ЧАСТЬ II. ИНФОРМИРОВАННАЯ ВСЕЛЕННАЯ
Вечные вопросы и новые ответы, даваемые целостной теорией всего

7. Поэзия концепции акаши

Феномен согласованности. Пристальный взгляд на научные доказательства

Согласованность в квантовом мире


Целостная теория всего, представленная в этой книге, опирается на предположение, что нелокальные формы согласованности, обнаруженные в различных сферах исследований, могут быть сведены к определенному виду информации, а именно — информации. Поле, которое сохраняет и передает информацию в природе, как мы уже говорили, — это а-поле. Теперь мы подробнее рассмотрим научные доказательства существования нелокальной согласованности, которые одновременно являются и подтверждением существования поля, которое ответственно за нее. Мы рассмотрим феномен согласованности в квантовом мире, во Вселенной в целом, в различных областях жизни, а также в сфере человеческого сознания.


СОГЛАСОВАННОСТЬ В КВАНТОВОМ МИРЕ

Квантовая нелокальность. Материальные точки Ньютона и атомы Демокрита могли быть четко определены с точки зрения силы, положения и движения, но с квантом такого проделать нельзя. Как мы знаем, его описание сложно и весьма неопределенно. Кванты света и энергии, которые возникают в сложных экспериментах, не ведут себя как крошечные эквиваленты знакомых объектов. На самом деле, их поведение оказывается все более и более странным. Хотя Эйнштейн получил Нобелевскую премию за свою работу, посвященную фотоэлектрическому эффекту (когда потоки квантов света испускаются освещенными пластинами), он не подозревал — и никогда не был готов принять — о всей странности квантового мира. Но физики, исследующие поведение этих пакетов света и энергии, выяснили, что, пока детектор или иной акт наблюдения не зарегистрирует их, они не обладают определенной позицией и не находятся в определенном состоянии. Базовые единицы физической реальности не имеют одного определенного местоположения и существуют в странном состоянии, которое состоит из одновременной «суперпозиции» нескольких обычных состояний.

До недавнего времени (так как в настоящий момент получены данные, свидетельствующие против этого предположения) предполагалось, что кванты обладают качеством, которое Нильс Бор назвал «дополнительностью». В зависимости от того, как их наблюдали и измеряли, частицы могли обладать либо корпускулярными, либо волновыми качествами, но не теми и другими одновременно. Альтернативные качества частиц считались дополнительными: хотя они не проявляются самостоятельно, вместе они полностью описывают состояние частиц. Более того, как указывает принцип неопределенности Гейзенберга, различные состояния кванта не могут быть измерены одновременно. Если, например, измеряется позиция, то момент (являющийся продуктом массы и скорости) становится неопределенным, а если измерить момент, неопределенной становится позиция.

Еще более странным является открытие того, что квант — пока его не измеряют и не взаимодействуют с ним — существует в состоянии, в котором все его возможные реальные состояния находятся в состоянии суперпозиции. Волновая функция Шредингера связывает волновое состояния суперпозиции кванта с его реальным состоянием. («Реальное» состояние — это классическое состояние с определенным местоположением, доступное измерению.) Однако не существует законов физики, которые могли бы предсказать, какое из возможных состояний изберет частица. Несмотря на то, что в совокупности частиц переход от виртуального к реальному состоянию подчиняется статистическим правилам вероятности, нет никакой возможности предсказать, какое состояние возникнет в конкретном случае. Если только каждый переход не происходит в отдельной Вселенной (как предположил Эверетт в своей гипотезе параллельных вселенных), отдельные переходы квантов неопределимы и не подчиняются никаким законам физики.

Эйнштейн не признавал главенствующей роли случайности в природе. Он однажды сказал: «Господь не играет в кости». Чего-то не хватает в эмпирическом и теоретическом арсенале квантовой механики, предположил он; в некоторых важнейших аспектах теория неполна. Бор возразил, что вопрос о том, чем является «сама» частица, не имеет смысла. Нобелевский лауреат физик Юджин Вигнер присоединился к его мнению: он сказал, что квантовая физика имеет дело с наблюдениями, а не с поддающимися наблюдению объектами. Гейзенберг также поддержал его, когда говорил об ошибочности философской доктрины Демокрита, которая утверждает, что целый мир состоит из объективно существующих материальных строительных блоков, называемых атомами. Мир, сказал Гейзенберг, устроен как математическая, а не как материальная структура. Поэтому нет смысла спрашивать, к каким уравнениям математической физики они относятся — они не относятся ни к чему, кроме себя.

