у випадку складнішої комбінації різних вимірів цих двох частинок.

Белл прийшов до висновку, що якщо два спостерігачі випадковим чином і незалежно вибирають між виміром тієї чи іншої властивості своїх часток (положення або швидкості), то усереднені результати не можна пояснити жодною теорією, згідно з якою положення і швидкість вже існували до вимірювань.

Звучить неймовірно, але експерименти показали, що кореляції (взаємозв’язки) Белла дійсно існують. Для багатьох фізиків це стало свідченням того, що Бор був прав: фізичні властивості не існують, поки вони не виміряні.

Але тоді виникає дивне запитання: що собою представляє «вимір»?

Угорсько-американський фізик-теоретик Юджин Вігнер розробив уявний експеримент, що демонструє складність ідеї вимірювання. Він запропонував ситуацію, в якій його друг входить в герметично закриту лабораторію і виконує вимірювання квантової частинки. Скажімо, її положення. Однак Вігнер зауважив, що якби він застосував рівняння квантової механіки для опису цієї ситуації, перебуваючи зовні лабораторії, то результат був би зовсім іншим. З точки зору Вігнера друг, який проводить вимірювання і робить стан частинки реальним, просто заплутується з часткою і заражається невизначеністю, яка його оточує.

Ця ідея нагадує знаменитого кота Шредінгера — уявний експеримент, в якому доля закритого в коробці кота пов’язана з випадковою квантовою подією.

Натхнення: www.popmech.ru

Кнопка «Наверх»