И рече науката: В квантовия свят няма реалност

Известни учени са съставили списък с популярни научни идеи, които са загубили своята актуалност в светлината на новите изследвания и съвременни възгледи.

Поради големия обем ви ги представяме в поредица от статии.

Продължаваме с Антон Цайлингер, физик от Виенския университет. Научен директор на Института за квантова оптика и квантова информация на Австрийската академия на науките. Автор на книгата „Танцът на фотоните. От Айнщайн до квантовата телепортация“.

Идеята, от която следва да се откажем, се заключава в това, че в квантовия свят няма реалност. Такава идея може да е възникнала по две причини.

От една страна, тъй като на едно или друго физично свойство невинаги може да се припише точно значение, а от друга – защото в рамките на широкия спектър от интерпретации на квантовата механика някои предполагат, че квантовото състояние не описва външната реалност и че свойствата възникват само в мозъка на изследователя, във връзка с което решаваща роля тук играе съзнанието.

Нека се замислим за секунда над знаменития опит на Йънг (експеримента с двата успоредни прореза). Такива и подобни опити днес се провеждат не само с единични фотони и други елементарни частици от типа на неутрони, протони, електрони и т.н., но и с големи макромолекули, като фулерени (бъкиболи) и дори по-големи. Ние провеждаме опити с фулерени – молекули C-60 or C-70. Има два прореза и при спазване на условията на експеримента наблюдаваме разпределението на фулерените зад тях с максимални и минимални стойности, или т.нар. интерференционен модел.

Това е предизвикано от интерференция на вероятностните вълни, които преминават през процепите. Но следвайки Айнщайн в неговия знаменит диспут с Нилс Бор, можем да си зададем въпроса: провеждаме ли опит с отделни частици, с отделни фулерени? През кой процеп преминава отделната молекула? Тъй като е съвсем естествено да предположим, че всяка частица трябва да премине през единия или другия процеп.

Квантовата физика ни казва, че този въпрос няма никакво значение. Ние не можем да дадем ясно определено положение на частицата, ако не проведем реален опит, в който да изясним къде се намира тя. Затова, докато не сме провели измервания, положението на фулерена, а следователно и процепа, през който той преминава, е лишено от всякакъв смисъл.

Да предположим, че сме определили положението на частицата. В такъв случай сме получили отговор и знаем къде е тя. Тя е или близо до единия процеп, или близо до другия. В такъв случай нейната позиция е определено елемент от реалността и можем да кажем ясно, че квантовата физика описва такава реалност. Интересно е, че знаейки точно едната характеристика, а именно местоположението на частицата, ние се лишаваме от ясна представа за друга, а именно за тази характеристика, която е закодирана в интерференционния модел.

И каква е тук ролята на съзнанието? Квантовата механика ни говори, че частицата преди наблюдението се намира в суперпозиция, преминавайки през единия процеп и преминавайки през другия процеп. Ако ние имаме две регистрационни устройства, по едно за всеки процеп, то частицата ще бъде фиксирана само от едното от тях. Но квантовата механика твърди, че измерващото устройство се смесва с позицията на наблюдението на частицата и затова няма определени класически характеристики.

Следователно, както казва американският Нобелов лауреат с унгарски произход Юджин Уигнър, това е такава верига, която може да се следи, докато изследователят не фиксира резултата. Ако се съгласим с този довод, то се получава, че реалността се определя от съзнанието.

Но не е необходимо да отиваме толкова далече. Достатъчно е да допуснем, че квантовата механика просто описва вероятности на възможни резултати от измерванията. След това наблюдението се превръща от потенциална възможност в реалност и в нашия случай положението на частиците става количествен параметър, за който можем да говорим с пълно основание. Той е реален в опита на Йънг, дори ако няма възможност да се припише конкретно значение на неговата позиция.