Другие физики, среди которых Дэвид Бом, отказались принять концепцию квантовой физики в качестве полного описания реальности. Теория скрытых переменных, выдвинутая Бомом, предполагает, что выбор состояния кванта не случаен; он направляется лежащими в его основе физическими процессами. В теории Бома пилотная волна, обозначаемая как квантовый потенциал «Q», возникает из глубинной, недоступной наблюдению сферы Вселенной и направляет наблюдаемое поведение частиц. Таким образом, поведение частиц является неопределимым только на поверхности; на глубоком уровне оно определяется квантовым потенциалом. Позднее Бом назвал глубинный уровень реальности «скрытым порядком», голополем, где все состояния кванта навсегда закодированы. Наблюдаемая реальность — это «явный порядок», опирающийся на скрытый порядок и происходящий из него.

Различные версии теории Бома развиваются сегодня теоретическими физиками, которые не желают принимать математический формализм квантовой физики в качестве адекватного объяснения реального мира. Они объясняют состояние кванта, опираясь на его взаимодействие с квантовым вакуумом, глубинным измерением Вселенной, которое заменило светоносный эфир XIX века.

Это относительно новая разработка. До 1980-х годов квантовые странности принимались как неизбежное условие сверхмалой сферы Вселенной. Физики удовлетворялись складностью уравнений, с помощью которых они обрабатывали свои наблюдения и делали предсказания. За последние два десятилетия картина начала меняться. С новыми экспериментами стало развиваться гораздо менее странное представление о квантовом мире. Эксперименты, которые изначально были разработаны для исследования дополнительной корпускулярно-волновой природы кванта, этому поспособствовали.

Первым из таких экспериментов стал эксперимент Томаса Юнга в 1801 году. В эксперименте «с двумя щелями» Юнга свет проходил через фильтр-экран с двумя щелями. (Юнг создал подходящий свет, пропустив солнечный луч через крошечное отверстие; в наше время для этих целей используется лазер.) Когда Юнг поместил второй экран позади фильтра с двумя щелями, он обнаружил, что на экране вместо двух точек света появляется волновой узор интерференции. Такой же эффект был им обнаружен на дне бассейна, когда две капли или два камешка нарушают ровную поверхность воды, освещенную солнцем. Волны распространяются от каждого центра, встречаются и взаимодейст вуют друг с другом: там, где вершина одной волны сходится с вершиной другой, они подкрепляют друг друга и становятся ярче. Там, где вершина сходится с ложбиной, волны гасят друг друга и становятся темнее.

Являются ли кванты, проходящие через щели Юнга, волнами? Если так, они могли пройти через обе щели и образовать полосы интерференции. Это предположение кажется логичным до тех пор, пока в эксперименте не используется слабый источник света, который испускает только по одному фотону. Рациональные рассуждения приводят нас к тому, что отдельный фотон не может быть волной: он должен быть корпускулярным пакетом энергии. Но тогда он должен быть в состоянии пройти только одну из щелей, а не обе одновременно. Однако когда испускаются отдельные фотоны, полосы интерференции образуются на экране, как будто каждый фотон прошел обе щели.

Эксперимент с разделенным лучом Джона Уилера показал аналогичные результаты. В этом эксперименте фотоны тоже выпускались по одному, и они перемещались от прожектора к детектору. На пути фотона было установлено наполовину посеребренное зеркало, разделявшее луч. Это означает, что в среднем из каждых двух фотонов один будет проходить через зеркало, а другой — отразится. Чтобы проверить это, были установлены счетчики фотонов как позади наполовину посеребренного зеркала, так и под прямым углом к нему. Тут проблем не было: два счетчика зарегистрировали приблизительно одинаковое число фотонов. Неожиданности начались, когда на пути фотонов, прошедших через первое зеркало, оказалось еще одно. Ожидалось, что равное число фотонов достигнет двух счетчиков: отражение двумя зеркалами должно было просто поменять местами их индивидуальные пути следования. Однако все оказалось не так. Один из двух счетчиков регистрировал все фотоны — ни один не направился к другому.

