Meeleavaldus, mis muutis Isaac Newtoni suurepäraseid ideid valguse olemuse kohta, oli uskumatult lihtne. Seda "saab väga hõlpsalt korrata kõikjal, kus päike paistab", ütles inglise füüsik Thomas Young novembris 1803 Londoni kuningliku seltsi liikmetele, kirjeldades seda, mida nüüd nimetatakse kahepiluliseks katseks. Ja Young polnud entusiastlik nooruk. Ta tuli välja elegantse ja keeruka eksperimendiga, mis demonstreeris valguse laine olemust, ja lükkas sellega ümber Newtoni teooria, mille kohaselt valgus koosneb korpustest ehk osakestest.
Kuid kvantfüüsika sünd 1900. aastate alguses tegi selgeks, et valgus koosneb pisikestest jagamatutest ühikutest ehk energia kvantidest, mida me kutsume footoniteks. Youngi eksperiment üksikute footonitega või isegi üksikute aineosakestega nagu elektronid ja neuronid on mõistatus, mis paneb teid mõtlema reaalsuse olemuse üle. Mõni on seda isegi väitnud, et kvantmaailma mõjutab inimteadvus. Kuid kas lihtne eksperiment saab seda tõepoolest näidata?
Kas teadvus saab määratleda tegelikkust?
Moodsas kvantvormis hõlmab Youngi eksperiment üksikute valguse või aine osakeste tulistamist läbi kahe läbipaistmatusse tõkkesse lõigatud pilu või augu. Tõkke ühel küljel on ekraan, mis registreerib osakeste saabumist (näiteks footonite puhul fotoplaat). Terve mõistus paneb meid eeldama, et footonid läbivad kas ühe või teise pilu ja kogunevad vastava läbipääsu taha.
Kuid mitte. Footonid tabavad ekraani teatud osi ja väldivad teisi, luues vahelduvaid valguse ja pimeduse triipe. Need nn narmad meenutavad pilti kahe laine kohtumisest. Kui ühe laine kriidid on joondatud teise kriidiga, tekivad konstruktiivsed häiringud (eredad triibud) ja kui koorikud sarnaneb künadega, siis hävitavad häired (pimedus).
Kuid korraga läbib seadet ainult üks footon. Paistab, et footon läbib mõlemad pilud korraga ja segab ennast. See on vastuolus tavapärase (klassikalise) mõttega.
Matemaatiliselt ei ole mõlemat pilu läbiv füüsiline osake ega füüsiline laine, vaid nn lainefunktsioon - abstraktse matemaatiline funktsioon, mis tähistab footoni olekut (antud juhul positsiooni). Lainefunktsioon käitub nagu laine. See tabab kahte pilu ja uued lained väljuvad pilude teisel küljel, levivad ja segavad üksteist. Kombineeritud laine funktsioon arvutab footoni asukoha tõenäosuse.
Reklaamvideo:
Fotonil on suur tõenäosus olla seal, kus kahe laine funktsioonid konstruktiivselt häirivad, ja madal - seal, kus häired on hävitavad. Mõõtmised - sel juhul lainefunktsiooni interaktsioon fotoplaadiga - viib lainefunktsiooni "kokkuvarisemiseni", selle kokkuvarisemiseni. Selle tulemusel osutab see ühele kohale, kus footon pärast mõõtmist realiseerub.
See nähtavalt mõõtmistest tingitud lainefunktsiooni kokkuvarisemine on kvantmehaanikas muutunud paljude kontseptuaalsete raskuste allikaks. Enne kokkuvarisemist ei saa kuidagi kindlalt öelda, kuhu footon jõuab; see võib olla ükskõik kus, null tõenäosusega. Fotoni liikumistrajektoori lähtest detektorini ei ole võimalik jälgida. Foton on ebareaalne selles mõttes, et San Franciscost New Yorki lendav lennuk on tõeline.
Werner Heisenberg tõlgendas seda matemaatikat muu hulgas nii, et reaalsus ei eksisteeri enne, kui seda täheldatakse. "Idee objektiivsest reaalsest maailmast, mille väikseimad osakesed eksisteerivad objektiivselt samas mõttes, nagu on olemas kive või puid, olenemata sellest, kas me neid jälgime või mitte, on võimatu," kirjutas ta. John Wheeler kasutas ka topeltpiluga katse varianti, väites, et "ükski elementaarne kvantnähtus ei ole nähtus enne, kui see muutub registreeritud (" vaadeldavaks "," teatava "jaoks registreeritud") nähtuseks."
