Реальность зависит от наблюдателя и не существует объективно

Недавнее исследование ученых из Федерального университета ABC (UFABC) в Сан-Паулу (Бразилия) показывает, что любая реальность возникает только тогда, когда она фиксируется наблюдателем. Результаты работы опубликованы в журнале Communications Physics.

Принцип Бора

Задача бразильских специалистов заключалась в проверке «принципа дополнительности», предложенного в 1928 году известным датским физиком Нильсом Бором. По его словам, одни и те же объекты обладают взаимодополняющими свойствами, которые невозможно наблюдать или измерять одновременно.

Например, если вы проводите эксперимент с двумя электронами, вы сможете определить положение в пространстве только одного из них.

Кстати, еще в 1927 году в Брюсселе во время пятой Сольвеевской конференции физиков и химиков произошел спор между Бором и Альбертом Эйнштейном. Речь шла о квантовой теории, которая тогда только зарождалась.

Эйнштейн настаивал на том, что квантовые состояния частиц имеют свою собственную реальность, независимую от влияния операторов. Бор утверждал, что квантовые системы обретают собственную реальность только после создания экспериментальной модели, то есть после того, как с ними начинают работать ученые.

«Бог не играет в кости, — возразил Эйнштейн.

«Система ведет себя как волна или как частица в зависимости от контекста, но вы не можете предсказать, что она будет делать», — парировал Бор, ссылаясь на дуалистическую концепцию, выдвинутую ранее, в 1924 году, французским физиком Луи де Бройлем, суть которой из которых было то, что материя может выглядеть как волна в один момент времени и как частица в другой.

Уилер и др.

Впоследствии Бор, не согласный с Эйнштейном, смог подробно сформулировать свой принцип дополнительности и тем самым снабдил других ученых многочисленными экспериментами, призванными подтвердить или опровергнуть его гипотезу.

Так, в 1978 году американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер попытался переосмыслить эксперимент, проведенный в 1801 году Томасом Юнгом по изучению свойств света с помощью двойной щели.

Во время этого эксперимента операторы направляли свет на стену, в которой были сделаны две параллельные щели. Когда световые лучи проходили через одну из них, в результате дифракции они накладывались на свет из другой щели, мешая ему. Это означало, что свет двигался волнами. Получается, что она одновременно имеет природу частицы и волны.

Уилер, с другой стороны, использовал для исследований устройство, работающее в двух режимах измерения: волны и частицы. Его исследования только подтвердили принцип дополнительности Бора.

Однако более поздние исследователи, пытавшиеся применить принцип квантовой суперпозиции к экспериментам с частицами, обнаружили, что они могут демонстрировать гибридное поведение, например перекрытие волн, а не дополнение друг друга.

Законы квантового мира

Чего удалось добиться современным бразильским ученым?

«В эксперименте мы использовали методы ядерного магнитного резонанса, аналогичные тем, которые используются в медицинской визуализации», — объясняет руководитель группы Роберто М. Серра, исследователь в области квантовой информатики и технологий в UFABC.

«Такие частицы, как протоны, нейтроны и электроны, имеют ядерный спин, который является магнитным свойством, подобным ориентации стрелки компаса. Мы манипулировали ядерными спинами различных атомов в молекуле с помощью электромагнитного излучения. В этой установке мы создали новое интерференционное устройство для ядерного спина протона, чтобы исследовать его волну и частичную реальность в квантовой сфере».

По словам коллеги Серры Педро Руаса Диегеса, научного сотрудника Международного центра теории квантовых технологий (ICTQT), эксперименты дали примерно такую ​​же наблюдаемую статистику, как и предыдущие, но в то же время подтвердили принцип дополнительности Бора.

Однако тот факт, что частица материи в определенных ситуациях может вести себя как волна, а свет — как частица, до сих пор остается одной из самых интригующих загадок квантовой физики.

Получается, что реальность действительно зависит от наблюдателя, а не существует объективно, и это в какой-то мере расширяет наши возможности.

«Чем больше мы раскрываем квантовую механику, тем больше мы можем предложить революционных квантовых технологий, которые превосходят свои классические аналоги, включая квантовые компьютеры, квантовую криптографию, квантовые датчики и квантовые тепловые устройства», — заявляет Серра.