Оказалось, что интерференция, наблюдаемая в эксперименте с двумя щелями, происходит и в эксперименте с разделенным лучом, что свидетельствует о том, что отдельные фотоны ведут себя как волны. Над одним из зеркал интерференция разрушительна (разность фаз между фотонами составляет 180°), поэтому фотоны, как и волны, гасят друг друга. Под другим зеркалом интерференция конструктивна (так как фазы волн совпадают), и волны фотонов подкрепляют друг друга.

Полосы интерференции фотонов, выпущенных друг за другом в лаборатории, наблюдаются и тогда, когда фотоны выпускаются на значительном расстоянии от наблюдателя через значительные интервалы времени. В «космологической» версии эксперимента с разделенным лучом, наблюдаемые фотоны испускаются отдаленной звездой; в одном случае двойным квазаром, известным как 0957+516А,В. Этот отдаленный квазизвездный объект кажется двумя объектами, но на самом деле представляет собой один: его двойной образ объясняется отражением части его света соседней галактикой, расположенной на расстоянии примерно равном 1/4 расстояния от Земли. (Присутствие массы, согласно теории относительности, искривляет пространство и, следовательно, искажает путь световых лучей, перемещающихся в нем.) Световой луч, следующий по искривленному пути, перемещается дольше, чем тот, который следует по прямому пути. В этом случае дополнительное расстояние, которое преодолевал свет, добавляется вмешательством галактики и означает, что фотоны, которые составляют луч, отраженный галактикой, были в пути на 50 тысяч лет дольше, чем те, что путешествовали по более прямому пути. Появившиеся миллиарды лет назад и прибывающие с интервалом в 50 тысяч лет фотоны двух световых лучей интерферируют друг с другом так же, как и те, что были выпущены с разницей в несколько секунд в одной лаборатории.

Воспроизводимые и не раз повторенные эксперименты показывают, что частицы, которые происходят из одного источника, интерферируют друг с другом вне зависимости от того, были они выпущены с интервалами в несколько секунд в лаборатории или с интервалами в тысячи лет во Вселенной. Как это возможно? Являются ли фотон или электрон частицами, когда их выпускают (так как они могут выпускаться по одному), и волной, когда двигаются (так как они создают волновые поломы интерференции, когда встречаются с другими электронами и фотонами)? И почему сцепление этих частиц-волн сохраняется на протяжении космологических расстояний? Поиск ответа на эти вопросы уводит в другом направлении.

Последние версии эксперимента с двумя щелями указывают направление, в котором следует искать ответ. Изначально эксперименты были разработаны для того, чтобы ответить на простой вопрос: действительно ли частица проходит через обе щели или только через одну? И, если только через одну, то какую? Эксперимент состоит из аппарата, который позволяет каждому фотону пройти только через одну из двух щелей. Когда испускается поток фотонов, эксперимент должен показать, через какую щель проходит каждый отдельный фотон.

В соответствии с принципом дополнительности Бора, когда эксперимент устроен так, чтобы путь фотона мог наблюдаться, появляется корпускулярная сторона фотонов, а волновая исчезает: полосы интерференции уменьшаются и полностью исчезают. (Это, следует заметить, не означает, что волновой аспект не присутствует. Это означает только то, что он не улавливается определенным экспериментальным аппаратом.) Чем сильнее «детектор пути», тем меньше полос интерференции остается. Это было показано в эксперименте, проведенном Эялем Баксом и Мордехаем Хейблумом с коллегами в израильском институте Вейцмана. При помощи передовых технологий было создано устройство, размером меньше, чем один микрометр, которое направляет пучок электронов через преграду по одному из двух путей. Пути фокусировали пучки электронов и сделали возможным измерение уровня интерференции электронов в пучках. Чем выше точность детектора, тем менее выражена интерференция. Когда детектор настроен на оба пути, полосы интерференции исчезают полностью.