Kuid kvantteooria ei anna absoluutselt aimugi, mida loetakse "mõõtmiseks". Ta lihtsalt postuleerib, et mõõteseade peab olema klassikaline, määratlemata, kus see joon klassikalise ja kvandi vahel asub, ning jättes ukse lahti neile, kes usuvad, et kokkuvarisemine põhjustab inimese teadvust. Mullu mais ütlesid Henry Stapp ja tema kolleegid, et topeltpilu katse ja selle praegused versioonid viitavad sellele, et kvantmaailma tähenduse andmiseks võib olla vajalik teadlik vaatleja ja et transpersonaalne intelligentsus on materiaalse maailma keskmes.
Kuid need katsed ei ole selliste väidete empiirilised tõendid. Üksikute footonitega tehtud topeltpilu katses saab testida ainult matemaatika tõenäosuslikke ennustusi. Kui tõenäosused hõljuvad, kui kümned tuhanded identsed footonid saadetakse kahekordse pilu kaudu, on teooria kohaselt iga footoni lainefunktsioon varisenud - tänu ebamääraselt määratletud protsessile, mida nimetatakse mõõtmiseks. See on kõik.
Lisaks on topeltpiluga eksperimendi kohta ka teisi tõlgendusi. Võtame näiteks de Broglie-Bohmi teooria, mis ütleb, et reaalsus on nii laine kui ka osake. Foton suunatakse topeltpilusse igal hetkel kindlas asendis ja läbib ühe või teise pilu; seetõttu on igal footonil trajektoor. See liigub läbi pilootlaine, mis tungib mõlemasse pilusse, segab ja suunab seejärel footoni konstruktiivsete häirete kohale.
1979. aastal modelleerisid Chris Dewdney ja Londoni Brickbecki kolleegi kolleegid selle teooria ennustuse osakeste tee kohta, mis läbiksid topeltpilu. Viimase kümne aasta jooksul on eksperimenteerijad kinnitanud, et sellised trajektoorid on olemas, ehkki nad on kasutanud niinimetatud nõrkade mõõtmiste vastuolulist tehnikat. Vaatamata poleemikale on katsed näidanud, et de Broglie-Bohmi teooria suudab kvantmaailma käitumist ikkagi selgitada.
Mis veelgi olulisem - see teooria ei vaja vaatlejaid ega mõõtmisi ega immateriaalset teadvust.
Neid ei vaja ka nn kokkuvarismisteooriad, millest järeldub, et lainefunktsioonid varisevad juhuslikult kokku: mida suurem on kvantsüsteemis osakeste arv, seda tõenäolisem on kokkuvarisemine. Vaatlejad lihtsalt registreerivad tulemuse. Markus Arndti meeskond Austrias Viini ülikoolis testis neid teooriaid, saates suuremaid ja suuremaid molekule kahekordse pilu kaudu. Kokkuvarisusteooriad ennustavad, et kui aineosakesed muutuvad massiliseks kui teatud lävi, ei saa nad enam jääda kvant-superpositsioonile ja läbida korraga mõlemat pilu ning see hävitab häirete mustri. Arndti meeskond saatis läbi kahekordse pilu 800 aatomiga molekuli ja nägi ikkagi häireid. Läve otsimine jätkub.
Roger Penrose'il oli oma versioon varisemisteooriast, milles mida suurem on ülipositsioonil oleva objekti mass, seda kiiremini see gravitatsioonilise ebastabiilsuse tõttu ühte või teise olekusse variseb. See teooria ei vaja jällegi vaatlejat ega mingit teadvust. Dirk Boumeester California ülikoolist, Santa Barbara, testib Penrose'i ideed topeltpiluga eksperimendi versiooniga.
Kontseptuaalselt ei ole idee mitte ainult panna foton kahe pilu korraga läbimise superpositsioonile, vaid ka panna üks piludest ülipositsioonile ja muuta see korraga kahes kohas. Penrose sõnul jääb asendatud pilu kas superpositsioonile või kukub kokku lendleva footoniga, mis toob kaasa erinevad häiremustrid. See kokkuvarisemine sõltub pilude massist. Boumeester on selle eksperimendi kallal töötanud kümme aastat ja võib peagi Penrose'i väiteid kinnitada või eitada.
Igal juhul näitavad need katsed, et me ei saa veel esitada väiteid reaalsuse olemuse kohta, isegi kui need väited on matemaatiliselt või filosoofiliselt hästi toetatud. Ja arvestades, et neuroteadlased ja vaimufilosoofid ei suuda teadvuse olemuses kokkuleppele jõuda, oleks väide, et see viib lainefunktsioonide kokkuvarisemiseni, parimal juhul ennatlik ja halvimal juhul eksitav.
Ilja Khel