Этот результат подтверждает теорию Бора, согласно которой два дополнительных аспекта частиц никогда нельзя наблюдать одновременно. Однако оригинальный эксперимент Шахрияра Афшара, молодого ирано-американского физика, показал, что, даже, когда наблюдается корпускулярный аспект, волновой аспект все равно присутствует: полосы интерференции не исчезают. В этом эксперименте, описанном в номере британского журнала «Новый ученый» за июль 2004 года, провода были помещены точно там, где должны быть темные полосы интерференции. Когда свет попадает на провода, они рассеивают его так, что меньше света попадает на детектор фотонов. Но свет не достигает этих точек: даже когда фотоны проходят через щели по одному, темные полосы остаются на месте.

Присутствие полос интерференции указывает на то, что частицы продолжают вести себя как волны даже тогда, когда они испускаются по одной, но в этом случае их волновой аспект недоступен обычному наблюдению. Афшар предполагает (и некоторые физики, занимающиеся частицами, склонны с ним соглашаться), что волновой аспект частицы — это ее основной аспект. Корпускулярный аспект не реален: весь эксперимент можно описать с точки зрения волн-фотонов.

Означает ли это, что загадки, окружающие поведение частиц, разгаданы? Отнюдь нет. Даже как волновое состояние частицы определенно необычно: оно нелокально. «Аппарат определения пути» оказывается нелокально связанным с фотонами, проходящими через щели. Эффект поразителен. В некоторых экспериментах полосы интерференции исчезают, как только появляется детектор, — даже тогда, когда аппарат не включен! Эксперимент с оптической интерференцией, проведенный Леонардом Манделом в 1991 году, указывает на это. В эксперименте Мандела использовались два пучка света лазера. Когда присутствовал детектор, который позволял определить путь света, полосы интерференции исчезали, как предсказывал Бор. Но полосы исчезали вне зависимости от того, проводилось определение или нет. Это показало, что сама возможность «определения пути» препятствует появлению полос интерференции.

Это открытие было подтверждено осенью 1998 года Дюрром, Нанном и Ремпе из университета Костанца в эксперименте, где полосы интерференции появлялись из-за преломления пучка холодных атомов стоячими волнами света. Когда не предпринимались попытки определить, какой путь выбрали атомы, на интерферометре были видны очень контрастные полосы. Однако когда в атомах была закодирована информация относительно того, какой путь они выбирали, полосы исчезали. Не обязательно считывать информацию о пути, чтобы полосы интерференции исчезли; достаточно, чтобы атомы были помечены и информация была доступна.

Есть ли объяснение этому странному открытию? Да. Оказывается, что, когда информация о направлении кодируется в пучке атомов, эта информация коррелирует момент атома с его внутренним электронным состоянием. Следовательно, когда электронная пометка наносится на каждый из путей, которые может избрать атом, волновая функция одного пути становится перпендикулярной к волновой функции другого. И пучки атомов или фотонов, которые перпендикулярны, не могут интерферировать между собой.

Факт в том, что атомы, как и частицы, нелокально связаны друг с другом и могут быть нелокально связаны с аппаратом, который их измеряет.

Само по себе открытие мгновенных связей в квантовом мире не ново: квантовая нелокальность была известна на протяжении более полувека. Еще в 1935 году Эрвин Шредингер предположил, что частицы не имеют индивидуально определенных квантовых состояний, а занимают коллективные состояния. Коллективная суперпозиция квантовых состояний распространяется не только на два или более качеств отдельной частицы, но и на группу частиц. В каждом случае речь идет не о свойствах отдель ной части цы, а о состоянии группы, частью которой является частица. Так как частицы внутренне «связаны» друг с другом, волновая функция суперпозиции целой квантовой системы описывает состояние каждой частицы в ней.

Взаимосвязь квантов указывает на то, что информация незаметно, но эффективно передается в квантовом мире. Так как эта информационная связь является мгновенной и прочной, она оказывается независимой от пространства и времени.


Страницы:
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]
[18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] | 25 | [26] [27] [28] [29] [30] [31] »»»»

Яндекс.Метрика